Teorías del éter

En física, las teorías del éter (también conocidas como teorías del éter) proponen la existencia de un medio, una sustancia o campo que llena el espacio, como medio de transmisión para la propagación. de fuerzas electromagnéticas o gravitacionales. "Desde el desarrollo de la relatividad especial, las teorías que utilizan un éter sustancial dejaron de usarse en la física moderna y ahora son reemplazadas por modelos más abstractos".

Este éter moderno temprano tiene poco en común con el éter de los elementos clásicos del que se tomó prestado el nombre. Las diversas teorías encarnan las diversas concepciones de este medio y sustancia.

Modelos históricos

Éter luminífero

Isaac Newton sugiere la existencia de un éter en el Tercer Libro de la Óptica (1ª ed. 1704; 2ª ed. 1718): "¿No este medio etéreo al salir del agua?" , el vidrio, el cristal y otros cuerpos compactos y densos en espacios vacíos, se vuelven más y más densos gradualmente, y de ese modo refractan los rayos de luz no en un punto, sino doblándolos gradualmente en líneas curvas?... ¿No es así? ¿Este medio es mucho más raro dentro de los cuerpos densos del Sol, las estrellas, los planetas y los cometas, que en el espacio celeste vacío entre ellos? Y al pasar de ellos a grandes distancias, ¿no se hace cada vez más denso, provocando así la gravedad de esos grandes cuerpos unos hacia otros, y de sus partes hacia los cuerpos? ¿Cada cuerpo se esfuerza por ir de las partes más densas del medio hacia las más raras?

En el siglo XIX, el éter luminífero (o éter), es decir, éter portador de luz, era un medio teorizado para la propagación de la luz. James Clerk Maxwell desarrolló un modelo para explicar los fenómenos eléctricos y magnéticos utilizando el éter, modelo que condujo a las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell y a la comprensión de que la luz es una onda electromagnética. Posteriormente, a finales del siglo XIX se llevaron a cabo una serie de experimentos cada vez más cuidadosos, incluido el experimento de Michelson-Morley, en un intento de detectar el movimiento de la Tierra a través del éter, pero no se detectó ninguna resistencia. Una variedad de teorías propuestas sobre el arrastre del éter podrían explicar el resultado nulo, pero eran más complejas y tendían a utilizar coeficientes y suposiciones físicas de apariencia arbitraria. Joseph Larmor analizó el éter en términos de un campo magnético en movimiento causado por la aceleración de los electrones.

Hendrik Lorentz y George Francis FitzGerald ofrecieron, dentro del marco de la teoría del éter de Lorentz, una explicación de cómo el experimento de Michelson-Morley podría haber fallado en detectar movimiento a través del éter. Sin embargo, la teoría inicial de Lorentz predijo que el movimiento a través del éter crearía un efecto de birrefringencia, que Rayleigh y Brace probaron y no lograron encontrar (Experimentos de Rayleigh y Brace). Todos esos resultados requirieron la aplicación completa de la transformación de Lorentz por parte de Lorentz y Joseph Larmor en 1904. Resumiendo los resultados de Michelson, Rayleigh y otros, Hermann Weyl escribiría más tarde que el éter se había "llevado a la tierra del sombras en un esfuerzo final por eludir la búsqueda inquisitiva del físico". Además de poseer una mayor claridad conceptual, la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein de 1905 podría explicar todos los resultados experimentales sin hacer referencia a un éter en absoluto. Esto finalmente llevó a la mayoría de los físicos a concluir que la noción anterior de éter luminífero no era un concepto útil.

Éter gravitacional mecánico

Desde el siglo XVI hasta finales del XIX, los fenómenos gravitacionales también se modelaron utilizando un éter. En una nota al final de su obra "Una teoría dinámica del campo electromagnético", Maxwell analizó un modelo de gravedad basado en un medio similar al que utilizó para el campo electromagnético. Concluyó que el medio tendría "una enorme energía intrínseca" y necesariamente tendría que ser disminuido en áreas de masa. No podía "comprender de qué manera un medio puede poseer tales propiedades" así que no prosiguió más. La formulación más conocida es la teoría de la gravitación de Le Sage, aunque Isaac Newton, Bernhard Riemann y Lord Kelvin consideraron variaciones de la idea. Por ejemplo, Kelvin publicó una nota sobre el modelo de Le Sage en 1873, en la que encontró que la propuesta de Le Sage era termodinámicamente defectuosa y sugirió una posible forma de salvarla utilizando la entonces popular teoría del vórtice del átomo. Kelvin concluyó más tarde:

Esta teoría cinética de la materia es un sueño, y no puede ser nada más, hasta que pueda explicar la afinidad química, electricidad, magnetismo, gravitación, e inercia de masas (es decir, multitudes) de vórtices. La teoría de Le Sage podría dar una explicación de la gravedad y de su relación con la inercia de las masas, en la teoría del vórtice, si no fuera por la eotropía esencial de los cristales, y la isotropía aparentemente perfecta de la gravedad. Ningún poste de dedos apuntando hacia una manera que pueda conducir a una superación de esta dificultad, o un giro de su flanco, ha sido descubierto, o imaginado como descubierta.

La comunidad científica actual considera que ninguno de esos conceptos es viable.

Interpretaciones no estándar en la física moderna

Relatividad general

Albert Einstein usó a veces la palabra éter para el campo gravitacional dentro de la relatividad general, pero la única similitud de este concepto relativista de éter con los modelos clásicos de éter radica en la presencia de propiedades físicas en el espacio, que Se pueden identificar mediante geodésicas. Como sostienen historiadores como John Stachel, las opiniones de Einstein sobre el "nuevo éter" no están en conflicto con su abandono del éter en 1905. Como señaló el propio Einstein, ninguna "sustancia" y no se puede atribuir ningún estado de movimiento a ese nuevo éter. El uso que hizo Einstein de la palabra "éter" encontró poco apoyo en la comunidad científica y no jugó ningún papel en el desarrollo continuo de la física moderna.

Vacío cuántico

La mecánica cuántica se puede utilizar para describir el espacio-tiempo como algo no vacío a escalas extremadamente pequeñas, que fluctúa y genera pares de partículas que aparecen y desaparecen increíblemente rápido. Algunos, como Paul Dirac, han sugerido que este vacío cuántico puede ser el equivalente en la física moderna de un éter particulado. Sin embargo, la hipótesis del éter de Dirac fue motivada por su insatisfacción con la electrodinámica cuántica y nunca obtuvo el apoyo de la comunidad científica convencional.

El físico Robert B. Laughlin escribió:

Es irónico que el trabajo más creativo de Einstein, la teoría general de la relatividad, debe hervir hasta conceptualizar el espacio como un medio cuando su premisa original [en relatividad especial] era que no existía tal medio [.] La palabra 'otro' tiene connotaciones extremadamente negativas en la física teórica debido a su asociación anterior con la oposición a la relatividad. Esto es desafortunado porque, despojado de estas connotaciones, capta bastante bien la forma en que la mayoría de los físicos realmente piensan en el vacío.... La relatividad no dice nada sobre la existencia o la no existencia de la materia que impregna el universo, sólo que cualquier materia debe tener simetría relativista. [...] Resulta que tal materia existe. Alrededor del tiempo se aceptó la relatividad, los estudios de radiactividad comenzaron a demostrar que el vacío vacío del espacio tenía estructura espectroscópica similar a la de los sólidos y fluidos cuánticos ordinarios. Estudios posteriores con grandes aceleradores de partículas ahora nos han llevado a entender que el espacio es más como una pieza de vidrio de ventana que el vacío ideal de Newtonian. Está llena de 'estuff' que normalmente es transparente, pero se puede hacer visible golpeándolo lo suficientemente duro para noquear una parte. El concepto moderno del vacío del espacio, confirmado cada día por experimento, es un éter relativista. Pero no lo llamamos así porque no es aceptado (taboo).

Ondas piloto

Louis de Broglie afirmó: "Cualquier partícula, incluso aislada, debe imaginarse en continuo "contacto energético" con un medio oculto." Sin embargo, como señaló De Broglie, este medio "no podría servir como medio de referencia universal, ya que sería contrario a la teoría de la relatividad".