El mayor fracaso de la física... ¿O tal vez no?

James Clerk Maxwell, uno de los físicos más afamados de la historia de las ciencias y padre del electromagnetismo, poco antes de su muerte propuso que debería existir una diferencia en la velocidad de la luz que viajaba en dirección de la órbita terrestre, en comparación con la luz que viajaba en sentido contrario. No obstante, consideró que se trataba de un experimento imposible de realizar, por lo que no perdió el tiempo en llevarlo a cabo. Por no hablar de que murió pocos meses después de tener esa idea. Sin embargo, un par de físicos de la Escuela Técnica de Cleveland, demostraron que estaba en un error, ya que realizaron este experimento con un rotundo éxito, ¿o fue un fracaso?

El experimento en cuestión ha sido considerado como uno de los mayores fracasos de la historia de la física, ¿el motivo?, que iban buscando una cosa y encontraron otra; he aquí su historia. Corría el año 1887, en uno de los laboratorios de la Escuela Superior de Cleveland se estaba llevando a cabo un meticuloso experimento. Los alrededores del laboratorio habían sido desalojados y se estableció un rigurosa vigilancia policial, todo ello para asegurar las estrictas condiciones necesarias. Preparando el experimento se encontraban dos de los mejores físicos experimentales del momento: Albert Abraham Michelson y Edward Williams Morley. Medir la velocidad de la Tierra, respecto al supuesto éter inmóvil, que recubría cada recóndita región del espacio. En si no querían medir la velocidad de la Tierra, esa ya se sabía de forma anterior, y solo es necesario conocer la distancia de la Tierra al Sol (150 000 000 km) y el periodo de traslación de la Tierra, es decir, un año o 365,24 días para ser exactos (ese casi cuarto de día extra es lo que origina los años bisiestos), y aquí aparece el desarrollo:

Lo que en realidad querían comprobar era que un rayo de luz que viajase en la dirección del movimiento terrestre, debería presentar una menor velocidad que un rayo que viajase de forma perpendicular, ya que el primero se vería frenado por la acción del viento de éter cósmico. El aparato empleado con tal propósito era el interferómetro, y estaba montado sobre una losa de mármol que flotaba en una piscina de mercurio para que pudiera rotar sin fricción. El aparato consistía en una lámpara de luz, que emitía un rayo sobre una lámina recubierta de plata, que originaba que el rayo se bifurcase en dos rayos perpendiculares, uno de ellos en el sentido de la trayectoria de la Tierra pero con dirección opuesta y el segundo perpendicular al primero. El primer rayo debería ser frenado por el éter, mientras que el segundo no. Luego ambos rayos eran reflejados en unos espejos, de modo que el primero debería volver al centro después que el segundo. El aparato de medición tenía una sensibilidad de hasta ochocientas bimillonésimas de segundo.

Esquema del Interferómetro de Michelson-Morley (Fuente: Gravitación)

El experimento fue un fracaso, ambos rayos llegaban al mismo tiempo. Con desconfianza, se repitió el experimento varias veces, pero el resultado seguía siendo el mismo, ambos rayos llegaban a la vez. Algo había fallado en la hipótesis inicial, y muchos científicos se lanzaron a buscar las causas. Un irlandés apellidado Fitzgerald sugirió que los cuerpos al moverse a través del éter, sufrirán un proceso de contracción en la dirección del movimiento de modo que al recorrer menor distancia el rayo más lento llegaría a la vez que el rayo más rápido. Posteriormente, y de forma independiente, el holandés Lorentz dedujo las fórmulas que explicaban esa contracción, dando así los primeros pasos hacia la teoría de la relatividad.

A pesar de que el experimento no demostraba lo que buscaba, demostró otras cosas, como la inexistencia del éter o esa quintaesencia que ocupaba todo el espacio conocido. Pero, más importante que eso fue que demostró la constancia de la velocidad de la luz; es decir, que la luz no se ajustaba al teorema de superposición de velocidades de la mecánica no relativista de Newton y Galileo. Me explico: Siguiendo la mecánica no relativista, si yo voy corriendo dentro de un tren a 10km/h y el tren va a 100 km/h, si corro en dirección a la estación me estaré acercando a ella a una velocidad de 110 km/h (100+10) (para el observador situado en la estación); mientras que si corro en la dirección opuesta a la del tren, me estaré acercando a la estación a 90 km/h (100-10) ¡Pero esto no ocurre con la luz! Siguiendo el mismo ejemplo, si un tren se acerca a una estación y tu te encuentras en ella, la luz viajara a 300 000 km/s independientemente de la velocidad del tren. Y si el tren en vez de acercarse se alejara, para ti, como observador en la estación, la luz seguiría viajando a la misma velocidad, ni se le sumaría (acercarse) ni se le restaría (alejarse) la velocidad del tren. Como consecuencia del incumplimiento por parte de la luz del teorema de superposición, no hay nada que viaje más rápido que la luz. Como en ese momento nadie fue capaz de explicar este suceso, el experimento quedó como algo desconcertante, pero el éter fue completamente olvidado cuando unos años después, en 1905, un joven físico que trabajaba en la oficina de patentes de Berna publicó un artículo en la revista Annalen der Physik. Su nombre: Albert Einstein, el padre de la teoría de la relatividad.

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