teorías del éter

Isaac Newton sugiere la existencia de un éter en el Tercer Libro de Óptica (1.ª ed. 1704; 2.ª ed. 1718): "¿Acaso este medio etéreo, al pasar del agua, el vidrio, el cristal y otros cuerpos compactos y densos en espacios vacíos, no se vuelve cada vez más denso gradualmente, y por ese medio refracta los rayos de luz no en un punto, sino desviándolos gradualmente en líneas curvas? ...¿No es este medio mucho más escaso dentro de los cuerpos densos del Sol, las estrellas, los planetas y los cometas, que en el espacio celeste vacío entre ellos? Y al pasar de ellos a grandes distancias, ¿no se vuelve cada vez más denso perpetuamente, y por ese modo causa la gravedad de esos grandes cuerpos entre sí, y de sus partes hacia los cuerpos; cada cuerpo procurando ir desde las partes más densas del medio hacia las más escasas?" ^{[ 2 ]}

En el siglo XIX, el éter luminífero (o éter), que significa éter portador de luz, era un medio teórico para la propagación de la luz. James Clerk Maxwell desarrolló un modelo para explicar los fenómenos eléctricos y magnéticos utilizando el éter, un modelo que condujo a lo que ahora se conoce como las ecuaciones de Maxwell y la comprensión de que la luz es una onda electromagnética. ^{[ 3 ]} Más tarde, a finales del siglo XIX, se llevaron a cabo una serie de experimentos cada vez más cuidadosos, incluido el experimento de Michelson-Morley , para intentar detectar el movimiento de la Tierra a través del éter, pero no se detectó ningún arrastre. Una serie de teorías propuestas sobre el arrastre del éter podrían explicar el resultado nulo, pero estas eran más complejas y tendían a utilizar coeficientes y supuestos físicos de apariencia arbitraria. Joseph Larmor analizó el éter en términos de un campo magnético en movimiento causado por la aceleración de los electrones.

Hendrik Lorentz y George Francis FitzGerald ofrecieron, dentro del marco de la teoría del éter de Lorentz , una explicación de cómo el experimento de Michelson-Morley pudo no haber detectado movimiento a través del éter. Sin embargo, la teoría inicial de Lorentz predijo que el movimiento a través del éter crearía un efecto de birrefringencia , que Rayleigh y Brace probaron y no lograron encontrar ( Experimentos de Rayleigh y Brace ). Todos esos resultados requirieron la aplicación completa de la transformación de Lorentz por Lorentz y Joseph Larmor en 1904. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Resumiendo los resultados de Michelson, Rayleigh y otros, Hermann Weyl escribiría más tarde que el éter se había "retirado a la tierra de las sombras en un último esfuerzo por eludir la búsqueda inquisitiva del físico". ^{[ 8 ]} Además de poseer mayor claridad conceptual, la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein de 1905 podía explicar todos los resultados experimentales sin hacer referencia alguna al éter. Esto llevó finalmente a la mayoría de los físicos a concluir que la noción anterior de un éter luminífero no era un concepto útil.

Antes de que se estableciera cualquier conexión entre la luz y el electromagnetismo, se propuso un éter eléctrico para explicar los fenómenos electrostáticos . Johann Euler desarrolló un modelo para las fuerzas electrostáticas en 1757 basado en la dinámica de fluidos en el éter, antes de la introducción de la ley de Coulomb . ^{[ 9 ]} El padre de Johann, Leonhard Euler, planteó la hipótesis en 1760 de que el éter luminífero podría explicar los fenómenos eléctricos. ^{[ 10 ]}

Desde el siglo XVI hasta finales del XIX, los efectos gravitacionales también se modelaron utilizando un éter. En una nota al final de su obra "Una teoría dinámica del campo electromagnético", Maxwell discutió un modelo para la gravedad basado en un medio similar al que utilizó para el campo electromagnético. Concluyó que el medio tendría "una energía intrínseca enorme" y que necesariamente tendría que disminuir en áreas de masa. No pudo "entender de qué manera un medio puede poseer tales propiedades", por lo que no continuó con el tema. ^{[ 11 ]} La formulación más conocida es la teoría de la gravitación de Le Sage , aunque Isaac Newton , Bernhard Riemann y Lord Kelvin consideraron variaciones de la idea . Por ejemplo, Kelvin publicó una nota histórica sobre el modelo de Le Sage en 1872, señalando que la propuesta de Le Sage no era compatible con la conservación de la energía . Kelvin sugirió una posible manera de rescatarla utilizando la teoría del vórtice atómico de Kelvin . Esa teoría fue ampliada por JJ Thomson , pero finalmente se abandonó por no ser productiva. ^{[ 12 ] : 56}

Ninguno de esos conceptos es considerado viable por la comunidad científica actual.

Albert Einstein a veces usaba la palabra éter para referirse al campo gravitatorio dentro de la relatividad general , pero la única similitud de este concepto relativista de éter con los modelos clásicos de éter radica en la presencia de propiedades físicas en el espacio, que pueden identificarse mediante geodésicas . Como argumentan historiadores como John Stachel , las ideas de Einstein sobre el "nuevo éter" no entran en conflicto con su abandono del éter en 1905. Como el propio Einstein señaló, no se puede atribuir ninguna "sustancia" ni ningún estado de movimiento a ese nuevo éter. ^{[ 13 ]} El uso que hizo Einstein de la palabra "éter" encontró poco apoyo en la comunidad científica y no desempeñó ningún papel en el desarrollo continuo de la física moderna. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

La mecánica cuántica puede utilizarse para describir el espacio-tiempo como no vacío a escalas extremadamente pequeñas, fluctuando y generando pares de partículas que aparecen y desaparecen con una rapidez asombrosa. Algunos autores, como Paul Dirac ^{[ 16 ],} han sugerido que este vacío cuántico podría ser el equivalente, en la física moderna, de un éter particulado. Sin embargo, la hipótesis del éter de Dirac surgió de su insatisfacción con la electrodinámica cuántica y nunca obtuvo el respaldo de la comunidad científica convencional. ^{[ 17 ]}

El físico Robert B. Laughlin ha sugerido que el vacío cuántico podría considerarse un "éter relativista". ^{[ 18 ]} Paul Davies escribe que, si bien el vacío cuántico se asemeja en algunos aspectos al antiguo concepto de éter, ambos difieren en un aspecto clave: el vacío cuántico "no tiene un marco de referencia privilegiado, ningún estado de reposo con respecto al cual se pueda decir que se mueve un cuerpo material". ^{[ 19 ]}

Louis de Broglie afirmó: «Cualquier partícula, incluso aislada, debe imaginarse en continuo “contacto energético” con un medio oculto». ^{[ 20 ] [ 21 ]} Sin embargo, como señaló de Broglie, este medio «no podría servir como medio de referencia universal, ya que esto sería contrario a la teoría de la relatividad». ^{[ 20 ]}