El resultado experimental que demostró por primera vez que la velocidad de la luz era constante fue el experimento de Michelson-Morley, realizado en 1887. En pocas palabras, la idea es la siguiente: medir la velocidad de la luz, luego medirla nuevamente seis meses después cuando la Tierra esté moviéndose en la dirección opuesta. Si la velocidad de la luz realmente depende del marco de referencia, entonces la velocidad medida debería diferir en dos veces la velocidad orbital de la Tierra (en realidad, el experimento fue un poco más complicado que eso: utilizó un divisor de haz para dividir un haz de luz en un haz moviéndose paralelamente al movimiento de la Tierra, y uno perpendicular a él. Luego, se permitió que los dos haces interfirieran entre sí; si el movimiento de la Tierra afectaba la velocidad de la luz, los dos haces deberían haber estado desfasados).
Sin embargo, cuando se realizó el experimento, ¡no se encontró diferencia en la velocidad de la luz! Una posible explicación sería que la Tierra estaba realmente en reposo; sin embargo, para entonces el movimiento de la Tierra ya estaba bien establecido por otras observaciones. Se propusieron muchas explicaciones, pero en el experimento todos no pudieron ponerse de pie. Entonces, la conclusión experimental fue que la velocidad de la luz, de hecho, no depende de ningún marco de referencia.
Einstein, sin embargo, no fue motivado por este experimento; Estaba motivado por la teoría de la electrodinámica de Maxwell, que describe las propiedades de la luz. Einstein imaginó correr junto a un haz de luz a la velocidad de la luz, y pensó que, si la velocidad de la luz fuera variable, mediría una onda estacionaria, ya que el haz estaría en reposo en relación con usted. Sin embargo, resulta que las ecuaciones de Maxwell no permiten ondas de luz estacionarias como soluciones; de hecho, predicen que aún medirías la velocidad de la onda como c! En otras palabras, Einstein fue llevado independientemente a la misma conclusión: que la velocidad de la luz c es independiente de qué tan rápido se está moviendo.
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Sin embargo, como notará, esta es una conclusión muy extraña. ¿Cómo pueden todos los observadores medir exactamente la misma velocidad para un haz de luz? La respuesta es que medimos la velocidad dividiendo la distancia que recorre un objeto por el tiempo que tardó en recorrerlo. Pero resulta que un observador que se mueve a una velocidad muy alta (cerca de la velocidad de la luz) tendrá sus relojes más lentos, por lo que el tiempo que miden es diferente del tiempo que un observador diferente podría medir. De hecho, su reloj se ralentizará exactamente la cantidad correcta para permitirle medir la misma velocidad c para un haz de luz. Este efecto se llama dilatación del tiempo, que debo destacar se ha observado experimentalmente; por ejemplo, podemos poner relojes muy precisos en los aviones, y descubrir que se habían ralentizado durante su viaje moviéndose a cientos de millas por hora.
Sí, esto significa que incluso un haz de luz medirá otro haz de luz que se mueve en c. (Técnicamente, de todos modos. Los haces de luz en realidad no pueden medir el tiempo, porque un reloj montado en un haz de luz se habrá ralentizado tanto que en realidad nunca funciona; el tiempo básicamente se detiene cuando eres un haz de luz).
Esto lleva a algunas consecuencias muy interesantes. Por un lado, el concepto de “simultáneo” se vuelve relativo. Dos eventos que ocurren simultáneamente según un observador no serán necesariamente simultáneos según otro. Lo mismo con la ubicación; dos eventos que ocurren en el mismo lugar (pero en diferentes momentos) no necesariamente estarán en el mismo lugar medido por un observador diferente. De hecho, lo único en lo que todos los observadores estarán de acuerdo es si ocurrieron dos eventos en la misma ubicación, al mismo tiempo. Este es el origen del concepto de espacio-tiempo 4-D; los observadores ya no están de acuerdo en la posición de un evento en el espacio o en el tiempo solo, pero todos están de acuerdo en la posición de un evento en el espacio-tiempo 4-D.
“En adelante, el espacio en sí mismo, y el tiempo en sí mismo, están condenados a desvanecerse en meras sombras, y solo una especie de unión de ambos preservará una realidad independiente”. – Hermann Minkowski
