Experimento de Michelson-Morley en 14:18

El experimento de Michelson y Morley fue uno de los más importantes y famosos de la historia de la física. Realizado en 1887 por Albert Abraham Michelson (Premio Nobel de Física, 1907 ) y Edward Morley, está considerado como la primera prueba contra la teoría del éter. El resultado del experimento constituiría posteriormente la base experimental de la teoría de la relatividad especial de Einstein.

La teoría física del final del siglo XIX postulaba que, al igual que las olas y el sonido que son ondas que necesitan un medio para transportarse (como el agua o el aire), la luz también necesitaría un medio, llamado "éter". Como la velocidad de la luzes tan grande, diseñar un experimento para detectar la presencia del éter era muy difícil.

El propósito de Michelson y Morley era medir la velocidad relativa a la que se mueve la Tierra con respecto al éter.

Cada año, la Tierra recorre una distancia enorme en su órbita alrededor del Sol, a una velocidad de 30 km/s (más de 100.000 km/h). Se creía que la dirección del "viento del éter" con respecto a la posición de nuestra estrella variaría al medirse desde la Tierra, y así podría ser detectado. Por esta razón, el experimento debería llevarse a cabo en varios momentos del año.

El efecto del viento del éter sobre las ondas de luz, sería como el de la corriente de un río sobre un nadador que se mueve a favor o en contra de ella. En algunos momentos el nadador sería frenado, y en otros impulsado. Esto es lo que se creía que pasaría con la luz al llegar a la Tierra con diferentes posiciones con respecto al éter: debería llegar con diferentes velocidades. La clave es que, en viajes circulares, la diferencia de velocidades es muy pequeña, del orden de la millonésima de la millonésima de un segundo. Sin embargo, Michelson, muy experimentado con la medición de la velocidad de la luz, ideó una manera de medir esta mínima diferencia.

Michelson y Morley en el año 1887, cuyo "interferometro" con aire como medio, pudieron obtener una longitud de trayectoria óptica (L1 + L2) de cerca de 22 metros. En ese experimento la longitud de cada brazo del interferómetro fue de 11 metros.

De manera que ΔN = ( 2 L / λ ) x(v² /c²)  si se escoge λ = 5,5 x10^-7  y (v/c)=10^-4 , entonces la ecuación es:

 ΔN = (22x10^-8m)/(5,5x10^-7m)=0.04

Si la diferencia de trayectoria óptica —que hay entre los haces en el Interferómetro de Michelson— varía en una distancia igual a la longitud de onda, entonces, una raya o franja habrá de trasladarse a través del retículo de la mirilla de observador. Si ΔN representa el número de franjas que pasan por el retículo, a medida que el espectro se corre, y si se utiliza luz de longitud de onda λ, de modo que el período de una vibración sea T = 1 / v = λ / c, entonces:

ΔN =(t1-t2)/T=((L1+L2)/cT)x(v²/c²)=((L1+L2)/λ)x(v²/c²)=0,04

Si se varía la longitud de algunos de los caminos ópticos del interferómetro (la longitud de uno de los brazos del instrumento), las franjas de interferencia se mueven a través de la pantalla a medida que en cada punto las ondas se refuerzan y anulan sucesivamente. Por ello, el aparato estacionario no nos puede decir nada referente a diferencias de tiempo en el recorrido de los dos caminos (los brazos del interferómetro). Sin embargo, si se gira el aparato 90º, los dos caminos cambian su orientación con respecto a la hipotética corriente de éter, de tal manera que el rayo que antes necesitaba un tiempo t 1 para el recorrido total, requiere ahora un tiempo t 2 y viceversa. Si estos tiempos son diferentes, las franjas se moverán a través de la pantalla durante el giro.

En donde v es la velocidad del éter que tomaremos igual a la velocidad de rotación de la tierra en su órbita de valor 3 x 10⁴ m/s y c es la velocidad de la luz de valor 3 x 10⁸ m/s

Como el desplazamiento de franjas de interferencia se verifica en ambos recorridos, el desplazamiento total debería ser de 2N o sea 0,4 franjas. Un desplazamiento de esta magnitud es fácilmente observable, y en consecuencia Michelson y Morley tenían esperanza de demostrar directamente la existencia del éter.

·      Ante la sorpresa general, no se detectó absolutamente ningún desplazamiento de franjas de interferencia.

·      Los resultados del experimento ya singularizado se interpretaron de tal forma que se concluyó:

·      El éter carecía de propiedades medibles resultando, como consecuencia directa de aquello, que la hipótesis del éter era insostenible.

·      Se vislumbraba el nacimiento de nuevos principios para física: la contracción de la longitud; la dilatación del tiempo; y una constante universal.