Última atualização: 5 de outubro de 2020

Experiência de Michelson-Morley

Contexto teórico

Foi ao longo do século XIX, com os trabalhos de Thomas Young (1773-1829), James Clerk Maxwell (1831-1879) e Heinrich Hertz (1857-1894), que a teoria ondulatória se estabeleceu como o modelo dominante para descrever a luz.
No final do século XIX, a luz era entendida como uma onda eletromagnética, e era amplamente aceito que, como qualquer onda, ela precisava de um meio de propagação. Esse meio hipotético era chamado de "éter luminífero" ou simplesmente "éter".
Supunha-se que o éter era imóvel e onipresente, permitindo assim que as ondas de luz se propagassem através do espaço. Os cientistas acreditavam que a Terra se movia através desse éter e que esse movimento deveria afetar a velocidade da luz, dependendo da direção em que ela se propagasse em relação ao éter.

Objetivo do experimento

O objetivo de Albert Abraham Michelson (1852-1931) e Edward Morley (1838-1923) era medir as variações na velocidade da luz em função da direção do movimento da Terra em relação ao éter. Se o éter existisse, esperava-se que a velocidade da luz variasse de acordo com a orientação do experimento em relação ao movimento da Terra através desse éter, devido ao efeito Doppler.

O efeito Doppler é um fenômeno físico que ocorre quando uma fonte de ondas (sonoras, luminosas, etc.) se move em relação a um observador. Ele resulta em uma variação aparente da frequência das ondas percebidas por esse observador, dependendo do movimento relativo entre a fonte e o observador.

Descrição do experimento

Para testar essa hipótese, Michelson projetou um dispositivo chamado interferômetro.
Este dispositivo mostrava a velocidade da luz em seu suporte suposto, com base na lei clássica de adição de velocidades.
O aparelho dividia um feixe de luz em dois feixes que viajavam em direções perpendiculares. Esses feixes, refletidos por espelhos e depois recombinados, deveriam mostrar velocidades diferentes e, portanto, franjas de interferência.

O princípio básico é o seguinte: se a Terra, que tem uma velocidade de cerca de 30 km/s em relação ao Sol, se move através do éter, o feixe de luz que se move na direção do movimento da Terra não levaria o mesmo tempo para percorrer uma certa distância que o feixe que se move perpendicularmente. Esse desfasamento temporal deveria resultar em um deslocamento das franjas de interferência quando se gira o aparelho 90 graus.
Em outras palavras, devido ao movimento da Terra através do éter, a velocidade da luz deveria ser diferente dependendo da direção de propagação. Esse fenômeno, previsto pela teoria ondulatória da luz, deveria induzir um desfase dos raios luminosos e, consequentemente, um deslocamento das franjas de interferência no interferômetro de Michelson. Se o éter existe, ele deveria agir como um "vento" que desacelera a luz que se move na mesma direção da Terra. Essa desaceleração deveria criar um desvio observável no interferômetro.

A analogia do nadador em um rio

Imagine um nadador que tenta atravessar um rio. Se ele nadar perpendicularmente à correnteza, chegará ao outro lado em linha reta, mas a correnteza o levará ligeiramente rio abaixo. Se ele nadar na direção da correnteza, avançará mais rapidamente em relação à margem, mas a distância que percorrerá será maior, pois será levado pela correnteza.
A Terra, ao se mover ao redor do Sol, estava "nadando" nesse éter.

Resultados

Para surpresa geral, os resultados de todos os experimentos entre 1881 e 1887 foram negativos. Nenhuma diferença de velocidade foi detectada, independentemente da direção do movimento da Terra ao redor do Sol. As franjas de interferência não se moveram como se esperava na presença de um éter.

Consequências teóricas

O fracasso na detecção do éter teve importantes repercussões na física teórica. Esse resultado foi uma das evidências cruciais que levaram a questionar a existência do éter e, posteriormente, ao desenvolvimento da teoria da relatividade restrita (1905) por Albert Einstein (1879-1955).

A relatividade restrita eliminou a necessidade do éter ao postular que a velocidade da luz no vácuo é constante e independente do movimento da fonte ou do observador.

Impacto na física

O experimento de Michelson e Morley é frequentemente considerado um dos mais importantes na história da física. Marcou um ponto de virada decisivo no abandono da teoria do éter e na adoção da relatividade restrita, que transformou radicalmente nossa compreensão de conceitos fundamentais como espaço, tempo e luz.