Históricamente, los científicos de finales del siglo XIX intentaban resolver el siguiente enigma. El primer movimiento de Newton dice que no hay un marco de referencia inercial preferido. Un marco de referencia no es más que un sistema de coordenadas más tiempo. Uno puede imaginar que un observador está sentado en el origen del sistema de coordenadas y tiene un buen reloj en la mano. Las leyes del movimiento de Newton se basan en los principios de la relatividad postulados por Galileo. Dice que la velocidad de cualquier partícula no tiene sentido a menos que se especifique con respecto a qué marco de referencia se mide. Es decir, un tren se mueve con respecto a una persona parada en la línea, pero está en reposo con respecto a una persona sentada dentro del tren. (No expliqué el mundo inercial. En realidad es crucial). Entonces, simplemente hablando, el principio de relatividad galileano dice que en un tren cerrado que corre en una vía sin fricción (o en un avión), un pasajero sentado adentro no puede decir en principio si el tren se está moviendo (a una velocidad constante) o en reposo (el pasajero solo puede saber si el tren está acelerando).
Ahora, después del descubrimiento de la ecuación electromagnética, se descubrió que la velocidad de la luz es una constante absoluta y la misma en todos los marcos de referencia inerciales. Esto es una locura, como decir que un tren se mueve a la misma velocidad con respecto tanto a la persona parada junto a la vía del tren como a la persona sentada dentro. Los científicos naturalmente asumieron que las leyes del electromagnetismo eran incompletas o incorrectas. Sin embargo, estos se encontraron a partir de experimentos sólidos y nadie pudo encontrar una falla en ellos. Las leyes del movimiento de Newton y el principio de relatividad galileana también se basaron en experiencias cotidianas sólidas. Todos querían encontrar una manera que satisfaga tanto los principios de relatividad como las leyes del electromagnetismo.
A las personas se les ocurrió un modelo en el que imaginaban que las leyes del electromagnetismo requieren un medio material aún desconocido llamado éter. Esa es la velocidad de la luz (c) con respecto al éter. Michelson y Morley querían probar esta hipótesis. Los experimentos son similares a medir la velocidad de un tren por uno parado junto a la línea del ferrocarril y otro moviéndose con el tren. En este caso, los dos observadores son dos posiciones de la tierra. Dado que la velocidad de la luz es muy alta para los estándares humanos, la diferencia en la velocidad de la luz por parte de los dos observadores será extremadamente pequeña y no se puede detectar a simple vista. Por lo tanto, utilizaron la luz para determinar su velocidad. Detectar el cambio en el patrón de interferencia es una forma fácil en la que una regla puede medir indirectamente las longitudes de micro y nano metros. Esto se debe a que la longitud de onda de la luz es un estándar natural de longitud. De todos modos, si la velocidad de la luz es diferente en las dos posiciones de la tierra, habría un cambio detectable en los patrones de interferencia. Sin embargo, fracasaron en su experimento, al contrario de lo que todos esperaban (obtuvieron un premio Nobel por su fracaso). Por lo tanto, los científicos se vieron obligados a concluir que las leyes del electromagnetismo eran correctas y que el principio de relatividad galileano es incorrecto.
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A Einstein se le ocurrió una imagen muy intuitiva del principio de relatividad que explica fácilmente lo que está mal con el principio de relatividad galileano mediante un análisis profundo de cómo se mide la velocidad de una partícula. Tomó la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos de referencia y explicó cómo un observador realmente mide la velocidad de cualquier cosa para explicar la forma correcta de conciliar las mediciones de dos observadores diferentes. Las ecuaciones matemáticas ya fueron descubiertas por Poincare y Lorentz, antes de Einstein. Sin embargo, el análisis de Einstein es en términos de gobernantes, relojes y observadores y, por lo tanto, es más fácil de comprender.
Ahora, este era el trasfondo histórico. No sé si Einstein sabía todo esto mientras investigaba, ya que su estilo consistía principalmente en trabajar solo. He escuchado la historia de que cuando tenía dieciséis años se hizo una pregunta: si una persona sostiene un espejo frente a él y luego comienza a correr a la misma velocidad que la luz, ¿podrá ver su reflejo en el espejo? Pensó en esto durante diez años y finalmente se dio cuenta de que hay una brecha conceptual entre cómo las personas perciben el tiempo y cómo se mide realmente en los experimentos.
