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Albert Michelson

Albert Abraham Michelson nacio el 19 de diciembre de 1852 en Strelno, Prusia (hoy Strzelno, Polonia). Vino a los Estados Unidos con sus padres cuando tenía dos años. Desde Nueva York, la familia hizo su camino a Virginia City, Nevada y San Francisco.

A los 17, Michelson ingresó en la Academia Naval de los Estados Unidos en Annapolis, Maryland, y se graduó en 1873. Pronto Michelson cayó fascinado con las ciencias y el problema de medir la velocidad de la luz en particular. Tras dos años de estudios en Europa se retira de la armada en 1881 y se dispone a determinar la velocidad de la luz con una precisión sin precedentes utilizando su interferómetro.

Su dato permaneció como el mejor durante una generación y cuando fue mejorado, fue el propio Michelson quien lo hizo.
En 1883 aceptó un puesto de profesor de física en la Escuela Case de Ciencias Aplicadas (Case School of Applied Science) en Cleveland y se concentró en mejorar su interferómetro.

Hacia 1887 con la ayuda de su colega Edward Williams Morley llevó a cabo lo que se conoce como el experimento Michelson-Morley. Su experimento mostraba que no había desplazamiento significativo de la Tierra relativo al éter, el medio hipotético en el cual se suponía que viajaban las ondas lumínicas. Posteriormente este resultado dio lugar a la gestación de la Teoría de la Relatividad de Einstein.

Tras servir como profesor en la Universidad Clark en Worcester, Massachusetts, desde 1889, en 1892 Michelson fue designado profesor y primer jefe del departamento de física de la recién organizada Universidad de Chicago. En 1907 Michelson se convierte en el primer americano que ha recibido el premio Nóbel de física.

Michelson murió el 9 de mayo de 1931 en Pasadena, California.

El interferómetro de Michelson y el debate sobre el éter

La Naturaleza de la luz fue sujeto de intenso estudio durante la segunda mitad del último siglo (el XIX) y hasta el principio de este (el XX). Había evidencia acumulada de que la luz era una onda electromagnética que se comportaba según las fórmulas de Maxwell. El principal y mejor conocido argumento consistía en que la luz blanca se puede separar en un espectro de colores a través de un prisma o una rejilla de difracción. La razón de porqué la difracción no se observa más comúnmente era fácilmente explicada por la corta longitud de onda de la luz. Sin embargo, toda onda ha de tener un medio en el que viajar. Las ondas sonoras viajan por el aire, las ondas oceánicas en agua y así. Se sabe que la luz viaja a través del aparentemente vacío espacio de vasijas de laboratorio evacuadas (al vacío) y a través de enormes distancias de espacio interestelar. Este puzzle hacía a los físicos preguntarse cual era el medio en el que la luz estaba viajando.

En este punto los científicos postularon un hipotético medio que llamaron 'éter' (también deletreado 'aeter') del que se pensaba que todo estaba impregnado, o que penetraba cualquier recinto cerrado con facilidad. Sin embargo, si esto fuera cierto, el movimiento de la Tierra alrededor del Sol debería resultar en un notable movimiento de la Tierra con respecto al éter. De igual manera que un barco navegando por el océano, este movimiento debería ser mensurable. La velocidad de la Tierra en su órbita es considerable, unos 30 kilómetros por segundo (18,6 millas por segundo), pero aún así todavía es sólo una diezmilésima de la velocidad de la luz. Por tanto, cualquier medida de este efecto había de ser extremadamente precisa.

La situación es como tener dos nadadores nadando la misma distancia pero en diferentes direcciones o caminos. El primer nadador nada a lo ancho un río que tiene 50 metros. El segundo nadador nada contra corriente, 50 metros a lo largo de la orilla del río. Si ambos nadan a la misma velocidad relativa respecto del agua, el nadador que tiene que nadar contra corriente tardará más en volver que el nadador que nada a lo ancho del río.

Michelson utilizó el mismo principio de los nadadores en su primer interferómetro. Dividió un rayo de luz en dos y los envió a través de dos caminos separados de longitudes iguales que forman un ángulo recto entre ellos. Luego reunió los dos rayos en uno. Esperaba algún cambio en el tiempo que los dos rayos tardarían en recorrer sus caminos como para cambiar la posición relativa de crestas y valles de las dos ondas de luz. Esto resultaría en un cambiante patrón de interferencia que sería posible observar.

El sorprendente resultado de este experimento, y se ha repetido una y otra vez con muy alta precisión, es que no hay un movimiento mensurable de la Tierra con respecto al éter. Este resultado dejó atónitos a los físicos durante muchos años y algunos de ellos postularon que el éter, siendo real, era en principio inobservable. Finalmente Albert Einstein dio un valiente paso adelante con la publicación de su teoría especial de la relatividad en 1906. Su aparentemente inocente y razonable argumento era que, si el éter era inobservable, o en otras palabras no había ninguna prueba experimental de lo que pudiera ser, la más simple explicación era que no existía.

La sorprendente consecuencia de esta inocente afirmación fue sin embargo, que el mismo tiempo pasa a diferentes velocidades a través de las dos vías del interferómetro de Michelson. Fue esta la sorprendente consecuencia que los científicos tardaron años en aceptar y sólo a la luz de aplastantes pruebas experimentales aceptaron como un hecho lo que aparentemente iba contra toda intuición.

La primera medida del diámetro de una estrella

La barra de 20 pies sobre el telescopio de 100 pulgadas Hooker en el Monte Wilson en California del Sur

Las estrellas por la noche parecen puntos porque la distancia hasta ellas es tan grande que nuestros ojos no resuelven sus discos. La única estrella en el cielo que podemos ver como un gran disco es la nuestra, el Sol. Hay que recordar que la luz del Sol tarda sólo 8 minutos en alcanzar la Tierra, mientras que el tiempo de viaje de la luz proveniente incluso de la más cercana estrella, Próxima Centauri, es de más de 4 años.

Esta gran distancia es la razón por la que necesitamos telescopios extraordinariamente resolutivos para ver y medir los discos de incluso las estrellas más cercanas. Aquí, el poder de resolución de un telescopio viene determinado por el diámetro, o la mayor distancia entre dos elementos de espejo, de un telescopio.

Interferómetro de 20 pies (1919) Unos pequeños espejos en la viga de 20 pies dirigen la luz hacia el telescopio. El diámetro efectivo del telescopio es ahora la distancia entre los espejos A y B.

En 1919, Albert Michelson incrementó la resolución del telescopio hasta entonces más grande del mundo, el telescopio Hooker de 100 pulgadas en el Monte Wilson, para medir por vez primera el diámetro de una estrella. Junto con su colega Pease, Michelson montó una barra de 20 pies de longitud (6,096 metros) que llevaba pequeños espejos encima del telescopio de 100 pulgadas (2,54 metros). Por la adición de dichos espejos habían incrementado el diámetro efectivo del telescopio y por tanto su resolución. El incremento en resolución fue suficiente para medir por primera vez el diámetro de la brillante estrella gigante roja Betelgeuse. También fue el debut de la interferometría en la astronomía cuando se aplicó para superar las limitaciones de los instrumentos existentes.