Experimento de Hammar

El experimento de Hammar fue un experimento diseñado y llevado a cabo por Gustaf Wilhelm Hammar (1935) para probar la hipótesis de la resistencia del éter . Su resultado negativo refutó algunos modelos específicos de resistencia del éter y confirmó la relatividad especial .

Experimentos como el experimento de Michelson-Morley de 1887 (y otros experimentos posteriores como el experimento de Trouton-Noble en 1903 o el experimento de Trouton-Rankine en 1908) aportaron pruebas en contra de la teoría de un medio para la propagación de la luz conocido como éter luminífero ; una teoría que ya formaba parte de la ciencia desde hacía casi cien años. Estos resultados pusieron en duda lo que entonces era un supuesto central de la ciencia moderna y más tarde condujeron al desarrollo de la relatividad especial .

En un intento de explicar los resultados del experimento de Michelson-Morley en el contexto del medio supuesto, el éter, se examinaron muchas hipótesis nuevas. Una de las propuestas era que, en lugar de pasar a través de un éter estático e inmóvil, los objetos masivos como la Tierra podrían arrastrar parte del éter con ellos, haciendo imposible detectar un "viento". Oliver Lodge (1893-1897) fue uno de los primeros en realizar una prueba de esta teoría utilizando bloques de plomo giratorios y masivos en un experimento que intentaba causar un viento de éter asimétrico. Sus pruebas no arrojaron resultados apreciables que difirieran de las pruebas anteriores para el viento de éter. ^{[1] [2]}

En la década de 1920, Dayton Miller realizó repeticiones de los experimentos de Michelson-Morley. Finalmente, construyó un aparato de tal manera que se minimizara la masa a lo largo del recorrido del experimento, llevándolo a cabo en la cima de una colina alta en un edificio que estaba hecho de materiales livianos. Produjo mediciones que mostraban una variación diurna, lo que sugería la detección del "viento", que atribuyó a la falta de creación de masa, mientras que los experimentos anteriores se llevaron a cabo con una masa considerable alrededor de sus aparatos. ^{[3] [4] [5] [6]}

Para probar la afirmación de Miller, Hammar realizó el siguiente experimento utilizando un interferómetro de trayectoria común en 1935. ^{[7] [8]}

Utilizando un espejo A semiplateado, dividió un rayo de luz blanca en dos semirayos. Un semirayo se envió en dirección transversal a un tubo de acero de paredes gruesas terminado con tapones de plomo. En este tubo, el rayo se reflejó en el espejo D y se envió en dirección longitudinal a otro espejo C en el otro extremo del tubo. Allí se reflejó y se envió en dirección transversal a un espejo B fuera del tubo. Desde B viajó de regreso a A en dirección longitudinal. El otro semirayo recorrió el mismo camino en dirección opuesta.

La topología de la trayectoria de la luz era la de un interferómetro Sagnac con un número impar de reflexiones. Los interferómetros Sagnac ofrecen un contraste excelente y estabilidad de franjas, ^[9] y la configuración con un número impar de reflexiones es sólo ligeramente menos estable que la configuración con un número par de reflexiones. (Con un número impar de reflexiones, los haces que viajan en direcciones opuestas están invertidos lateralmente entre sí en la mayor parte de la trayectoria de la luz, de modo que la topología se desvía ligeramente de la trayectoria común estricta. ^[10] ) La relativa inmunidad de su aparato a la vibración, la tensión mecánica y los efectos de la temperatura, le permitió a Hammar detectar desplazamientos de franjas tan pequeños como 1/10 de una franja, a pesar de usar el interferómetro al aire libre en un entorno abierto sin control de temperatura.

De manera similar al experimento de Lodge, el aparato de Hammar debería haber causado una asimetría en cualquier viento de éter propuesto. La expectativa de Hammar sobre los resultados era que: Con el aparato alineado perpendicularmente al viento de éter, ambos brazos largos se verían igualmente afectados por el arrastre de éter . Con el aparato alineado en paralelo al viento de éter, un brazo se vería más afectado por el arrastre de éter que el otro. Los siguientes tiempos de propagación esperados para los rayos que se propagan en sentido contrario fueron dados por Robertson /Noonan: ^[8]

${\displaystyle t_{1}={\frac {AB}{c+v}}+{\frac {BC+DA}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}+{\frac {CD}{c-v+\Delta v}}}$

${\displaystyle t_{2}={\frac {AB}{cv}}+{\frac {BC+DA}{\sqrt {c^{2}-v^{2}}}}+{\frac {CD}{c+v-\Delta v}}}$

donde es la velocidad del éter arrastrado. Esto da una diferencia de tiempo esperada: ${\displaystyle \Delta v}$

${\displaystyle \Delta t\simeq {\frac {2l\Delta v}{c^{2}}}}$

El 1 de septiembre de 1934, Hammar instaló el aparato en la cima de una colina alta a dos millas al sur de Moscú, Idaho , e hizo muchas observaciones con el aparato girado en todas las direcciones del acimut durante las horas diurnas del 1, 2 y 3 de septiembre. No vio ningún desplazamiento de las franjas de interferencia, correspondiente a un límite superior de km/s. ^[7] Estos resultados se consideran una prueba en contra de la hipótesis del arrastre del éter tal como fue propuesta por Miller. ^[8]${\displaystyle \Deltav<0.074}$

Debido a que existían diferentes ideas sobre el "arrastre del éter", la interpretación de todos los experimentos de arrastre del éter se puede realizar en el contexto de cada versión de la hipótesis.

1. Ningún arrastre o arrastre parcial por cualquier objeto con masa. Esto fue discutido por científicos como Augustin-Jean Fresnel y François Arago . Fue refutado por el experimento de Michelson-Morley .
2. Arrastre completo dentro o en la proximidad de todas las masas. Fue refutado por la aberración de la luz , el efecto Sagnac , los experimentos de Oliver Lodge y el experimento de Hammar.
3. El arrastre completo se produce en el interior o en las proximidades de masas muy grandes , como la Tierra. Fue refutado por el experimento de Michelson-Gale-Pearson , Aberración de la luz .