¿QUÉ ES UN PRINCIPIO DE RELATIVIDAD? (II)

¿Por qué es tan condenadamente extraña la luz?

Interrogante ampliamente compartido por la comunidad científica

Introducción

Habíamos finalizado nuestro artículo anterior sobre el contenido del Principio de Relatividad de Galileo con un interrogante que podemos sintetizar así : ¿son las experiencias que hemos realizado en nuestro sistema móvil estrictamente mecánicas o, como todo parece indicar, hay en ellas implicados procesos de otro tipo y más en concreto, procesos ópticos ?

La respuesta resulta evidente: hay mucha óptica implicada en el asunto. Y ello iba a hacer surgir en la comunidad científica de la época más de un interrogante. En lo que sigue vamos a tratar de hacer comprensibles al lector las razones por las que este asunto iba a convertirse, según sentenciaría lord Kelvin, en uno de los nubarrones que se cernían sobre la Física de comienzos del siglo XX.

La relatividad y el electromagnetismo: la explicitación de un conflicto

En efecto, las leyes de la Mecánica obedecen lo que se conoce como Principio de Relatividad de Galileo –es decir, son invariantes frente a una transformación de coordenadas y tiempos en su forma intuitiva– mientras que las leyes del Electromagnetismo no mantienen esa invariancia frente a una transformación similar, es decir, no se expresarían de igual modo en los distintos sistemas de referencia. Ello permitiría, entonces, diseñar experiencias electromagnéticas (y ópticas) con las que podría detectarse el movimiento de estos diferentes sistemas inerciales ya que sólo en uno de ellos, el sistema en el que el supuesto medio soporte de las ondas electromagnéticas, el éter, permanece en reposo, las ecuaciones tendrían la expresión que Maxwell les dio. No es extraño, pues, que la detección del arrastre o del viento del éter –la puesta en evidencia de fenómenos que dependieran de la velocidad respecto a este hipotético medio– se convirtiera en fuente de múltiples experimentos que, a la postre, resultarían fallidos –el más famoso de ellos sería el realizado por Michelson y Morley en 1887.

Además de esta posibilidad, la de que exista un Principio de Relatividad para la Mecánica pero no para el Electromagnetismo, se abren otras dos:

a) Existe un Principio de Relatividad tanto para la Mecánica como para el Electromagnetismo, pero las leyes de Maxwell son incorrectas.

b) Existe un Principio de Relatividad tanto para la Mecánica como para el Electromagnetismo, pero las leyes de la Mecánica son incorrectas.

La elección entre estas alternativas debe hacerse apoyándose en los resultados experimentales que tratarán de: a) localizar el sistema de referencia privilegiado en el que se cumplen las leyes del Electromagnetismo; b) observar desviaciones en las leyes de la Electrodinámica; y c) observar desviaciones en las leyes de la Mecánica. Será, finalmente esta última alternativa la que acabará abriéndose paso y consolidándose como válida.

Si, por analogía con lo que sucede para la mecánica –en la que hemos constatado la existencia de transformaciones que mantienen la covariancia de las leyes–, tratamos de encontrar la forma de las transformaciones que preserven la covariancia de las ecuaciones de Maxwell, obtenemos el siguiente conjunto de relaciones que ligan coordenadas y tiempos de dos sistemas inerciales de las mismas características que los utilizados con anterioridad.

x = (x´+ Vt )/ (1 – V²/c²)½

y = y´

z = z´

t = (t´+ Vx´/c²)/ (1 – V²/c²)½

A estas transformaciones se las denomina transformaciones de Lorentz en honor al físico que las obtuvo. Su interpretación, sin embargo, estuvo dominada por la controversia y la historia de ésta resulta enormemente ilustrativa para comprender la mentalidad de los “viejos” y “nuevos” físicos del momento.

A este asunto dedicaremos nuestro próximo artículo.