Fisica General Burbano

RELATIVIDAD
CAPÍTULO XXVII
CINEMÁTICA Y DINÁMICA RELATIVISTAS
A) CINEMÁTICA RELATIVISTA
XXVII – 1. El éter como soporte y transmisor de la luz
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Se ha visto, a propósito del movimiento relativo, que las leyes de la Mecánica son invariantes
en una transformación de Galileo, entre sistemas inerciales. Sin embargo, no hemos sido capaces
de determinar un primer sistema inercial fijo al que referir en última instancia cualquier movimiento.
Los físicos del siglo XIX creyeron encontrar tal sistema absoluto en lo que se denominó «éter
lumínico» o simplemente «éter». Todos los movimientos ondulatorios estudiados hasta esa época
(olas en el agua, sonido,...) necesitaban de un soporte material para propagarse, así que, cuando
los trabajos de Huygens, Young y Fresnel asentaron el carácter ondulatorio de la luz, no se dudó
en definir el éter como el medio en el que se transmiten las ondas luminosas. Más tarde el papel
del éter se extendió a fenómenos gravitatorios y electromagnéticos; de hecho, la luz visible no es
más que una parte del espectro de las ondas electromagnéticas, que incluyen a las ondas de radio,
las luces infrarroja y ultravioleta o los rayos X y gama.
El ÉTER se definió como una sustancia inmaterial, fija, que se extiende por todo el Universo y
que puede fluir libremente a través de todos los cuerpos materiales que se mueven en su seno.
Al interpretar las ondas luminosas como oscilaciones del éter, se concluyó que su velocidad
con respecto a éste es constante, dependiente únicamente de las propiedades del éter e independiente
de la velocidad de la fuente emisora. Esta independencia, como veremos, es de gran importancia
en todos los trabajos que se realizaron tendentes a encontrar un sistema de referencia
absoluto; por ello, de las muchas justificaciones que se le hicieron a finales del siglo XIX y principios
del XX, comentamos brevemente una significativa.
Supongamos que observamos un sistema de dos estrellas de las que, por simplificar, consideraremos
una de gran masa, fija, y la otra mucho menor girando en torno a la primera, en trayectoria
circular, con velocidad V como se indica en la Fig. XXVII-1. Si la velocidad de la luz se sumase a la
de la fuente, la luz enviada hacia nosotros desde la posición A viajaría con velocidad c – V, y la enviada
posteriormente desde B con c + V. Suponiendo suficiente nuestra distancia a ese sistema
doble, el rayo de luz emitido desde B puede adelantar al emitido desde A, e incluso a los emitidos
desde A en revoluciones anteriores de la estrella pequeña. Según esto, observando un sistema lo
bastante alejado, podríamos ver al mismo tiempo varias posiciones distintas de una misma estrella.
El que nunca se haya observado este fenómeno nos confirma la independencia de la velocidad de
propagación de la luz respecto de la velocidad de la fuente emisora. Dicha velocidad, medida por
distintos procedimientos resulta ser de aproximadamente 300 000 km/s, más concretamente, de
(2,997925 ± 0,000003) × 10 10 cm/s.
La constancia de la velocidad de la luz respecto del éter debería proporcionar un método para
medir movimientos absolutos. En efecto, el éter está en reposo y llena todo el Universo, por otro
lado la luz es una vibración de ese éter, así que la medida de la velocidad de la luz que haga un
observador en movimiento respecto del éter dependerá de su propio movimiento.
En 1875, Maxwell propuso una experiencia para medir el movimiento absoluto de la Tierra.
Puesto que ésta gira en torno al Sol a una velocidad aproximada de 30 km/s, aun en el supuesto
de que el Sol estuviera fijo respecto del éter, la Tierra ha de encontrarse con lo que se dio en llamar
un «viento de éter», de dicha velocidad y en sentido contrario, que hará que un observador
en su superficie obtenga distintos valores para la velocidad de la luz si la mide en distintas direcciones
respecto del viento de éter.
Por supuesto que podría ocurrir que en una medida hecha en un instante dado, fuese precisamente
la Tierra la que estuviera en reposo respecto del éter y no se detectase su viento; pues bien,
la misma medida al cabo de un tiempo, en una posición distinta del planeta, debería ponerlo de
manifiesto.
XXVII – 2. Experiencia de Michelson y Morley
En 1881, Albert Abrahan Michelson, que sería en 1907 el primer físico americano en recibir el
premio Nobel, realizó por primera vez un experimento para detectar el viento de éter fracasando
en el intento. Sin embargo, debido a lo rudimentario de su primer equipo experimental, tenía razones
para pensar que con instrumentación más sensible podría corregir su primer «fracaso». En
1887, en colaboración con Edward Willians Morley, lo intentaron de nuevo.
Fig. XXVII-1.– Sistemas de dos estrellas,
una que suponemos fija de gran
masa M y la otra de masa m = M girando
en torno a la primera.