Éter luminífero
Cleveland, julho de 1887. Michelson e Morley assentam uma laje de pedra sobre um banho de mercúrio, colocam espelhos em cima e fazem-na rodar devagar. A Terra voa à volta do Sol a 30 km/s e, se a luz é uma onda num éter imóvel, o vento de éter de frente deve deslocar as franjas na ocular 0,4 de franja. Esperavam o deslocamento. Não houve nenhum.
O éter foi inventado porque uma onda precisa de um meio. O som propaga-se no ar, uma onda na água — logo, a luz tem de se propagar por algo que enche o vazio. O éter tinha de ser mais rígido do que o aço para transportar ondas tão rápidas e, ao mesmo tempo, não estorvar os planetas. A experiência de 1887 mostrou que a luz se move da mesma forma em todas as direções, seja qual for o movimento da Terra. Em 1905 Einstein fez disto uma lei, e o éter deixou de ser necessário.
| Notação | aether · luminiferous aether · sem símbolo |
| Como se procurou | pela velocidade da Terra através do éter — o deslocamento das franjas de interferência |
| O que se supunha | meio imóvel · a velocidade da luz depende do movimento do observador |
| Introdução e abandono | Huygens, 1690 · Fresnel, 1818 · Michelson e Morley, 1887 · Einstein, 1905 |
| Notação atual | c = 299 792 458 m/s exatamente, desde 1983 — pela definição do metro |
| Valores típicos | 0,37 de franja — esperado em 1887 · menos de 0,01 — observado · 10⁻¹⁷ — precisão atual |
01 · Definição
O meio por onde corre a luz
Se a luz é uma onda no éter, tem uma velocidade em relação ao éter, c. Um observador que voa através do éter deveria ver a luz mais rápida quando vem ao seu encontro e mais lenta quando a persegue. A Terra voa à volta do Sol a 30 km/s — um décimo milésimo de c. Era essa diferença que se tentava apanhar.
Uma correção destas não se mede diretamente: é pequena demais. Michelson comparou dois percursos da luz: ao longo do vento e de través. Como um nadador que vai e volta ao longo de um rio e depois o atravessa, ida e volta: ao longo da corrente demora mais. A diferença é o quadrado de uma razão pequena, (v/c)² = 10⁻⁸. A interferência torna-a visível: um desvio de uma fração de comprimento de onda desloca as franjas claras.
Quem volta primeiro
Um rio de largura L corre da esquerda para a direita; as setas lilases são a corrente. Dois nadadores nadam à mesma velocidade c: o dourado ao longo do rio, ida e volta; o azul-claro de través, até à outra margem e de volta. As barras em baixo são os seus tempos de percurso. O que atravessa chega sempre primeiro. Da mesma forma, um feixe de través ao vento de éter deveria ter chegado antes de um feixe ao longo dele.
Rodar a laje e olhar pela ocular
A ação principal é uma só — o botão «Rodar a laje». A laje de pedra flutua sobre mercúrio e roda devagar. No centro vê-se de cima: uma lâmpada dourada, feixes azul-claros que vão até aos espelhos nas pontas dos braços, 16 reflexões cada um, 11 m de percurso no total. Os traços lilases são o vento de éter; a sua velocidade é definida pelo cursor. À direita, a ocular: franjas claras e escuras. Se o éter existir, as franjas devem oscilar enquanto a laje roda. Por baixo da ocular, um gráfico: a curva lilás é o deslocamento segundo a teoria do éter, os pontos dourados são o que realmente se vê. O comutador «Mundo com éter / Mundo de 1887» mostra as duas respostas.
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02 · Conversão
O éter não tinha unidade, por isso convertemos a velocidade que se procurava. O deslocamento das franjas no interferómetro cresce como β², o quadrado da fração da velocidade da luz. A velocidade orbital da Terra dá β = 10⁻⁴, β² = 10⁻⁸.
Hoje nenhuma velocidade se mede «em relação ao éter». Existe apenas o movimento em relação à radiação cósmica de fundo: o Sol atravessa-a a 370 km/s, mas é um movimento observado, não o vento de um meio.
| {n} | {v} | {note} |
03 · Ordens de grandeza
04 · Instrumentos de medição
05 · Regras de escrita
06 · Unidades vizinhas
O flogisto desapareceu sem deixar rasto; o calórico deixou a caloria. O éter deixou mais do que todos: as equações de Maxwell foram escritas para um éter elástico, e sobreviveram-lhe. E a velocidade constante da luz, que aboliu o éter, tornou-se ela própria base da medida: é através dela que se define o metro.
07 · Secção histórica
A experiência de 1887 é um modelo de como montar uma medição contra o ruído. A laje de arenito flutuava sobre mercúrio para poder rodar sem solavancos. Observava-se numa cave, ao meio-dia e ao fim da tarde, dezasseis leituras por volta. Esperavam-se 0,4 de franja; a dispersão das leituras era de cerca de 0,01.
O resultado nulo deu um limite superior: a velocidade da Terra através do éter é inferior a cerca de 5—8 km/s. Cem anos depois, a constância da velocidade da luz passou a fazer parte da definição do metro. Desde 1983, o metro é a distância que a luz percorre em 1/299 792 458 de segundo.
Catálogo de grandezas
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Uma gota de ácido muda a cor do sumo, o sal tinge a chama, a água congela com uma pancada. Por baixo, todas as fichas do Simetrium, por disciplina e por ordem alfabética.
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