2006-09-26

Velocidad de la luz.- Michelson-Morley

A estas alturas de la historia, ya hemos conseguido medir la velocidad de la luz de varias maneras y hemos podido simplificar el problema a calcular las propiedades del medio por el que se mueve. La luz del sol, que sepamos, se mueve por el eter, que es esa “sustancia milagrosa” que llena el espacio exterior y de la que desconocemos la mayoría de sus propiedades (por no decir todas).

La idea que tenían Albert A. Michelson y Edward Morley era medir la velocidad relativa de la Tierra respecto al eter. Se creía que había un “viento de eter” de tal manera que cuando la Tierra se moviera con el eter, su velocidad relativa sería menor a cuando se moviera en su contra. Algo así como la barca que va contra o a favor de la corriente en un río. Claro, si no podemos ver el eter, no podemos medir esa velocidad relativa, a no ser que usemos lo poco que sabemos, es decir, que la luz lo utiliza para moverse en el espacio igual que el sonido usa el aire o las olas el agua.

El experimento entonces era “sencillo” había que obtener una manera de comparar la velocidad de la luz que es “arrastrada por el eter” con la que no lo es.





Como se ve en el esquema, la luz que va en la dirección del éter es arrastrada más que la perpendicular, así que, para medir la velocidad del eter (que será la velocidad relativa éter-Tierra) solo habrá que estudiar como cambia la velocidad de la luz en perpendicular y en paralelo.

Claro, como nadie sabe en que dirección se mueve el eter, y también es posible que el Sol intervenga y cosas raras (recordad que no se sabía muy bien que era ni como se comportaba), pues el experimento se realizó varias veces a lo largo del año para evitar, en la medida de lo posible, estas variaciones.

Pero bueno, después de estas pequeñas vueltas a la naturaleza del experimento, vamos a explicar brevemente en que consistía.





Este es un esquema del experimento original. Tenemos una fuente de luz (arriba a la derecha) de manera que el rayo incide en un espejo semiplateado, de manera que el rayo se divide en 2, uno sigue el camino rojo y otro el verde. ¿Por qué se hace con un espejo así y no valen dos fuentes de luz? Precisamente por lo que explicábamos de la polarización y las interferencias, dividiendo el mismo rayo en dos, nos aseguramos de que tienen la misma polarización y que luego podrán causar interferencias, que es precisamente para lo que está diseñado este experimento.

La gracia está en que el camino rojo y el camino verde son de ida y vuelta, y ambos miden lo mismo… bueno, el camino rojo tiene en un extremo un espejo que se puede acercar o separar para hacer que ambos caminos midan lo mismo. Así, cuando la luz haya hecho el camino de vuelta y se vuelvan a encontrar se combinan los dos rayos en el espejo semiplateado y van a dar al microscopio donde se ve lo que sale del experimento. En principio, cuando se combinan los dos rayos pueden pasar dos cosas:





Como hemos calibrado los brazos (los caminos) del experimento para que sean igual de largos, si la luz va igual de rápido por los dos, al final llegará en fase al microscopio de observación y no se verá nada raro, pero si, por el contrario, va más rápido por uno que por otro, llegarán desfasadas y se verán cosas raras: interferencias.

Claro, como ya habían deducido que la luz tenía que ir más rápido por uno que por otro, sabían que iban a ver interferencias, luego solo era estudiar esas interferencias para estudiar la diferencia de velocidades y hallar la velocidad relativa del eter. ¿Sabeis lo que encontraron? Que no había interferencias. Por más que repetían una y otra vez, la luz siempre llegaba en fase. El experimento daba resultados erroneos… o no, porque fue el principio del fin de la teoría del éter.

Sí, como bien sabemos ahora, el éter era un invento que resultó no funcionar, la luz no necesita ningún medio para propagarse y puede viajar por el vacío sin ningún impedimento. Además, del experimento se deduce otra cosa, y es que la luz se mueve a la misma velocidad sea como sea que nos movamos nosotros, aunque claro, eso es el principio de la teoría especial de la relatividad, y ahí, ya llegaremos más adelante.

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