Un medio sólido y rígido llena todo el espacio o la luz se transmite en el vacío

Experientia docet Ondas Artículo 27 de 27

Fuente: NASA, ESA & Jesús Maíz Apellániz (Instituto de Astrofísica de Andalucía) / Davide De Martin (ESA/Hubble)

Ya hemos mencionado que hay un factor parece faltar en el modelo de onda para la luz. En una de las primeras entregas de esta serie decíamos que las ondas son perturbaciones que se propagan por un medio y poníamos como ejemplos cuerdas o o masas de agua. ¿Cuál es entonces el medio para la propagación de las ondas de luz?

¿Es el aire el medio para las ondas de luz? Evidentemente no, porque la luz puede atravesar un espacio que no contiene aire, como ocurre con la luz que recibimos en la Tierra procedente del Sol y demás estrellas. Incluso antes de que se supiese que no existía aire entre el Sol y la Tierra, Robert Boyle ya había intentado el experimento de extraer casi todo el aire de un recipiente de vidrio, encontrando que los objetos dentro seguían siendo visibles lo que implicaba que la luz atrab¡vesaba el espacio en ausencia de aire.

Una onda es una perturbación, y es difícil pensar en una perturbación sin especificar qué se está perturbando. Así que era lo más lógico y natural era proponer que existía un medio específico para la propagación de las ondas de luz. Este medio hipotético se le llamó éter. La palabra «éter» originalmente fue el nombre para el quinto elemento de Aristóteles, el fluido transparente y puro que llenaba la esfera celestial y que más tarde se llamaría, en un alarde de originalidad, «quintaesencia».

En los siglos XVII y XVIII, se pensaba que el éter era un fluido invisible de muy baja densidad. Este fluido podría penetrar toda la materia y llenar todo el espacio. De alguna manera podría estar asociado con el «effluvium» (fluido) que se empleaba para explicar las fuerzas eléctricas y magnéticas [1]. Pero ocurre que las ondas de luz deben ser transversales para explicar la polarización, y las ondas transversales generalmente se propagan solo en un medio sólido. Un líquido o un gas no pueden transmitir ondas transversales a ninguna distancia significativa por la misma razón que no puedes “retorcer” un líquido o un gas. Así que los físicos del siglo XIX asumieron que el éter debía ser un sólido.

Como vimos al tratar la propagación de las ondas, la velocidad de propagación aumenta con la rigidez del medio y disminuye con su densidad. La velocidad de propagación de la luz es muy alta en comparación con la de otros tipos de ondas, como el sonido. De aquí que se pensase que el éter tenía que ser un sólido muy rígido con una densidad muy baja.

Nos puede parecer absurdo afirmar que un medio rígido y sólido, el éter, llena todo el espacio. Después de todo un medio así debería provocar rozamiento, pero los planetas se mueven a través del espacio sin disminución detectable de velocidad. Y, por supuesto, tú no sientes resistencia cuando te mueves en un espacio que en el que la luz se transmite libremente.

Sin éter, la teoría ondulatoria de la luz, por lo demás tan sólida, parecía improbable. Pero el éter en sí tenía propiedades absurdas. Hasta principios de este siglo, este problema seguió sin resolverse, y estaba en el mismo punto en el que lo dejó Newton. Serían necesario un Maxwell [2], un Einstein [3] y unos cuantos experimentos ingeniosos para resolver el problema: la luz se transmite en el vacío.

Notas:

[1] A este respecto véase Imponderable: el primer modelo estándar de la física

[2] Las ecuaciones de Maxwell no necesitan de la hipótesis del éter, véanse La velocidad de las ondas electromagnéticas y la naturaleza de la luz o Maxwell y el éter

[3] Véase, por ejemplo, El principio de constancia de la velocidad de la luz

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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