El experimento de Michelson-Morley

Es sabido que la luz se manifiesta en diferentes fenómenos bien como onda bien como partícula (la frase sobre el dualismo corpuscular-ondulatorio no tiene ninguna relación con la pregunta analizada). En principio supongamos la naturaleza corpuscular del la luz. Entonces el modelo de interferómetro de Michelson-Morley puede ser representado como dos brazos con un reflejante ideal en el centro del dispositivo y con dos reflejantes en los extremos de los brazos (Fig. 3.1).

Figura 3.1: El modelo corpuscular del experimento de Michelson.

Sea que dos partículas, que se mueven paralelamente una respecto a la otra a una velocidad ${\bf v}_1$ (respecto al "sistema universal de referncia"), caen en dicho dispositivo, el cual se mueve a una velocidad ${\bf V}$ (respecto a ese mismo sistema), aquí $v_1>V$. Entonces tenemos la velocidad $v_1-V$ respecto al dispositivo. Después del reflejo, en el centro del dispositivo la partícula 1 se moverá en la dirección perpendicular con esa misma (en módulo) velocidad $v_1-V$ respecto al dispositivo. Las partículas se reflejarán en los extremos de los brazos al mismo tiempo. Así, ellas alcanzarán al mismo tiempo tanto el punto $O$ como el punto $O_1$. No se observará ninguna diferencia de velocidades entre estas dos partículas para dos direcciones mutuamente perpendiculares, independientemenete de las velocidades $v_1$ y $V$. De esta manera, si consideramos a la luz como un flujo de partículas, entonces los experimentos de Michelson-Morley (Kennedy-Thorndike, Tomashek, Bonch-Bruevich y Molchanov y otros) no pudieron dar ningún resultado positivo.

Supongamos ahora la naturaleza ondulatoria de la luz. En este caso la velocidad de la luz puede depender sólo de las propiedades del medio (el éter o el vacío) y/o de las características internas de la misma luz en transmisión. Si aceptamos la hipótesis sobre la existencia del éter entonces la velocidad de la luz depende de las propiedades de este medio (por analogía con el sonido). Es obvio entonces que la velocidad de la luz no puede sumarse a la velocidad de movimiento de la fuente (el ruido de un avión supersónico se transmite a una velocidad constante, fijada por el medio y, como resultado, el avión se adelanta al sonido). También es evidente que, puesto que la luz interactúa tanto con la materia (se absorbe o se dispersa) como con el éter (de transmite en él), entonces deberá observase también una interacción entre el éter y la materia. Y en el experimento de Michelson-Morley se suponía algo improbable: el "amarre" sólido de la luz al éter junto con la absoluta interacción de éste con los cuerpos (sin interesarse por la Tierra, por el dispositivo). Naturalmente, en el caso del interés parcial por el éter (y para toda una serie de experimentos locales en la capa fronteriza el arrastre del éter puede ser prácticamente completo) la teoría se complica. Sin embargo, esto no refuta de ninguna manera la hipótesis del éter (los relativistas proponen actuar como en el chiste sobre el borracho y la lámpara: buscar no ahí donde se puede encontrar, sino ahí donde buscar es más fácil). Tocaremos brevemente la concepción del éter más adelante, por ahora nos basaremos sólamente en el principio clásico de la relatividad en el vacío ya que para todas las paradojas de la TER y los resultado no importa, en este libro, si se tiene el vacío o el éter.

Si la luz representa una onda entonces la velocidad de la fuente cambia sólo la frecuencia. De esta manera, la velocidad de la luz $c(\omega)$ no depende de la velocidad de lafuente para la frecuencia $\omega$ dada. Aquí se tiene en mente lo siguiente: las ondas de luz de una misma frecuencia son idénticas una a la otra. Y si percibimos la luz de frecuencia $\omega$ entonces es completamente indiferente que ésta se hubiese emitido por la primera fuente inmediatamente con esta misma frecuencia $\omega$ o que se haya emitido con la fracuencia $\omega_1$ y que a consecuencia del movimiento de la fuente la frecuencia haya cambiado $\omega_1\rightarrow \omega$ (el efecto Doppler). En ambos casos el valor medido para $c(\omega)$ será el mismo.

Regresemos ahora a los experimentos de Michelson-Morley y otros. Puesto que la luz incidente, la que pasó a través de la placa delgada y la que se reflejó en el espejo tienen la misma frecuencia en un mismo sistema de observación entonces la velocidad de la luz $c(\omega)$ permaneciía constante para dos direcciones mutuamente perpendiculares y los experimentos no pudiero descubrir nada. El experimento de Tauson con dos laseres idénticos tampoco pudo descubrir nada ya que al fusionar los dos rayos en una misma imagen (en una misma dirección) la frecuencia se vuelve igual y no se observarán ningunas pulsaciones regulares. De este modo, el intento de buscar los cambios en la velocidad de la luz en los experimentos con una frecuencia fija no es correcto en su escencia. La única dependencia que se puede intentar hallar es $c(\omega)$: todas las demás dependencias pueden entrar sólo indirectamente, a través del efecto Dopler.

Con propósitos metódicos analicemos algunos errores verosímiles presentes en los libros de texto. Cuando se parte desde " el punto de vista clásico" del éter inmóvil e inmovible entonces, para el calculo de la diferencia del tiempo de recorrido de los rayos, en el interferómetro de Michelson comúnmente se diduja un extraño esquema [35] para el cual no funciona la ley de reflexión: el ángulo de incidencia no es igual al ángulo de reflexión (Fig. 3.2).

Figura 3.2: El esquema del interferómetro.

Esto contradice a los experimentos. Entonces es necesario al menos explicar el mecanismo de tal anomalía y determinar su influencia sobre el experimento (esto se podría hacer si se presupone la suma de la velocidad de la luz con la velocidad del espejo del interferómetro según las leyes clásicas). Tampoco está claro como se adivina el ángulo que provee la interferencia de de un mismo rayo. Puesto que todos los datos son registrados por el observador, que se mueve junto con el interferómetro, en realidad hay que analizar el experimento precísamente desde el punto de vista de este observador [50].

La sincronización del tiempo segín el método de Einstein trae limitaciones artificiales incluso para las ideas de los experimentos. Evidentemente, en virtud de la reversibilidad del movimiento relativo ($-{\bf v}+{\bf v}=0$), puede existir sólo un efecto impar para la dependencia de la velocidad de la luz respecto a la velocidad de movimiento del sistema. Empero, se intenta determinar la velocidad de la luz como una velocidad promedio para dos direcciones mutuamente contrarias (en un camino cerrado). Por consiguente, la única dependencia clásica lineal de la velocidad de movimiento del sistema se autoexcluye. Así, tal enfoque sustituye al postulado de la constancia de la velocidad de la luz, el cual había que comprobar experimetalmente.

El experimento de Michelson-Morley y sus análogos no contradicen el principio de Galileo y más arriba se analizó detalladamente desde el punto de vista del espacio vacío. Exáminemos ahora la idea original del experimento desde el punto de vista de las concepciones del éter. Notemos que siempre se puede corregir ligeramnete el coeficiente de arrastre de Fresnel para que los experimentos de primer y segundo órden se confirmen con una exactitud práctica. Hay que aclarar, en honor a la verdad, que el experimento de Michelson y sus análogos (a pesar de las discuciones sobre la construcción del aparato y la teoría) siempre diéron convencidos con la consideración de los posibles errores una velocidad diferente de cero para el viento étereo [94,95]. Marinov [90,91], Silvertus [115] encontraron la velocidad correcta respecto a la radiación de fondo. Sólo durante el blindaje por medio de un caparazón metálico el resultado era cercano a cero. Aceptando, no sin reservas, la teoría del éter recordemos, en aras de la objetividad, que en la actualidad todos los aparatos se someten al vacío (se hacen un sistema cerrado). Y, por ejemplo, la velocidad local del sonido en el salón de un avión permanece constante (independiente del viento exterior) incluso en el caso del movimiento ultrasónico del avión. El punto de vista etéreo no contradice los resultados obtenidos: el arrastre de Fresnel para los cuerpos metálicos es total (la electrodinámica de Herz es válida para los metales), esto significa que el éter está en reposo respecto al aparato (localmente) dentro del caparazón metálico y no tiene sentido buscar el viento etéreo en el interior. Hay otro punto que comúnmente callan los relativistas. Incluso cuando no hay un blindaje metálico es suficiente una placa muy delgada de vidrio (o de aire en los experimentos originales) para que se debiera considerar la reemisión de la luz por estos elementos localmente en reposo. Como resultado, la velocidad realmente observada en la concepción etérea deberá ser de antemano menor que la velocidad del movimiento de la Tierra por su órbita. Así pues, el experimento de Michelson-Morley no testifica a favor de la constancia de la velocidad de la luz y no refuta ningún principio clásico.