El experimento de Michelson-Gale-Pearson (1925) es una versión modificada del experimento de Michelson-Morley y del interferómetro de Sagnac . Midió el efecto Sagnac debido a la rotación de la Tierra y, por lo tanto, prueba las teorías de la relatividad especial y el éter luminífero a lo largo del marco giratorio de la Tierra .
Experimentar
El objetivo, como fue propuesto por primera vez por Albert A. Michelson en 1904 y luego ejecutado en 1925, era averiguar si la rotación de la Tierra tiene un efecto sobre la propagación de la luz en las proximidades de la Tierra. [1] [2] [3] El experimento de 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 de Michelson-Morley , la versión de Michelson-Gale-Pearson comparó la luz de una sola fuente (arco de carbono) después de viajar en dos direcciones. El cambio más importante fue reemplazar los dos "brazos" de la versión MM original por dos rectángulos , uno mucho más grande que el otro. La luz se envió a los rectángulos, se reflejó en los espejos en las esquinas y se devolvió al punto de partida. La luz que sale de los dos rectángulos se comparó en una pantalla tal como lo haría la luz que regresa de los dos brazos en un experimento MM estándar. El cambio marginal esperado de acuerdo con el éter estacionario y la relatividad especial fue dado por Michelson como:
dónde es el desplazamiento en franjas, el área en kilómetros cuadrados, la latitud (41 ° 46 '), la velocidad de la luz, la velocidad angular de la Tierra, 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]
Resultado
El resultado del experimento fue que la velocidad angular de la Tierra medida por astronomía se confirmó dentro de la precisión de medición. El interferómetro de anillo del experimento de Michelson-Gale no se calibró en comparación con una referencia externa (lo que no fue posible, porque la configuración estaba fijada a la Tierra). De su diseño podría deducirse dónde debería estar la franja de interferencia central si hubiera un desplazamiento cero. 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 de éter completo , ya que la superficie giratoria de la Tierra experimenta un viento de éter. El experimento de Michelson-Morley muestra por el contrario que la Tierra arrastra completamente el éter en su movimiento orbital, lo que resulta en un viento de éter nulo opuesto a la velocidad orbital. Esos dos resultados no son incompatibles per se, pero a falta 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 (ver 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 luz de los dos rayos son diferentes en todos esos marcos, por lo tanto debe producirse un resultado positivo. También es posible definir marcos giratorios en relatividad especial ( coordenadas de Born ), pero en esos marcos la velocidad de la luz ya no es constante en áreas extendidas, por lo que también en esta vista debe ocurrir un resultado positivo. Hoy en día, los efectos de tipo Sagnac debido a la rotación de la Tierra se incorporan de forma rutinaria al GPS . [7] [8]
Referencias
- ↑ a b Michelson, AA (1904). "Movimiento relativo de la tierra y el éter" . Revista Filosófica . 8 (48): 716–719. doi : 10.1080 / 14786440409463244 .
- ^ Michelson, AA (1925). "El efecto de la rotación de la Tierra sobre la velocidad de la luz, I." Revista astrofísica . 61 : 137. Bibcode : 1925ApJ .... 61..137M . doi : 10.1086 / 142878 .
- ^ Michelson, AA; Gale, Henry G. (1925). "El efecto de la rotación de la Tierra sobre la velocidad de la luz, II". Revista astrofísica . 61 : 140. Bibcode : 1925ApJ .... 61..140M . doi : 10.1086 / 142879 .
- ^ Anderson, R., Bilger, HR, Stedman, GE; Bilger; Stedman (1994). "Efecto Sagnac: un siglo de interferómetros rotados por la Tierra". Soy. J. Phys . 62 (11): 975–985. Código bibliográfico : 1994AmJPh..62..975A . doi : 10.1119 / 1.17656 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Stedman, GE (1997). "Pruebas de anillo láser de física y geofísica fundamental" (PDF) . Informes sobre avances en física . 60 (6): 615–688. Código Bibliográfico : 1997RPPh ... 60..615S . doi : 10.1088 / 0034-4885 / 60/6/001 . Archivado desde el original (PDF) el 2020-03-09.
- ^ Georg Joos : Lehrbuch der teoretischen Physik. 12. edición, 1959, página 448
- ^ Capderou, Michel (2014). Manual de órbitas de satélites: de Kepler al GPS (edición ilustrada). Springer Science & Business. pag. 716. ISBN 978-3-319-03416-4. Extracto de la página 716
- ^ Rizzi, Guido; Ruggiero, Matteo Luca (2013). Relatividad en marcos rotativos: Física relativista en marcos de referencia rotativos (edición ilustrada). Springer Science & Business Media. pag. 11. ISBN 978-94-017-0528-8. Extracto de la página 11