Velocidad de la luz (Galileo Galilei)

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Velocidad de la luz (Armando Fizeau)

La primera medida acertada de la velocidad de la luz usando un aparato terrestre fue realizada por el físico francés Hippolyte Fizeau en 1849, gracias al perfeccionamiento del sistema de la reflexión mediante espejos propuesto por Galileo Galilei.

Fue el primero en medir la velocidad de la luz en la Tierra empleando fundamentalmente el método ideado por Galileo pero altamente perfeccionado. Antes que él, Roemer y Bradley habían medido esta velocidad empleando cada uno métodos astronómicos diferentes.

En 1849, Fizeau colocó en una colina una rueda dentada que giraba rápidamente; en otra colina, separada unos ocho kilómetros, colocó un espejo e hizo pasar un haz de luz a través de los dientes del disco giratorio que se reflejó en el espejo y regresó a la rueda dentada después de recorrer diez y seis kilómetros. Si se va aumentando la velocidad de la rueda dentada, habrá un momento en que no se vea la luz reflejada porque un diente lo impedirá. La velocidad de la luz se encontró dividiendo la distancia recorrida (diez y seis kilómetros) entre el tiempo empleado por un diente de la rueda en ocupar el hueco próximo. El valor hallado fue un cinco por ciento mayores al que ahora se considera como más preciso.

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Velocidad de la luz (Léon Foucault).

Profundizó en la mejoras del método de Fizeau al reemplazar el engranaje con un espejo rotatorio. El valor estimado por Foucault, publicado en 1862, fue de 298.000 km/s. Los resultados de los experimentos de Fizeau y Foucault fueron fundamentales en el desarrollo de la electrodinámica de los medios de comunicación en movimiento.

Colaboró con Fizeau en la determinación de la velocidad de la luz, por medio de la rueda dentada, y poco tiempo después desarrolló su propio método. Foucault sustituyó la rueda dentada por un espejo rotatorio. Se envía un haz luminoso al espejo rotatorio y durante un corto instante, cuando tiene una posición adecuada, la luz reflejada se dirige al espejo fijo que la regresa nuevamente al espejo rotatorio. Al llegar nuevamente al espejo rotatorio, éste habrá girado un cierto ángulo y se reflejará en una dirección diferente a la dirección en que se inició el experimento. Con estas medidas, Foucault midió la velocidad de la luz casi con el valor que se considera como el más exacto. Además, con este método no se requiere que el espejo fijo se encuentre muy lejos del espejo rotatorio y así pudo determinar la velocidad con que la luz se propaga en el agua.

De acuerdo con la teoría ondulatoria de la luz, ésta debe propagarse más lentamente en el agua que en el aire, y de acuerdo con la teoría corpuscular, al contrario. Foucault encontró que la teoría ondulatoria era la correcta.

Foucault se hizo famoso por haber ideado el péndulo que lleva su nombre y con él demostró que la Tierra gira alrededor de su eje.

El método de Fizeau fue refinado más tarde por Marie Alfred Cornu (1872) y Joseph Perrotin (1900) pero fue el físico francés Léon Foucault quien más profundizó en la mejoras del método de Fizeau al reemplazar el engranaje con un espejo rotatorio. El valor estimado por Foucault, publicado en 1862, fue de 298.000 km/s. El método de Foucault también fue usado por Simon Newcomb y Albert A. Michelson. Michelson comenzó su larga carrera al replicar y mejorar el método de Foucault.

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Velocidad de la luz (Michelson-Morley).

A finales del siglo XIX se conocía que la luz era una onda electromagnética, que se propagaba a velocidad c (unos 300.000 km/s). Esto, sin embargo, tenía un matiz que traía de cabeza a todo el mundo: hasta ese momento todas las ondas conocidas necesitaban un medio por el que propagarse: las olas de un estanque necesitaban el agua, las ondas sísmicas necesitaban la tierra, y el sonido (que ya se conocía que era otra onda) necesitaba el aire para propagarse.

Albert Michelson, en 1877, con un presupuesto mínimo, se dio a la tarea de experimentar y modernizar los datos. Comenzó trabajando con lámparas, espejos y lentes a 150 metros de separación uno del otro. Un espejo estaba fijo mientras que el otro giraba sobre un eje a 130 revoluciones por minuto. La máquina construida era una perfección del que había utilizado anteriormente el francés Jean Foucault.

Con la colaboración de Morley, llevó a cabo varios experimentos encaminados a determinar la velocidad de desplazamiento de la Tierra respecto al lumínico éter (no un compuesto químico sino un medio físico cual sirve para la propagación de la luz) mediante la comparación de la velocidad de la luz medida en distintas direcciones. El resultado negativo de estos experimentos fue motivo para el desarrollo de la teoría de la relatividad, cual no encontró necesidad de tal medio físico para explicar el comportamiento de la luz.

El experimento que se cita oficialmente como el experimento de Michelson-Morley tuvo lugar en 1887 [1] y utilizaba un diseño bastante innovador que se basaba en una técnica desarrollada por Michelson, la interferometría (Michelson recibiría el premio Nobel de física en 1907 por sus instrumentos ópticos de precisión y las mediciones realizadas con ellos). La interferometría depende del hecho de que cuando dos ondas se cruzan forman patrones muy concretos. Un experimento de interferometría comienza dividiendo un haz de luz, haciendo después que cada uno de los dos nuevos rayos viajen caminos distintos, para luego unirlos en una pantalla. Analizando los patrones resultantes se puede obtener información sobre la velocidad y la distancia recorrida por la luz. Michelson ya había usado la interferometría tanto para conseguir la medición más precisa hasta la fecha de la velocidad de la luz como para determinar la longitud oficial del metro para la Oficina Nacional de Estándares de los Estados Unidos.

Para su experimento, Michelson y Morley hicieron que dos rayos de luz viajasen en ángulo recto uno del otro: uno viajaba en la misma dirección que el éter y el otro la cruzaba. Imaginemos dos personas nadando en un río, una va corriente arriba y luego a favor de corriente, mientras que la otra nada directamente a un punto al otro lado del río y vuelta. Ambos nadadores se tienen que enfrentar a la corriente pero de forma diferente y, consecuentemente, el tiempo que emplean para recorrer exactamente la misma distancia será diferente. Si la Tierra viaja a través del éter, el éter