Capítulo 3. La hipótesis de Fresnel: un salvavidas provisional

La interpretación del fenómeno de la aberración desde una concepción ondulatoria de la luz tenía además la ventaja, frente a la concepción corpuscular, de dar cuenta de una causa física (y no simplemente mecánico-matemática, como en la concepción corpuscular) de dicho fenómeno.

Puesto que en la teoría ondulatoria de la luz se postulaba la necesidad de la existencia del éter, éste vendría a ser el causante de la aberración angular. Puesto que el supuesto movimiento traslativo de la Tierra era un axioma incontestable, había de considerarse el éter en una situación absoluta estacionaria, por lo que el movimiento de la Tierra generaría un viento de éter de la misma dirección y magnitud, pero de sentido contrario. Este viento del éter es el que causaría la desviación de la onda de luz en el telescopio en movimiento, generando el fenómeno de la aberración. No resulta difícil intuir esta concepción del viento del éter. El ejemplo clásico es el de compararlo con el viento artificial que sentiría en su rostro una persona que estuviera conduciendo un coche y sacara la cara por la ventanilla, en un día de “calma chicha” o en el que no hubiera viento natural.

Si volvemos a los dibujos del Gráfico Número 1 que pusimos para la explicación de la aberración a partir de la concepción corpuscular originaria, aplicándoles esta vez la concepción ondulatoria de la luz, obtenemos los dibujos que aparecen en el Gráfico 6, en donde a) representa la onda de luz recibida en un telescopio sobre una Tierra estacionaria, y b) la onda de luz recibida en un telescopio sobre una Tierra en movimiento.

Pues bien, la hipótesis planteada por Fresnel para explicar que Arago no obtuviera un valor de aberración distinto al de los 20,5 segundos, como cabía esperar por el uso de un medio refringente en el seno de su telescopio, consistía en conjeturar que se producía un arrastre parcial del éter dentro de ese medio refringente como consecuencia del movimiento de este último junto con el telescopio. Este arrastre parcial enmascararía lo suficiente la diferencia de aberración angular que teóricamente se esperaba, y se obtendría, en su lugar, los consabidos 20,5 segundos de aberración (que es el resultado que efectivamente obtuvo Arago).

Fresnel conjeturaba, a su vez, que este arrastre parcial del éter en el seno del medio refringente en movimiento se debería a una mayor concentración de densidad de éter en dicho medio, y su valor dependería del índice de refracción (n) de dicho medio. En concreto, Fresnel postuló como valor de la velocidad de arrastre del éter por el medio móvil la que aparece en el apartado a) del Gráfico 7.

En virtud de las leyes del fenómeno de la refracción establecidas en el siglo XVII, ya se sabía que el índice de refracción de cualquier medio dependía del cociente entre las respectivas velocidades de la luz antes y después de penetrar en dicho medio. Puesto que Fresnel se movía en el seno de la teoría ondulatoria de la luz, éste consideraba que la velocidad de la luz, tras penetrar en el medio refringente, había de ser menor que la que tenía antes de introducirse en él. Por lo tanto, la relación de velocidades, a fin de obtener un valor de índice de refracción superior a la unidad, se formulaba con el cociente que aparece en el apartado b) del Gráfico 7.

Para ilustrar mejor el funcionamiento de esta hipótesis del arrastre parcial del éter, vamos a aplicarlo al experimento de Arago. Para simplificarlo, consideraremos que Arago rellenó enteramente su telescopio con un tubo de vidrio, y calcularemos el índice de refracción que habría de tener dicho vidrio para producir un suficiente arrastre del éter que enmascarara la obtención de una aberración angular distinta a la de los 20,5 segundos. Los dibujos y cálculos aparecen en los Gráficos 8 y 9.

El dibujo a) del Gráfico 8 representa un telescopio móvil relleno con un tubo de vidrio. El supuesto movimiento de la Tierra genera un viento de éter que desvía la onda lumínica. Las flechas rojas en línea discontinua representan el arrastre parcial de éter provocado por el medio refringente en movimiento (conforme a la hipótesis de Fresnel). De no existir este arrastre parcial, el viento de éter debería haber generado, como consecuencia del medio refringente introducido en el telescopio, una aberración distinta a la de los 20,5 segundos.

Puesto que Fresnel plantea una concepción ondulatoria de la luz, el medio refringente debería haber disminuido la velocidad de la luz dentro del telescopio, y debería haberse generado una aberración angular mayor que la de los 20,5 segundos (representada por la línea discontinua de color verde). Sin embargo, puesto que en los experimentos de Arago sólo se obtuvo la aberración normal de los 20,5 segundos (línea discontinua negra), era necesario introducir la hipótesis del arrastre parcial de éter que compensara la diferencia de aberración que teóricamente se esperaba.

Conforme al resultado obtenido en el Gráfico 9, para que fuera cierta la hipótesis aventurada por Fresnel del arrastre parcial del éter, el índice de refracción del vidrio utilizado en las observaciones telescópicas había de haber tenido un valor aproximado de 1,0052.

La teoría de Fresnel no era más que pura hipótesis, puesto que nunca se había calculado el índice de refracción de ningún medio refringente, ya que sólo se podría hacer esto si se conseguía calcular cuál era la velocidad de la luz dentro dicho medio refringente (sólo se conocía, por aquel entonces, la velocidad aproximada de la luz al aire libre).

Arago, ya prácticamente retirado de la carrera científica a causa de una ceguera progresiva, publicó en 1838, en la revista Comptes Rendus, un trabajo en el que se proponía, como medio para verificar la hipótesis de Fresnel, un experimento que permitiría el cálculo de la velocidad de la luz en el agua. De esta forma se matarían dos pájaros de un tiro, pues, por un lado, se dilucidaría de manera definitiva (si es que no lo estaba ya en virtud de los descubrimientos ya mencionados de principios del siglo XIX) el debate entre la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz (si el cálculo de la velocidad de la luz en el agua resultaba ser menor que en el aire, entonces su naturaleza sería ondulatoria, y viceversa en el caso de que fuera mayor); y, por otro lado, el cálculo de la velocidad de la luz en el agua permitiría obtener el verdadero valor del índice de refracción del agua.

Conocidos estos valores, ya se tendrían todos los datos necesarios para comprobar si, efectivamente, la hipótesis de Fresnel se verificaba al menos en el medio refringente particular del agua.

A fin de dilucidar este último punto, resultaba conveniente realizar algún tipo de experimento que permitiera comprobar, en circunstancias controladas, que efectivamente un medio refringente en movimiento (como, por ejemplo, el agua) podía producir cambios en la velocidad de una onda de luz que se moviera en su seno.

Comienza, así, de esta forma, una nueva carrera en la “comunidad científica” para la realización de estos experimentos que permitieran verificar todos estos postulados que aparecían implicados en la hipótesis del arrastre del éter formulada por Fresnel.