2.1 Experimento de Michelson-Morley

Para confirmar la hipótesis del éter se plantearon numerosos experimentos, que estaban en su mayor parte basados en que la medida de la velocidad de la luz dependía del movimiento de la fuente luminosa, concretamente asociada con el movimiento de la Tierra respecto al éter.

Esta diferencia de velocidades en función del movimiento relativo respecto al éter puedes comprenderla mejor en la siguiente animación, en la que se muestran dos nadadores desplazándose en direcciones perpendiculares con el mismo módulo de velocidad. Si la plataforma no se mueve y ambos se desplazan con igual velocidad, ambos vuelven simultáneamente a la plataforma, mientras que si ésta se mueve por la corriente, aquel nadador que se desplaza en la dirección de la corriente tardará más en volver a ella, aún cuando se desplaza a la misma velocidad. Esta diferencia de tiempos era la que se intentaba medir, para demostrar la existencia del "viento de éter" que justificaría la validez de la transformación galileana.


Animación 4. D. M. Harrison Creative Commons

El problema principal con el que se encontraron los investigadores era la precisión exigida, hasta que en 1887 el físico norteamericano A. Michelson y su ayudante E. W. Morley diseñaron un experimento para intentar medir la velocidad relativa de la Tierra respecto al éter, basado en la hipótesis que la velocidad de la luz era únicamente en el sistema de referencia del éter. Por ello, según la transformación de Galileo, en un sistema de referencia que se moviese a una velocidad respecto al del éter, la velocidad de la luz debería ser . Esta diferencia de velocidades era la que intentaban comprobar.

Imagen 7. N.Necochea Dominio público

El experimento partía de una premisa muy simple: si la velocidad de la luz se mide en dos direcciones perpendiculares en un sistema fijo respecto a la superficie terrestre, era posible hallar la velocidad de la Tierra respecto al sistema de referencia del éter, ya que el rayo luminoso que se moviera en la dirección del movimiento de la Tierra respecto del éter tardaría más tiempo en hacer el recorrido que el rayo perpendicular a este movimiento.

La diferencia de tiempos provocaría un patrón de interferencia que permitiría el cálculo de las diferencias de tiempo y a partir de estos datos la velocidad de la tierra respecto al éter. Por esta razón el dispositivo se denominó interferómetro de Michelson-Morley.

El dispositivo experimental consistía en una fuente emisora de luz que, al incidir sobre una lámina semiplateada, se dividía en dos rayos perpendiculares (uno de ellos en la supuesta dirección de movimiento del éter) que inciden en sendos espejos situados exactamente a la misma distancia, por lo que recorren el mismo camino óptico, tal y como muestra la figura.

Si existiera el éter, provocaría una diferencia en los tiempos empleados en recorrer el camino dada por la expresión:

 

Lo que debería dar lugar a un patrón interferométrico.

En la siguiente animación puedes reproducir virtualmente el experimento de Michelson-Morley.


Animación 5. Michael Fowler GNU Free License

Comprueba que, en ausencia de éter, el rayo original (mostrado como una flecha amarilla) se reconstruye tras la reflexión de los dos rayos (rojo y verde) formados tras el paso por el espejo semirreflectante. Para iniciar la animación pulsa el botón de Play.

Con la barra inferior es posible simular la presencia del éter controlando su velocidad y con los controles + y - puedes rotar el experimento para ajustar la dirección de los rayos respecto al éter (también puedes hacerlo pulsando en el círculo interior en la posición deseada).

Icono de iDevice Ejemplo o ejercicio resuelto

Simula el experimento de Michelson Morley con la animación anterior, en primer lugar sin éter y posteriormente con presencia de éter de velocidad máxima.

¿Qué diferencias encuentras?


Manteniendo la presencia de éter, fija el ángulo de giro del experimento en 45º. ¿Qué ocurre? ¿Te atreves a dar alguna explicación?


Sin embargo, sucesivas repeticiones cada vez más precisas del experimento de Michelson Morley no dieron lugar a absolutamente ningún patrón interferométrico, mostrando la inexistencia o por lo menos la imposibilidad física de detección del éter.

Icono IDevice Actividad

Consecuencias del experimento de Michelson-Morley

  • El éter o bien no existe o bien no puede detectarse físicamente, por lo que no tiene sentido postular su existencia.
  • La velocidad de la luz es siempre constante, independientemente del movimiento del foco emisor, por lo que no es válida la transformación galileana para la luz.

Icono de iDevice AV - Reflexión

Michelson-Morley estimaban la velocidad del "viento de éter" en unos 30 km/s, que es aproximadamente la velocidad con la que la Tierra se desplaza en su órbita alrededor del Sol.

¿Cuál sería la relación que esperaban encontrar entre los tiempos empleados por parte de la luz en recorrer los "brazos" del interferómetro?