Las mediciones continúan...

+ Las propuestas

A partir de 1867 Newcomb estuvo considerando realizar un proyecto para determinar la velocidad de la luz, por lo que comenzó a buscar información sobre los métodos desarrollados por diversos investigadores. Llegó a la conclusión de que el mejor método era el de Foucault. Diez años después, Newcomb se convirtió en el Superintendente de la Nautical Almanac Office (NAO) perteneciente a la Academia Naval de Estados Unidos, en Washington D.C; para esa época Michelson trabajaba como instructor de Física y Química en dicha academia. Sin embargo, parece que no se conocieron hasta 1878.

De manera independiente, Michelson también había revisado las recientes determinaciones de la velocidad de la luz y concluyó que el método de Foucault era el mejor hasta la fecha; en sus estudios se le ocurrió realizar algunos cambios con los que se debería mejorar la precisión de la determinación de la velocidad de la luz y en 1878 inició sus experimentos. Debido a su cargo, Newcomb tenía acceso directo a la Secretaría de la Marina y miembros del Congreso, cuando se enteró de que Michelson había comenzado a trabajar en experimentos para determinar la velocidad de la luz, no dudó en contactar con él. Juntos perfeccionaron el método para medir la velocidad de la luz con mayor precisión.

+  Las mediciones

Los experimentos iniciaron el 28 de Junio de 1880; el 13 de septiembre de ese año Michelson se trasladó a Cleveland, Ohio, terminando su asociación con Newcomb. Sin embargo, este último lo animó a seguir con las mediciones, las cuales realizó en 1882. Newcomb y Michelson mantuvieron su comunicación y compartieron sus ideas durante muchos años. Newcomb realizo tres distintas series de experimentos, Michelson formó parte de la primera serie del 28 de junio al 13 de septiembre de 1880. La serie continuó hasta el 15 de abril de 1881, momento en el cual se habían realizado 150 mediciones; de estas Michelson había participado en 99.

La segunda serie fue del 8 de agosto de 1881 hasta el 24 de septiembre, con 39 mediciones realizadas. La tercera serie fue del 24 de julio de 1882 al 5 de septiembre de ese año, para un total de 66 mediciones. En total fueron 255 mediciones. Michelson también realizó varias series de medidas, la primera en 1878, la segunda fue del 5 de junio de 1879 hasta el 2 de julio del mismo año, con 100 mediciones realizadas. La tercera serie inició después de que se mudó a Cleveland, realizadas del 12 de octubre de 1882 al 14 de noviembre de 1883, con 563 mediciones en total. En 1924, cuando tenía 72 años, inició una cuarta serie la cual fue realizada en las noches entre el 4 y 10 de agosto de ese año, estuvo compuesta por 80 mediciones.

Dos años después inició la quinta serie que inició en junio de 1926 y terminó a mitades de septiembre, con 200 mediciones. En febrero de 1931 Michelson inició las que fueron sus últimas mediciones, ya que el 9 de mayo de ese año murió, completando 36 mediciones de 233 propuestas. Sin embargo, sus colaboradores Francis G. Pease y Fred Pearson terminaron con las mediciones restantes.

Tabla 2. Resultados obtenidos por Michelson y Newcomb.

+ Los experimentos

Las series de experimentos realizadas por Newcomb y Michelson fueron inspiradas por el método de Foucault y se basaron en el mismo principio, aunque con algunas mejoras:

• Aumentaron considerablemente la distancia que debía recorrer la luz antes de llegar al ocular. Con ello obtuvieron una mayor desviación de la luz, de manera que su medición fue más sencilla.
• Se utilizaron mejores lentes.
• En algunas series se cambió el espejo rotatorio por un sistema de espejos que ayudaron a que la imagen recibida en el ocular fuera mucho más brillante y que fuera reflejada al mismo punto que cuando el espejo estaba estacionario, simplificando los cálculos.

Figura 43. Diseño del experimento de 1926: Medidas Monte Wilson-Monte San Antonio: Un haz divergente de luz parte de la ranura S, se refleja en un espejo giratorio octogonal R y luego sigue la trayectoria indicada hasta llegar finalmente al punto E, en donde se forma una imagen de la ranura. Como el espejo octogonal gira muy rápido, durante el tiempo que la luz realiza todo el recorrido el espejo gira exactamente un octavo de revolución y por lo tanto, la imagen queda en la misma posición como si el espejo permaneciera estacionario. Esta velocidad de giro fue de 528 rev/s.

El tiempo que tarda el espejo en realiza el octavo de revolución vendría dada por:

∆t = T ÷ 8 = 1 ÷ (8∙f)               (1)

Ahora, de la propuesta de Foucault sabemos que:

∆t = 2D ÷ c

Sustituyendo (1) en esta expresión y despejado la velocidad de la luz (c) se tiene:

c = 16∙D∙f

En el experimento D = 22millas ≈ 35km, correspondiente a la distancia entre el Monte Wilson y el Monte San Antonio. Éstas, al igual que todas las líneas bases utilizadas por Newcomb y Michelson, fueron medidas por el U.S Coast and Geodetic Survey (U.S.C.G.S.). 

Imagen elaborada por Rosanna A. Uzcátegui.

+ El futuro

A partir de los años 50, gracias al desarrollo de las técnicas electrónicas y el desarrollo de los rayos láser, se lograron realizar mediciones con resultados mucho más precisos. Estas técnicas a menudo usan el método de modulación (como el realizado en el 2005 en París) que son una modernización del método de Fizeau: la rueda dentada se sustituye por un modulador electro-óptico o acústico - óptico, ya que interrumpe o atenúa el haz de luz. Además, se utilizan células fotoeléctricas como detectores de luz, láseres como fuente de luz y distancia medidas con mayor exactitud. En general, las mediciones son totalmente automatizadas y los resultados de la medición son mostrados en tiempo real; atrás quedaron problemas como el tiempo de reacción del experimentador, el uso de suposiciones matemáticas, ruedas dentadas o espejos giratorios para determinar el tiempo que tarda la luz en recorrer una determinada distancia y principalmente la dependencia de usar solamente los sentidos, como el de la vista, para percibir cualquier cambio en la luz.