La teoría de emisión , también llamada teoría del emisor o teoría balística de la luz , fue una teoría rival de la teoría especial de la relatividad , que explicaba los resultados del experimento de Michelson-Morley de 1887. Las teorías de emisión obedecen al principio de relatividad al no tener un marco preferido para la transmisión de la luz , pero dicen que la luz se emite a una velocidad "c" relativa a su fuente en lugar de aplicar el postulado de invariancia. Por lo tanto, la teoría del emisor combina la electrodinámica y la mecánica con una teoría newtoniana simple. Aunque todavía hay defensores de esta teoría fuera de la corriente científica dominante, la mayoría de los científicos la consideran concluyentemente desacreditada. [1] [2]
El nombre que se asocia con más frecuencia a la teoría de la emisión es Isaac Newton . En su teoría corpuscular, Newton visualizó "corpúsculos" de luz que se expulsan de cuerpos calientes a una velocidad nominal de c con respecto al objeto emisor y que obedecen las leyes habituales de la mecánica newtoniana, y entonces esperamos que la luz se mueva hacia nosotros con una velocidad que se compensa con la velocidad del emisor distante ( c ± v ).
En el siglo XX, Albert Einstein creó la relatividad especial para resolver el aparente conflicto entre la electrodinámica y el principio de relatividad . La simplicidad geométrica de la teoría fue persuasiva y la mayoría de los científicos aceptaron la relatividad en 1911. Sin embargo, unos pocos científicos rechazaron el segundo postulado básico de la relatividad: la constancia de la velocidad de la luz en todos los marcos de referencia inerciales . Por lo tanto, se propusieron diferentes tipos de teorías de emisión donde la velocidad de la luz depende de la velocidad de la fuente y se utiliza la transformación de Galileo en lugar de la transformación de Lorentz . Todas ellas pueden explicar el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley , ya que la velocidad de la luz es constante con respecto al interferómetro en todos los marcos de referencia. Algunas de esas teorías fueron: [1] [3]
Se supone que Albert Einstein trabajó en su propia teoría de la emisión antes de abandonarla en favor de su teoría especial de la relatividad . Muchos años después, RS Shankland informa que Einstein dijo que la teoría de Ritz había sido "muy mala" en algunos puntos y que él mismo había finalmente descartado la teoría de la emisión porque no podía pensar en ninguna forma de ecuación diferencial que la describiera, ya que lleva a que las ondas de luz se "mezclen por completo". [8] [9] [10]
El siguiente esquema fue introducido por de Sitter [11] para probar las teorías de emisión:
donde c es la velocidad de la luz, v la de la fuente, c' la velocidad resultante de la luz, y k una constante que denota el grado de dependencia de la fuente que puede alcanzar valores entre 0 y 1. Según la relatividad especial y el éter estacionario, k = 0, mientras que las teorías de emisión permiten valores de hasta 1. Se han realizado numerosos experimentos terrestres, en distancias muy cortas, donde no podrían entrar en juego efectos de "arrastre de la luz" o extinción, y nuevamente los resultados confirman que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente, descartando concluyentemente las teorías de emisión.
En 1910, Daniel Frost Comstock y en 1913, Willem de Sitter escribieron que, en el caso de un sistema estelar doble visto de canto, se podría esperar que la luz de la estrella que se aproxima viajara más rápido que la luz de su compañera que se alejaba y la alcanzara. Si la distancia era lo suficientemente grande como para que la señal "rápida" de una estrella que se aproximaba alcanzara y superara a la luz "lenta" que había emitido antes cuando se alejaba, entonces la imagen del sistema estelar debería aparecer completamente distorsionada. De Sitter argumentó que ninguno de los sistemas estelares que había estudiado mostraba el comportamiento extremo del efecto óptico, y esto se consideró la sentencia de muerte para la teoría de Ritz y la teoría de la emisión en general, con . [11] [13] [14]
Fox ha considerado en detalle el efecto de la extinción en el experimento de De Sitter, y podría decirse que socava la coherencia de la evidencia del tipo de De Sitter basada en estrellas binarias. Sin embargo, Brecher (1977) ha realizado observaciones similares más recientemente en el espectro de rayos X, que tienen una distancia de extinción lo suficientemente larga como para que no afecte a los resultados. Las observaciones confirman que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente, con . [2]
Hans Thirring argumentó en 1924 que un átomo que se acelera durante el proceso de emisión por colisiones térmicas en el sol emite rayos de luz con velocidades diferentes en sus puntos de origen y destino. De modo que un extremo del rayo de luz sobrepasaría a las partes anteriores y, en consecuencia, la distancia entre los extremos se alargaría hasta 500 km hasta llegar a la Tierra, de modo que la mera existencia de líneas espectrales nítidas en la radiación solar desmiente el modelo balístico. [15]
Entre estos experimentos se encuentra el de Sadeh (1963), que utilizó una técnica de tiempo de vuelo para medir las diferencias de velocidad de los fotones que viajaban en dirección opuesta, producidas por la aniquilación de positrones. [16] Otro experimento fue realizado por Alväger et al. (1963), que compararon el tiempo de vuelo de los rayos gamma de fuentes en movimiento y en reposo. [17] Ambos experimentos no encontraron diferencias, de acuerdo con la relatividad.
Filippas y Fox (1964) [18] no consideraron que Sadeh (1963) y Alväger (1963) hubieran controlado suficientemente los efectos de la extinción. Por lo tanto, llevaron a cabo un experimento utilizando una configuración diseñada específicamente para tener en cuenta la extinción. Los datos recopilados desde varias distancias entre el detector y el objetivo eran coherentes con la idea de que no existía dependencia de la velocidad de la luz con respecto a la velocidad de la fuente, y eran incoherentes con el comportamiento modelado suponiendo c ± v tanto con extinción como sin ella.
Continuando con sus investigaciones anteriores, Alväger et al. (1964) observaron mesones π 0 que se desintegran en fotones a una velocidad del 99,9% de la de la luz. El experimento demostró que los fotones no alcanzaban la velocidad de sus fuentes y aún así viajaban a la velocidad de la luz, con . La investigación de los medios que atravesaban los fotones demostró que el desplazamiento de extinción no era suficiente para distorsionar significativamente el resultado. [19]
También se han realizado mediciones de la velocidad de los neutrinos . Se utilizaron como fuentes mesones que viajaban casi a la velocidad de la luz. Dado que los neutrinos solo participan en la interacción electrodébil , la extinción no desempeña ningún papel. Las mediciones terrestres proporcionaron límites superiores de .
El efecto Sagnac demuestra que un haz sobre una plataforma giratoria cubre menos distancia que el otro haz, lo que crea el cambio en el patrón de interferencia. Se ha demostrado que el experimento original de Georges Sagnac sufre efectos de extinción, pero desde entonces, también se ha demostrado que el efecto Sagnac ocurre en el vacío, donde la extinción no juega ningún papel. [20] [21]
Las predicciones de la versión de Ritz de la teoría de la emisión eran consistentes con casi todas las pruebas interferométricas terrestres, salvo aquellas que implicaban la propagación de la luz en medios en movimiento, y Ritz no consideraba que las dificultades presentadas por pruebas como el experimento de Fizeau fueran insuperables. Tolman, sin embargo, señaló que un experimento de Michelson-Morley utilizando una fuente de luz extraterrestre podría proporcionar una prueba decisiva de la hipótesis de Ritz. En 1924, Rudolf Tomaschek realizó un experimento de Michelson-Morley modificado utilizando luz de estrellas, mientras que Dayton Miller utilizó luz solar. Ambos experimentos eran incompatibles con la hipótesis de Ritz. [22]
Babcock y Bergman (1964) colocaron placas de vidrio rotatorias entre los espejos de un interferómetro de trayectoria común configurado en una configuración Sagnac estática . Si las placas de vidrio se comportan como nuevas fuentes de luz de modo que la velocidad total de la luz que emerge de sus superficies es c + v , se esperaría un cambio en el patrón de interferencia. Sin embargo, no hubo tal efecto, lo que nuevamente confirma la relatividad especial y demuestra nuevamente la independencia de la fuente de la velocidad de la luz. Este experimento se realizó en vacío, por lo que los efectos de extinción no deberían desempeñar ningún papel. [23]
Albert Abraham Michelson (1913) y Quirino Majorana (1918/9) realizaron experimentos de interferómetro con fuentes en reposo y espejos móviles (y viceversa), y demostraron que no existe dependencia de la fuente de la velocidad de la luz en el aire. El dispositivo de Michelson fue diseñado para distinguir entre tres posibles interacciones de los espejos móviles con la luz: (1) "los corpúsculos de luz se reflejan como proyectiles desde una pared elástica", (2) "la superficie del espejo actúa como una nueva fuente", (3) "la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente". Sus resultados fueron consistentes con la independencia de la fuente de la velocidad de la luz. [24] Majorana analizó la luz de fuentes móviles y espejos utilizando un interferómetro Michelson de brazos desiguales que era extremadamente sensible a los cambios de longitud de onda. La teoría de la emisión afirma que el desplazamiento Doppler de la luz de una fuente en movimiento representa un cambio de frecuencia sin cambio de longitud de onda. En cambio, Majorana detectó cambios de longitud de onda incompatibles con la teoría de la emisión. [25] [26]
Beckmann y Mandics (1965) [27] repitieron los experimentos de espejo móvil de Michelson (1913) y Majorana (1918) en alto vacío, encontrando que k era menor que 0,09. Aunque el vacío empleado fue insuficiente para descartar definitivamente la extinción como la razón de sus resultados negativos, fue suficiente para hacer que la extinción fuera altamente improbable. La luz del espejo móvil pasó a través de un interferómetro Lloyd , parte del haz recorriendo un camino directo a la película fotográfica, parte reflejándose en el espejo Lloyd. El experimento comparó la velocidad de la luz que hipotéticamente viaja a c + v desde los espejos móviles, frente a la luz reflejada que hipotéticamente viaja a c desde el espejo Lloyd.
Las teorías de emisión utilizan la transformación galileana, según la cual las coordenadas temporales son invariantes al cambiar de sistema ("tiempo absoluto"). Por lo tanto, el experimento de Ives-Stilwell , que confirma la dilatación relativista del tiempo , también refuta la teoría de emisión de la luz. Como demostró Howard Percy Robertson , la transformación de Lorentz completa se puede derivar, cuando el experimento de Ives-Stillwell se considera junto con el experimento de Michelson-Morley y el experimento de Kennedy-Thorndike . [28]
Además, la electrodinámica cuántica sitúa la propagación de la luz en un contexto completamente diferente, pero todavía relativista, que es completamente incompatible con cualquier teoría que postule una velocidad de la luz que se vea afectada por la velocidad de la fuente.
deberíamos observar el mismo componente del sistema estelar doble simultáneamente en diferentes lugares, y estas "estrellas fantasma" desaparecerían y reaparecerían en el curso de sus movimientos periódicos.
