Experimento de Michelson-Gale-Pearson

El experimento Michelson-Gale-Pearson (1925) es una versión modificada del experimento Michelson-Morley y del interferómetro de Sagnac . Midió el efecto Sagnac debido a la rotación de la Tierra y, por lo tanto, puso a prueba las teorías de la relatividad especial y del éter luminífero en el marco de referencia giratorio de la Tierra .

El objetivo, tal como lo propuso por primera vez Albert A. Michelson en 1904 y luego lo llevaron a cabo en 1925 Michelson y Henry G. Gale , era averiguar si la rotación de la Tierra tiene un efecto en la propagación de la luz en las proximidades de la Tierra. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} El experimento Michelson-Gale fue un interferómetro de anillo muy grande (un perímetro de 1,9 kilómetros), lo suficientemente grande como para detectar la velocidad angular de la Tierra. Al igual que el experimento original Michelson-Morley , la versión Michelson-Gale-Pearson comparó la luz de una sola fuente (arco de carbono) después de viajar en dos direcciones. El cambio principal fue reemplazar los dos "brazos" de la versión MM original con dos rectángulos , uno mucho más grande que el otro. La luz se enviaba a los rectángulos, se reflejaba en espejos en las esquinas y regresaba al punto de partida. La luz que salía de los dos rectángulos se comparaba en una pantalla, tal como se haría con la luz que regresaba de los dos brazos en un experimento MM estándar. El desplazamiento de franjas esperado de acuerdo con el éter estacionario y la relatividad especial fue dado por Michelson como:

${\displaystyle \Delta ={\frac {4A\omega \sin \phi }{\lambda c}}}$

dónde${\displaystyle \Delta }$es el desplazamiento en franjas,${\displaystyle A}$el área del anillo,${\displaystyle \phi }$la latitud del sitio del experimento en Clearing, Illinois (41° 46'),${\displaystyle c}$la velocidad de la luz,${\displaystyle \omega }$la velocidad angular de la Tierra,${\displaystyle \lambda }$la longitud de onda efectiva utilizada. En otras palabras, este experimento tenía como objetivo detectar el efecto Sagnac debido a la rotación de la Tierra. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El resultado del experimento fue que la velocidad angular de la Tierra, medida astronómicamente, se confirmó dentro de la precisión de medición. El interferómetro de anillo del experimento de Michelson-Gale no se calibró mediante comparación con una referencia externa (lo cual no era posible, ya que el montaje estaba fijo a la Tierra). A partir de su diseño, se pudo deducir dónde debería estar la franja de interferencia central si no hubiera desplazamiento. El desplazamiento medido fue de 230 partes en 1000, con una precisión de 5 partes en 1000. El desplazamiento predicho fue de 237 partes en 1000. Según Michelson/Gale, el experimento es compatible tanto con la idea de un éter estacionario como con la relatividad especial.

Como ya señaló Michelson en 1904, ^{[ 1 ]} un resultado positivo en tales experimentos contradice la hipótesis del arrastre completo del éter , ya que la superficie giratoria de la Tierra experimenta un viento de éter. El experimento de Michelson-Morley muestra, por el contrario, que un éter hipotético no podría moverse con respecto a la Tierra, es decir, a medida que la Tierra orbita, tendría que arrastrar el éter consigo. Estos dos resultados no son incompatibles en sí mismos, pero en ausencia de un modelo que los concilie, son más ad hoc que la explicación de ambos experimentos dentro de la relatividad especial. ^{[ 6 ]} El experimento es consistente con la relatividad por la misma razón que todos los demás experimentos de tipo Sagnac (véase el efecto Sagnac ). Es decir, la rotación es absoluta en la relatividad especial, porque no hay un marco de referencia inercial en el que todo el dispositivo esté en reposo durante el proceso completo de rotación, por lo que las trayectorias de la luz de los dos rayos son diferentes en todos esos marcos, en consecuencia, debe ocurrir un resultado positivo. También es posible definir sistemas de referencia giratorios en la relatividad especial ( coordenadas de Born ), pero en esos sistemas la velocidad de la luz ya no es constante en áreas extensas, por lo que también desde esta perspectiva debe producirse un resultado positivo. Actualmente, los efectos de tipo Sagnac debidos a la rotación de la Tierra se incorporan de forma rutinaria al GPS . ^{[ 7 ] [ 8 ]}