En experimentos de interferometría como el experimento de Michelson-Morley , un cambio de franja es el comportamiento de un patrón de “franjas” cuando cambia la relación de fase entre las fuentes componentes.
Un patrón de franjas se puede crear de varias maneras, pero el patrón de franjas estable que se encuentra en los interferómetros de tipo Michelson es causado por la separación de la fuente original en dos haces separados y luego su recombinación en diferentes ángulos de incidencia sobre una superficie de visualización.
La interacción de las ondas en una superficie de observación alterna entre interferencia constructiva e interferencia destructiva, lo que provoca líneas alternas de luz y oscuridad. En el ejemplo de un interferómetro de Michelson, una franja única representa una longitud de onda de la luz de la fuente y se mide desde el centro de una línea brillante hasta el centro de la siguiente. El ancho físico de una franja está determinado por la diferencia en los ángulos de incidencia de los haces de luz que la componen, pero independientemente del ancho físico de una franja, sigue representando una única longitud de onda de luz. [1]
En el experimento de Michelson-Morley de 1887, se esperaba que la distancia de ida y vuelta que recorrieron los dos rayos a través de los brazos exactamente iguales fuera desigual debido a la idea, ahora obsoleta, de que la luz está limitada a viajar como una onda mecánica a la velocidad C solo en el marco de reposo del éter luminífero .
Se creía que el movimiento presunto de la Tierra a través de ese marco causaba un "viento" de éter local en el marco móvil del interferómetro, como un automóvil que pasa por aire en calma crea un viento aparente para quienes están dentro. Es fundamental evitar la falacia del historiador y observar que estos experimentadores no esperaban que una onda mecánica viajara a velocidades variables dentro de un medio isótropo homogéneo de éter. Las ondas se han estudiado desde la antigüedad y matemáticamente al menos desde Jean le Rond d'Alembert en el siglo XVIII. Sin embargo, nuestra comprensión moderna de la constancia de la luz otorga la categorización adicional, nueva y "no mecánica" de las ondas y el posterior comportamiento 4D nuevo para las ondas electromagnéticas que altera radicalmente la interpretación de lo que mide realmente el experimento de Michelson-Morley. Fue solo a partir del trabajo de Einstein y Minkowski que se concibieron las ondas de naturaleza no mecánica y las ondas electromagnéticas ya no se consideran mecánicas, por lo tanto, la interpretación del experimento cambia para las fuentes modernas. Ahora creemos que se trata de comparar la velocidad de la luz en diferentes direcciones en lugar de la diferencia de longitud de trayectoria esperada por Michelson [1] y los teóricos del éter de la época.
Si ahora se hace girar el aparato 90° de modo que el segundo lápiz se coloque en la dirección del movimiento de la Tierra, su trayectoria tendrá longitudes de onda más largas.
Contrariamente a la comprensión moderna de este experimento, no esperaban que midiera la velocidad de la luz, sino alteraciones de las supuestas "verdaderas" distancias adicionales de viaje de la luz y, por lo tanto, solo velocidades medidas "aparentes". En el sistema de ondas mecánicas supuesto para el comportamiento de la luz que era contemporáneo con el experimento, el movimiento de la Tierra haría que las ondas dirigidas hacia el viento tuvieran que "alcanzar" al espejo principal que, en el marco del éter, escaparía directamente lejos de la posición inicial de la fuente de luz, pero la luz simplemente se movería "a través" del viento a lo largo de los brazos perpendiculares al movimiento del experimento y se vería menos afectada.
Por lo tanto, al igual que las ondas de agua obligadas a moverse en el marco del agua que se mueve más allá de un observador que rema en un bote, las presuntas ondas mecánicas de luz en el éter tendrían que "atravesar más éter" para seguir el ritmo del experimento en movimiento. Es decir, las ondas recorren una distancia mayor en el marco del éter para "alcanzar" al experimento y al observador en movimiento. En el marco del experimento en movimiento, esto debería dar como resultado una diferencia en el tiempo de llegada que causa un cambio en la alineación de fase.
En el marco del (presunto) interferómetro móvil, la igualdad medida del espacio entre los espejos combinada con una diferencia en el tiempo de llegada también parecería indicar una diferencia en la velocidad de la luz, que es la comprensión actual. Según la explicación relativista moderna, la "diferencia de velocidad aparente" de la explicación del éter solo podría ser una diferencia real en la velocidad, por lo que ahora esperamos que el experimento sea siempre nulo. El experimento de Michelson-Morley es, por lo tanto, un experimento de velocidad de la luz de dos vías en el contexto de la perspectiva moderna y la relatividad especial que ahora reemplaza la comprensión mecánica de la luz de "ondas de éter" que era contemporánea con el experimento.
Aunque en un contexto moderno se supone que este experimento mide únicamente la velocidad, la teoría ondulatoria mecánica de la época esperaba un desplazamiento de las franjas que coincidiera con la "longitud adicional del recorrido". Se calculó que el resultado era un tiempo de llegada al detector desfasado y un desplazamiento de fase de 0,4 longitudes de onda. Esto significa que, a medida que los brazos del interferómetro giraban para orientarse hacia el viento de éter y contra él, las líneas de franjas verticales deberían haberse movido a través del visor 0,4 veces el ancho de franja hacia la izquierda y hacia la derecha, para un total de 0,8 franjas desde el máximo hasta el mínimo. Michelson informó que solo se encontró entre una sexta y una cuarta parte de la lectura esperada. [1]
