El inesperado resultado de Michelson y Morley

Estuvimos comentando el planteamiento y el modo en que Michelson y Morley desarrollaron su experimento, obteniendo un resultado inesperado, que no es otro que la velocidad de la luz era exactamente la misma en cualquier dirección de medida, en clara contradicción con las leyes de Newton. En primera instancia, hay que decir que no se dudaba de la existencia del éter, en relación al cual precisamente la luz debía llevar distintas velocidades en distintas direcciones, en función del desplazamiento de la Tierra en él. El hecho de que no fuera así, supuso un importante interrogante a los físicos del momento, tratando de buscar alguna explicación a este paradójico fenómeno, contando con la existencia del éter. Al respecto surgieron distintas alternativas: o bien había cierto ámbito de la naturaleza en que dichas leyes (newtonianas) no eran de aplicación; o bien la Tierra estaba efectivamente quieta en el éter (posibilidad inasumible); o bien la Tierra ‘arrastraba’ consigo el éter por rozamiento, como ocurre cuando movemos con una cuchara el chocolate de una taza (lo cual también se desestimó, realizando experimentos a propósito). A pesar de lo sorprendente del resultado, nadie dudaba de la pericia de estos investigadores, por lo que sus resultados fueron generalizadamente aceptados, pero seguía sin encontrarse una explicación válida.

Como decía, generalizadamente los autores se resistían a postular la inexistencia del éter. Entre ellos —como nos recuerda Bryson— se encontraba J.J. Thomson, quien insistía en 1909 en que el éter no podía ser una creación fantástica, sino que debía ser tan esencial para nosotros ‘como el aire que respiramos’.

Surgió entonces una propuesta totalmente revolucionaria para tratar de encajar el resultado de Michelson y Morley con la existencia del éter, realizada por parte de un físico anglosajón, G.F Fitzgerald; una propuesta cuyas consecuencias él mismo no fue capaz de atisbar. Su sugerencia fue que «todos los cuerpos que se mueven con la velocidad v a través del éter cósmico se contraen en la dirección del movimiento por un factor √(1-v²⁄V²)», explica Gamow, factor de corrección que nos es familiar. Es decir: al medir el tamaño de un objeto en movimiento su resultado es menor que cuando se mide en su propio marco de referencia de reposo, o sea, que se contrae, según el orden de magnitud establecido por dicho factor. Se trata de una contracción que debería darse en todos los cuerpos, independientemente de su estructura física, y que se hacía más evidente conforme su velocidad se aproximaba a la de la luz, siendo despreciable a velocidades ordinarias.

¿Por qué esta contracción? ¿Por qué lo pensó así Fitzgerald? Porque, si así fuera, se reduciría la distancia entre los espejos y la pantalla en el interferómetro, justo en la cantidad adecuada para suprimir la desviación observada en esa misma cantidad. Es decir, al reducirse la distancia entre los espejos y la pantalla en el interferómetro, ello daría un valor para la velocidad de la luz modificado precisamente por ese factor en tanto que debía recorrer ahora menor distancia. Se trabajó denodadamente en este sentido, realizando numerosas pruebas e ideando experimentos para demostrar la ‘contracción de Fitzgerald’, pero lo cierto es que ninguno lo consiguió. Se mantenía la convicción de que el éter debía existir, pero no se podía asumir esta explicación de Fitzgerald. ¿Cabía otra salida plausible que no pasara por el abandono definitivo de la teoría del éter? Y, si era así, ¿cuál era la nueva teoría? Porque seguía habiendo un problema: ¿cómo dar explicación del resultado del experimento de Michelson y Morley?, ¿por qué la luz se desplazaba a la misma velocidad en cualquier sentido?, ¿qué sentido físico tenía este fenómeno? Con algo de esto tiene que ver la teoría de la relatividad especial de Einstein para quien, mientras que para Fitzgerald las contracciones de los objetos en movimiento debían ser reales, físicas, para él eran acortamientos aparentes al ser observados desde sistemas de referencia que se mueven relativamente entre sí, como veremos.