Experimento Michelson-Morley: definición, propósito y resultados
Experimento Michelson-Morley: definición, propósito y resultados — descubre cómo el interferómetro refutó el éter y cambió la física moderna con explicación clara y resultados clave.
El experimento de Michelson-Morley fue un experimento científico para descubrir la presencia y las propiedades de una sustancia llamada éter, una sustancia que se cree que llena el espacio vacío. El experimento fue realizado por Albert A. Michelson y Edward Morley en 1887.
Dado que las ondas en el agua necesitan algo para moverse (agua) y las ondas sonoras también (aire), se creyó que la luz también necesitaba algo para moverse. Los científicos del siglo XVIII llamaron a esta sustancia "éter", en honor al dios griego de la luz. Creían que el éter estaba a nuestro alrededor y que también llenaba el vacío del espacio. Michelson y Morley crearon este experimento para intentar demostrar la teoría de que el éter existía. Lo hicieron con un aparato llamado interferómetro.
Definición y propósito
El objetivo principal del experimento fue comprobar si la velocidad de la luz depende del movimiento de la Tierra respecto a un supuesto medio (el éter). Si el éter existiera y la Tierra se moviera a través de él, la velocidad de la luz medida en la dirección del movimiento debería ser diferente de la medida en dirección perpendicular, lo que produciría un cambio observable en el patrón de interferencia al rotar el aparato.
Montaje y procedimiento (explicado de forma sencilla)
- Interferómetro: el aparato divide un rayo de luz en dos mediante un divisor de haz; cada rayo recorre brazos perpendiculares, rebota en espejos y vuelve a reunirse para formar franjas de interferencia.
- Idea básica: si la Tierra se mueve respecto al éter, el tiempo que tarda la luz en recorrer el brazo paralelo al movimiento sería distinto al del brazo perpendicular. Al recombinar los rayos, esa diferencia temporal se traduciría en un desplazamiento de las franjas de interferencia.
- Rotación: el interferómetro se podía girar suavemente (en la versión original, sobre una plataforma de mercurio) para comparar las medidas en distintas orientaciones y detectar cualquier cambio en las franjas.
- Predicción: usando la velocidad orbital de la Tierra y la teoría del éter, se esperaba un pequeño pero medible desplazamiento de las franjas al girar el aparato.
Resultados
Michelson y Morley no observaron el desplazamiento esperado: el cambio en las franjas fue mucho menor del previsto y, en la práctica, compatible con cero dentro del error experimental. Es decir, no se detectó ninguna diferencia apreciable en la velocidad de la luz según la orientación del interferómetro.
Este "resultado nulo" no probó directamente que la velocidad de la luz fuera exactamente constante en todos los marcos, pero sí mostró que la idea del éter como un medio absoluto que podía detectarse con este tipo de experimento no tenía apoyo experimental en esa sensibilidad.
Interpretaciones y consecuencias científicas
- Hipótesis de contracción: ante el fallo en detectar el éter, algunos científicos (como FitzGerald y Lorentz) propusieron que los objetos se contraen en la dirección del movimiento a través del éter (contracción de Lorentz–FitzGerald), lo cual podría ocultar el efecto esperado.
- Transformaciones de Lorentz: trabajos teóricos de Lorentz desarrollaron fórmulas (las transformaciones de Lorentz) que preservaban la forma de las ecuaciones electromagnéticas y explicaban la invariancia observada.
- Relatividad especial: en 1905, Albert Einstein publicó la teoría de la relatividad especial, que prescinde del éter y postula que la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores inerciales. El experimento de Michelson y Morley se considera una evidencia experimental clave que ayudó a aceptar esta nueva visión.
- Reconocimientos: Michelson recibió el Premio Nobel de Física en 1907 por sus precisas invenciones y medidas en óptica, entre otros méritos relacionados con la medición de la velocidad de la luz.
Repeticiones, mejoras y estado actual
Tras 1887 hubo numerosas repeticiones y mejoras del experimento con mayor precisión (por ejemplo, usando interferometría láser y cavidades resonantes). Algunos investigadores posteriores, como Dayton Miller, afirmaron haber visto pequeñas señales, pero análisis posteriores mostraron que esas señales podían explicarse por efectos térmicos, vibraciones o errores sistemáticos.
Hoy, experimentos modernos han buscado anisotropías en la velocidad de la luz con sensibilidades muy superiores a las de Michelson y Morley, sin encontrar desviaciones apreciables. Estas pruebas refuerzan la constancia de la velocidad de la luz y las predicciones de la relatividad especial hasta límites muy estrictos.
Importancia histórica
El experimento de Michelson-Morley es un hito en la historia de la física: mostró que la idea clásica de un éter luminífero no era compatible con las mediciones disponibles y desencadenó un cambio conceptual que culminó en la teoría de la relatividad. Más allá del resultado particular, el experimento destacó la importancia de la precisión experimental y de confrontar ideas teóricas con mediciones rigurosas.
El experimento
La Tierra se desplaza muy rápidamente (más de 100.000 km por hora) alrededor del Sol. Si el éter existe, la Tierra que se mueve a través de él provocaría un "viento" del mismo modo que parece haber un viento fuera de un coche en movimiento. Para una persona en el coche, el aire fuera del coche parecería una sustancia en movimiento. Del mismo modo, el éter debería parecer una sustancia en movimiento a las cosas de la Tierra.
El interferómetro fue diseñado para medir la velocidad y la dirección del "viento de éter" midiendo la diferencia entre la velocidad de la luz que viaja en diferentes direcciones. Esta diferencia se medía proyectando un haz de luz en un espejo que estaba parcialmente recubierto de plata. Una parte del haz se reflejaría en una dirección y el resto en la otra. Esas dos partes se reflejan de nuevo en el lugar donde se separaron y se recombinan. Al observar los patrones de interferencia en el haz de luz recombinado, se podía ver cualquier cambio de velocidad debido al viento de éter.
Descubrieron que, de hecho, no había ninguna diferencia sustancial en las mediciones. Esto desconcertó a la comunidad científica de la época y llevó a la creación de varias teorías nuevas para explicar el resultado. La más importante fue el factor de Lorentz, utilizado en la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein.
Un interferómetro de Michelson utiliza el mismo principio que el experimento original. Pero utiliza un láser como fuente de luz.
Preguntas y respuestas
P: ¿Cuál era el propósito del experimento Michelson-Morley?
R: El propósito del experimento Michelson-Morley era comprobar la presencia y las propiedades de una sustancia llamada éter.
P: ¿Qué es el éter?
R: El éter era una sustancia hipotética que se creía que llenaba el espacio vacío y se pensaba que era necesaria para que la luz se moviera a través de ella.
P: ¿Cuándo se realizó el experimento Michelson-Morley?
R: El experimento Michelson-Morley se realizó en 1887.
P: ¿Qué demostró el experimento de Michelson-Morley?
R: El experimento de Michelson-Morley demostró que el éter no existía.
P: ¿Qué creían los científicos del siglo XVIII sobre el éter?
R: Los científicos del siglo XVIII creían que el éter estaba a nuestro alrededor y que también llenaba el vacío del espacio.
P: ¿Qué utilizaron Michelson y Morley para realizar su experimento?
R: Michelson y Morley utilizaron un aparato llamado interferómetro para realizar su experimento.
P: ¿De qué es una prueba el experimento de Michelson-Morley?
R: El experimento de Michelson-Morley es una prueba de la teoría de la relatividad especial de Einstein.
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