228 – Michelson-Morley el éter y la tierra inmóvil

De Tesla, Maxwell, Lord Kelvin, Thompson y muchos otros hemos aprendido que la luz se mueve a través de un medio llamado éter. Una onda que requiere un medio denso para propagarse se llama elástica o mecánica porque se mueve a través de un medio elástico, es decir, con características mecánicas.

Con el advenimiento de la teoría de las ondas electromagnéticas de Maxwell, la física del siglo XIX postuló la presencia de un medio sutil pero sólido a la vez, que impregna el universo y que permite la formación y propagación de las ondas transversales: el éter.

Michelson y Morley organizaron y produjeron un experimento para verificar si el éter existe realmente. Se trata de un experimento de interferencia de la luz. La interferencia ocurre cuando dos ondas se suman, formando una onda resultante que puede tener una amplitud mayor, menor o igual. La interferencia entre dos ondas también puede ser totalmente destructiva, cancelando por completo las dos ondas interferentes. La siguiente discusión es la teoría detrás del experimento. Si no deseas examinar esta parte en profundidad, puedes ver el video al final del artículo, ciertamente más fácil de ecomprender.

Una onda que se mueve a lo largo del eje x se describe mediante una expresión que satisface la ecuación de onda (ecuación D’Alembert):

Donde f es la función de onda, v es la velocidad de la onda. La solución de la ecuación es la onda armónica descrita por esta fórmula:

f=Acosα(x,t)= Acos(kx-ωt+ϕ0)

Donde A es la amplitud de la onda, k es el factor de onda, ω es la pulsación y φ0 es la fase inicial. Consideremos 2 ondas y añadámoslas (interferencia): f = f1 + f2.

La interferencia se denomina constructiva cuando: α2-α1=2nπ.

En este caso la amplitud será:

La interferencia es destructiva cuando: α2-α1=π+2nπ.

Con herramientas específicas (por ejemplo, espejos Fresnel) es posible ver la interferencia entre dos ondas coherentes que se manifiestan con franjas que son áreas iluminadas que se alternan con áreas oscuras.

Un rayo de luz que sale de la fuente S se refleja parcialmente en el espejo móvil M1 y se transmite parcialmente al espejo fijo M2. Los haces de luz de retorno de M1 y M2 primero golpean el separador de haz y luego se lanzan contra el detector, que es el foco de la lente llamada “splitter”. El detector recibe dos haces de luz que tienen el mismo ángulo de fase (coherente) que son transportados por la misma fuente. “Coherente” significa que estos rayos tienen el mismo ángulo de fase. Estos rayos, uno de M1 y otro de M2, interfieren o se superponen, reforzándose o debilitándose entre sí, dependiendo de la trayectoria óptica que proviene de las distancias AM1 y AM2.

Al modificar adecuadamente la distancia AM1, es posible producir franjas de interferencia en O (el detector) con una intensidad máxima o mínima. Al variar la distancia AM1 de λ / 4 (siendo λ la longitud de onda del haz de luz fundido) se puede pasar de un mínimo a un máximo. Se usa una lente de compensación para producir exactamente la misma ruta óptica en ambos rayos.

En 1881, Michelson y Morley hicieron un experimento para examinar si, al igual que el sonido requiere un medio elástico (como aire o agua o un medio sólido), lo hace también la luz al requerir un medio de propagación elástico llamado éter.

El éter debería estar presente, por todas partes en el espacio para permitir que la luz llegue a la Tierra desde las estrellas. Esto implica que el espacio no está vacío: el vacío es sólo un vacío de aire pero no un vacío absoluto.

Llamemos c a la velocidad de la luz en el éter. Cuando te mueves hacia el rayo de luz en el interior del éter, fijo, con una velocidad v, medirás la velocidad total de la luz c + v. Por otro lado, medirás c-v cuando te muevas en la misma dirección que el haz de luz. Esta expresión es congruente con la relatividad galileana normal y no considera la relatividad de Einstein.

Michelson y Morley pensaron que este principio de relatividad galileana se podría usar para verificar si el éter existe. Pensaron que un interferómetro podría usarse para evaluar la variación en las franjas de interferencia ocasionada por la velocidad de la Tierra. Su idea era la siguiente: cuando se coloca un brazo del interferómetro en la dirección de la velocidad periférica de la Tierra v y el otro brazo perpendicular al primer, se obtendrá un gráfico muy preciso de las franjas de interferencia.

Entonces, al girar el interferómetro 90 grados, es posible invertir ambos brazos del interferómetro. A medida que cambia la trayectoria de la luz, las franjas de interferencia también deberían cambiar.

Consideremos el cálculo. Los dos brazos del interferómetro, AM1 y AM2, tienen la misma longitud. El brazo AM2 gira en la dirección del movimiento del laboratorio y en relación con el éter cósmico. Cuando consideramos el éter como inmóvil, fijo a las estrellas, la dirección y la extensión de la velocidad de la Tierra v deberían depender de la hora del día y del día del año.

De acuerdo con la ley S = v ∙ t (donde S representa espacio, v representa velocidad, t permanece para tiempo) del movimiento rectilíneo uniforme, el haz de luz que va de A a M2 requiere un tiempo t = l / (cv) . Para volver de M2 ​​a A se necesita un tiempo t = l / (c + v). El tiempo total para la rama AM2 es:

l es la longitud del segmento cubierto por la luz.

El tiempo t1 del otro brazo (AM1) tiene un valor diferente. En este caso debes recordar que durante el tiempo t1 la Tierra continúa moviéndose. Entonces, la trayectoria total del haz es triangular. A medida que el haz de luz se desplaza de A a M1, el espejo A se mueve en la dirección de la velocidad de la Tierra. Esta distancia AA ‘puede calcularse teniendo en cuenta la velocidad v y el tiempo t1 necesario para que la luz alcance M1 y regrese a A’.

Entonces tienes AA ’= vt1. Por lo tanto, el haz de luz debe recorrer la distancia AM1A ’= 2AM1 con una velocidad c. El tiempo necesario será:

El resultado será:

estos dos rayos coherentes se superponen en el punto O de una manera que depende de t1 y t2. Entonces, cuando gira el interferómetro para llevar el brazo AM1 en la dirección de la velocidad del laboratorio y con respecto al éter, t1 y t2 cambian, por lo tanto, debe haber una diferencia de fase en los dos rayos en O con el consiguiente cambio en las franjas de interferencia .

Cada vez que se repitió el experimento de Michelson-Morley, en diferentes momentos del día y en diferentes días del año, siempre dio el mismo resultado: sin cambios en las franjas de interferencia.

Esto significa que la Tierra es estacionaria.

Obviamente, cuando los científicos intentaron explicar este resultado, nadie imaginó que la Tierra estuviera inmóvil. Luego, Einstein resolvió el problema de acuerdo con su famosa afirmación sobre la cual más tarde basó su teoría de la relatividad. Postuló que la luz se mueve con la misma velocidad c en todas las direcciones y en todos los distintos sistemas de referencia. Además, según Einstein, esta sería la velocidad máxima alcanzable: un límite inmejorable que no puede ser superado. En consecuencia, los científicos dijeron que el éter, entendido como el medio mecánico en el que se mueve la luz, no puede existir. Sin embargo, dado que definitivamente hay partículas de materia capaces de viajar más rápido que la luz (ver, por ejemplo, el entanglement cuántico), la explicación del experimento de Michelson Morley es que la Tierra no se mueve. En este caso v = 0 y notarás que t1 y t2 se vuelven iguales:

t1=t2=l/c

(Esto significa que no hay cambios en las franjas de interferencia). Esta es la idea principal: las fórmulas detrás de este experimento se vuelven increíblemente simples si consideramos a la Tierra inmóvil.

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo di WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google photo

Stai commentando usando il tuo account Google. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

Connessione a %s...