Éter luminífero: definición, historia y refutación (Michelson-Morley)
Descubre qué fue el éter luminífero, su historia, el experimento Michelson‑Morley y cómo se refutó la teoría que intentó explicar la transmisión de la luz.
El éter lumínico fue la hipótesis —propia sobre todo de los siglos XVIII y XIX— de que el espacio estaba lleno por una sustancia invisible, extremadamente rígida para poder sostener las ondas de la luz y, al mismo tiempo, tan tenue o “no viscoso” que no frenara el movimiento de los planetas. Esta idea partía de la analogía con otras ondas conocidas: las ondas sonoras necesitan un soporte material (aire, agua, sólidos) y las ondas en el agua requieren el propio fluido. Dado que la luz exhibía propiedades ondulatorias (interferencia, difracción), muchos físicos concluyeron que debía existir un medio material que permitiera la propagación de esas ondas: el éter.
Históricamente la idea de un “éter” tiene raíces muy antiguas (la noción de un quinto elemento o aether en la filosofía griega), y en la física moderna tomó forma como el éter luminífero, con propiedades precisamente ajustadas para explicar fenómenos ópticos sin afectar la mecánica celeste. Entre sus supuestas propiedades estaban la elasticidad suficiente para transmitir ondas transversales (como lo hace un sólido) y la incapacidad para arrastrar o alterar significativamente a los cuerpos que se movían a través de él.
Para entender cómo se intentó detectar el éter, imagine un observador en un barco que se desplaza con respecto a una corriente: las ondas que llegan al barco pueden aparentar viajar a distintas velocidades según la dirección del movimiento. Aplicada esta idea al éter, se esperaba que la velocidad de la luz medida desde la Tierra variara según la velocidad de la Tierra respecto al supuesto éter “en reposo”.
El experimento de Michelson y Morley
El experimento de Michelson-Morley (1887) fue diseñado para detectar la “brisa de éter” creada por el movimiento de la Tierra a través del éter. Usaron un interferómetro que dividía un haz de luz en dos trayectorias perpendiculares, las hacía recorrer distancias iguales y luego las recombinaba. Si la velocidad de la luz variara con la dirección (por la velocidad de la Tierra respecto al éter), se produciría un desplazamiento de las franjas de interferencia al rotar el aparato.
Michelson y Morley esperaban un desplazamiento pequeño pero medible debido a la velocidad orbital de la Tierra (~30 km/s). Sin embargo, el resultado fue esencialmente nulo: no se detectó el cambio esperado. Este “resultado nulo” fue reproducido y confirmado por experimentos posteriores con precisión creciente, lo que puso en serio cuestionamiento la existencia del éter como medio preferente para la luz.
Intentos de explicación y el paso a la relatividad
Para salvar la hipótesis del éter, algunos físicos propusieron compensaciones ad hoc. La contracción de Lorentz–FitzGerald fue una de ellas: sugirieron que los objetos se contraían en la dirección del movimiento de manera que anulaban el efecto esperado en el interferómetro. Más adelante Hendrik Lorentz desarrolló transformaciones matemáticas (las transformaciones de Lorentz) que describían cómo medidas de tiempo y longitud cambian entre sistemas en movimiento relativo.
En 1905, Albert Einstein presentó la teoría de la relatividad especial con dos postulados: las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas inerciales y la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores, independientemente del movimiento de la fuente o del observador. Con esto se eliminaba la necesidad de un éter como medio físico para la luz: la constancia de la velocidad de la luz se convirtió en una propiedad fundamental del espacio-tiempo y las transformaciones de Lorentz recibieron una interpretación física natural (dilatación del tiempo y contracción de longitudes).
Cabe señalar que la teoría de Lorentz (con su éter “inobservable”) y la relatividad especial son, desde el punto de vista experimental, equivalentes en muchas predicciones; sin embargo, la formulación de Einstein es más simple y no requiere un medio físico subyacente.
Ejemplo intuitivo corregido
Un ejemplo clásico para ilustrar la diferencia entre la física clásica y la relativista es imaginar una nave espacial que se mueve a 0,5c (la mitad de la velocidad de la luz) respecto a una estrella que emite fotones hacia adelante y hacia atrás. Según la adición clásica de velocidades esperaríamos medir c − 0,5c = 0,5c para los fotones emitidos hacia atrás y c + 0,5c = 1,5c para los emitidos hacia adelante (lo que en números daría 150 000 km/s y 450 000 km/s si c = 300 000 km/s). Sin embargo, los experimentos muestran que cualquier observador inercial mide la misma velocidad de la luz c ≈ 300 000 km/s en todas direcciones. La relatividad explica esto porque el tiempo y las longitudes no son absolutos: la transformación de Lorentz ajusta las medidas de tiempo y distancia de modo que la velocidad de la luz resulte invariante para todos los observadores inerciales.
Investigaciones recientes y situación actual
Desde Michelson y Morley se han realizado pruebas mucho más precisas para detectar anisotropías en la velocidad de la luz o efectos preferenciales asociados al vacío “como si” fuese un éter. Entre ellas se incluyen versiones modernas del experimento de Michelson–Morley con cavidades ópticas ultraestables, experimentos de Kennedy–Thorndike, mediciones con relojes atómicos, observaciones astrofísicas y pruebas en aceleradores de partículas. Estos experimentos han mejorado la sensibilidad por muchos órdenes de magnitud y continúan dando resultados compatibles con la invariancia de la velocidad de la luz dentro de los límites de precisión actuales.
En la física contemporánea el vacío cuántico no es un “éter” clásico: el vacío puede presentar fluctuaciones cuánticas, campos de punto cero y propiedades que influyen en procesos (por ejemplo, el efecto Casimir), pero no ofrece un marco de referencia absoluto que violaría los principios de la relatividad especial. Además, fenómenos cosmológicos como la radiación cósmica de fondo proporcionan un marco preferente para describir velocidades respecto a la distribución de materia y radiación del universo, pero no implican la existencia de un éter que dicte la velocidad de la luz.
Conclusión: La hipótesis del éter luminífero fue útil históricamente para plantear preguntas y diseñar experimentos decisivos. Las observaciones y el desarrollo teórico (especialmente la relatividad especial) hicieron innecesario el éter como sustancia física que transporte la luz. La conceptualización moderna del espacio vacío es más sofisticada (campos cuánticos, fluctuaciones), pero no equivale al éter clásico propuesto para explicar la propagación de ondas luminosas.
La nave espacial roja se mueve desde la estrella amarilla hacia la estrella azul. El recuadro inferior muestra los medidores de velocidad de la luz de ambas estrellas.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el éter luminífero?
R: El éter luminífero es una sustancia que antaño se creía que llenaba el Universo y explicaba cómo podía producirse la transmisión de las ondas de luz. La gente creía que la luz era un tipo de onda y que debía viajar a través de algún tipo de medio para que su velocidad fuera coherente.
P: ¿Qué creía la gente sobre esta sustancia?
R: La gente creía que esta sustancia debía tener una viscosidad muy baja para que no ralentizara los movimientos de los planetas y provocara que acabaran cayendo en sus soles. También pensaban que podría servir para explicar por qué la luz viaja a velocidades tan altas.
P: ¿Cómo intentaron los físicos aclarar esta cuestión?
R: Los físicos llevaron a cabo experimentos, como el Experimento Michelson-Morley, para intentar determinar si realmente existía o no un medio invisible a través del cual viajaba la luz.
P: ¿Qué demostró el Experimento de Michelson-Morley?
R: El Experimento de Michelson-Morley demostró que no existía un medio a través del cual viajara la luz, lo que indica que no existe un éter luminífero.
P: ¿Cómo podemos imaginar lo que ocurre cuando un observador viaja en un barco que se desplaza a través de una corriente marina?
R: Si un observador viajara en un barco moviéndose a través de una corriente oceánica, podría observar cambios en la velocidad a la que parecían viajar las ondas en función de su relación con la corriente.
P: ¿Qué nos dice sobre las velocidades relativas imaginar una nave espacial viajando de una estrella a otra?
R: Imaginar una nave espacial muy rápida viajando a la mitad de la velocidad de la luz de una estrella a otra nos muestra que ambos fotones se miden a 300.000 km/seg independientemente del movimiento o la dirección, lo que indica que las velocidades no cambian en relación con el movimiento de la nave espacial.
Buscar dentro de la enciclopedia