El experimento de Michelson y Morley

El experimento de Michelson y Morley

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El experimento de Michelson y Morley fue uno de los más importantes y famosos de la historia de la física. No sólo es un ejemplo de dedicación e ingenio, sino que demuestra cómo uno puede trabajar arduamente durante años para descubrir que todas sus ideas estaban equivocadas. En 1887 Albert Abraham Michelson y Edward Morley pusieron a punto un experimento para medir la velocidad con la que se movía la Tierra con respecto al éter, y terminaron demostrando que el éter no existía. Sus resultados se convertirían en la base experimental de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein.

A fines del siglo XIX, el extraordinario físico James Clerk Maxwell (1831-1879) había propuesto que la luz era una forma de onda, similar al sonido aunque de una frecuencia mucho más alta. Cualquier onda, desde una ola en el mar hasta una cuerda que vibra, necesita de un soporte más o menos elástico que sirva de medio para que ésta se propague. El sonido, por ejemplo, se propaga “empujando” y “jalando” las moléculas del aire (o del agua, o de cualquier otro material), pero es incapaz de propagarse en el vacío. La teoría de Maxwell necesitaba de la existencia de un medio que fuese capaz de transportar las ondas luminosas incluso por el vacío del espacio, ya que era difícil no notar que la luz de las estrellas lejanas de alguna forma se las ingeniaba para llegar hasta la Tierra. En ese momento resultaba inconcebible que una onda -de cualquier clase- se propagase en el vacío sin ningún medio material que hiciera de soporte, así que se postuló la existencia de una  hipotética sustancia material sobre la cual se propagaba la luz. Este material – que debía tener unas características sumamente extrañas y ocupar cada rincón del universo- recibió el nombre de éter.

El experimento de Michelson y Morley

Por motivos que solo un físico puede explicar correctamente, la velocidad de la luz depende de la densidad del medio que atraviesa. En efecto, la velocidad de la luz es diferente en el vacío que en el aire o el agua, siendo más lenta cuanto más denso es el medio por el que se propaga. La prueba más inmediata de esto es la “deformación” que sufre cualquier objeto que pones en un vaso de agua, como una cuchara o un cuchillo. Esto es debido a la variación de la dirección del rayo luminoso al pasar de un medio a otro ocasionado por el cambio de velocidad de la luz, y está descrito en la ley de la refracción de Snell. Para que el éter se ajustase al comportamiento observado de la luz en el vacío, debía tener una densidad ínfima y un gran coeficiente de elasticidad, además de poder atravesar cualquier material. Esto era necesario ya que -de alguna forma- aparecía incluso dentro de un recipiente al que se le hubiese practicado el vacío en el laboratorio. Esta explicación, lejos de parecer traída de los pelos o al menos considerarse poco probable, fue avalada por el mismo Maxwell, por Lord Kelvin y Nikola Tesla, entre otras destacadas mentes de la época. Para los científicos de hace un siglo, el concepto de éter era tan aceptado como lo es hoy el de los campos electromagnéticos.

Para que todo encajara, se hacia indispensable probar la existencia de este fluido. Había que diseñar un experimento que dejase claramente establecidas las características del éter, pero estaba claro desde el principio que no sería algo fácil de llevar a cabo. El éter, para cumplir con su cometido de transportar la luz, debía ser muy (pero muy) tenue, lo que sin dudas dificultaría su detección. Albert Abraham Michelson (1852-1931) y Edward Morley (1838-1923) tuvieron una idea. Crearían un artefacto que fuese capaz de mediar la velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares entre sí, con lo que no sólo demostrarían la existencia de este fluido sino que encontrarían la velocidad con que la Tierra se movía con respecto a él. La experiencia de estos dos físicos se conocería luego como “El experimento de Michelson y Morley”.

El experimento de Michelson y Morley

El experimento
Cada año, la Tierra completa un giro alrededor del Sol, viajando a una velocidad de 30 km/s (o lo que es lo mismo, a unos 100.000 km/h). A fines del Siglo XIX se creía que la dirección del “viento del éter” con respecto a la posición del Sistema Solar debía variar cuando la Tierra se desplazase en una u otra dirección, tal como un bote recibe un empuje diferente por parte del agua de un río dependiendo de si avanza a favor, contra o transversalmente a su corriente. Michelson y Morley supusieron que la Tierra era el bote y que el río era el éter. Para tener éxito, el experimento debería llevarse a cabo en varios momentos del año. De esta forma, la luz, al llegar a la Tierra con diferentes posiciones con respecto al éter, lo haría con diferentes velocidades. El problema era que la velocidad de la luz es de 300 mil km/s, y la de la Tierra “solo” 30 km/s, por lo que la diferencia de velocidades a medir era muy pequeña. Sin embargo, Michelson, que estaba muy entrenado en la medición de la velocidad de la luz, ideó una manera de medir esta mínima diferencia.

El experimento de Michelson y Morley

En un edificio ubicado casi al nivel del mar, Michelson y Morley construyeron lo que hoy se conoce como un “interferómetro de Michelson”. El dispositivo, relativamente sencillo, utiliza una lente semiplateada (o semiespejo) para dividir la luz monocromática en dos haces de luz que viajan en ángulo recto uno respecto del otro. Esto permite enviar simultáneamente dos rayos de luz idénticos -ya que proceden de la misma fuente- en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer distancias iguales y recibirlos en un punto en el que se crea un “patrón de interferencia”. El “dibujo” de este patrón depende de la velocidad de la luz en cada uno de los brazos del interferómetro. Cualquier diferencia entre estas velocidades, provocada por la diferente dirección de movimiento de la luz con respecto al movimiento del éter, podría ser detectada. Lamentablemente, el aparato nunca encontró diferencia alguna.

En efecto, tras varios meses de preparación y otros tantos de pruebas, el experimento se declaró fallido. O exitoso, si lo analizamos desde el punto de vista correcto. En todas las ocasiones el interferómetro se comportó como si no hubiese “viento del éter” y, aunque se intentaron muchas explicaciones, como que la Tierra arrastraba de alguna forma al propio éter, ninguna resultó ser correcta. Michelson y Morley, en lugar de demostrar las propiedades del éter, demostraron su inexistencia. Ernst Mach fue uno de los primeros físicos en considerar que el resultado del experimento era un éxito,  y sugirió una nueva teoría. Como corolario a las investigaciones iniciadas a partir del experimento, se desarrolló una teoría alternativa, la contracción de Lorentz, que no necesitaba del éter para la transmisión de la luz. El desarrollo de esta teoría desembocó en la Relatividad Especial de Einstein. Nada mal para un fracaso, ¿verdad?

El experimento de Michelson y Morley

Extrañamente, algunos trabajos teóricos elaborados recientemente por HongSheng Zhao, de la Universidad de St. Andrews, que intentan incorporar en un mismo marco teórico la materia oscura y la energía oscura, postulan la existencia de “algo” similar al éter que les quitó el sueño a Michelson y Morley un siglo antes. Zhao ha encontrado que una energía oscura similar a un fluido puede comportarse como materia oscura si alcanza una densidad lo bastante alta. Esta idea eliminaría la necesidad de la existencia de las Partícula Masiva de Débil Interactuación (WIMP), afectando entre otras cosas la velocidad a la que pueden rotar las galaxias. El trabajo de Zhao encaja perfectamente en con los datos experimentales obtenidos hasta la fecha. Quién sabe, quizás en este momento, en algún lugar del mundo, un equipo de científicos estén poniendo a punto la “versión 2.0” del experimento que hizo famoso a estos dos físicos hace más de 100 años.


  • Nalius

    El éter simplemente sería un compuesto de nitrógeno y oxígeno, no por eso quiere decir que no exista, es el fluido que nos sustenta como el agua para los peces. De nombres puede tener muchos pero no deja de estar formado por los compuestos de nuestra atmosfera.

    Mi humilde opinión vamos. Neosaludossss ;)

    • ac

      Por supuesto que no, el eter como estaba concebido es una sustancia que existe en el vacio de espacio de manera mas o menos uniforme. Y vaya, que si hay nitrogeno y oxigeno no es lo que se puede considerar "vacio"

    • Ariel Palazzesi

      Hola Naluis!
      Obviamente, no se trata de la misma cosa. El "éter" a que se referia Maxwell era un concepto, relacionado con las ideas que tenian los griegos:

      "Etimología
      La palabra proviene del latín æthēr y ésta del griego αἰθήρ aithēr ‘cielo, firmamento’, que deriva de la raíz indoeuropea *aydh- ‘arder, fuego’ (esta raíz aparece en el nombre de Aithiopia (Etiopía), que significa ‘región quemada’).

      Como sustancia, el éter ya era conocido en épocas presocráticas (antes del siglo V antes de nuestra era), como uno de los cinco elementos de la naturaleza:

      1. tierra
      2. agua
      3. fuego
      4. aire
      5. éter.

      En las creencias griegas el éter era una sustancia brillante que respiraban los dioses, en contraste con el pesado aire que respiran los mortales."

      Saludos!

      • nalius

        Jajaja Naluís no!! Jajajaj Nalius, pero no pasa nada. El cerebro lee los caracteres y luego los ordena el solo, y por logica luis era antes que lius jejeje. Vaya entendí mal el concepto de éter, jajaja pos grácias por la aclaracion Neosaludooooo

    • juanmanpr

      jajajajajajajajajajajajajajajajajajajajajajajajajaja q vaina…
      por supuesto no se referian a ese éter

  • kakatuo

    Cuando leía no podía dejar de relacionarlo con la materia oscura y su nemesis (eo) y al final parece que los conceptos no están tan alejados, solo espero que la materia oscura realmente exista y no sufra el mismo destino que el éter, eso echaría abajo gran parte del concepto que tenemos del universo y habría que empezar desde cero.

    • ac

      Yo espero que lo haga. Un universo en el cual hay un limite a la velocidad es un universo que no podremos explorar a nuestro gusto :( Desde un punto de vista puramente emocional, las ideas de Einstein nunca me han gustado ni un poquito.

      Y bueno, si al final resulta que nuestro concepto del universo es errado, ya buscaremos uno que sea mejor. No es nada tan grave y como quiera que sea el nuevo tiene que explicar los mismos fenómenos que el viejo y muchos otros de los que todavía ignoramos las causas, así que bienvenido el cambio!

  • ac

    Hmm…. yo tenia entendido que lo que le dio el puntillazo a la teoría del éter era que se habían encontrado ondas transversales, por lo que una sustancia prácticamente neutra como lo que se suponía que era el éter resultaba ser mas dura que el acero.

    Nada, que nunca entendí esa contradicción, a mi la teoría del éter no me parece mas descabellada que la teoría de los campos (que simplemente ignora el mecanismo de transmisión) y el argumento de las ondas transversales se puede contrarrestar con un universo "duro" donde la materia no son mas que burbujas de vacío.

    Después de todo cuando uno bombardea con suficiente energía un punto "vacío" del espacio se genera una partícula y una antipartícula de la "nada".

  • reje80

    Fabuloso…. me dio algo de pena pero fabuloso.

  • Godofredo

    Puestos a especular…

    El espacio/tiempo, tal como lo entendemos ahora, no es prácticamente más que un concepto matemático. Sin embargo no tiene mucho sentido que el espacio/tiempo solo sea eso cuando vemos claramente que todo lo que experimentamos interactúa con ellos de una manera física, tangible y real. Deduzco de ello que el espacio/tiempo, de hecho, es realmente "algo".
    Suponemos por ejemplo que un campo gravitatorio solo interrelaciona con las partículas que tienen "masa", y a esto añadimos la salvedad de "y con el espacio también puesto que lo deforma". ¿Será que el espacio es efectivamente y de alguna manera masivo? Suponiendo, y entiendo que es mucho suponer, que lo que sea que componga el espacio/tiempo es mínimamente masivo, y dado que estamos "homogeneamente rodeados" a nuestra escala, por espacio, sería prácticamente imposible de forma experimental, en la tierra, detectar su presencia… o no.

    Veo tantas similitudes entre el comportamiento del espacio vacío y de la materia en presencia de un campo gravitatorio ( refracción y arrastre, por ejemplo ), que no puedo evitar sospechar que en el fondo son lo mismo.

    Y sigamos especulando…

    Yo no diría tanto que el espacio es materia, sino que la materia es espacio "hiperdensificado". Y que el propio espacio se densifica en presencia de campos gravitatorios que superan determinado humbral, provocados a fin de cuentas por él mismo. Supuestamente un 90% del universo es materia oscura… ¿y qué sobra en el universo? espacio, espacio vacío. De este modo la energía oscura sería la consecuencia de la interacción de esas bastas cantidades de "materia" que forman el espaco/tiempo tratando de tender al equilibrio y a un espacio homogéneo, ahora roto por la presencia de estas concentraciones ultradensas que llamamos materia. Este desequilibrio actual es el motor del universo, generador de lo que nosotros entendemos y experimentamos por tiempo. Se puede pensar que no tiene sentido que el espacio entendido como materia sea el vehículo o medio de lo que entendemos como materia, si son lo mismo. Sospecho que lo que entendemos como materia en movimiento no es más que una onda densa de materia-espacio desplazándose por sí misma, de modo que al mover un brazo, por ejemplo, dejamos en nuestro recorrido el elemento básico del espacio-materia que nos pertenecía hace un instante mientras recogemos nueva materia de espacio en nuestro avance, similar a como lo hace una ola al avanzar en el mar. Lo que entendemos como materia serían ondas de espacio densificado. De este modo el tiempo solo tiene sentido si existe movimiento. Y puesto que la materia sería onda densa de espacio y por tanto movimiento, solo en ella se experimentaría el tiempo. En una situación ideal donde no hubiera ningún tipo de movimiento, sencillamente lo que llamamos velocidad del tiempo, sería cero, y por tanto ningún cambio sería sería posible ya que se habría alcanzado el equilibrio absoluto. El tiempo es generado por el caos, al universo no el gusta el caos y su tendencia por restaurar la homogeneidad y el equilibrio sería lo que llamamos energía oscura.

    Lo mejor de esta idea es que si entendemos el espacio como algo real, tangible y matérico, entonces quizás podamos llegar a "cortarlo", crear una burbuja de espacio y quizás usarla para desplazarnos más rápido que la velocidad de la luz, ya que no estaríamos viajando a través del espacio que conocemos, cuyas limitaciones ya todo sabemos, sino que a través de un nuevo concepto, que sería lo que sea que contenga el espacio-materia… llamémoslo… por ejemplo… ¿hiperespacio? sobre cuyas propiedades llegado el caso, habría que volver a experimentar y especular jejeje

    Y no me rallo mas.
    Un saludo

    • Pachu

      buen ralle, se me pone muy largo comentar sobre todo lo demas, pero concuerdo bastante con el concepto que planteas del tiempo, tambien lo veo como una construccion sobre lo que percibimos del universo y no como una caracteristica natural o intrinseca de este, coincido que el tiempo es solo una percepción del movimiento, esa tendencia que decis hacia la homogeneidad es lo que se llama aumento de la entropía y la ley que dice que la entropía solo puede ir en aumento en un sistema cerrado es la unica ley que utiliza el tiempo como base y asumiendo una dirección de este……

      sds.

    • nalius

      Tienes que contar también con que el Universo se mueve a la velocidad de la luz. La máquina más efectiva para viajes de larga escala no es una nave que viaje muy rápido sino una que no viaje, te suena futurama. Es el concepto perfecto. Te paras en mitad de la nada mientras que el universo sigue girando, y encima lo hacen con un motor de energía oscura. Crear un campo de la relativa energía oscura sería la única manera de echar un "ancla" en el "vacio".

  • invitado

    y los físicos intentando encontrar el gravitón, no tienen ni idea, esto solo nos demuestra que los físicos actuales son más arrogantes y están más equivocados que en el siglo pasado, pues se han vuelto más intransigentes y estrechos de miras.
    energía oscura, materia oscura y como no también está la inteligencia oscura que no puede verse, apreciarse o manifestarse a través de los académicos actuales…

    • Juan

      jjajajajaja no estoy muy de acuerdo pero me dió gracia, ya que la energía oscura es el eter del siglo 21!!!! jeje

  • no soy juan

    ¡Qué manera de comentar tonteras! Los felicito…
    ¡Oh, grandes físicos! Pero que hacen en esas vidas que llevan, siendo que deberían estar en las mejores universidades planteando todas esas ideas mal entendidas de los documentales de la BBC de Londrés.

    Arruinaron la genial lectura de esta entrada que hice minutos antes de leerlos.
    "El universo viaja a la velocidad de la luz" jajajaja

  • martinjaramillo

    La Teoría de la Relatividad es el producto de un error interpretativo.
    Einstein propuso que se considerara constante la velocidad de la luz con base en los resultados del famoso, reconocido y aceptado experimento de Michelson y Morley (MyM) en el año de 1887, lo que Einstein no sabía, era que aquellos resultados, ya aceptados por la ciencia y galardonados con el Nobel, se habían interpretado erróneamente, al creer que los fotones de luz recorrían distancias iguales a lo largo de los dos brazos del interferómetro de Michelson, cuando lo que sucede realmente, es que los fotones recorren, a lo largo de los brazos, distancias diferentes en tiempos iguales, por lo tanto realizan sus respectivos recorridos a velocidades diferentes.
    El experimento de M y M está bien realizado, pero realmente demuestra todo lo contrario a lo que se ha creido desde 1887. LA CONCLUSIÓN CORRECTA ES QUE: LA VELOCIDAD DE LA LUZ NO ES CONSTANTE, SINO QUE ES VARIABLE Y DEPENDE DE LA VELOCIDAD DE LA FUENTE QUE LA EMITE.
    Para conocer la demostración del error de Michelson y Morley, debes solicitarla a martinjaramilloperez@gmail.com ya que es una demostración geométrica que no se puede incluir en este comentario.

  • martin

    Los resultados del experimento de Michelson y Morley siempre han sido mal interpretados. Ellos buscaban tiempos diferentes entre los dos recorridos de los fotones entre los espejos y nunca los encontraron porque los fotones siempre hacen los recorridos en tiempos iguales y las distancias recorridas son diferentes.

    El experimento demuestra que la velocidad de la luz es diferente en los distintos recorridos entre los espejos del interferómetro.

    Si desean conocer la demostración geométrica de que la velocidad de la luz no puede ser constante solicítela a: martinjaramilloperez@gmail.com

  • fresa

    no entendi