Introdução à experiência de Michelson-Morley

RKA1C Vimos em vídeos anteriores que a maioria das ondas que os humanos já encontraram na natureza, como ondas na água, ondas sonoras no ar ou ondas viajando em uma corda, eram todas pertubações viajando em algum meio. E, quando se percebe que a luz tem comportamento de onda, Uma suposição natural é que a luz seja uma perturbação viajando por algum meio. Então, conjecturou-se que existe algum meio pelo qual a luz se propaga, ou seja, a luz seria uma perturbação propagando-se ou viajando por esse meio. Esse meio foi chamado de éter luminífero, e muitos físicos do século 19 trabalharam para provar que esse éter luminífero existia e também para descobrir qual seria a nossa velocidade em relação ao éter. O que eles passaram a observar para tratar dessa velocidade relativa do éter luminífero em relação a nós? Bem, a Terra está orbitando em torno do Sol com certa velocidade, e todo o sistema solar está orbitando em torno do centro da galáxia. A própria galáxia, com seu movimento, também! Ou seja, se existisse algum referencial absoluto, ele seria definido pelo éter, e nós estaríamos nos movendo em relação a ele. Logo, nós seríamos capazes de medir a velocidade da luz em diferentes direções e verificar que a velocidade da luz é maior ou menor em uma direção ou outra. Essa ideia seria útil para identificarmos: primeiro, se o éter realmente existe e, segundo, para se pensar sobre a velocidade relativa que nós temos em relação ao éter, que seria o referencial absoluto. Um problema é que, no século 19, não havia instrumentos precisos o suficiente para se medir a velocidade da luz ou para detectar essas diferenças na velocidade da luz, as diferenças quando a luz está a favor do vento ou contra o vento de éter. E o experimento extremamente importante que discute essas ideias é o experimento de Michelson-Morley. Eles disseram: "Ok, não temos instrumentos precisos o suficiente para medir essas velocidades da luz nas diferentes direções, mas podemos fazer outra coisa." Aqui, vamos tentar mostrar de maneira bem simplificada o experimento deles. Temos aqui uma fonte luminosa. Essa fonte está emitindo luz exatamente nesta direção, e aqui nós vamos colocar um espelho semitransparente que permite que metade da luz passe por ele e a outra metade seja refletida. Aqui está o espelho semitransparente. Então, metade deste raio luminoso vai refletir como isto, nesta direção. Lembre-se de que é uma ideia bastante simplificada! A outra metade vai passar pelo espelho, já que ele é semitransparente. Algo como isto. Observe que o raio de luz original foi dividido em dois: aqui vamos colocar outro espelho, e nesta outra posição também. Esses dois espelhos estão equidistantes do ponto de incidência da luz no espelho semitransparente. Estes raios, que incidem nos outros dois espelhos que colocamos agora, vão se refletir. Este raio que refletiu aqui, ao voltar para o espelho semitransparente, uma parte dele vai passar. Aqui está o raio. E este outro raio de luz, uma parte dele vai passar pelo espelho, mas uma outra parte vai se refletir, já que é um espelho semitransparente, vai refletir nesta direção, coincidindo com a direção do raio anterior. Vou colocar aqui um detector, ou seja, vamos poder observar o que está acontecendo com a luz. A ideia, então, é que uma fonte luminosa jogou luz no espelho semitransparente, uma parte passou reto, a outra parte foi refletida nos novos espelhos colocados ao final da trajetória, os dois raios foram refletidos, voltando a passar pelo espelho semitransparente, e parte de cada um foi ao detector. O fato agora é que, se realmente existe um éter luminífero, esses dois raios, que estão em direções ortogonais, têm que se propagar em velocidades diferentes. Vamos supor que o éter luminífero está aqui, nesta direção e neste sentido. Quando a luz vai no sentido do vento de éter, ela deve ir mais rápido e, ao refletir e tomar o sentido oposto, ela deveria se propagar mais vagarosamente. A ideia aqui era analisar o que acontece... Veja, se não existisse éter luminífero, esses raios, ao refletirem e chegarem ao detector, apresentariam um padrão de interferência. E o que quero dizer com padrão de interferência? Bom, vamos ver aqui, vamos supor que este raio refletido, vou fazer aqui de azul, ele tem um comportamento ondulatório. Digamos que eu tenha esta onda aqui. Vou simplificar a representação como uma onda longitudinal. O outro raio de luz que vem na outra direção, em laranja, reflete aqui e é uma outra onda longitudinal como esta. Vou fazer aqui à mão. Quando elas se sobrepõem, uma interfere na outra, e a interferência pode ser construtiva ou destrutiva. Você pode ter algo como isto, vamos analisar. Dependendo da diferença entre as velocidades com que as ondas se propagam, você pode ter isto ou isto. Veja, diferentes interferências! E essa diferença apareceria justamente dependendo da direção de propagação do vento de éter. O que os dois cientistas observaram é que não importa qual fosse a direção, a orientação deste aparelho todo, mesmo medindo tudo em épocas diferentes do ano, eles sempre chegavam ao mesmo padrão de interferência entre os raios. Os padrões de interferência não se alteravam em todas as situações que eles experimentaram. E, já que os padrões de interferência não se alteravam, poderia ser que esse éter luminífero não tenha tido capacidade de interferir na velocidade de propagação da luz. Então, isso foi frequentemente tratado como a maior falha de experimento na física! Mas esse experimento considerado falho fez as pessoas começarem a pensar: "Será que realmente existe esse éter? Será que a luz não pode ser um tipo de onda que simplesmente é capaz de se propagar no vácuo? Será que existe algum meio de a onda luminosa se propagar pelo vácuo? Talvez, não exista esse referencial absoluto chamado éter luminífero!" Não foi esse experimento, especificamente, que colocou em dúvida a existência do éter luminífero, mas ele ajudou a pensar sobre. Pelo fato de esse experimento não conseguir detectar nenhuma variação no padrão de interferência, seja qual fosse a direção adotada, seja qual fosse a época do ano em que ele foi feito, os cientistas começaram a tentar outros experimentos. Ele foi muito motivador para isso tudo! Começaram a surgir uma série de outras questões e explicações para o que poderia ter acontecido com esse experimento... Talvez, a luz tenha se contraído na direção do movimento ou, talvez, outros fatores tenham afetado o experimento. Mas o fato é que esse experimento de Michelson-Morley é extremamente importante na física porque foi ele que, de fato, começou a mostrar que poderia não existir o tal éter luminífero. Ou seja, a luz simplesmente pode viajar através do vácuo e com a mesma velocidade, não importa qual o referencial adotado. É exatamente isso que vamos explorar em vídeos futuros. Até lá!