Experimentos de Rayleigh y Brace

Los experimentos de Rayleigh y Brace (1902, 1904) tenían como objetivo demostrar si la contracción de la longitud conduce a la birrefringencia o no. Fueron algunos de los primeros experimentos ópticos que midieron el movimiento relativo de la Tierra y el éter luminífero y que fueron lo suficientemente precisos como para detectar magnitudes de segundo orden hasta v/c. Los resultados fueron negativos, lo que fue de gran importancia para el desarrollo de la transformación de Lorentz y, en consecuencia, de la teoría de la relatividad . Véase también Pruebas de la relatividad especial .

Para explicar el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley , George FitzGerald (1889) y Hendrik Lorentz (1892) introdujeron la hipótesis de contracción , según la cual un cuerpo se contrae durante su movimiento a través del éter estacionario .

Lord Rayleigh (1902) interpretó esta contracción como una compresión mecánica que debería conducir a la anisotropía óptica de los materiales, por lo que los diferentes índices de refracción causarían birrefringencia . Para medir este efecto, instaló un tubo de 76 cm de longitud sobre una mesa giratoria. El tubo estaba cerrado por un vidrio en sus extremos y se llenaba con bisulfuro de carbono o agua, y el líquido estaba entre dos prismas de nicotinamida . A través del líquido, se enviaba luz (producida por una lámpara eléctrica y, más importante, por la luz de cal ) de un lado a otro. El experimento fue lo suficientemente preciso como para medir los retardos de ⁠1/6000⁠ de media longitud de onda , es decir , del orden1,2 × 10 ⁻¹⁰ . Dependiendo de la dirección relativa al movimiento de la Tierra, el retardo esperado debido a la birrefringencia era del orden de 10 ⁻⁸ , lo que estaba dentro de la precisión del experimento. Por lo tanto, fue, junto con el experimento de Michelson-Morley y el experimento de Trouton-Noble , uno de los pocos experimentos mediante los cuales se pudieron detectar magnitudes de segundo orden en v/c. Sin embargo, el resultado fue completamente negativo. Rayleigh repitió los experimentos con capas de placas de vidrio (aunque con una precisión disminuida por un factor de 100), y nuevamente obtuvo un resultado negativo. ^[1]

Sin embargo, esos experimentos fueron criticados por DeWitt Bristol Brace (1904), quien argumentó que Rayleigh no había considerado adecuadamente las consecuencias de la contracción.0,5 × 10 ⁻⁸ en lugar de10 ⁻⁸ ) así como del índice de refracción, por lo que los resultados no fueron concluyentes. Por ello, Brace realizó experimentos de mucha mayor precisión. Utilizó un aparato de 4,13 m de largo, 15 cm de ancho y 27 cm de profundidad, que estaba lleno de agua y que podía rotar (según el experimento) sobre un eje vertical u horizontal. La luz del sol se dirigía hacia el agua a través de un sistema de lentes, espejos y prismas de reflexión, y se reflejaba 7 veces de modo que recorría 28,5 m. De esta manera, se producía un retardo de ordenSe observó un valor de 7,8 × 10 ⁻¹³ . Sin embargo, Brace también obtuvo un resultado negativo. Otra instalación experimental con vidrio en lugar de agua (precisión:4,5 × 10 ⁻¹¹ ), tampoco arrojó ningún signo de birrefringencia. ^[2]

La ausencia de birrefringencia fue inicialmente interpretada por Brace como una refutación de la contracción de la longitud. Sin embargo, Lorentz (1904) y Joseph Larmor (1904) demostraron que cuando se mantiene la hipótesis de la contracción y se emplea la transformación completa de Lorentz ( es decir , incluyendo la transformación del tiempo), entonces se puede explicar el resultado negativo. Además, si el principio de relatividad se considera válido desde el principio, como en la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein (1905), entonces el resultado es bastante claro, ya que un observador en movimiento de traslación uniforme puede considerarse en reposo y, en consecuencia, no experimentará ningún efecto de su propio movimiento. La contracción de la longitud, por tanto, no es medible por un observador comóvil, y tiene que ser complementada con la dilatación del tiempo para observadores no comóviles, lo que posteriormente también fue confirmado por el experimento de Trouton-Rankine (1908) y el experimento de Kennedy-Thorndike (1932). ^{[3] [4] [A 1] [A 2]}

• Historia de la relatividad especial