Los experimentos de Rayleigh y Brace fueron experimentos llevados a cabo en 1902 y 1904 para mostrar si el acortamiento de la longitud conduce a la birrefringencia o no. Estos fueron algunos de los primeros experimentos ópticos para medir el movimiento relativo de la Tierra y el éter luminífero , y fueron lo suficientemente precisos para detectar cantidades de segundo orden en v / c . Los resultados fueron negativos, lo que fue de gran importancia para el desarrollo de las transformaciones de Lorentz y por ende de la teoría de la relatividad . Véase también Verificación experimental de la relatividad especial .
Para explicar el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley, George Fitzgerald (1889) y Hendrik Lorentz (1892) introdujeron la hipótesis de la contracción de la longitud , según la cual el cuerpo se contrae durante su movimiento a través de un éter fijo .
Lord Rayleigh (1902) interpretó esta compresión como compresión mecánica, lo que debería dar como resultado una anisotropía óptica de los materiales, por lo que diferentes índices de refracción deberían causar birrefringencia . Para medir este efecto, colocó un tubo de 76 cm de largo sobre un plato giratorio. El tubo se cerró en los extremos con vidrio y se llenó con bisulfuro de carbono o agua, y el líquido quedó entre dos prismas de Nicol . A través del líquido, la luz (irradiada por una lámpara eléctrica y, lo que es más importante, por la luz de los reflectores ) se enviaba de un lado a otro. El experimento fue lo suficientemente preciso para medir el retraso.una6000de la mitad de la longitud de onda , es decir, alrededor de 1.2⋅10 -10 . Dependiendo de la dirección relativa al movimiento de la Tierra, la desaceleración esperada debida a la birrefringencia fue del orden de 10 −8 , lo cual fue bastante consistente con la precisión del experimento. Así, además de los experimentos de Michelson-Morley y Troughton-Noble , este fue uno de los pocos experimentos mediante los cuales fue posible detectar cantidades de segundo orden en v/c. Sin embargo, el resultado fue completamente negativo. Rayleigh repitió los experimentos con capas de placas de vidrio (aunque con una precisión reducida en 100 veces) y nuevamente obtuvo un resultado negativo [1] .
Sin embargo, estos experimentos fueron criticados por DeWitt Bristol Brace (1904). Argumentó que Rayleigh no tuvo en cuenta correctamente los efectos de la compresión ( 0,5⋅10 -8 en lugar de 10 -8 ) ni el índice de refracción, por lo que los resultados no fueron concluyentes. Por lo tanto, Brace realizó experimentos con mucha mayor precisión. Usó un aparato de 4,13 m de largo, 15 cm de ancho y 27 cm de profundidad, que estaba lleno de agua y podía girar (dependiendo del tipo de experimento) alrededor de un eje vertical u horizontal. La luz del sol se dirigía hacia el agua a través de un sistema de lentes, espejos y prismas reflectantes y se reflejaba 7 veces de manera que recorría un total de 28,5 m, por lo que se observó un retraso del orden de 7,8⋅10 -13 . Sin embargo, Brace también recibió un resultado negativo. Otra configuración experimental con vidrio en lugar de agua con una precisión de 4,5⋅10 -11 tampoco mostró signos de birrefringencia [2] .
Brace interpretó originalmente la ausencia de birrefringencia como una refutación de la contracción de la longitud. Sin embargo, Lorentz (1904) y Joseph Larmor (1904) demostraron que cuando se respalda la hipótesis de la contracción y se utiliza la transformación de Lorentz completa ( es decir, incluida la transformación de tiempo), se puede explicar el resultado negativo. Además, si se supone que el principio de la relatividad es cierto desde el principio, como en la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein (1905), entonces el resultado es bastante claro, ya que un observador en movimiento de traslación uniforme puede considerarse en reposo, y por lo tanto no experimentará ningún efecto de su propio movimiento. Por lo tanto, el acortamiento de la longitud no puede ser medido por un observador comóvil y debe complementarse con una dilatación del tiempo para observadores no cooperativos, lo que posteriormente también fue confirmado por los experimentos de Troughton-Rankin (1908) y el experimento de Kennedy-Thorndike. (1932) [3] [4] [A 1] [A 2] .
| Verificación experimental de la relatividad especial | |
|---|---|
| Velocidad/Isotropía | |
| Invariancia de Lorentz |
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| Dilatación del tiempo Contracción de Lorentz |
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| Energía |
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| Fizeau/Sagnac | |
| Alternativas | |
| General |
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