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Cronología del éter luminífero

La cronología del éter luminífero (éter portador de luz) o del éter como medio para la propagación de radiación electromagnética comienza en el siglo XVIII. Se asumió la existen...

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La cronología del éter luminífero (éter portador de luz) o del éter como medio para la propagación de radiación electromagnética comienza en el siglo XVIII. Se asumió la existencia del éter durante gran parte del siglo XIX, hasta que el experimento de Michelson y Morley arrojó su famoso resultado nulo. Experimentos posteriores coincidieron en general con el resultado de Michelson y Morley. Para la década de 1920, la mayoría de los científicos rechazaban la existencia del éter.

Cronología

Antigüedad

Siglo IV a. C. – Aristóteles publica la Física , en la que describe brevemente el éter como un elemento más ligero que el aire que rodea los cuerpos celestes. Describe el éter en relación con otros elementos : el éter es más ligero que el aire y se encuentra por encima de él, mientras que el aire es más ligero que el agua, y el agua es más ligera que la tierra. Según Aristóteles, cada elemento regresa a su lugar correspondiente cuando se desplaza, lo que explica por qué el aire asciende, por qué la tierra y el agua descienden, y por qué los cielos permanecen en su lugar. [ 1 ]

Primeros experimentos

Siglo XVII: Robert Boyle fue un defensor de la hipótesis del éter. Según Boyle, el éter está compuesto de partículas sutiles, un tipo de las cuales explica la ausencia de vacío y las interacciones mecánicas entre los cuerpos, y el otro tipo explica fenómenos como el magnetismo (y posiblemente la gravedad) que, de otro modo, serían inexplicables basándose únicamente en las interacciones mecánicas de los cuerpos macroscópicos. [ 2 ]
1690 – El Tratado sobre la Luz de Christiaan Huygens planteó la hipótesis de que la luz es una onda que se propaga a través del éter.
1704 – Isaac Newton publica Óptica , en la que propone una teoría corpuscular de la luz . Esta teoría tenía dificultades para explicar la difracción , por lo que añade un "factor de corrección", afirmando que un "medio etéreo" es responsable de este efecto, e incluso sugiriendo que podría ser responsable de otros efectos físicos como el calor .
1727 – James Bradley mide por primera vez la aberración estelar , demostrando (una vez más) que la luz tiene una velocidad finita y que la Tierra se mueve.
1818 – Augustin Fresnel introduce la teoría ondulatoria de la luz , que propone que la luz es una onda transversal que se propaga en un éter, explicando así la existencia de la polarización . Es importante destacar que tanto la teoría corpuscular de Newton como la teoría ondulatoria de Fresnel presuponen la existencia del éter, aunque por razones diferentes. A partir de entonces, nadie parece siquiera cuestionar su existencia.
1820 – Descubrimiento del "punto brillante" de Siméon Poisson , que respalda la teoría ondulatoria.
1830 – Fresnel desarrolla una fórmula para predecir y medir el arrastre del éter por objetos masivos, basada en una constante de acoplamiento. Sin embargo, dicho arrastre parece estar en desacuerdo con la aberración, que requeriría que la Tierra no arrastrara el éter para ser visible.
George Gabriel Stokes se convierte en un defensor de la teoría del arrastre.
1851 – Armand Fizeau realiza su famoso experimento con la luz que viaja a través del agua en movimiento. Mide el efecto de franjas debido al movimiento del agua, que coincide perfectamente con la fórmula de Fresnel. Sin embargo, no observa ningún efecto debido al movimiento de la Tierra, aunque no lo menciona explícitamente. No obstante, esto se considera una prueba muy sólida del efecto de arrastre del éter.
1868 – Martinus Hoek realiza una versión mejorada del experimento de Fizeau utilizando un interferómetro con un brazo sumergido en agua. No observa ningún efecto y no puede explicar por qué su experimento difiere tanto del de Fizeau.
1871 – George Biddell Airy repite el experimento de Bradley con un telescopio lleno de agua. Él tampoco observa ningún efecto. Parece que el éter no es arrastrado por la masa.
1873 – James Clerk Maxwell publica su Tratado sobre electricidad y magnetismo .
1879 – Maxwell sugiere que la velocidad absoluta de la Tierra en el éter podría detectarse ópticamente.
1881 – Albert Abraham Michelson publica sus primeros experimentos con interferómetros, utilizando el dispositivo para medir distancias extremadamente pequeñas. Para su consternación, su experimento no encuentra ningún "arrastre del éter" que ralentice la luz, como había sugerido Fresnel.
Hendrik Antoon Lorentz descubre que el cálculo de Michelson tiene errores (es decir, se duplica el error esperado en el desplazamiento de las franjas).
1882 – Michelson reconoce sus errores de interpretación.

Crisis

1887 – El experimento de Michelson-Morley (MMX) arroja el famoso resultado nulo. Se observa una pequeña desviación, pero es demasiado pequeña para sustentar cualquier teoría del éter "fijo", y es tan pequeña que podría deberse a un error experimental.
Muchos físicos desempolvan el trabajo de Stokes, y el arrastre se convierte en la "solución estándar".
Entre 1887 y 1888, Heinrich Hertz verifica la existencia de las ondas electromagnéticas.
1889 – George FitzGerald propone la Hipótesis de Contracción, que sugiere que las mediciones son nulas debido a cambios en la longitud en la dirección del viaje a través del éter.
1892 – Oliver Lodge demuestra que la fricción del éter es invisible alrededor de los cuerpos celestes que se mueven rápidamente.
1895 – Lorentz propone de forma independiente la hipótesis de la contracción.
De 1902 a 1904, Morley y Morley llevaron a cabo una serie de experimentos MM con un interferómetro de 100 pies, obteniendo un resultado nulo.
Entre 1902 y 1904, Lord Rayleigh y DeWitt Bristol Brace no encontraron indicios de doble refracción (debido a la contracción de FitzGerald-Lorentz) de los cuerpos en movimiento en el éter.
1903 – El experimento de Trouton-Noble , basado en un concepto completamente diferente que utiliza fuerzas eléctricas, también produce un resultado nulo.
1905 – Se publican los datos del experimento de Miller y Morley. La prueba de la hipótesis de contracción arroja resultados negativos. La prueba de los efectos de arrastre del éter produce un resultado nulo.
1908 – El experimento de Trouton-Rankine , otro experimento basado en efectos eléctricos, no detecta la contracción de FitzGerald-Lorentz.

Cambiar

1904 – Hendrik Lorentz publica una nueva teoría sobre los cuerpos en movimiento, sin descartar el concepto de éter estacionario (electromagnético).
1905 – Henri Poincaré demuestra que la teoría de Lorentz cumple con el principio de relatividad y publica las transformaciones de Lorentz. Su modelo aún se basaba en el éter de Lorentz, pero argumenta que este éter es perfectamente indetectable.
1905 – Albert Einstein publica una teoría equivalente desde el punto de vista observacional , pero con una derivación basada únicamente en principios (sin tener en cuenta el éter). Einstein también enfatizó que este concepto implica la relatividad del espacio y el tiempo. Posteriormente la denominó relatividad especial .
1908 – El experimento de Trouton-Rankine demuestra que la contracción de la longitud de un objeto según un sistema de referencia no produce un cambio medible de la resistencia en el sistema de referencia en reposo del objeto.
1913 – Georges Sagnac utiliza un dispositivo MMX giratorio y obtiene un resultado claramente positivo. El llamado efecto Sagnac se consideró en su momento una excelente evidencia de la existencia del éter, pero posteriormente se explicó mediante la relatividad general . También existen buenas explicaciones basadas en la relatividad especial.
1914 – Walther Zurhellen utiliza observaciones de estrellas binarias para determinar si la velocidad de la luz depende del movimiento de la fuente. Sus mediciones muestran que no depende de 10⁻⁶ . Esto se considera una prueba adicional en contra del efecto de arrastre del éter.
1915 – Einstein publica su trabajo sobre la teoría general de la relatividad .
1919 – Se lleva a cabo la expedición de Arthur Eddington para observar el eclipse en África, la cual parece confirmar la teoría general de la relatividad.
1920 – Einstein afirma que la relatividad especial no requiere rechazar el éter, y que el campo gravitatorio de la relatividad general puede denominarse éter, al cual no se le puede atribuir ningún estado de movimiento.
1921 – Dayton Miller realiza experimentos de deriva del éter en el Monte Wilson . Miller lleva a cabo pruebas con interferómetros aislados y no magnéticos y obtiene resultados positivos.
De 1921 a 1924, Miller realiza extensas pruebas en condiciones controladas en la Universidad de Case .
1924 – Miller repite sus experimentos en Mount Wilson y obtiene un resultado positivo.
Rudolf Tomaschek utiliza estrellas como fuente de luz para su interferómetro, obteniendo un resultado nulo.
En 1925, el experimento de Michelson-Gale-Pearson arrojó un resultado positivo al intentar detectar el efecto de la rotación terrestre sobre la velocidad de la luz. La importancia del experimento sigue siendo objeto de debate hasta el día de hoy, pero este efecto Sagnac planetario se mide con giroscopios láser de anillo y se tiene en cuenta en el sistema GPS.
Abril de 1925 – Reunión de la Academia Nacional de Ciencias .
Arthur Compton explica los problemas de la solución de arrastre del éter de Stokes.
Miller presenta sus resultados positivos sobre el arrastre del éter.
Diciembre de 1925 – Reunión de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia .
Miller propone dos teorías para explicar el resultado positivo. Una consiste en una teoría del éter modificada, la otra en una ligera desviación de la hipótesis de contracción.
1926 – Roy J. Kennedy obtiene un resultado nulo en el Monte Wilson.
Auguste Piccard y Ernest Stahel obtienen un resultado nulo en Mont Rigi .
1927 – Conferencia de Mount Wilson .
Miller habla de arrastre parcial.
Michelson habla sobre el arrastre del éter y los efectos diferenciales de altitud.
KK Illingworth obtiene un resultado nulo utilizando una ingeniosa versión del MMX con un escalón en uno de los espejos que mejora drásticamente la resolución. La resolución es tan buena que se pueden descartar la mayoría de los sistemas de arrastre parcial.
1929 – Michelson y FG Pease realizan el experimento de Pearson y obtienen un resultado nulo.
1930 – Georg Joos obtiene un resultado nulo utilizando un interferómetro extremadamente preciso colocado completamente en el vacío.
1932 – El experimento Kennedy-Thorndike utiliza un interferómetro con brazos de diferentes longitudes y no perpendiculares entre sí. Realizan mediciones durante varias estaciones y las registran en fotografías para facilitar un mejor estudio posterior. El experimento Kennedy-Thorndike se convierte en una de las pruebas fundamentales de la relatividad especial, demostrando la independencia de la velocidad de la luz con respecto a la velocidad de la fuente emisora. Las otras dos pruebas fundamentales son el experimento Michelson-Morley (que demuestra la isotropía de la velocidad de la luz) y el experimento Ives-Stilwell (que demuestra la dilatación del tiempo).
1934 – Georg Joos publica un artículo sobre el experimento de Michelson-Gale-Pearson , en el que afirma que es improbable que el éter sea arrastrado por un movimiento de traslación y no por un movimiento de rotación.
1935 – El experimento de Hammar refuta el arrastre del éter.
1951 – Paul Dirac escribe que la teoría cuántica de campos actualmente aceptada requiere un éter, aunque nunca formuló esta teoría por completo.

El debate se ralentiza

1955 – RS Shankland , SW McCuskey , FC Leone y G. Kuerti realizaron un análisis de los resultados de Miller y los explicaron como resultado de errores sistemáticos (la explicación de Shankland es ahora ampliamente aceptada).
1958 – Cedarholm, Havens y Townes utilizan dos máseres sincronizados en frecuencia y envían luz en dos direcciones. El resultado es nulo. Si bien el experimento no es tan preciso como los experimentos MMX anteriores basados ​​en luz, demuestra una configuración novedosa que se volvería mucho más precisa en el futuro.
1964 – Jaseja, Javan, Murray y Townes repiten el experimento anterior con máseres más modernos y mucho más precisos.
1969 – Shamir y Fox repiten el experimento MMX con los "brazos" en guías de onda de vidrio acrílico y un láser de alta estabilidad como fuente. El experimento debería detectar un desplazamiento tan pequeño como ~0,00003 de una franja, pero no se mide ninguno.
1972 – RS Shankland admite que probablemente no se habría molestado en cuestionar el trabajo de Dayton Miller de no ser por el "interés y el aliento" de Albert Einstein.
1973 – Trimmer obtiene un resultado nulo en un interferómetro triangular con una de las patas en vidrio.
1977 – Brecher repite el experimento de Zurhellen con púlsares binarios, mostrando que no hay diferencia en la velocidad de la luz hasta 2*10 −9
En 1979, Brillet y Hall utilizaron el montaje de Townes con láseres de alta precisión, demostrando una desviación de 3 partes en 10¹⁵ . El experimento también mostró una señal residual de 17 Hz, pero los autores supusieron que estaba relacionada con el laboratorio.
1984 – Torr y Kolen encuentran un desfase cíclico entre dos relojes atómicos , pero la distancia entre ellos es relativamente corta (0,5 km) y son relojes del tipo rubidio, menos precisos.
1988 – Gagnon et al. miden la velocidad de la luz en una dirección y no detectan anisotropía.
1990 – Hils y Hall repiten el experimento de Kennedy-Thorndike con láseres, tomando mediciones durante un año. No encuentran ningún desplazamiento en 2 10 −13
Krisher et al., Phys. Rev. D, 42, No. 2, pp. 731–734, (1990) utilizan dos máseres de hidrógeno fijos a la Tierra y separados por un enlace de fibra óptica de 21 km para buscar variaciones en la fase entre ellos. Establecen un límite superior para la anisotropía lineal unidireccional de 100 m/s.
1991 – Durante un período de seis meses, Roland DeWitte descubre, a través de un cable coaxial subterráneo de 1,5 km , un componente cíclico en la deriva de fase entre relojes de haz de cesio de alta precisión ubicados más o menos en el mismo meridiano ; el período es igual al día sideral.
2003 – Holger Mueller y Achim Peters llevan a cabo un experimento moderno de Michelson-Morley utilizando resonadores ópticos criogénicos en la Universidad Humboldt de Berlín. No encuentran desplazamiento en 10 −15

Lecturas adicionales

  • Banesh Hoffman, La relatividad y sus raíces (Freeman, Nueva York, 1983).
  • Michael Janssen, Teoría del éter del siglo XIX , curso Einstein para todos en la UMN (2001).
  • Wallace Kantor, Propagación relativista de la luz (Coronado Press, 1976), WorldCatLibraries.org

Referencias clásicas

  • Maxwell, Obras recopiladas, HA Lorentz, Archivos neerlandeses, xxi. 1887 y xxv. 1892
  • Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Korpern (Leyden, 1895)
  • "Elektrodynamik" y "Elektronentheorie" en Encyk. der Matemáticas. Wissenschaften, Band v.13, 14
  • O. Lodge, "Sobre los problemas de las aberraciones", Phil. Trans. 1893 y 1897
  • J. Larmor, Phil. Trans. 1894-95-97, y un tratado, Éter y materia (1900) pág.  262
  • PKL Drude , A. Schuster, RW, Física general del éter;
  • Documentos recopilados de Lord Rayleigh

Véase también

  • Chisholm, Hugh , ed. (1911). "Éter"  . Encyclopædia Britannica . Vol.  1 (11.ª  ed.). Cambridge University Press. pp. 292–297 . 
  • James DeMeo: "Los experimentos de Dayton Miller con la deriva del éter: una nueva perspectiva"

Referencias

  1. ↑ "Física de Aristóteles". Traducido por RP Hardie y RK Gaye. Archivo de Clásicos de Internet.
  2. ↑ Robert Boyle, The Works of the Honourable Robert Boyle , ed. Thomas Birch, 2.ª ed., 6 vols. (Londres, 1772), III, 316; citado en EA Burtt, The Metaphysical Foundations of Modern Science (Garden City, Nueva York: Doubleday & Company, 1954), 191-192.