7. La aparente incompatibilidad de la ley de propagación de la luz con el principio de la relatividad
Apenas
hay en la física una ley más sencilla que la de propagación
de la luz en el espacio vacío. Cualquier escolar sabe
(o cree saber) que esta propagación se produce en
línea recta con una velocidad de c = 300.000
km/s. En cualquier caso, sabemos con gran exactitud que esta velocidad es
la misma para todos los colores, porque si no
fuera así, el mínimo de emisión en el
eclipse de una estrella fija por su compañera oscura no se observaría simultáneamente para los diversos colores. A través de un razonamiento
similar, relativo a observaciones de las estrellas dobles, el astrónomo
holandés De Sitter consiguió también demostrar
que la velocidad de propagación de la luz no puede depender de la velocidad del movimiento del cuerpo emisor. La hipótesis de que esta velocidad de
propagación depende de la dirección
«en el espacio» es de suyo improbable.
Supongamos,
en resumen, que el escolar cree justificadamente en la sencilla ley de
la constancia de la velocidad de la luz c (en el vacío). ¿Quién diría
que esta ley tan simple ha sumido a los
físicos más concienzudos en grandísimas dificultades conceptuales? Los
problemas surgen del modo siguiente.
Como es natural, el proceso de la propagación de la luz,
como cualquier otro, hay que referirlo a un cuerpo de
referencia rígido (sistema de coordenadas). Volvemos a
elegir como tal las vías del tren e imaginamos que el aire que
había por encima de ellas lo hemos eliminado por bombeo. Supongamos que a lo
largo del terraplén se emite un rayo de luz cuyo vértice, según lo anterior,
se propaga con la velocidad c respecto a aquél. Nuestro
vagón de ferrocarril sigue viajando con la velocidad v,
en la misma dirección en que se propaga el rayo de luz,
pero naturalmente mucho más despacio. Lo que nos
interesa averiguar es la velocidad de propagación del
rayo de luz respecto al vagón. Es fácil ver que el razonamiento del epígrafe
anterior tiene aquí aplicación, pues el
hombre que corre con respecto al vagón desempeña el papel del rayo de luz. En
lugar de su velocidad W respecto
al terraplén aparece aquí la velocidad de la luz respecto a éste; la velocidad w
que buscamos, la de la luz
respecto al vagón, es por tanto igual
a:
w = c — v
Así pues, la
velocidad de propagación del rayo de luz respecto
al vagón resulta ser menor que c.
Ahora bien,
este resultado atenta contra el principio de la
relatividad expuesto en §5, porque, según este principio,
la ley de propagación de la luz en el vacío, como cualquier otra ley general de
la naturaleza, debería ser la misma si tomamos el vagón como cuerpo de referencia
que si elegimos las vías, lo cual parece imposible según
nuestro razonamiento. Si cualquier rayo de luz se propaga respecto al terraplén con la
velocidad c, la ley
de propagación respecto al vagón parece que tiene que
ser, por eso mismo, otra distinta... en contradicción con el principio de relatividad.
A la vista del dilema parece ineludible abandonar, o
bien el principio de relatividad, o bien la
sencilla ley de la propagación de la luz en el vacío. El lector que haya seguido
atentamente las consideraciones anteriores esperará
seguramente que sea el principio de relatividad —que por su naturalidad y sencillez se impone a la mente como
algo casi ineludible— el que se mantenga en
pie, sustituyendo en cambio la ley de la propagación de la luz en el
vacío por una ley más complicada y compatible
con el principio de relatividad. Sin embargo, la evolución de la física
teórica demostró que este camino era
impracticable. Las innovadoras investigaciones teóricas de H. A.
Lorentz sobre los procesos electrodinámicos
y ópticos en cuerpos móviles demostraron
que las experiencias en estos campos conducen con necesidad imperiosa a una teoría de los procesos electromagnéticos
que tiene como consecuencia irrefutable
la ley de la constancia de la luz en el vacío. Por eso, los teóricos de
vanguardia se inclinaron más bien por
prescindir del principio de relatividad, pese a no poder hallar ni un solo hecho experimental que lo
contradijera.
Aquí es donde entró la teoría de
la relatividad. Mediante un análisis
de los conceptos de espacio y tiempo se vio que en realidad no existía ninguna incompatibilidad entre el principio de la relatividad y la ley de
propagación de la luz, sino que, ateniéndose uno sistemáticamente a estas
dos leyes, se llegaba a una teoría lógicamente impecable. Esta teoría, que
para diferenciarla de su ampliación
(comentada más adelante) llamamos «teoría de la relatividad especial»,
es la que expondremos a continuación en sus
ideas fundamentales.
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