Experimento de Michelson y Morley

[A 2]​ Sobre este experimento, Albert Einstein escribió: "Si el experimento de Michelson y Morley no nos hubiera puesto en una situación muy embarazosa, nadie habría considerado la teoría de la relatividad como una redención (a medio camino)".

[A 4]​ Las teorías físicas del siglo XIX suponían que, así como las ondas que se mueven en la superficie del agua deben tener una sustancia de soporte, es decir, un "medio" para poder desplazarse (en este caso, el agua), y así como el sonido audible requiere un medio para transmitir sus movimientos ondulatorios (como el aire o el agua), la luz también debería requerir un medio material, el "éter", para poder transmitir sus movimientos ondulatorios.

Diseñar experimentos para investigar estas propiedades se convirtió en una alta prioridad de la física del siglo XIX.

Teniendo en cuenta este movimiento, se consideraron dos posibilidades principales: (1) El éter es estacionario y solo es parcialmente arrastrado por la Tierra (hipótesis propuesta por Augustin Fresnel en 1818), o (2) El éter es completamente arrastrado por la Tierra y comparte así su movimiento con el de la superficie terrestre (hipótesis propuesta por George Gabriel Stokes en 1844).

Michelson tenía una solución al problema de cómo construir un dispositivo lo suficientemente preciso para detectar el arrastre del éter.

Ese año, utilizó un prototipo de dispositivo experimental para realizar varias mediciones más.

Por último, se recombinaban en el lado opuesto del divisor en un ocular, produciendo un patrón de interferencia constructivo y destructivo, cuyo desplazamiento transversal dependería del tiempo relativo que tarda la luz en transitar los brazos longitudinales frente a los transversales.

[5]​ Sin embargo, Alfred Potier (y más tarde Hendrik Antoon Lorentz) le señalaron a Michelson que había cometido un error de cálculo y que el desplazamiento marginal esperado debería haber sido de solo 0,02 franjas.

La medición definitiva del viento de éter requeriría realizar un experimento con mayor precisión y mejores controles que el original.

El experimento se realizó en varios períodos de observaciones concentradas entre abril y julio de 1887, en el sótano del dormitorio Adelbert del WRU (más tarde rebautizado como Pierce Hall, que sería demolido en 1962).

Como se muestra en el diagrama de la derecha, la luz se refleja repetidamente hacia adelante y hacia atrás en los brazos del interferómetro, aumentando la longitud del recorrido a 11 m. Con esta longitud, la deriva sería de aproximadamente 0,4 franjas.

Michelson y Morley y otros primeros experimentadores que utilizaron técnicas interferométricas en un intento de medir las propiedades del éter luminífero, utilizaron luz (parcialmente) monocromática solo para configurar inicialmente su equipo, cambiando siempre a luz blanca para las mediciones reales.

La expectativa era que el efecto se pudiera representar gráficamente como una onda sinusoidal, con dos picos y dos valles generados por la rotación del dispositivo.

Además, debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol, también se esperaba que los datos medidos mostraran variaciones anuales.

[A 1]​ En lugar de proporcionar información sobre las propiedades del éter, el artículo de Michelson y Morley en el American Journal of Science informó que la medición era tan pequeña como una cuadragésima parte del desplazamiento esperado (Fig.

está dada por[A 15]​ Para encontrar la diferencia de los recorridos, simplemente basta con multiplicar por

Para visualizar este supuesto, considérese tomar las dos trayectorias del haz en el plano longitudinal y transversal y colocarlas rectas (se muestra una animación de esto en el minuto 11:00, del episodio 41 de la serie El universo mecánico[9]​).

La idea era simple: las franjas del patrón de interferencia deberían desplazarse al girar el aparto 90°, ya que los dos haces habrían intercambiado sus trayectorias.

[2]​ Sin embargo, nunca aceptó personalmente este hecho y el resultado negativo lo persiguió por el resto de su vida.

[A 17]​ Para un aparato en movimiento, el análisis clásico requiere que el espejo divisor del haz esté ligeramente desplazado exactamente 45° para que los haces longitudinales y transversales salgan del aparato exactamente superpuestos.

Pero como en aquella época no había ninguna razón para suponer que las fuerzas vinculantes en la materia fueran de origen eléctrico, la contracción longitudinal de la materia en movimiento con respecto al éter se consideró una hipótesis ad hoc.

se puede elegir arbitrariamente, por lo que hay infinitas combinaciones para explicar el resultado nulo de Michelson-Morley.

Dado este principio, la contracción de la longitud y la dilatación del tiempo reciben sus valores relativistas exactos.

[11]​ El experimento de Kennedy y Thorndike tuvo lugar durante muchos meses mientras la Tierra se movía alrededor del Sol.

Como se mencionó anteriormente, Michelson inicialmente creyó que su experimento confirmaría la teoría de Stokes, según la cual el éter era completamente arrastrado en las proximidades de la Tierra (véase hipótesis del arrastre del éter).

[A 31]​ Hubo acuerdo general en que se necesitaba más experimentación para comprobar los resultados de Miller.

Otros experimentadores de todo el mundo aumentaron la precisión, eliminaron posibles efectos secundarios o ambas cosas.

Hasta ahora nadie ha podido replicar los resultados de Miller y las precisiones experimentales modernas los han descartado.

Diferentes observadores podrían detectar cambios tan pequeños como 1/1500 a 1/300 de franja.

[19]​ En la siguiente tabla, los valores esperados están relacionados con la velocidad relativa entre la Tierra y el Sol de 30 km/s.