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Tema: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

  1. #1
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    El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Introducción


    Aprovechando la ocasión de que en este año se cumplía un siglo de la supuesta demostración de la Teoría de la Relatividad de Einstein, los medios de comunicación mundiales han difundido una imagen “fotográfica” de uno de los varios productos matemáticos que han ido surgiendo al amparo de la susodicha Teoría: en este caso concreto, se trataba de algo que los relativistas denominan un “Agujero Negro”.

    La Teoría de la Relatividad comenzó a formularla Einstein en Junio de 1905 (Teoría Especial), completándola en Noviembre de 1915 (Teoría General). Durante esos años, la Teoría apenas trascendió de los meros círculos académicos, pero, tras el final de la Primera Guerra Mundial, y tras su supuesta demostración en virtud de las fotografías y datos obtenidos a partir de un eclipse total de Sol acaecido el 29 de Mayo de 1919, los medios de comunicación de masas occidentales elevaron a las alturas a la figura de Einstein, convirtiéndolo en una especie de “hombre-espectáculo”, y produciendo una enorme cantidad de bibliografía (o propaganda) apologética y divulgativa de su nueva y revolucionaria Teoría.

    Esta serie de Capítulos que presento a continuación tiene como finalidad tratar de explicar de la manera más sencilla el conjunto de descubrimientos experimentales que precedieron, durante el siglo XIX, a la formulación de la Teoría de la Relatividad, y que marcan el contexto de lo que realmente se estaba debatiendo en el seno de la comunidad científica occidental. Generalmente, a este conjunto, o bien no se lo relaciona debidamente con la dicha Teoría, considerándolos como mundos más o menos independientes, o bien, si se les relaciona, no se hace de manera correcta (bien por la confusión en la explicación de cada uno de los descubrimientos experimentales precedentes, bien por la confusión en la explicación de dicha relación).

    A fin de cumplir con el objetivo de aclarar, y enunciar de la forma más simple posible, todo este conjunto, no he considerado mejor manera de tratar de conseguirlo que acudiendo a las fuentes originales de las publicaciones académicas en las que aparecieron los sucesivos trabajos filosófico-científicos que marcan el camino de la controversia suscitada a lo largo del mencionado siglo XIX (controversia, como digo, que precedió y acabaría suscitando, finalmente, la formulación de la Teoría de la Relatividad). En un Apéndice final se hará una recopilación de casi toda la bibliografía citada a lo largo de todos los Capítulos.

    Los Gráficos a los que se hace referencia en los Capítulos están recopilados en un documento PDF, que dejo adjunto a continuación:

    Diagramas Relatividad.pdf


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    Última edición por Martin Ant; 01/05/2019 a las 20:05

  2. #2
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 1. James Bradley y la “aberración” de la luz: el precedente de la controversia


    En la década de los años ´20 del siglo XVIII, el astrónomo británico James Bradley se puso a observar la estrella Etamin o γ Draconis (de la constelación del Dragón), en busca del fenómeno del paralaje, que él creía que sería un fenómeno demostrativo del movimiento orbital o traslativo de la Tierra alrededor del Sol.

    Esta estrella era especialmente idónea para la finalidad buscada, pues se encontraba justamente en el cénit celeste correspondiente al lugar desde el que la observaba el astrónomo (el Observatorio de Greenwich), razón por la cual se la denominaba Estrella del Cénit o Estrella Cenital.

    Bradley, en una serie de observaciones a lo largo de un año, vio que la estrella iba cambiando de posición hasta volver, al final del transcurso del año, a la misma posición de inicio en que se hizo la primera observación. No se trataba del fenómeno del paralaje, sino de un movimiento distinto, que él interpretó que se originaba a partir de la combinación de la velocidad finita de la luz procedente de la estrella y del movimiento del telescopio solidario al supuesto movimiento de traslación de la Tierra: es lo que se conoce, desde entonces, como fenómeno de la aberración estelar.

    Bradley publicó sus conclusiones en la revista Philosophical Transactions (revista oficial de la Real Sociedad de Londres) en su Volumen 35, de 1 de Enero de 1728, en forma de carta dirigida al también astrónomo británico Edmond Halley. Su explicación del fenómeno observado implicaba una interpretación corpuscular de la naturaleza de la luz (naturaleza corpuscular a la cual Bradley, siguiendo a Newton, se adscribía, en contraste a la interpretación ondulatoria de la naturaleza de la luz, defendida y desarrollada fundamentalmente por el científico británico Robert Hooke y el científico holandés Christian Huygens).

    En virtud de esta teoría, los cuerpos lumínicos (como las estrellas) emitían partículas de luz que llegaban a la Tierra, pero que, a consecuencia del supuesto movimiento de ésta, llegaban un poco desviadas (de ahí el nombre de aberración) al objetivo del telescopio, ya que se formaba un pequeño ángulo de desviación tras penetrar dicha partícula en el aparato telescópico.

    Este fenómeno de la aberración se da en todas las estrellas, produciéndose en todas ellas, al observarlas por el telescopio, una desviación angular de aproximadamente unos 20,5 segundos en cada seis meses en el plano de la ascensión recta (Este-Oeste). Asimismo, en el plano de la declinación (Norte-Sur), se observa un desplazamiento de posición de la estrella, cuyo valor varía dependiendo de la posición de dicha estrella con respecto a su latitud en el plano de la eclíptica (una estrella situada en el polo de dicho plano, es decir, a 90º de latitud, describiría un círculo con un radio de 20,5 segundos de arco, a lo largo de un año; mientras que una estrella situada a 0º de latitud, no se movería en el plano de la declinación; por último, una estrella situada a 45º, describiría una elipse, con el eje mayor de 20,5 segundos de arco y el eje menor de 10,25 segundos; y así sucesivamente con el resto de posiciones de las estrellas entre los 0º y los 90º de latitud respecto al plano de la eclíptica).

    Como la estrella Etamin se encuentra casi en el polo norte de la eclíptica, la estrella vista por Bradley describía aproximadamente un círculo.

    En el Gráfico 1 se muestran unos dibujos esquemáticos sobre la interpretación bradleyana del fenómeno de la aberración. Así, en el dibujo a) se muestra lo que Bradley creía que pasaría en un telescopio sobre una Tierra quieta; y en el dibujo b) se muestra el fenómeno de la aberración interpretado según un supuesto movimiento terrestre.

    En el Gráfico 2, dibujo a), vemos lo que observó Bradley en su seguimiento de dicha estrella durante un año. En Septiembre tendría centrada la estrella en el centro del retículo del telescopio; pero, hacia el mes de Diciembre, vería que la posición de la estrella se había desplazado hacia el Sur y el Este, siguiendo, a continuación, una trayectoria más hacia el Sur y el Oeste en el mes de Marzo, y dirigiéndose después al Norte y al Oeste en el mes de Junio, volviendo en dirección Norte y Este a su punto de partida en el nuevo mes de Septiembre.

    Tal y como se ve en el dibujo b), Bradley interpretaba que lo que se veía era el desplazamiento y posición aparentes de la estrella en el firmamento, siendo la verdadera posición real fija de la estrella la que se representa de color blanco en el centro del círculo recién descrito (trazado este último con línea discontinua).

    En el Gráfico 1, como decíamos, podemos observar un esquema básico de la interpretación corpuscular bradleyiana del fenómeno de la aberración. En el dibujo a), observamos que el corpúsculo de luz cae perpendicular sobre el centro del objetivo de un telescopio situado en una Tierra quieta. Pero en el dibujo b), el mismo corpúsculo cae sobre un telescopio que participa de un supuesto movimiento de la Tierra, con lo que aquél no cae justo en el centro, sino que se desvía a un lado del objetivo.

    Esta interpretación del fenómeno de la aberración, permitió a Bradley, a su vez, hacer un cálculo más preciso de la velocidad de la luz, fijando, de manera definitiva, el carácter finito de su velocidad (característica que ya había sido establecida previamente, por primera vez, por el astrónomo danés Ole Roemer, utilizando, para su cálculo de la velocidad de la luz, en 1676, las diferencias de tiempo, observadas cada seis meses, en el período de la órbita del satélite Ío alrededor del planeta Júpiter: diferencias que éste interpretaba como consecuencia del retardo que sufría la luz de Ío en llegar a la Tierra como consecuencia de la supuesta posición más alejada o más cercana de esta última con respecto a Júpiter cada seis meses del año).

    La formulación para llegar al cálculo de la velocidad de la luz aparece en el Gráfico 3.

    Así pues, este descubrimiento de Bradley dio un espaldarazo muy fuerte a la concepción corpuscular de la luz, la cual, unida al prestigio de Newton (que también defendía la naturaleza corpuscular de la luz), consolidó el dominio de esta forma de entender la luz durante todo el siglo XVIII.

    Pero, a comienzos del siglo XIX, como veremos, van a producirse una serie de descubrimientos que van a decantar la balanza hacia el lado contrario, es decir, el de los que defienden la naturaleza ondulatoria de la luz.

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    Última edición por Martin Ant; 01/05/2019 a las 20:00

  3. #3
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 2. La naturaleza de la luz: un catalán desata la controversia


    Se conjeturaban dos posibilidades a la hora de describir la naturaleza la luz.

    Una de ellas, como hemos visto, era la de considerarla como un cuerpo. Esta concepción casaba bien con la mentalidad mecanicista de su principal impulsor, Isaac Newton.

    El fenómeno de la refracción de la luz se explicaba desde el punto de vista de un cuerpo sometido a distintas fuerzas gravitacionales como consecuencia de su paso por dos medios distintos, las cuales producirían distintas velocidades en el cuerpo en esos distintos medios. En el caso particular del paso de un rayo de luz del aire al agua, esta concepción corpuscular preveía un aumento en la velocidad de la luz en el medio acuoso.

    A su vez, se daban explicaciones satisfactorias al fenómeno de la reflexión, así como también al fenómeno de la dispersión de la luz a su paso por un prisma (fenómeno descubierto por el propio Newton).

    La otra concepción de la luz era la ondulatoria. Consistía en considerar que la luz no es un cuerpo en sí, sino la perturbación de una materia general que permea y llena todo el Universo, y a la cual se la denominaba con el nombre clásico de éter. La luz no vendría a ser sino esta misma materia en tanto que perturbada por una onda que la hiciera oscilar a una determinada frecuencia.

    Su principal defensor y sistematizador fue el matemático holandés Christian Huygens, cuyas explicaciones no sólo daban también plena satisfacción a los fenómenos ya conocidos de la reflexión, refracción y dispersión, sino que, además, explicaba el de la polarización por refracción, preveía otros que no podrían explicarse desde la concepción corpuscular (tal como el fenómeno de la interferencia, o la polarización por reflexión), así como preveía, a diferencia de la concepción corpuscular, una disminución en la velocidad de la luz en un medio acuoso.

    Pues bien, en la primera década del siglo XIX se realizaron algunos experimentos que reforzaron la concepción ondulatoria de la luz.

    Étienne-Louis Malus publicó en 1809 en la revista Mémoires de physique et de chimie de la Société de Arcueil su descubrimiento de la polarización de la luz por reflexión.

    Y el físico británico Thomas Young publicó su descubrimiento del fenómeno de la interferencia de la luz en un trabajo presentado a la Real Sociedad de Londres en Noviembre de 1801, y publicado en la revista Philosophical Transactions, en su Volumen 92, de Diciembre de 1802; así como también el de ese fenómeno particular y paradigmático de la interferencia que se conoce con el nombre de difracción, en otro trabajo presentado a la Real Sociedad en Noviembre de 1803, y publicado en el Volumen 94, de Diciembre de 1804, de Philosophical Transactions.

    El experimento que genera el fenómeno de la difracción se suele representar por medio de un foco de luz que atraviesa un panel con dos rendijas, provocando franjas de distinta luminosidad en un segundo panel colocado a continuación del que tiene la doble apertura. Aunque el experimento de Young no fue exactamente así, se puede considerar substancialmente equivalente, y ayuda a visualizar mejor el sentido del experimento, sobre todo para su comparación con el fenómeno que se esperaría en caso de defender una naturaleza corpuscular de la luz.

    En el Gráfico 4 he tomado prestado un esquema básico del experimento de la doble rendija, en el que se pone de manifiesto el fenómeno de la difracción.

    En el Gráfico 5 hago una comparación entre el fenómeno obtenido como consecuencia de la naturaleza ondulatoria de la luz, y el fenómeno que se hubiera esperado conforme a la concepción corpuscular de la luz.

    Pero el conjunto de experimentos clave que “forzó” a la “comunidad científica” a abrazar definitivamente la concepción ondulatoria de la luz fue el que realizó entre 1806 y 1810 un astrónomo y político de familia catalana, oriunda del Rosellón (si bien, desgraciadamente, afrancesada), llamado Fraçois Arago.

    Arago conocía bien la interpretación que Bradley había dado al fenómeno de la aberración (consistente, como hemos visto en el Capítulo anterior, en achacarlo a un supuesto movimiento de traslación de la Tierra). Pero también sabía de la tradición científica del siglo XVIII en virtud de la cual se necesitaba de una confirmación más firme que despejara de toda duda que el supuesto movimiento de la Tierra era la única explicación del fenómeno, con exclusión de cualquier otra explicación.

    Para buscar esta confirmación, el método más famoso que se había postulado por la “comunidad científica” (principalmente por el astrónomo croata jesuita Ruggiero Boscovich) era el de utilizar o rellenar de medios refringentes el telescopio, esperándose que la luz estelar recibida en el telescopio a través de estos medios produjera ángulos de aberración distintos al normal de 20,5 segundos de arco ya calculado para un telescopio estándar relleno de simple aire normal.

    Así pues, Arago se puso manos a la obra, y colocó delante de su telescopio un prisma de vidrio acromático (es decir que no produce dispersión de la luz), y dirigió su telescopio a diferentes estrellas en el firmamento, a distintas horas del día, y en diferentes épocas del año.

    Hay que tener en cuenta que, en aquel entonces, a pesar de los últimos descubrimientos recientes (que acabamos de exponer) que abogaban por una concepción ondulatoria de la luz, todavía no se había dilucidado un último punto importante, a saber: si la velocidad de la luz aumentaba (concepción corpuscular) o disminuía (concepción ondulatoria) al pasar por un medio refringente. Pero esta última cuestión resultaba indiferente para el experimento de Arago, pues, independientemente de que la velocidad de la luz aumentara o disminuyera al pasar por el medio refringente, lo cierto es que, si este medio refringente se utilizaba en un telescopio que supuestamente estaba en movimiento (por ser solidario del supuesto movimiento terrestre), entonces sí o sí debía producirse en la medición angular de la aberración estelar un resultado distinto al de los conocidos 20,5 segundos de arco.

    Dicho con otras palabras: daba igual que el nuevo ángulo de aberración que se obtuviera fuera mayor o menor que el de los 20,5 segundos obtenidos en un telescopio normal lleno de aire; lo único importante era simplemente constatar, a través del experimento, la obtención de un ángulo de aberración QUE FUERA DISTINTO al ángulo de los 20,5 segundos de arco, y la “comunidad científica” entendía que la metodología de esta clase de experimento (un telescopio rellenado con un medio refringente, o un telescopio con un medio refringente incorporado) era apta e idónea para la obtención de ese resultado DISTINTO, lo cual significaría un respaldarazo definitivo a la interpretación de la aberración hecha por Bradley (es decir, que la aberración se producía realmente por un movimiento de traslación de la Tierra).

    Arago presentó sus resultados en una Memoria fechada en Diciembre de 1810 (que sería publicada en la revista Comptes Rendus, Tomo 36, 1er Semestre de 1853). En ella especificaba que, a pesar de haber utilizado distintos prismas de vidrio adjuntos a su telescopio, y a pesar de haberlo dirigido hacia distintas estrellas, y en distintas épocas del año, lo único que había conseguido obtener era la clásica aberración angular de los 20,5 segundos de arco.

    Esto suponía un duro golpe para los partidarios de una prueba definitiva de la movilidad de la Tierra: definitiva en el sentido de que no pudiera interpretarse de ningún otro modo que mediante la aceptación de la existencia de dicho movimiento.

    Aprovechando, pues, la ola favorable que en aquel entonces había hacia la interpretación ondulatoria de la luz, se pensó que sólo podía salirse de este grave escollo, suscitado u originado por los experimentos de Arago, mediante la aceptación de la teoría de dicha naturaleza ondulatoria, en contraposición a la naturaleza corpuscular de la luz. El fenómeno de la aberración de la luz, como ya dijimos, había sido desarrollado siguiendo la hipótesis de la naturaleza corpuscular (Bradley era defensor de la concepción corpuscular), pero esta hipótesis no tenía a su favor ningún recurso o mecanismo físico que pudiera dar cuenta del resultado “negativo” de las observaciones de Arago. La única alternativa de interpretación, en caso de seguir la concepción corpuscular, era la de considerar que el desplazamiento de 20,5 segundos de las estrellas, no se trataba de un desplazamiento aparente, sino de un desplazamiento real, y que, por tanto, la aberración no se producía por el movimiento de traslación de la Tierra, sino por un propio movimiento real de todas las estrellas: dicho con otras palabras, el movimiento estelar observado en el telescopio no sería un “efecto óptico”, sino que se trataría de un movimiento real.

    A fin de evitar esta “desastrosa” alternativa, la “comunidad científica” prefirió abandonar la concepción corpuscular de la luz, y abrazar la concepción ondulatoria de la luz. ¿Por qué? Ya lo hemos dicho: porque, dando por supuesto que había que mantener a toda costa la hipótesis del movimiento de la Tierra, la concepción corpuscular de la luz era incapaz de aportar ningún recurso con el que poder dar cuenta del susodicho resultado “negativo” de Arago, pero, en cambio, la concepción ondulatoria sí poseía un recurso o materia que podía servir de ayuda para la formulación de una nueva hipótesis que pudiera dar cuenta del resultado “negativo”.

    ¿Cuál era esa recurso o materia que poseía la concepción ondulatoria y de la que carecía la concepción corpuscular? La respuesta es clara: el éter. Ya dijimos antes que la concepción ondulatoria de la luz requiere, POR DEFINICIÓN, la existencia de un medio material que sirva de base o soporte para la existencia de las ondas. Del mismo modo que es imposible la concepción de una persona como “padre” sin que al mismo tiempo exista otra persona conocida como “hijo”, es lógicamente imposible la concepción de una onda sin la existencia de una base material que le sirva de soporte. A esta materia en la cual tienen lugar las “olas” u ondas lumínicas es a la que clásicamente se la ha denominado con el nombre de éter.

    El representante, en concreto, de la “comunidad científica” que se atrevió, pues, a dar un paso adelante para tratar de “explicar” el resultado “nulo” de las experiencias telescópicas de Arago, fue el físico francés Augustin Fresnel, mediante un trabajo publicado en la revista Annales de chimie et de physique, Tomo 9, del año 1818, y escrito en forma de carta dirigida al propio Arago.

  4. #4
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    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.

  5. #5
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 4. Los experimentos de Fizeau: la carrera por la verificación de la hipótesis de Fresnel


    Así pues, ya fallecido Fresnel († 1827), y ya retirado Arago de la vida científica, Hippolyte Fizeau tomó el relevo a partir de los años ´40 del siglo XIX, a fin de verificar la hipótesis de Fresnel (y ya, de paso, consolidar a fortiori la concepción ondulatoria de la luz).

    En su camino por la búsqueda de esta confirmación de la hipótesis de Fresnel, se decidió en primer lugar, en unión con Léon Foucault (“el del péndulo”), a realizar el que sería el primer experimento, a nivel puramente terrestre, para el cálculo de la velocidad de la luz, es decir, la primera medición directa de la velocidad de la luz.

    Recordemos que los dos cálculos anteriores de la velocidad de la luz de Roemer y Bradley tomaban como base la luz natural procedente de una fuente externa a la Tierra (la luz procedente del satélite Ío, o la luz procedente de la estrella Etamin). Pero ahora, lo que quería realizar Fizeau, por primera vez, era el cálculo de la velocidad de la luz al aire libre dentro de la propia Tierra, y mediante una fuente lumínica artificial en el seno de la propia Tierra, es decir un cálculo directo.

    Para ello utilizó un sistema ingenioso, que guardaba cierta remota relación con un método ya sugerido por Galileo en su conocida obra Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo. Un foco de luz se proyectaba sobre un espejo semitransparante (es decir, un espejo que puede reflejar y dejar pasar la luz al mismo tiempo). La onda de luz reflejada se desviaba hacia una rueda dentada (en concreto de 720 dientes, y, por tanto, de 720 huecos adjuntos a cada diente). La rueda estaba en rotación, y giraba de tal forma que la onda de luz pasara justo por un espacio hueco de la rueda, y, después de reflejarse en un espejo situado a 8.633 metros (en lo colina de Montmartre), volviera justo a pasar por otro espacio hueco de la rueda, de tal forma que se recibiera la luz en una pantalla final.

    Ahora bien, si Fizeau hacía girar la rueda de tal forma que la onda de luz pudiera pasar al inicio por un espacio hueco, pero que, en su regreso, se encontrara con un espacio dentado (y, por tanto, no hubiera luz en la pantalla final receptora), podía hacer un cálculo aproximado experimental de la velocidad de la luz al aire libre dentro de la Tierra.

    Fizeau publicó sus resultados en Comptes Rendus, Tomo 29, 2º semestre de 1849. Observando que la luz de retorno era bloqueada por un espacio dentado cuando se hacía girar la rueda a unas 12 revoluciones y media por segundo, calculó una velocidad de la luz de unos 313.000 Km/s. Para el esquema del experimento y los cálculos, véanse los Gráficos 10 y 11.

    Al año siguiente, Fizeau procedió a la medición de la velocidad en el agua. Para ello utilizó un mecanismo similar al que había usado para la medición de la velocidad de la luz en el aire, con la diferencia de que, en lugar de servirse de una rueda dentada giratoria, usó en su lugar un espejo giratorio. Esto permitía que el otro espejo estacionario distante, el cual había de situarse a varios kilómetros en el experimento anterior, ahora, en el nuevo mecanismo, podía situarlo a unos pocos metros, haciendo viable la posibilidad de medir la velocidad de la luz en un medio acuoso.

    Fizeau realizó el experimento junto con su nuevo colaborador Louis Breguet. Aquél se había separado de Foucault, y ambos competían entre sí por ser el primero en conseguir esa apreciada medición de la velocidad de la luz en el agua. Fizeau y Foucault publicaron sus resultados en Comptes Rendus, Tomo 30, 1er Semestre de 1850.

    Ambos pudieron medir una velocidad de la luz en el agua menor a la velocidad de la luz en el aire, obteniendo un valor aproximado de la velocidad de la luz en el agua de unos 225.000 Km/s.

    Esto permitía, a su vez, conocer el índice de refracción del agua. Como ya vimos, el índice de refracción viene determinado por el cociente entre la velocidad de la luz antes de penetrar en el medio y su velocidad dentro de ese medio tras haber penetrado en él. Por tanto, el índice de refracción del agua arrojaba un resultado aproximado de 1,333.

    Recordemos los dos supuestos que se necesitaban comprobar para verificar la hipótesis de Fresnel:

    1) El supuesto de que la luz tiene una naturaleza ondulatoria y, por tanto, su velocidad ha de ser menor cuando se mueve en el seno de dicho medio. Este primer requisito quedó confirmado con los resultados de Fizeau y Foucault de 1850.

    2) El supuesto de que un medio refringente móvil arrastra éter consigo, y, por tanto, la luz debía verse afectada en su velocidad al desplazarse dentro de ese medio, y que este arrastre y esta afectación correlativas habrían de depender (según la fórmula de Fresnel) del valor del índice de refracción de dicho medio.

    Este segundo supuesto es el que se propuso verificar Fizeau en su famoso experimento de 1851. Hay que tener en cuenta que en este experimento no se trataba de buscar un dato que no se tenía a partir de otros que sí se tenían (como ocurría en los experimentos anteriores de 1849 y 1850). Aquí, lo que se trataba de comprobar era que, con todos los datos ya en mano, los resultados que se obtuvieran en el experimento coincidieran con los que teóricamente se esperaban.

    El experimento consistía en dividir una onda de luz en dos haces, los cuales habían de pasar por dos tubos distintos llenos de un agua que se movía en direcciones opuestas en cada uno de ellos. Los dos haces salían, a continuación, de ambos tubos, y llegaban finalmente a una pantalla receptora.

    Es evidente que, si el agua estuviera quieta, los dos haces de luces llegarían a la pantalla receptora en concordancia de fase y se produciría una interferencia constructiva plena. Pero, si uno de los haces recorriera parte de su camino en contra de la velocidad del agua, y el otro haz lo hiciera a favor de la corriente de agua, entonces sería de esperar que los dos haces llegaran con tiempos y velocidades distintas a la pantalla receptora, y, por tanto, con distinta fase, y, en consecuencia, se produjeran franjas de interferencia. La medición de los desplazamientos de estas franjas permitiría conocer la diferencia de tiempo de llegada, y, por tanto, las distintas velocidades de los haces de luz al llegar a la pantalla, y, por tanto, en qué medida podían sus velocidades verse afectadas por el movimiento del agua.

    Para un esquema del experimento de Fizeau, véase el Gráfico 12. Las flechas negras dentro del mecanismo indican la dirección del movimiento del agua. El haz de color naranja se mueve en la misma dirección del movimiento del agua, mientras que el haz de color violeta se mueve en dirección contraria al movimiento del agua.

    Este experimento, pues, era perfectamente apto para tratar de verificar la hipótesis de Fresnel. No solamente servía para comprobar si efectivamente la luz se podía ver afectada en su velocidad como consecuencia de su desplazamiento a favor o en contra del movimiento del agua (con lo cual se verificaría la hipótesis del arrastre del éter por el movimiento de un medio refringente, en tanto en cuanto dicho movimiento del medio refringente afectaba a la velocidad de una luz que se moviera en su seno), sino también si esa afectación tendría lugar en la proporción teóricamente prevista en la fórmula de Fresnel.

    Fizeau publicó sus resultados en Comptes Rendus, Tomo 33, 2º Semestre de 1851. En ellos no solamente da cuenta de que efectivamente la velocidad de una luz que se mueve en el seno de un medio refringente móvil se ve afectada, sino que, además, esa afectación tiene lugar en una proporción similar a la prevista en la fórmula de Fresnel.

    Uno podría pensar de manera intuitiva que el haz de luz que se mueve en la dirección del agua vería aumentada su velocidad en una cantidad igual a la de la velocidad del agua; así como el haz de luz que se moviera en dirección contraria, vería disminuida su velocidad en la misma cantidad. Ésta era la hipótesis alternativa del arrastre total del éter, enunciada por el físico británico George Stokes a partir de 1845.

    Pero Fizeau observó en su experimento que la cantidad en que aumentaba y disminuía respectivamente la velocidad de los dos haces de luz era el de un porcentaje o proporción de la velocidad del agua, y no un porcentaje cualquiera, sino el que precisamente preveía la fórmula de Fresnel.

    Para el caso del agua, como se sabía que su índice de refracción era de 1,333, se debía esperar que la velocidad de la luz aumentara o disminuyera en un 44% de la velocidad del agua, en cuyo seno se movía la luz. Se pueden comparar las fórmulas de arrastre total (hipótesis de Stokes) y arrastre parcial (hipótesis de Fresnel) en el Gráfico 13.

    Por lo tanto, quedaba también verificado que la velocidad de la luz se veía afectada, en el seno de un medio refringente móvil, solamente por un porcentaje o proporción de la velocidad de dicho medio. Por lo que quedaba respaldada la hipótesis del arrastre parcial del éter, conforme a la fórmula de Fresnel.

    Es importante recalcar, no obstante, que la hipótesis de Fresnel no pretendía ser una ley genérica que tuviera validez para todas las situaciones y circunstancias. Recordemos que se trataba de una mera hipótesis ad hoc para tratar de explicar el resultado “nulo” del experimento de Arago. Pero, como éste había utilizado prismas de vidrio como medio refringente, y no se sabía el índice de refracción del vidrio (dato imprescindible para verificar la viabilidad de la hipótesis de Fresnel), no se podía saber si la causa por la que no se obtenía un resultado de aberración distinto a los 20,5 segundos podía deberse a un supuesto arrastre del éter por el medio refringente, como conjeturaba Fresnel.

    Pero ahora ya sí que se había obtenido el valor del índice de refracción de un medio refringente en particular: el agua. Y no solamente se sabía su índice de refracción, sino que se había verificado que, efectivamente, no sólo sí se producía un arrastre de éter en el seno de un medio acuoso en movimiento, sino que además ese arrastre era parcial (no total), dependiendo esta proporción de arrastre del índice de refracción del agua. Todo ello en perfecta consonancia con la hipótesis de Fresnel.

    Por lo tanto, verificada la hipótesis de Fresnel al menos para el caso particular del agua, mediante experimentos puramente terrestres, no había motivo alguno para no realizar un nuevo experimento en el que se tratara de medir la aberración de una estrella utilizando como medio refringente el agua (en el cual, como decimos, se había comprobado el cumplimiento de todos los supuestos implicados en la hipótesis de Fresnel), dejando a un lado el medio refringente de los prismas de vidrio que había sido utilizado por Arago (respecto de los cuales no se había procedido a comprobar particularmente el cumplimiento de los supuestos de la hipótesis de Fresnel).

    El astrónomo británico George Airy sería el encargado de realizar este nuevo experimento.

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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 5. El experimento de Airy: se cierne la catástrofe


    El posicionamiento de la “comunidad científica”, al comienzo de la segunda mitad del siglo XIX, era el de una mayoría aplastante a favor de la naturaleza ondulatoria de la luz.

    Por un lado, todos los experimentos realizados durante la primera mitad del siglo apuntaban claramente a una concepción ondulatoria de la luz.

    Y, por otro lado, los experimentos de Fizeau, además de servir de apoyo y confirmación a la dicha concepción ondulatoria, venían a ser una comprobación verificadora (al menos para el caso particular del agua) de los supuestos en los que se basaba la hipótesis que Fresnel había planteado como solución a la controversia planteada por Arago con sus experimentos (con los cuales éste había buscado infructuosamente la medición de una aberración de la luz estelar que fuera distinta a la de los 20,5 segundos, empleando para ello medios refringentes incorporados a su telescopio).

    Como decíamos al final del Capítulo anterior, todas estas comprobaciones realizadas por Fizeau en favor de la hipótesis del arrastre parcial del éter planteada por Fresnel para el caso particular del agua, invitaban a la realización de un nuevo experimento similar al de Arago que permitiera la medición de una aberración distinta a la normal de los 20,5 segundos, pero esta vez utilizando como medio refringente el agua.

    Se podría decir que el experimento de Arago, aunque teóricamente bien planteado en orden a la obtención del resultado genérico esperado, se realizó un tanto “a ciegas”. Me explico: estaba bien planteado para la obtención de un resultado genérico esperado, porque lo único que se esperaba en esos experimentos era obtener simplemente un resultado distinto al de la aberración normal, nada más. Se realizaba un poco “a ciegas” porque no se esperaba la obtención de un resultado específico calculado de antemano.

    Además, una vez formulada la hipótesis de Fresnel, lo suyo hubiese sido calcular el índice de refracción del vidrio (que es el medio refringente utilizado por Arago en sus experimentos), y, de esta forma, se habría salido de dudas acerca de la viabilidad de la explicación planteada por Fresnel. En lugar de ello, lo único que se hizo fue el cálculo del hipotético índice de refracción que se conjeturaba debía tener el vidrio para que se hubiera producido el resultado “negativo” obtenido por Arago (tal y como lo calculamos en el Capítulo 3).

    Pero ahora, para el caso particular del agua, ya no eran necesarias conjeturas de ningún tipo. Se sabía su índice de refracción, y se había comprobado, mediante experimentos terrestres controlados, que la luz sí se veía afectada en su velocidad al desplazarse en un medio acuoso en movimiento, siendo esta afectación no total (como conjeturaba la teoría del arrastre total del éter de Stokes), sino meramente parcial, y además en la justa proporción establecida por la fórmula aventurada por Fresnel.

    Por lo tanto, en un nuevo experimento para la medición de una aberración distinta de la normal, se podía utilizar como medio refringente idóneo el agua, pues ya se habían hecho todas las comprobaciones posibles para establecer que, si había algún medio refringente en el cual se habían cumplido todos los supuestos lanzados en la hipótesis de Fresnel, ése era precisamente el del agua.

    Dicho de otra forma: una vez comprobado, mediante experimentos puramente terrestres, que con el agua se cumplían todas las conjeturas de Fresnel, se podía proceder a utilizarlo como el medio refringente idóneo para tratar de conseguir una medición de la aberración de una luz procedente de una estrella distinta a la de los 20,5 segundos. Los cálculos de la aberración angular que teóricamente debían esperarse son muy sencillos, y, de esta forma, se estaba debidamente preparado para obtener un resultado específico conforme a lo esperado.

    Teniéndose, pues, en esta ocasión, todos los datos a mano, se pueden realizar los cálculos de la aberración angular que teóricamente cabría esperar de un telescopio lleno de agua que recibiera la luz de una estrella, y que se estuviera moviendo a la par y solidariamente con el supuesto movimiento de la Tierra.

    En los Gráficos 14, 15 y 16 aparecen los dibujos esquemáticos y los cálculos de la aberración que teóricamente se esperaría tanto para la hipótesis de que no hubiera ningún arrastre de éter (es decir, que sólo hubiera viento de éter), como para la hipótesis de que, además del viento de éter, hubiera un arrastre parcial de éter que contrarrestara parcialmente a aquél.

    En el dibujo del Gráfico 14, la aberración teóricamente esperada para el caso de que no hubiera arrastre parcial de éter aparece representada con una flecha discontinua de color naranja; y la aberración teóricamente esperada para el caso de que hubiera arrastre parcial de éter aparece representada con la flecha discontinua de color violeta. La flecha discontinua de color negro representa la clásica aberración de 20,5 segundos.

    En el Gráfico 15 se calcula que el ángulo de aberración teóricamente esperado para el caso de que no se considere la existencia de arrastre parcial de éter, sería de unos 27,5 segundos de arco.

    En el Gráfico 16 se calcula que el ángulo de aberración teóricamente previsto para el caso de que sí se tenga en cuenta el arrastre parcial de éter, sería de unos 15,5 segundos de arco.

    Como se puede observar, si se considera que el fenómeno de la aberración es causado por un supuesto movimiento terrestre, entonces, se mire por donde se mire, un telescopio lleno de agua (a diferencia de otro normal lleno de simple aire) SIEMPRE habrá de darnos un resultado, teóricamente previsto, para la aberración de la luz estelar, DISTINTO del de los 20,5 segundos.

    George Airy dirigió su telescopio lleno de agua hacia la estrella Etamin (la misma que sirvió de base para las observaciones de Bradley), y, tras sucesivas observaciones, presentó sus resultados a la Real Sociedad de Londres, en Noviembre de 1871, siendo publicados en la revista Proceedings of the Royal Society (Volumen 20, Enero de 1872).

    Los resultados obtenidos fueron “negativos” en relación a los que teóricamente habían de esperarse. Airy solamente obtuvo la clásica aberración normal de siempre. Por tanto, no cabía más que desechar la hipótesis de Fresnel como inservible para tratar de dar una explicación a estos inesperados resultados telescópicos “negativos” de la aberración estelar.

    Recordemos que la suposición del movimiento de traslación de la Tierra (con independencia de que se aplicara primero una concepción corpuscular de la luz durante el siglo XVIII, y luego una concepción ondulatoria de la luz en el siglo XIX) era la clave necesaria e imprescindible para la interpretación del fenómeno de la aberración.

    La obtención de una aberración de la luz estelar distinta de la clásica de los 20,5 segundos resultaba clave para apuntalar y afianzar el movimiento de traslación de la Tierra (base interpretativa del fenómeno de la aberración); y el método teórico para la obtención de esa aberración distinta mediante el uso de un medio refringente, constituía un marco perfectamente lógico que había de servir para la confirmación indirecta de ese supuesto movimiento de traslación de la Tierra.

    Si a esto añadimos que tampoco podía ya considerarse válida y útil la hipótesis de Fresnel para intentar dar cuenta de estos resultados “negativos” (pues el mismo medio refringente para el cual se habían verificado los supuestos de esa hipótesis a nivel “intraterrestre” –a saber: el agua– había resultado, a su vez, ser inútil a efectos celestes a la hora de tratar de obtener esa medición distinta de la aberración que se esperaba encontrar), entonces se podría decir que el panorama dentro de la “comunidad científica”, en el último tercio del siglo XIX, entraba en un punto muerto o callejón sin salida, ya que la única alternativa que quedaba todavía en pie para la explicación de estos fenómenos (es decir, la alternativa de la inmovilidad de la Tierra) les resultaba ideológicamente inadmisible.

    Pero las cosas habían de ponerse aún peor para la “comunidad científica”.

  7. #7
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 6. El experimento de Michelson-Morley: la consumación de la tragedia


    Como ha quedado indicado a lo largo de los Capítulos anteriores, los experimentos realizados para encontrar una medición del ángulo de la aberración estelar que fuera distinto al que normalmente se obtiene, tenían como misión última y primordial la obtención de un dato experimental que confirmara y afianzara el supuesto movimiento de traslación de la Tierra, ya que era este movimiento el que estaba en la base de la interpretación del fenómeno de la aberración.

    Asumiendo este movimiento terrestre, no había ningún motivo físico-matemático para esperar que, con la utilización de un medio refringente distinto al aire, se obtuvieran observaciones telescópicas de un ángulo de aberración distinto al normal.

    El hecho de que la “comunidad científica” pasara de una teoría corpuscular de la luz a otra ondulatoria no cambiaba sustancialmente la situación, pues en este último caso se seguía contando con el supuesto del movimiento de la Tierra para la explicación del fenómeno de la aberración, y, por tanto, asumiendo esa suposición como verdadera, los experimentos telescópicos con medios refringentes incorporados a ellos debían haber arrojado el resultado teóricamente esperado de un ángulo de aberración distinto al de los consabidos 20,5 segundos de arco.

    Dicho con otras palabras, la obtención de un ángulo de aberración distinto en esos experimentos hubiera supuesto una confirmación indirecta de ese movimiento terrestre.

    Pues bien, lo que se proponía hacer ahora el físico polaco-americano Albert Michelson fue tratar de realizar un experimento en virtud del cual se viniera a confirmar de manera directa (y no meramente indirecta, como en los experimentos de los Capítulos anteriores) ese supuesto movimiento de traslación de la Tierra en su órbita alrededor del Sol.

    Para ello, se propuso medir el efecto que debía tener el viento del éter (generado por el supuesto movimiento de la Tierra) sobre dos haces de luz que se movieran en dirección paralela y perpendicular, respectivamente, a dicho viento de éter.

    A diferencia de los experimentos de los Capítulos anteriores, el experimento de Michelson se hizo, por decirlo así, “al aire libre” o “a tumba abierta”, es decir, sin mediación de ningún medio refringente de por medio. Habiendo quedado desechada como inservible la hipótesis del arrastre de éter por un medio refringente móvil (conjeturada por Fresnel) gracias al experimento de Airy, Michelson decidió desarrollar un experimento que abordara directamente al viento del éter tratando de detectar su teóricamente esperado efecto sobre la velocidad de la luz, prescindiendo de la mediatización de cualquier medio refringente.

    Es decir, Michelson desarrolló un experimento óptico intraterrestre en virtud del cual se pudiera comprobar y verificar de manera directa, y sin mediaciones de ningún tipo, el movimiento de traslación de la Tierra.

    Antes de abordar el esquema del experimento, pienso que puede ser de ayuda, para una mejor ulterior comprensión del mismo, establecer previamente un ejemplo clásico ilustrativo de la metodología implicada en el experimento.

    En los Gráficos 17, 18, 19 y 20 se considera el caso de una persona que quiere realizar en canoa dos viajes con velocidad constante (los dos de ida y retorno al punto de partida) sobre un río en el que existe una corriente de velocidad constante (indicada con flechas rojas discontinuas), siendo uno de esos viajes en la dirección paralela al río (viaje río arriba, y vuelta río abajo), y el otro en dirección perpendicular al río (es decir, cruce del río de una orilla a otra, y vuelta a cruzarlo en su retorno a la orilla de partida).

    Conforme a las fórmulas finales que se obtienen en uno y otro caso, podemos sacar las siguientes conclusiones:

    1) Una canoa que hace un viaje de ida y vuelta (2L) en dirección paralela a un río, tarda un poco más en realizarlo en un río con corriente que en un río sin corriente.

    2) Una canoa que hace un viaje de ida y vuelta (2L) en dirección perpendicular a un río, tarda un poco más en realizarlo en un río con corriente que en un río sin corriente.

    3) Una canoa tarda un poco más en realizar un viaje de ida y vuelta en un río con corriente, si se desplaza en dirección paralela al río, que si lo hace en dirección perpendicular al río.

    A la luz (nunca mejor dicho) de los datos obtenidos en este ejemplo clásico, podemos abordar con más seguridad la explicación del experimento de Michelson.

    Fue el físico británico James Maxwell, en una carta dirigida a Michelson en 1879, poco antes de su muerte, quien le sugirió la realización de este experimento, a fin de poder determinar definitivamente la existencia del éter, a través de la constatación de sus efectos sobre la velocidad de la luz.

    Paralelamente a los descubrimientos que se iban realizando en el campo de la óptica durante el siglo XIX (y que consolidaban la naturaleza ondulatoria de la luz), también se fueron desarrollando las investigaciones sobre los fenómenos de la electricidad y del magnetismo, desembocando en la formulación de las famosas leyes del electromagnetismo por Maxwell, leyes que describen, tanto las relaciones entre ambos fenómenos físicos, como los efectos de ambos por separado.

    Dentro de esas leyes estaba implicada la formulación de las propiedades características que debía tener el medio que supuestamente servía de soporte a las ondas electromagnéticas (es decir, el éter). Puesto que las propiedades de este medio sólo permitían una velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas de unos 300.000 Km/s, no le resultó difícil a Maxwell conjeturar que la luz no era más que un caso particular de onda electromagnética (pues ya se conocía que ésta era su velocidad de propagación gracias a otros experimentos realizados aparte, y de los cuales hemos visto algunos a lo largo de estos Capítulos).

    Sólo faltaba llevar a cabo un experimento en el que se pusiera de manifiesto la interactuación de la luz con ese medio físico que le servía de soporte: el éter. Esta interactuación con la luz sólo podría observarse si ese medio físico estuviera en movimiento, y, puesto que se “sabía” que la Tierra se movía, este movimiento terrestre debía generar un viento de éter, el cual habría de ponerse de manifiesto por sus efectos provocados en la variación de la velocidad de una luz que se moviera en el seno de ese viento.

    Así pues, Michelson se puso manos a la obra. En el Gráfico 21 aparece un dibujo, lo más simplificado posible aunque substancialmente completo, de todos los supuestos implicados en el experimento de Michelson.

    El aparato utilizado en el experimento se denomina interferómetro, es decir, mide la magnitud y variación de las franjas de interferencia que se forman en una pantalla receptora como consecuencia de la llegada de dos haces de luz en tiempos distintos (y, por tanto, en distintas fases). La idea de Michelson era obtener un patrón de interferencias en una determinada posición del interferómetro, para, a continuación, girar el aparato 90º y obtener en la nueva posición una variación del patrón de interferencias como consecuencia de un desplazamiento de las franjas. Ese desplazamiento esperado se medía en número de franjas, y se entendía que habría de producirse como consecuencia de las diferencias en los tiempos de llegada de los dos haces de luz, por lo que podría determinarse la diferencia de velocidades a las que supuestamente habrían de llegar los dos haces, y, por tanto, de manera indirecta, se podría conocer la velocidad del viento del éter que había provocado estas diferencias de velocidad en los dos haces de luz. Es un mecanismo parecido al utilizado por Fizeau en su experimento del agua.

    La descripción es sencilla: un foco emisor situado a la izquierda del interferómetro emite una onda de luz que llega a un espejo semitransparente situado en el centro del aparato y divide la onda en dos haces. Uno de los haces de luz (de color naranja) se refleja en el espejo semitransparente y se dirige a un espejo situado en la parte de arriba del aparato en donde se refleja y vuelve hacia el espejo semitransparente, traspasándolo, y desemboca finalmente en la pantalla receptora. El otro haz de luz (de color violeta) se dirige hacia el espejo de la derecha, donde se refleja y vuelve al espejo semitransparente central, donde se refleja también, y desemboca finalmente en la pantalla receptora.

    De esta forma se puede ver el paralelismo con el ejemplo que pusimos antes del río. La velocidad de la canoa representa la velocidad de la luz, y la velocidad de la corriente del río representa la velocidad del viento del éter (equivalente a la supuesta velocidad de la Tierra). Del mismo modo que la canoa recorría la misma distancia de ida y vuelta, tanto en dirección paralela como en dirección perpendicular al río, así también los dos haces recorren la misma distancia, uno paralelo al viento del éter y el otro perpendicular a éste.

    Desde el momento en que los dos haces parten del espejo semitransparente central hasta que vuelven a él, han recorrido la misma distancia, pero se espera que el haz violeta (que se mueve paralelamente al viento del éter) llegue un poco más tarde que el haz naranja (que se mueve perpendicularmente al viento del éter), y, de esta forma, habrán de formarse en la pantalla franjas de interferencia en virtud de las cuales se pueda determinar las diferencias de velocidad de los dos haces de luz, y, en consecuencia, la velocidad del viento del éter que ha afectado a ambas.

    Michelson realizó una primera prueba a principios de la década de los ´80, publicando sus resultados en la revista The American Journal of Science (Volumen 22, 2º Semestre de 1881). Sin embargo, en esta primera prueba no había tenido en cuenta, para los cálculos teóricos esperados, la influencia que podía tener el viento del éter en el haz de luz que se movía perpendicular a él. M. A. Potier se lo hizo saber a Michelson en carta privada; y H. A. Lorentz lo comentó en un trabajo publicado al efecto en 1886, en donde también se recogían algunas críticas al experimento en cuestiones mecánicas de procedimiento.

    En consecuencia, Michelson, habiendo resuelto todas estas deficiencias señaladas, emprendió de nuevo la realización del experimento, esta vez con la ayuda de Edward Morley. El hecho de colocar el interferómetro sobre una plataforma que flotaba sobre una balsa de mercurio (a fin de evitar cualquier perturbación externa sobre el experimento) indica el grado de escrupulosidad al que había llegado Michelson para una realización satisfactoria de la prueba. Publicó los resultados de esta segunda experiencia en un trabajo publicado en The American Journal of Science, Número 203, de Noviembre de 1887.

    En dicho artículo, Michelson señalaba que, habiendo realizado el experimento en diferentes épocas del año, y habiendo girado el interferómetro para situarlo en distintas posiciones angulares (pues la plataforma en la que se encontraba el aparato se podía girar y fijar en distintas orientaciones), los pequeños desplazamientos obtenidos de las franjas de interferencia reflejaban que se había detectado una pequeña cantidad de viento de éter, pero despreciable e insignificante en relación con los 30 Km/s de viento de éter que teóricamente se esperaba encontrar (equivalentes a los 30 Km/s del supuesto movimiento de traslación de la Tierra), razón por la cual Michelson consideró su experimento como “negativo” o “nulo”.

    Había dos alternativas para explicar los resultados de este experimento. O bien no había éter…, o bien la Tierra no tenía movimiento de traslación. Puesto que la segunda opción era “impensable”, sólo quedaba la primera. El problema era que todos los experimentos ópticos realizados a lo largo de todo el siglo XIX no habían hecho sino afianzar y consolidar cada vez más y más la naturaleza ondulatoria de la luz, que implicaba la existencia del éter, es decir, de un medio material universal que le sirviera de soporte subyacente (del mismo modo que las ondas que se forman en un estanque al arrojar una piedra no se producen “por sí solas”, sino que requieren de un medio material que les sirva de soporte: el agua del estanque; igual pasa con el sonido, que son ondas que requieren del soporte material del aire; etc., etc.).

    En la última década del siglo XIX, el físico británico George Francis FitzGerald y el físico holandés Hendrik Antoon Lorentz plantearon por separado la hipótesis de que un cuerpo en movimiento a través del éter pudiera sufrir una contracción en su estructura material en la misma dirección de su movimiento. De esta forma, con esta hipótesis, se podía considerar que el interferómetro de Michelson había “encogido” en la misma dirección del supuesto movimiento de la Tierra, lo cual habría permitido que el rayo violeta que se movía en la misma dirección paralela a la del supuesto movimiento de la Tierra recorriera una distancia menor que el rayo naranja (de dirección perpendicular al supuesto movimiento terrestre), lo cual habría enmascarado el resultado teóricamente esperado de los dos haces de luz llegando a diferente tiempo a la pantalla receptora, y habría causado, en su lugar, el resultado que efectivamente se había observado u obtenido (es decir, la llegada de los dos haces prácticamente al mismo tiempo).

    De ambos físicos, Lorentz fue el más importante sistematizador y desarrollador de esta hipótesis, siendo su principal defensor tras el fallecimiento de FitzGerald en 1901. El físico holandés lo planteó por primera vez en un artículo publicado en la revista Zittingsverlag Akademie van Wetenschappen, en 1892. Y lo desarrolló de manera completa en su obra Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern, publicada en 1895.

    La hipótesis de Lorentz, igual que la de Fresnel, no era más que una conjetura ad hoc para tratar de “salvar las circunstancias” o “salir del paso” ante la decepción por los resultados “nulos” obtenidos en un experimento del que se esperaba un resultado teórico distinto.

    El panorama en la “comunidad científica”, a la llegada del nuevo siglo, no podía ser de más desconcierto.

    ¿Quién podría salvarla aportando una explicación o interpretación plausible de los resultados “nulos” o “negativos” de los experimentos realizados a lo largo del siglo XIX?

    Entiéndase el sentido implícito de la pregunta: ¿quién podría aportar una explicación de todos esos resultados… que no implicara una vuelta a la concepción metafísica de una Tierra estática?

  8. #8
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 7. La nueva ideología relativista de Albert Einstein: la filosofía natural puesta patas arriba


    Cuando el matemático británico Lewis Carroll publicó a mediados del siglo XIX su novela Alicia en el País de las Maravillas, seguramente su fecunda imaginación no habría sido capaz de concebir que sus fantasías de una Alicia agrandándose o encogiéndose a voluntad de la pluma, iban a ser consideradas, unas pocas décadas más tarde, con seriedad y “fundamento” entre los físicos o filósofos de la naturaleza de la “comunidad científica”.

    Aunque generalmente a la relatividad clásica se le ha acuñado el calificativo de galineana, lo cierto es que el concepto o afirmación de la relatividad de las cosas en el mundo de la naturaleza es una idea tan antigua como el hombre. Pero esta concepción clásica de la relatividad siempre llevaba consigo otro concepto ligado necesariamente a él: el concepto de un marco o punto de referencia absoluto.

    Dicho con otras palabras: para medir las relaciones que pueda haber entre las distintas magnitudes en el mundo de la física, es necesario siempre relacionarlas con un marco o punto que sirva de referencia para el establecimiento de esas relaciones. Y, por tanto, ese marco o punto de referencia habrá de considerarse siempre como fijo, general y universal, pues es el patrón de medida a partir del cual se van a establecer dichas relaciones.

    De entre las magnitudes más importantes para las cuales se pueden establecer relaciones, está la de las velocidades de los cuerpos materiales que están fijos o se mueven en distintos marcos de referencia particulares.

    Pero para que se puedan establecer estas relaciones, es necesario que las magnitudes dimensionales y la magnitud temporal sean las mismas y estén referidas al mencionado marco fijo, general y universal que sirve de marco absoluto y último para cualquier medición relativa.

    En la Historia de la humanidad siempre se ha considerado, hasta tiempo relativamente reciente, un único y exclusivo sistema privilegiado de referencia fijo y absoluto a partir del cual medir todas las relaciones de velocidades entre los cuerpos materiales, tanto intraterrenales como extraterrenales: no es necesario que aclare que me estoy refiriendo, por su puesto, a la Tierra.

    En el siglo XVII se empieza a producir en la “comunidad científica” un cambio, no diré sustancial, sino meramente accidental (desde el punto de vista de la filosofía de la naturaleza), en lo que se refiere a este tema al que nos venimos refiriendo del marco de referencia absoluto. El cambio, como digo, no fue sustancial, porque no se trataba de negar la existencia física de un marco de referencia absoluta. El cambio fue meramente accidental: simplemente se empezó a desechar el marco de referencia físico que se venía utilizando clásicamente desde los albores de la humanidad, es decir, la Tierra, y se fue sustituyendo por otros marcos de referencia físicos.

    En la primera mitad del siglo XVII, el astrónomo alemán Johannes Kepler y el astrónomo italiano Galileo Galilei (fomentado la antigua ideología pitagórica del heliocentrismo, que el astrónomo polaco Nicolás Copérnico había recuperado medio siglo atrás con la publicación de su obra póstuma De revolutionibus orbium coelestium, de 1543), simplemente se limitaron a sustituir a la Tierra por el Sol como nuevo marco de referencia absoluta.

    Sin embargo, este cuerpo celeste no podía considerarse como marco de referencia físico absoluto, puesto que la mentalidad relativista clásica, como ya hemos señalado, requiere que ese marco goce de inmovilidad física absoluta. Puesto que se descubrió que el Sol rotaba, mal podía servir como marco de referencia absoluto.

    Isaac Newton, sin embargo, sí estableció un primer cambio sustancial frente a la concepción clásica del marco de referencia absoluto. Desechó la idea de que un cuerpo físico concreto pudiera servir como marco de referencia absoluto (concepción tradicional), y lo sustituyó, en su lugar, por un concepto metafísico o ente de razón: el espacio absoluto. Éste es el nuevo marco matemático-racional que le iba a servir de referencia para sus descripciones de los fenómenos dinámicos, es decir, fenómenos cinemáticos en los que intervienen fuerzas que los aceleran (Galileo ya había sistematizado antes las relaciones de los fenómenos cinemáticos no dinámicos, principalmente en su obra Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze, publicado en 1638).

    Sus ideas de filosofía natural se hallan recogidas principalmente en su obra magna escrita en latín Philosophiae Naturalis Principia Mathematica: la primera edición fue de 1687, y después sacó dos ediciones más con correcciones y añadidos en 1713 y 1726. Consta de tres Libros: los dos primeros los dedica a cuestiones puramente matemáticas, y solamente dedica el tercero a cuestiones de filosofía natural. También se publicó póstumamente, en 1728, un folleto de propaganda de las ideas vertidas en este último tercer libro o parte de la obra. El folleto divulgativo fue una edición pirata, se titulaba A Treatise of the System of the World, y recogía los escritos de una versión preliminar de la primera edición de su obra principal, en donde aparecen redactadas sus ideas filosófico-naturales en un estilo más accesible al público en general.

    El prestigio alcanzado por Newton en la “comunidad científica” hizo que, desde finales del siglo XVII hasta prácticamente principios del XIX, y dentro del contexto de su filosofía natural mecánico-corpuscular, se utilizara como único marco de referencia ese concepto matemático-racional ideado por Newton, es decir, el espacio absoluto.

    Si bien nunca faltaron también críticas ante la idea de abandonar una concepción física para el marco de referencia absoluto, éstas no empezaron a arreciar y ganar terreno hasta el siglo XIX, en el que, recordemos, la concepción corpuscular de la luz fue siendo sustituida, y definitivamente desbancada, por la concepción ondulatoria. Recordemos también que esta concepción ondulatoria implicaba la existencia de un soporte material o físico para las ondas luminosas: el éter. Puesto que la “comunidad científica” no podía ni sabía renunciar, todavía, a la concepción clásica e intuitiva de la existencia de un marco de referencia con base o fundamento físico, no le resultó difícil aceptar como nuevo marco de referencia físico, fijo y absoluto, a esa materia que permea y llena todo el universo: al éter.

    De entre todos estos críticos de la concepción matemático-mecánica-corpuscular newtoniana de la naturaleza, quizá el que mejor resumió, sistematizó y desarrolló los varios problemas que planteaba e implicaba esa teoría filosófico-natural fue el físico austriaco Ernst Mach, cuyos planteamientos vendrían a ser bautizados con el nombre de Principio de Mach.

    La noción de la existencia de una materia que se extiende por todo el Universo y lo llena por todos lados sin dejar ningún intersticio libre, también es una idea clásica que ha sido aceptada de manera pacífica en la historia del pensamiento de la filosofía natural. Quizá porque se trata de una de esas ideas que, aunque con implicaciones físicas, se la puede considerar realmente como de carácter metafísica, es decir, pertenecería a ese selecto club de ideas metafísicas concernientes a la naturaleza, tales, por ejemplo, como la idea de un Universo finito que ha tenido un inicio en el tiempo, o la idea de una Tierra inmóvil.

    Ciertamente, no se puede entender cómo podría negarse la existencia de una última materia que rellenara todo el Universo material, pues, de lo contrario, habría que concluir que en el Universo pudiera haber algún lugar o intersticio en donde existiera el concepto contrario al de la materia: la nada. Pero eso es imposible. La nada no es más que un concepto, un ente de razón, sin existencia real. Lo único que puede existir en el Universo material en que vivimos es la materia, y, por lo tanto, no puede quedar ningún “hueco” de ese Universo sin estar “rellenado” de algo de materia.

    Esa materia última y elemental que llena todo el Universo es a lo que clásicamente se le ha llamado éter.

    Entiéndase lo que se quiere decir. Cuando en el lenguaje “científico” se afirma que se ha hecho el “vacío” en el interior de un determinado espacio cerrado en un laboratorio, lo que se está afirmando es que se ha eliminado el aire de ese espacio cerrado. Pero dentro de ese espacio cerrado tiene que seguir habiendo “algo” que lo llene y lo permee, penetrando en todos y cada uno de su “rincones”.

    Por tanto, la necesidad de la existencia del éter puede probarse sin necesidad de ningún experimento físico (aunque veremos en el siguiente y último Capítulo que, de hecho, ha sido probado mediante experimentos). Basta un simple razonamiento filosófico y lógico.

    Quizá la mayor dificultad respecto a la concepción física del éter sea la de sus peculiarísimas propiedades y características físicas. El entendimiento de estas propiedades no resulta ciertamente intuitivo, e incluso resultan paradójicas.

    Es importante tener en cuenta que la velocidad de propagación de las ondas en un medio depende única y exclusivamente de las características o propiedades materiales de ese medio. Existen básicamente dos propiedades del medio que condicionan esa velocidad de propagación en él: son las que se conocen como propiedad elástica, y propiedad inercial.

    La propiedad elástica tiene que ver con la capacidad y velocidad de reacción de una materia para volver a su estado primitivo después de haber sufrido una perturbación. Generalmente con el calificativo “elástica” nos viene a la mente intuitivamente cualquier muelle o goma elástica. Pero si atendemos a la definición, habrá que considerar que cualquier metal, como por ejemplo el hierro, es mucho más elástico que cualquier muelle. Y cuanto más rígido sea el material, con mayor velocidad se propagarán las ondas en él.

    La otra propiedad hace referencia a la densidad que pueda tener una materia. Cuando se habla de la propiedad inercial de una materia, generalmente se hace referencia a su resistencia a ser modificada en su situación de reposo o velocidad por una fuerza externa. Cuanta mayor sea su inercia, más difícil será modificar o variar esa situación.

    Pues bien, resulta que, por un lado, el éter ha de tener una densidad pequeñísima, que permita que todo el resto de cuerpos materiales del Universo puedan moverse libremente a través suyo, y, al mismo tiempo, ha de tener unas condiciones de rigidez increíblemente duras (más duras que cualquier metal conocido) que permitan esas enormes velocidades de propagación de la luz (o de cualquier onda electromagnética) en su seno. Es decir, es como querer juntar en una misma cosa las propiedades del aire y las propiedades del hierro, por poner un ejemplo.

    Para tratar de salvar esta paradoja, algunos físicos han conjeturado que el éter habrá de manifestarse de distinta forma según que su interactuación física sea con una materia cada vez más microscópica o con una materia cada vez más macroscópica. Si es con una materia cada vez más microscópica, a ese nivel el éter se comportará como un bloque único y compacto universal y se manifestarán más sus propiedades rígidas, mientras que si es con una materia cada vez más macroscópica, a ese nivel se comportará con si fuera una materia local y separada del resto del Universo, y se manifestarán sus propiedades “etéreas” o livianas.

    Sea como fuere, lo cierto es que no se puede prescindir de la realidad (por necesidad metafísica) del éter.

    Teniendo en cuenta estas cuestiones previas, vamos a tratar de dar una somera idea de la revolución introducida en la filosofía de la naturaleza por el físico judeo-alemán Albert Einstein, a raíz de su intento de explicar los sorprendentes resultados “negativos” del experimento de Michelson.

    Einstein inició la elaboración de su novedosa teoría con un trabajo publicado en Junio de 1905 en la revista Annalen der Physik (Volumen 322, Número 10). En los años siguientes continuó desarrollando su teoría, hasta desembocar en su formulación definitiva en una serie de trabajos presentados en la Academia Prusiana de Ciencias de Berlín, en Noviembre de 1915, y consiguientemente publicadas.

    Einstein editó a finales de 1916 un pequeño folleto divulgativo en donde quedaba compendiada toda su teoría, titulado Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie. En el prólogo al mismo, fechado en Diciembre de 1916, Einstein dice:

    «El presente librito pretende dar una idea lo más exacta posible de la Teoría de la Relatividad, pensando en aquéllos que, sin dominar el aparato matemático de la física teórica, tienen interés en la Teoría desde el punto de vista científico o filosófico general. La lectura exige una formación de Bachillerato aproximadamente y –pese a la brevedad del librito– no poca paciencia y voluntad por parte del lector. El autor ha puesto todo su empeño en resaltar con la máxima claridad y sencillez las ideas principales, respetando por lo general el orden y el contexto en que realmente surgieron».

    El propio Einstein, en una conferencia pronunciada en Kyoto (Japón) el 14 de Diciembre de 1922, cuya transcripción fue publicada en la revista americana Physics Today (Agosto, 1982), afirmaba lo siguiente:

    «Fue hace más de diecisiete años [es decir, en 1905] cuando tuve por primera vez la idea de desarrollar la Teoría de la Relatividad. Si bien no puedo decir exactamente de dónde me vino ese pensamiento, estoy seguro de que éste tenía que ver con el problema de las propiedades ópticas de los cuerpos en movimiento. La luz se propaga a través del mar del éter, en el cual la Tierra se mueve. En otras palabras, el éter se mueve con respecto a la Tierra. Intenté encontrar en la bibliografía sobre Física alguna clara prueba experimental que evidenciara el flujo [viento] del éter, pero fue en vano.

    Entonces yo mismo quise verificar el flujo [viento] del éter con respecto a la Tierra, en otras palabras, el movimiento de la Tierra. Cuando pensé por primera vez sobre este problema, yo no dudaba de la existencia del éter o del movimiento de la Tierra a través de él […].

    Al tiempo en que estaba pensando en este problema en mis años de estudiante, tuve conocimiento del extraño resultado del experimento de Michelson. Pronto llegué a la conclusión de que nuestra idea sobre el movimiento de la Tierra con respecto al éter es incorrecta, si admitimos como un hecho el resultado nulo de Michelson. Éste fue el primer paso que me condujo a la Teoría Especial de la Relatividad. Desde entonces, he llegado al convencimiento de que el movimiento de la Tierra no puede detectarse mediante ningún experimento óptico, si bien la Tierra gira alrededor del Sol».

    No sería exagerado creer que este estado de desconcierto de Einstein ante los resultados “negativos” del experimento de Michelson, reflejaba un estado de conciencia generalizado en toda la “comunidad científica”. Por tanto, no sería exagerado deducir que el conjunto de las primeras conjeturas presentadas bajo el amparo de la Teoría de la Relatividad, y que fueron denominadas con el nombre genérico de Teoría Especial o Restringida de la Relatividad, tenían como finalidad fundamental tratar de presentar una serie de hipótesis que permitieran tratar de dar una explicación a un experimento como el de Michelson, que gozaba de todas las garantías procedimentales para haber producido los resultados que teóricamente se esperaban, pero que finalmente no se produjeron en la práctica.

    Es, entonces, cuando Einstein postula, de manera graciosa o gratuita, que, puesto que en el experimento de Michelson se había medido el mismo tiempo de llegada para los dos haces de luz, entonces había que “inferir” de ese resultado que el valor de la velocidad de luz es siempre el mismo en cualquier sistema de referencia en el que se desplace. Es decir, con independencia de que la luz se mueva dentro de un sistema de referencia móvil, nunca habrá composición de velocidades entre la velocidad de la luz y la velocidad de dicho sistema (composición en virtud de la cual se podría medir valores distintos de la velocidad de la luz), y, por tanto, cualquiera que sea el sistema de referencia en el que se mueva la luz, siempre mediremos el mismo valor c de su velocidad.

    En cierto modo podemos decir que, durante esta primera fase de desarrollo de su Teoría, Einstein postuló un nuevo sistema de referencia absoluto universal: el valor de la velocidad de la luz, del cual siempre se mediría la misma cantidad en cualquier caso y en cualquier circunstancia.

    Para los que hayan seguido la lectura de los Capítulos anteriores, les habrá venido a la mente uno de los experimentos mencionados en donde se destaca claramente la falsedad de este axioma de un supuesto valor absoluto de la velocidad de la luz con independencia del marco de referencia en el cual se desplace. Nos referimos al experimento de Fizeau, donde claramente quedó demostrado que un circuito de agua en movimiento influye en la velocidad de la luz, acelerando o retardando su velocidad, en una cierta proporción de la velocidad del agua, dependiendo de que el haz se moviera en el mismo sentido o en sentido contrario, respectivamente, al movimiento del agua.

    Se podría contestar que Einstein, al hablar de una medición invariable de la misma cantidad de velocidad en la luz en toda circunstancia, no se refería al caso en que ésta se moviera en un medio refringente, lo cual provoca una disminución de su velocidad en dicho medio (y, por tanto, sería viable la composición de velocidades en dicho medio), sino únicamente cuando se desplaza al aire libre, como en el experimento de Michelson. De todas formas, esta versión o explicación de la invariabilidad en la medición de una misma cantidad de velocidad de la luz en cualquier sistema de referencia y sin mediación de ningún medio refringente, también quedó refutada por pruebas experimentales, aunque éste es el tema del siguiente y último Capítulo.

    Sea como fuere, puesto que la velocidad de la luz alcanza su máximo valor al aire libre (es decir, no moviéndose en el seno de ningún medio refringente), y puesto que Einstein postulaba en su nuevo sistema relativista la imposibilidad de composición de velocidades permitida por la relatividad clásica (lo que permitiría que la velocidad de la luz alcanzase valores mayores a c cuando ésta se moviera dentro de un sistema de referencia móvil en la misma dirección y sentido del movimiento de dicho sistema), dedujo lógicamente, a partir de ese axioma de la invariabilidad en la medición de la velocidad de la luz al aire libre, que era imposible que nada pudiera viajar a mayor velocidad que la de la luz, o, lo que es lo mismo, que la luz no podía superar nunca el valor de c establecido para su velocidad al aire libre.

    Parece un poco raro que, para explicar una nueva y revolucionaria teoría de la relatividad, tengamos que empezar por señalar este postulado “antirrelativo” de la constancia y absolutividad del valor de la velocidad de la luz postulado por Einstein. Pero el caso está en que, una vez establecido arbitrariamente el axioma que servirá de base a toda la teoría, no se duda en arremeter contra cualquier magnitud, no ya física, sino metafísica, relativizándolas en función de aquel primer axioma.

    Ésta es la razón por la que Einstein deduce, como primera consecuencia de ese antes mencionado postulado fundamental de esta primera parte Especial o Restringida de la Teoría de la Relatividad, el supuesto aumento progresivo de la masa o cantidad de materia de un cuerpo como consecuencia de un aumento progresivo de su velocidad. Si resulta que nada puede ir más rápido que la velocidad de la luz en el aire (ni siquiera ella misma), esto quiere decir que si aplicamos a una materia una fuerza cada vez mayor imprimiéndole un mayor velocidad, su propiedad inercial (es decir, tal y como vimos antes, su resistencia a ser cambiada en su situación de reposo o movimiento) deberá ir aumentando cada vez más, hasta llegar a un punto, cercano a la velocidad de la luz, en que su materia (y, por tanto, su masa o inercia) haya aumentado hasta tal punto que sea imposible aumentar un poco más su velocidad con ningún aumento de fuerza.

    Una segunda consecuencia de ese postulado del carácter absoluto de la velocidad de la luz al aire libre, vendrá a ser la consideración del carácter relativo, no sólo de las dimensiones de la materia, sino también de las mediciones del tiempo en un reloj.

    Respecto a la variación de las dimensiones de la materia como consecuencia de su movimiento, es importante señalar que, aunque Einstein se vale del factor matemático de Lorentz (expresado en el Gráfico 23) para aplicarlo al experimento de Michelson, el entendimiento que tenían Lorentz y Einstein de su aplicación era distinto.

    Lorentz consideraba que la materia, como consecuencia de su movimiento, se vería afectada en toda su estructura, es decir, en sus tres dimensiones espaciales conjuntamente; mientras que Einstein consideraba que quedaría afectada la materia sólo en su dimensión longitudinal. Así, el interferómetro del experimento de Michelson se vería afectado únicamente en su dimensión longitudinal como consecuencia de su supuesto movimiento en la misma dirección del supuesto movimiento de la Tierra (el dibujo que aparece en el Gráfico 24 representa la interpretación de Einstein acerca de esta variación material exclusivamente longitudinal del interferómetro).

    Pero Einstein añade más: puesto que se postula que la medición de la velocidad de la luz es siempre la misma, entonces, no solamente se puede conjeturar la variación de la estructura material del interferómetro para dar cuenta de esa misma medición obtenida en el experimento de Michelson, sino también la variación de la medida temporal en los relojes asociados a los dos haces de luz del experimento.

    Estas elucubraciones de Einstein, como digo, son las que le permiten “explicar” el resultado obtenido en el experimento (mismo tiempo de llegada a la pantalla receptora, y, por tanto, misma medición de velocidad en los dos haces de luz), mediante la aplicación combinada de una contracción de la longitud en el haz paralelo, y una dilatación del tiempo medido en los relojes vinculados a los dos haces. Interpretar ese resultado fáctico de la igualdad del valor de la velocidad a la que llegan los dos haces de luz en el experimento de Michelson como una consecuencia lógica de la estabilidad o inmovilidad de la Tierra le resultaba a Einstein más intolerable y más incomprensible que el acto de retorcer a su gusto la longitud de la materia y la medición del tiempo, a fin de “acomodarlos” y “ajustarlos” al resultado experimental obtenido (véase, al respecto, los Gráficos 24 y 25 sobre esta manipulación de la dimensión longitudinal y de la medición temporal para el caso concreto del experimento de Michelson).

    Finalmente, la última consecuencia que Einstein saca, dentro de la lógica interna de la Teoría de la Relatividad en su versión Especial o Restringida, es que, como no se ha obtenido ninguna medición de la desigualdad esperada en el valor de la velocidad de los dos haces de luz, eso quiere decir que no se han visto afectados los haces por el viento del éter, y, por tanto, Einstein concluye, lisa y llanamente, que el éter no existe.

    Para contestar a esta última conclusión arbitraria de la teoría relativista einsteiniana, bastaría recordar lo que ya dijimos acerca de la necesidad filosófica y lógica de la existencia física de una substancia que llene todo el espacio material del Universo; pero nos remitimos, para su refutación experimental, al siguiente y último Capítulo.

    A todo este conjunto formado por un arbitrario axioma absoluto, consistente en la necesaria medición de la misma velocidad de la luz para todo observador en cualquier sistema de referencia, y por sus conclusiones o derivaciones relativistas para las mediciones longitudinales y temporales (que habrán de sufrir las consecuentes variaciones en sus respectivas magnitudes, a fin de “acomodarlas” al resultado que habrá de esperarse siempre conforme al susodicho axioma absoluto), se le vino a denominar, como hemos dicho, con el nombre de Teoría de la Relatividad Especial.

    Se le denomina también con el nombre de Teoría de la Relatividad Restringida, puesto que Einstein, al completar toda su Teoría con la parte denominada Teoría de la Relatividad General, señaló que aquélla sólo era válida en su aplicación para sistemas de referencia inerciales. Pero un sistema de referencia inercial es aquél en el que no entra en juego la gravedad ni posee ningún movimiento acelerado. Dicho con otras palabras: esto significaría realmente reconocer, implícitamente, que la Teoría Especial de la Relatividad no sirve para nada, ya que no hay ningún espacio en el Universo que no esté sujeto a algún tipo de influencia gravitacional o sufra algún tipo movimiento acelerado.

    En realidad, lo que se quería decir es que la Teoría de la Relatividad Especial era válida solamente para el sistema de referencia de la Tierra, mientras que la versión de la Teoría de la Relatividad General podía aplicarse a todo el Universo.

    La razón por la cual se “restringía” la versión de la Teoría de la Relatividad Especial exclusivamente para un sistema de referencia interno a la Tierra es clara: porque todas las ideas contenidas en la Teoría Especial (que hemos estado repasando anteriormente) tenían un único y exclusivo objetivo: tratar de dar una “explicación” al experimento “fallido” de Michelson (evitando, al mismo tiempo, la alternativa de la hipótesis de una Tierra inmóvil), y, puesto que dicho experimento se desarrolló en un sistema de referencia intraterrenal, y, por tanto, se suponía que el experimento tuvo lugar en un sistema de referencia con movimiento constante, uniforme o inercial (es decir, con el supuesto movimiento de traslación de la Tierra), Einstein aclaró que su versión Especial de la Teoría de la Relatividad sólo se podía aplicar dentro de un sistema de referencia que gozara de esa peculiaridad (es decir, la peculiaridad de moverse con movimiento inercial, tal y como se suponía que lo hacía la Tierra).

    Como decimos, Einstein completó su teoría relativista con una segunda parte, a la que se le denomina Teoría de la Relatividad General, en donde Einstein se muestra todavía más radical en sus conclusiones filosófico-naturales. En esta segunda versión definitiva de su Teoría, Einstein introduce el fenómeno de la gravedad y de su influencia en el Universo.

    Vimos que en la Teoría Especial Einstein todavía conservaba lo que podría denominarse (aunque impropiamente) un “punto” de referencia absoluto: la velocidad de la luz. En la Teoría General, Einstein abandona completamente la idea de la existencia de un sistema de referencia absoluto o fijo, no solamente desde un punto de vista físico (como la Tierra fija, en la época pre-copernicana; o el éter fijo, en el siglo XIX), sino también desde un punto de vista meramente racional (como el espacio absoluto pregonado por Newton).

    Dicho de otra forma, Einstein extiende su relativismo a todo el Universo, de tal forma que no se puede llegar a conocer si una determinada materia está realmente en movimiento o en reposo. De hecho, la deducción lógica que se desprende de este planteamiento es que toda y cualquier materia en el Universo está en estado de movimiento, porque no se puede, según esta Teoría, determinar si una determinada y específica materia se encuentra realmente en estado de reposo absoluto, ya que, si este estado de reposo absoluto llegara a descubrirse en alguna materia específica o determinada, ésta, entonces, habría de pasar a ser el nuevo punto o marco de referencia absoluto para todo el Universo.

    La Teoría de la Relatividad General está muy astutamente formulada en este primordial aspecto: no afirma que una determinada materia no pueda estar en reposo absoluto y verdadero, sino que es imposible determinar por ningún experimento mecánico u óptico el estado de reposo absoluto y verdadero de ninguna materia. Por lo tanto, es imposible afirmar el carácter de reposo o fijeza absoluta en ninguna materia o cuerpo del Universo, y, por tanto, es imposible establecer un punto o sistema de referencia absoluto de carácter físico.

    En realidad, la Teoría de la Relatividad, en este aspecto, no es sino la consecuencia lógica del abandono de la idea de la Tierra como punto o sistema de referencia absoluto, físico, del Universo.

    Las bases de la relatividad clásica formuladas de manera sistemática por Galileo, indicaban la imposibilidad de demostrar la inmovilidad de la Tierra por ningún experimento de tipo mecánico…, pero al mismo tiempo implicaban también la imposibilidad de demostrar su movilidad por ningún experimento del mismo tipo. Ésta viene a ser la relatividad de los fenómenos cinemáticos que tienen lugar en el seno de sistemas de referencia con movimiento constante, uniforme o inercial.

    Pero con la introducción por Newton del análisis de los fenómenos cinemáticos acelerados o dinámicos (es decir, en los que intervienen fuerzas, y, especialmente, la fuerza natural de la gravedad), se creía que sí se podría detectar y diferenciar los estados de reposo y movimiento absolutos (principalmente mediante la presencia de los fenómenos de las llamadas fuerzas inerciales que se manifestaban en el seno de un sistema no inercial o acelerado). Ésta fue la razón de la realización de los distintos experimentos ópticos (es decir, en los que interviene el fenómeno de la luz) que hemos estado viendo y analizando a lo largo de todos los Capítulos anteriores, los cuales teóricamente habrían de poner de manifiesto el supuesto movimiento absoluto o real de la Tierra.

    Einstein, con la Teoría General de la Relatividad, viene a postular ahora que tampoco se podía detectar, mediante ningún experimento mecánico ni óptico, el estado de reposo o movimiento absoluto de ninguna materia, en el Universo, existente en el seno de cualquier sistema de referencia supuestamente dinámico o acelerado. De esta forma, venía a añadir a la antigua relatividad de los fenómenos cinemáticos puramente constantes o inerciales, la relatividad de los fenómenos cinemáticos dinámicos (es decir, aquéllos en los que interviene la fuerza natural de la gravedad). Los experimentos de tipo óptico, así como los de tipo mecánico, resultaban inútiles para poder detectar o diferenciar, de manera absoluta y verdadera, entre un estado de reposo y un estado de movimiento, en cualquier cuerpo o materia en el Universo.

    Por tanto, según la Teoría General, poco importa saber si la Tierra está realmente quieta o realmente se mueve, pues no hay ningún experimento (mecánico u óptico) que nos permita conocer su estado o situación absoluto o verdadero de movilidad o inmovilidad.

    A su vez, la Teoría General reformula de la misma manera su postura acerca de la existencia del éter: poco importa saber si éste existe o no, pues no hay ningún experimento (mecánico u óptico) que lo pudiera detectar.

    Por último, la Teoría General resulta también más radical en su relativismo de lo que era la Teoría Especial en lo que se refiere a las transformaciones de las dimensiones espaciales y de las mediciones temporales.

    En la Teoría Especial, vimos que el supuesto movimiento inercial de la Tierra afectaba a las reglas y relojes asociados a los dos haces de luz, haciendo que sus reglas encogieran y sus relojes midieran tiempos mayores a los verdadera y efectivamente obtenidos en el experimento de Michelson.

    Ahora, en la Teoría General, Einstein postula que la actuación de la gravedad es capaz de generar variaciones o transformaciones en el espacio y el tiempo mismos. Aquí, Einstein vuelve a cometer el mismo error de Newton, al introducir los conceptos racionales de espacio y tiempo, otorgándoles la propiedad de una interactuación física con la materia

    He dicho mismo error, pero habría que decir error mayor, ya que Newton solamente introdujo en el mundo material el concepto estrictamente racional del espacio, y sin pretensiones de manipularlo (pues lo consideraba su hipotético marco de referencia absoluto universal), mientras que Einstein, no solamente introduce además el concepto racional del tiempo, sino que considera a ambos conceptos como sujetos a cualquier manipulación relativista.

    Pero aún hay más: considera al tiempo, en realidad, como una dimensión más, equivalente a las tres dimensiones espaciales, y, por consiguiente, las considera como intercambiables entre sí, por lo que ya no se podrá decir que la gravedad afecta al espacio o al tiempo por separado, sino a un nuevo ente racional inventado por Einstein, al cual se le denominará con el nombre de espacio-tiempo.

    El efecto que Einstein postula que produce la gravedad en ese ente de razón llamado espacio-tiempo es el de su curvatura, de tal forma que pueda adoptar cualesquiera formas y magnitudes que pueda inventar cualquier mente imaginativa.

    En realidad, todo esto no son más que construcciones puramente matemáticas apriorísticas. El problema está en que luego se quiera pretender que esos constructos matemáticos tengan un reflejo o fundamento en la realidad material del Universo.

    Para la descripción de las curvaturas de su espacio-tiempo, Einstein se sirvió de la nueva geometría desarrollada por los matemáticos alemanes Bernhard Riemann y Hermann Minkowski, que arrumbaba y sustituía la antigua y clásica geometría de Euclides (nacida, inducida y fundamentada a partir de la percepción de la realidad material del Universo).

    Para la notación matemática de sus ecuaciones de campo de la gravitación, Einstein se sirvió del cálculo tensorial desarrollado por los matemáticos italianos Gregorio Ricci-Curbastro y Tullio Levi-Civita (véase en el Gráfico 26 la famosa Ecuación fundamental de Campo de Gravitación para la descripción del Universo, establecida por la Teoría General de la Relatividad, y en donde se prevé un Universo estable o un Universo en expansión dependiendo de que se introduzca o no, respectivamente, en la ecuación, la denominada “Constante Cosmológica”).

    Uno de los productos matemáticos más famosos que se han derivado de las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad es el de los denominados “Agujeros Negros”, en donde la curvatura del espacio-tiempo llega hasta el infinito como consecuencia de la previa existencia de un objeto material densísimo cuya enorme gravedad provoca dicho resultado.

    Hemos intentado aclarar, dentro de nuestras posibilidades, todos los entresijos de la nueva y revolucionaria ideología relativista presentada por Einstein a la “comunidad científica” como consecuencia de los sorprendentes e inesperados resultados “nulos” del experimento de Michelson. Ciertamente no resulta fácil tratar de explicar una Teoría que, si se hubiera querido configurarla lo más deliberadamente oscura, confusa y embrolladora que se pudiera, creo que no habría sido muy distinta de la que quedó finalmente elaborada y publicada.

    En el siguiente y último Capítulo repasaremos brevemente los dos principales experimentos cuyos resultados refutaron claramente los postulados establecidos en la Teoría de la Relatividad de Einstein.


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    Última edición por Martin Ant; 01/05/2019 a las 20:01

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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    Capítulo 8. Los experimentos de Sagnac, y de Michelson-Gale: el desmantelamiento de la Teoría de la Relatividad


    Como hemos visto en los Capítulos anteriores, desde la primera mitad del siglo XIX la naturaleza ondulatoria de la luz quedó firmemente arraigada, de manera general, en la “comunidad científica”. Por tanto, también quedó arraigada la existencia del éter, lógicamente necesaria una vez admitida dicha naturaleza ondulatoria.

    Además, la necesidad natural de la existencia de un marco de referencia absoluto y fijo de carácter físico o real (y no meramente racional), también estaba fuertemente arraigada en la mentalidad general de la “comunidad científica”.

    Puesto que en la “comunidad científica” también estaba fuertemente arraigada (por desgracia) la creencia en la movilidad de la Tierra, el único candidato que les quedaba como marco de referencia absoluto y fijo en el Universo, que fuera de carácter físico o real (y no meramente racional), era el susodicho éter.

    Por eso, muchos de los físicos de la generación del siglo XIX fallecieron durante la primera mitad del siglo XX resistiéndose a creer en la inexistencia del éter (o en su indetectatibilidad), tal y como postulaba la Teoría de la Relatividad de Einstein. Un ejemplo paradigmático es el de Lorentz, quien, a pesar de la relevancia de algunas de sus hipótesis en la germinación previa al nacimiento de la Teoría de la Relatividad, continuó estando convencido de la existencia del éter hasta el día de su muerte en 1928.

    En medio de la década en la que Einstein estaba configurando su Teoría, el físico francés Georges Sagnac desarrolló un experimento en el que pretendía determinar la velocidad a la que se moverían dos haces de luz que se desplazaran sobre un disco que estuviera girando continuamente a dos revoluciones por segundo.

    El esquema del experimento se puede observar en el Gráfico 27. Una onda de luz parte de un emisor y llega a un espejo semitransparente (S1), en donde se divide en dos haces de luz. El haz naranja traspasa el espejo S1 y se refleja consecutivamente en los espejos E3, E2 y E1 llegando finalmente a la pantalla receptora. El haz violeta se refleja en S1, y se refleja consecutivamente en los espejos E1, E2, E3 y otra vez en S1, llegando finalmente a la pantalla receptora.

    Así pues, el camino recorrido por los dos haces de luz es el mismo. La única diferencia es que el haz naranja hace el camino en sentido contrario a las agujas del reloj, mientras que el haz violeta lo hace en sentido horario. Por tanto, si el disco sobre el cual recorren su camino estuviera estático, los dos haces de luz llegarían al mismo tiempo y, por tanto, con la misma velocidad, y, por tanto, se formaría en la pantalla un patrón de interferencias constructivas.

    Sagnac quería ver qué pasaría si los dos haces volvieran a recorrer sus respectivos caminos, pero esta vez sobre un disco en continua rotación en sentido horario. Publicó sus resultados en la revista Comptes Rendus, Tomo 157, 2º Semestre de 1913.

    A la vista de los nuevos patrones de interferencia que se formaban en la pantalla receptora, Sagnac descubrió que los dos haces de luz tenían tiempos de llegada distintos, y, por tanto, se movían a velocidades distintas. No le resultó difícil comprobar que el haz de luz naranja (es decir, el que se movía en sentido contrahorario) gozaba de un aumento de su velocidad equivalente a la velocidad de rotación del disco, mientras que el haz violeta (es decir, el que se movía en sentido horario) sufría una disminución de su velocidad equivalente a la susodicha velocidad de rotación del disco.

    Por tanto, en el interferómetro rotario de Sagnac, como consecuencia de su rotación, se había formado un viento de éter (de sentido contrario al movimiento del disco), que es el que había provocado ese aumento y disminución respectivas de la velocidad de los dos haces, provocando su distinto tiempo de llegada tras recorrer sobre el disco dos caminos con distancias equivalentes.

    Puesto que la Teoría de Einstein predecía la obtención de un mismo valor de la velocidad de la luz para todo observador (es decir, el valor de la velocidad de la luz obtenido en el experimento de Michelson, que Einstein elevó a la categoría de valor absoluto y único de la velocidad de la luz para todo observador), es evidente que el experimento de Sagnac contradecía totalmente ese arbitrario postulado sostenido por Einstein en su Teoría (si es que no lo estaba ya por el experimento de Fizeau, según indicamos en el Capítulo anterior).

    Por tanto, al pequeño nivel de un laboratorio, quedó demostrado que un disco rotatorio, imbuido en un éter estático que le rodea, podía generar en el entorno del disco giratorio un viento de éter que afectara a los dos haces luz que se desplazaban dentro de ese sistema de referencia móvil, haciéndoles cambiar la velocidad que habrían tenido en un disco estático (c) por otra velocidad aumentada (c + v) y disminuida (c – v), respectivamente, en una cantidad equivalente a la velocidad de rotación del disco (v).

    Por tanto, donde Einstein preveía, según su Teoría, que habría de medirse la misma cantidad de velocidad de la luz para los dos haces (c), Sagnac midió, por el contrario, dos velocidades distintas (c + v, c – v) para los dos haces de luz, habiéndose aumentado y disminuido sus respectivas velocidades en una cantidad equivalente a la velocidad de rotación del disco (v).

    El siguiente paso que había que darse estaba clarísimo:

    Si Sagnac había demostrado que la velocidad de la luz se veía afectada en un sistema de referencia móvil rotatorio local, cabía preguntarse: ¿podría verse afectado un haz de luz en su velocidad dentro de un sistema de referencia móvil rotario gigante como es el de la Tierra?

    Dicho con otras palabras: habiéndose demostrado que la luz se ve afectada en su velocidad dentro de un marco de referencia rotario, y, puesto que la Tierra se supone que rota sobre su eje cada 24 horas aproximadamente, ¿no debería poderse comprobar esa influencia del supuesto movimiento rotatorio terrestre sobre un haz de luz, el cual debería sufrir por ello una variación en su velocidad, del mismo modo que como ocurría en el experimento de Sagnac? ¿No debería el supuesto movimiento de rotación de la Tierra generar un viento de éter equivalente en sentido contrario, cuya presencia afectara a la velocidad de un haz de luz que se moviera en su seno?

    Estas preguntas debió de hacérselas nuestro viejo conocido Michelson, porque fue el que se puso de nuevo manos a la obra para tratar de detectar esa viento de éter que debía estar presente como consecuencia del supuesto movimiento rotario terrestre.

    Es importante recalcar que, en todos los experimentos que hemos estado repasando en los Capítulos anteriores, solamente se tenía en cuenta el supuesto movimiento de traslación de la Tierra. Pero, en cambio, en esta ocasión, por el contrario, lo que solamente se va a tener en cuenta es el supuesto movimiento de rotación de la Tierra.

    Michelson desarrolló un primer intento de este nuevo experimento en 1923, en el Monte Wilson, pero las franjas de interferencia obtenidas eran tan inestables, incluso en las mejores condiciones, que resultó imposible realizar medidas de éstas que fueran fiables.

    Así pues, volvió de nuevo a intentarlo en 1925, en la localidad de Clearing (Estado de Illinois). Esta vez lo hizo con la ayuda del astrofísico americano Henry Gale (Edward Morley ya había fallecido en 1923).

    El esquema del experimento se puede observar en el dibujo b) del Gráfico 27. Se trataba, básicamente, de un interferómetro como el de Sagnac, pero a escala “monstruo”.

    Se desplegaron unos tubos vaciados de aire que formaban un rectángulo de un perímetro de casi 2 kilómetros. La luz circulaba en el interior de esos tubos, y se habían puesto 4 espejos en cada uno de los ángulos del rectángulo tubular. Un emisor de luz emite una onda de luz que llega al espejo semitransparente S1. Allí se divide en dos haces de luz. El haz de luz naranja se refleja en S1 y, a continuación, en su recorrido, se refleja consecutivamente en los espejos E1, E2 y E3, volviendo a reflejarse en S1 para terminar finalmente en la pantalla receptora. El haz violeta traspasa el espejo S1 y se refleja consecutivamente en los Espejos E3, E2 y E1, terminando finalmente también en la pantalla receptora.

    Por tanto, el haz naranja sigue un recorrido horario, y el haz violeta un recorrido antihorario. Ambos haces siguen un camino con distancias equivalentes; por tanto, si no hubiera viento de éter, los dos haces habrían de llegar simultáneamente a la pantalla receptora, es decir, se mediría la misma velocidad para los dos haces de luz (c), que es el resultado previsto por la Teoría de la Relatividad.

    En cambio, si hubiera viento de éter, los dos haces llegarían con tiempos distintos a la pantalla final, y, por tanto, llegarían con velocidades distintas, contradiciendo la Teoría de la Relatividad.

    Debido a la forma prácticamente esférica de la Tierra, la velocidad del supuesto movimiento de rotación de la Tierra varía con la latitud. En el ecuador (latitud de 0º) alcanza su máxima cantidad de velocidad (que es de unos 0,44 Km/s), mientras que en el Polo Norte (latitud de 90º) es igual a cero.

    La idea de Michelson era colocar su interferómetro “gigante”, de tal forma que uno de los tubos largos del rectángulo estuviera en una latitud algo mayor que la del otro tubo largo (situado a una latitud menor). En el dibujo a) del Gráfico 27 aparece, a escala desproporcionada, la forma en que habría de situarse el inteferómertro. De esta manera, como consecuencia de las diferentes velocidades de la supuesta rotación terrestre a distintas latitudes, habrían de generarse también correlativamente vientos de éter de distintas velocidades.

    Por lo tanto, el haz violeta, que se mueve en contra del viento del éter de mayor magnitud (latitud menor), y vuelve moviéndose a favor del viento del éter de menor magnitud (latitud mayor), habrá de llegar al interferómetro más tarde que el haz naranja, el cual se mueve en contra del viento del éter de menor magnitud (mayor latitud), y regresa moviéndose a favor del viento del éter de mayor magnitud (menor latitud).

    Michelson publicó sus resultados en la revista The Astrophysical Journal, Número 3, Volumen 61, correspondiente a Abril de 1925.

    Tras medir los desplazamientos de franjas que se producían en la pantalla receptora, Michelson descubrió que, no solamente los dos haces de luz llegaban a tiempos distintos (y, por tanto, con velocidades distintas) a la pantalla del interferómetro, sino también que esa diferencia se correspondía casi perfectamente con la que cabría esperar a partir de la velocidad del viento de éter que teóricamente habría de estar produciéndose en las latitudes terrestres en las cuales estaban situados los dos tubos largos del rectángulo del interferómetro “gigante” con el que se realizaba el experimento.

    Dicho con otras palabras, los resultados del experimento daban efectivamente las medidas que teóricamente se esperaban obtener en función de la cantidad de viento de éter que teóricamente se preveían para las latitudes en que estaban situados los dos tubos largos del interferómetro.

    Michelson, por tanto, sí detectó, con este experimento, viento de éter; y, además, lo detectó en una cantidad o magnitud justamente equivalente a la que habría de generarse como consecuencia de un supuesto y correlativo movimiento rotatorio terrestre.

    Los resultados fueron tan claros, que Michelson no dejó de ser otro ejemplo paradigmático de los muchos físicos de la generación del siglo XIX que acabarían falleciendo convencidos de la real existencia del éter. Michelson murió seis años después, en 1931.

    La secuencia de los hechos se puede describir de la siguiente forma:

    1) Michelson trata de detectar en 1887 el viento del éter correlativo al supuesto movimiento de traslación de la Tierra. El experimento da como resultado que los dos haces de luz llegan a la pantalla con una misma velocidad equivalente a la que se esperaría en caso de no haber viento de éter.

    2) Einstein se inventa la Teoría de la Relatividad entre 1905 y 1915 para tratar de dar cuenta del sorprendente resultado obtenido en el experimento de Michelson.

    3) Michelson trata de detectar en 1925 el viento del éter correlativo al supuesto movimiento de rotación de la Tierra. El experimento es un éxito, y consigue detectar ese viento del éter correlativo al supuesto movimiento de rotación terrestre.

    Si bien he calificado de “éxito” el experimento de Michelson, lo cierto es que para la “comunidad científica” había de suponer otro quebradero de cabeza: ¿Cómo diantres era posible haber detectado el viento del éter correlativo al movimiento de rotación terrestre, pero no el correlativo al movimiento de traslación terrestre? ¿Es que acaso todos estos experimentos venían a indicarnos que la Tierra sí tenía movimiento de rotación, pero no de traslación? ¿Qué galimatías era ése?

    Evidentemente la confusión se produce porque desde el siglo XVII la “comunidad científica” ha ido cada vez más aceptando como un axioma incontestable la supuesta movilidad de la Tierra.

    En cambio, si se conservara la antigua verdad de la inmovilidad de la Tierra, los dos experimentos de Michelson serían perfectamente explicables.

    No se habría detectado el viento del éter correspondiente al supuesto movimiento de traslación de la Tierra, porque ésta verdaderamente no tiene dicho movimiento de traslación, sino el Sol y las estrellas (centradas en el Sol). Es decir, el movimiento anual del Sol por el plano de la eclíptica no sería considerado como un movimiento aparente, sino como un movimiento real. Y el desplazamiento o aberración anual de 20,5 segundos de arco, de todas las estrellas, que se observa en el telescopio, no sería considerado como un movimiento o desviación aparente estelar, sino como un movimiento o desviación real (es decir, la luz de Etamin nos llegaría desplazada o desviada, no como consecuencia de una combinación del supuesto movimiento de la Tierra junto con una trayectoria perpendicular de la luz de Etamin, sino porque ya nos llegaría desviada esa luz desde su fuente de origen estelar).

    Y, en cambio, sí se habría detectado el viento del éter correspondiente al supuesto movimiento de rotación de la Tierra, no porque ésta verdaderamente rote, sino porque rota todo el Universo alrededor de la Tierra, una vez cada casi 24 horas. Esta rotación del Universo sería la causante del viento del éter que se genera de Este a Oeste, y que fue detectada por el experimento de Michelson de 1925. Es decir, el movimiento de rotación de todo el conjunto estelar que vemos cada noche, no es una rotación aparente del Universo, sino una rotación real.

    El funcionamiento del Sistema de Posicionamiento Global (GPS, en sus siglas en inglés), es un ejemplo claro de que el fenómeno del viento del éter no se produce solamente a nivel intraterrenal, sino también a nivel extraterrenal.

    Todo ingeniero aeronáutico sabe (o debería saber) que las ondas o señales electromagnéticas que envía un satélite en dirección oriental hacia otro satélite tardan unos microsegundos más que una señal enviada por un satélite en dirección occidental hacia otro satélite. Aunque se trata de microsegundos, el retardo o adelanto que se produce en la recepción de la señal puede traducirse en errores de muchos metros de distancia a nivel del suelo terrestre. A este retardo o adelanto en la recepción de la señal se le denomina en la “comunidad científica” con el nombre de “efecto Sagnac”.

    Por tanto, si el fenómeno del viento del éter detectado por Michelson en 1925, no solamente se produce a nivel intraterrenal, sino que también tiene lugar a nivel extraterrenal, eso quiere decir que ese viento del éter no puede achacarse a un supuesto movimiento de rotación de la Tierra, sino a la rotación de todo el Universo alrededor de una Tierra fija.

    Desgraciadamente, no parece que haya a la vista ninguna tendencia a un cambio de paradigma dentro de la “comunidad científica” en lo que se refiere a la concepción filosófico-natural dominante en su seno.

    La Teoría de la Relatividad de Einstein ha quedado consagrada, no sólo como la Teoría capaz de explicar cualquier fenómeno en el Universo, sino también como la Teoría generadora de múltiples productos matemáticos y de múltiples formas de Universo. Casi toda la investigación científica actual está dirigida a la búsqueda de evidencias o pruebas de esos productos y de esas formas, a toda costa y por todos lados.

    Espero que todos estos Capítulos hayan podido servir para establecer en su justa medida el origen y razón de la Teoría de la Relatividad, y todo el contexto que la ha rodeado durante los siglos XIX y XX.

  10. #10
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    APÉNDICE BIBLIOGRÁFICO 1


    1) "A letter from the Reverend Mr. James Bradley, Savilian Professor of Astronomy at Oxford, and F.R.S., to Dr. Edmond Halley, Astronom. Reg. & c., giving an Account of a new discovered Motion of the Fix´d Stars", James Bradley, Philosophical Transactions, Volumen 35, 1 de Enero de 1728.

    Aberración luz (Bradley, 1728).pdf


    2) "Sur une propriété de la lumière réfléchie", Étienne-Louis Malus, Mémoires de physique et de chimie de la Société de Arcueil, Tomo 2, 1809.

    Polarización de la luz por reflexión (Malus, 1809).pdf


    3) "On the Theory of Light and Colours", Thomas Young, Philosophical Transactions, Volumen 92, Diciembre 1802.

    Interferencia de la luz (Thomas Young, 1801).pdf


    4) "Experiments and Calculations relative to physical Optics", Thomas Young, Philosophical Transactions, Volumen 94, Diciembre 1804.

    Difracción de la luz (Thomas Young, 1803).pdf


    5) "Mémoire sur la vitesse de la lumière, lu à la première Classe de l´Institut, le 10 de décembre 1810", François Arago, Comptes Rendus, Tomo 36, Enero-Junio 1853.

    Experimento de Arago (1810, Comptes Rendus).pdf

  11. #11
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    APÉNDICE BIBLIOGRÁFICO 2


    6) "Lettre de M. Fresnel à M. Arago, sur l´influence du mouvement terrestre dans quelques phénomènes d´optique", y "Note additionnelle à la Lettre de M. Fresnel à M. Arago, insérée dans le dernier Cahier des Annales", de Augustin Fresnel, Annales de chimie et de physique, Tomo 9, 1818.

    Hipótesis de Fresnel (1818, Annales).pdf


    7) "Sur un système d´expériences à l´aide duquel la théorie de l´émission et celle des ondes seront soumises à des épreuves décisives", François Arago, Comptes Rendus, Tomo 7, Julio-Diciembre 1838.

    Proposición Arago medición velocidad luz agua (1838, Comptes Rendus).pdf


    8) "Sur une expérience relative à la vitesse de propagation de la lumière", Hippolyte Fizeau, Comptes Rendus, Tomo 29, Julio-Diciembre 1849.

    Medición velocidad luz Fizeau (1849, Comptes Rendus).pdf


    9) "Méthode générale pour mesurer la vitesse de la lumière dans l´air et les milieux transparents. Vitesses relatives de la lumière dans l´air et dans l´eau. Project d´expérience sur la vitesse de propagation du calorique rayonnant", Léon Foucault, Comptes Rendus, Tomo 30, Enero-Junio 1850.

    Velocidad luz agua Foucault (1850, Comptes Rendus).pdf


    10) "Note sur l´expérience relative à la vitesse comparative de la lumière dans l´air et dans l´eau", Hippolyte Fizeau y Louis Breguet, Comptes Rendus, Tomo 30, Enero-Junio 1850.

    Velocidad luz agua Fizeau (Comptes Rendus, 1850).pdf

  12. #12
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

    APÉNDICE BIBLIOGRÁFICO 3


    11) "Sur les hypothèses relatives à l´éther lumineux, et sur une expérience qui parait démontrer que le mouvement des corps change la vitesse avec laquelle la lumière se propage dans leur intérieur", Hippolyte Fizeau, Comptes Rendus, Tomo 33, Julio-Diciembre 1851.

    Experimento de Fizeau (1851, Comptes Rendus).pdf


    12) "On a supposed alteration in the amount of Astronomical Aberration of Light, produced by the passage of the Light through a considerable thickness of Refracting Medium", George Biddell Airy, Proceedings of the Royal Society, Número 130, Enero de 1872.

    Experimento Airy (Royal Society Proceedings, Nº 130, 23.11.1871).pdf


    13) "The relative motion of the Earth and the Luminiferous Ether", Albert A. Michelson, The American Journal of Science, Volumen 22, Números 17-132, Julio-Diciembre 1881.

    Experimento Michelson, primera prueba (1881, American Journal).pdf


    14) "On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether", Albert A. Michelson y Edward W. Morley, The American Journal of Science, Volumen 34, Número 203, Noviembre 1887.

    Experimento Michelson-Morley (1887) (bis).pdf


    15) "Zur Elektrodynamik bewegter Körper", Albert Einstein, Annalen der Physik, Volumen 322, Número 10, Junio 1905.

    Relatividad especial Einstein (1905).pdf

  13. #13
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    Re: El camino hacia la Teoría de la Relatividad de Einstein

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    APÉNDICE BIBLIOGRÁFICO 4


    16) "Sobre la Teoría de la Relatividad Especial y General", Albert Einstein (Ed. castellana de Patricio Barros).

    Sobre la Teoría de la Relatividad (Einstein, 1916).pdf


    17) "L´éther lumineux démontré par l´effet du vent relatif d´éther dans un interféromètre en rotation uniforme", Georges Sagnac, Comptes Rendus, Tomo 157, Julio-Diciembre 1913.

    Experimento de Sagnac (1913, Comptes Rendus).pdf


    18) "The effect of the Earth´s rotation on the velocity of light, Part I", Albert A. Michelson, The Astrophysical Journal, Volumen 61, Número 3, Abril 1925.

    Experimento Gale (The Astrophysical Journal, Abril 1925) (I).pdf


    19) "The effect of the Earth´s rotation on the velocity of light, Part II", Albert A. Michelson y Henry G. Gale, The Astrophysical Journal, Volumen 61, Número 3, Abril 1925.

    Experimento Gale (The Astrophysical Journal, Abril 1925) (y II).pdf

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