El experimento de Michelson y Morley

El experimento de Michelson y Morley es una medición que los físicos estadounidenses Albert Michelson y Edward Morley hicieron en julio de 1887 en Cleveland, Ohio, para detectar el movimiento de la Tierra a través del éter, el medio invisible que según la física de la época llenaba el universo y transmitía la luz. Construyeron el instrumento óptico más sensible de su tiempo, lo apuntaron en todas las direcciones y no encontraron nada. Ese resultado nulo, que ellos mismos vivieron como una decepción, es uno de los fracasos más fecundos de la historia de la ciencia.

Para entender qué buscaban hay que ponerse en la cabeza de un físico del siglo XIX. Se sabía que la luz era una onda, y todas las ondas conocidas viajaban por algún medio: el sonido por el aire, las olas por el agua. Parecía lógico que la luz también necesitara un soporte, y se le llamó éter luminífero. Tenía propiedades rarísimas, porque debía ser más rígido que el acero para transmitir ondas tan rápidas y a la vez no frenar a los planetas, pero se aceptaba como se aceptan las cosas que todo el mundo da por hechas. Y si el éter existía y estaba en reposo, la Tierra, que gira alrededor del Sol a unos 30 kilómetros por segundo, debía atravesarlo, y en el laboratorio tenía que notarse un «viento de éter».

La idea de Michelson para medirlo era tan simple como ingeniosa. Imaginemos dos nadadores igual de rápidos en un río: uno nada una distancia río arriba y vuelve, y el otro nada la misma distancia de orilla a orilla y vuelve. Aunque recorran lo mismo, no tardan lo mismo; el que va a favor y en contra de la corriente pierde más tiempo. Con la luz pasaría igual. Michelson dividió un haz de luz en dos con un espejo semitransparente, los mandó por dos brazos perpendiculares, los hizo rebotar y los volvió a juntar. Al superponerse, las dos ondas forman un patrón de franjas claras y oscuras, las franjas de interferencia. Si un haz se retrasaba respecto al otro por el viento de éter, las franjas tenían que desplazarse al girar el aparato.

Michelson ya lo había intentado en 1881, en Potsdam, con un aparato más modesto, y no había visto nada claro. Para 1887, con Morley, diseñó algo mucho más ambicioso. Montaron los espejos sobre una losa de piedra que flotaba en una cubeta de mercurio, para que el conjunto pudiera girar lentamente sin vibraciones ni deformaciones. Hicieron que la luz rebotara varias veces entre espejos para alargar el recorrido a unos once metros. Con eso, según sus cálculos, el viento de éter debía desplazar las franjas unas cuatro décimas de franja al girar el aparato. Lo que midieron fue, como mucho, una centésima o dos, dentro del margen de error. En la práctica, cero.

Lo publicaron en noviembre de 1887 en el American Journal of Science. No proclamaron una revolución. Concluyeron, con prudencia, que si había un movimiento relativo entre la Tierra y el éter, era muy pequeño, y sugirieron repetir las medidas en otras estaciones del año. Nunca lo hicieron de forma sistemática. Michelson siguió creyendo en el éter casi toda su vida.

Los físicos teóricos, en cambio, se tomaron el resultado muy en serio, porque contradecía algo muy sólido. Para salvar el éter se propusieron soluciones ingeniosas. La más famosa la plantearon de forma independiente el irlandés George FitzGerald en 1889 y el holandés Hendrik Lorentz en 1892: los objetos que se mueven a través del éter se acortan en la dirección del movimiento, justo lo necesario para compensar el retraso de la luz. Era una hipótesis hecha a medida, lo que los filósofos de la ciencia llaman una hipótesis auxiliar, pensada para que el resultado encajara sin tener que abandonar la teoría.

En 1905 Albert Einstein dio la vuelta al problema. Su teoría de la relatividad especial partía de dos principios: las leyes de la física son iguales para todos los observadores que se mueven a velocidad constante, y la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos ellos. Con esos dos postulados el éter sobraba. No había viento que detectar porque no había un medio en reposo absoluto respecto al cual moverse. La contracción de Lorentz reaparecía, pero ya no como un parche, sino como una consecuencia de la estructura del espacio y el tiempo.

Se suele contar que Einstein partió del experimento de Michelson y Morley, pero la relación es más enredada. El propio Einstein dijo en distintas ocasiones cosas contradictorias sobre si lo conocía en 1905 y cuánto le había influido, y el historiador Gerald Holton mostró que sus motivaciones eran sobre todo teóricas. El experimento se convirtió en el ejemplo canónico de la relatividad más tarde, en los libros de texto. Es un buen recordatorio de que la historia de la ciencia que se enseña está a menudo ordenada después de los hechos.

La historia tuvo además una larga coda. En los años veinte, Dayton Miller, que había trabajado con Morley, repitió el experimento en lo alto del monte Wilson, en California, y aseguró haber encontrado un pequeño viento de éter. Durante años sus resultados sembraron dudas. En 1955 un equipo dirigido por Robert Shankland reanalizó sus datos y concluyó que la señal se explicaba por cambios de temperatura en el laboratorio. Desde entonces, versiones modernas del experimento, con láseres y cavidades ópticas, han llevado la precisión a niveles muchísimo mayores, siempre con el mismo resultado: nada.

Michelson recibió en 1907 el premio Nobel de Física por sus instrumentos de precisión, el primero que obtuvo un científico estadounidense. Su interferómetro tiene hoy descendientes enormes: los detectores de ondas gravitacionales LIGO, que en 2015 captaron por primera vez la vibración del espacio producida por el choque de dos agujeros negros, son interferómetros de Michelson con brazos de cuatro kilómetros. El aparato que no encontró lo que buscaba acabó sirviendo para encontrar lo que nadie había visto. Y el resultado nulo de 1887 enseña algo que vale para cualquier investigación: un experimento bien hecho que dice «no» puede ser tan valioso como uno que dice «sí».

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