EL ÉTER Y LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Introducción.

La teoría del éter como fluido elástico que llena todo el universo ha sido utilizada hasta finales del siglo XIX en la fuerza gravitatoria y en la transmisión de la luz.

Para Newton, las fuerzas atractivas y repulsivas eran capaces de actuar a través del espacio vacío. La acción a distancia se ha considerado muy a menudo como un medio de explicación inaceptable en la física. Por este motivo, muchos físicos supusieron que el espacio estaba formado por el éter, a través del cual se ejercía la atracción gravitatoria. La "acción a distancia" cuya naturaleza se desconocía, se ejercería mediante el éter.

La otra gran contribución de Newton en física, es en el estudio de la luz. Newton creía que la luz está constituida por partículas que se mueven en el espacio a gran velocidad. En cambio, otros físicos de esa época, como el holandés Huygens, pensaban que la luz era una onda, análoga a las olas en el agua. Si la luz es realmente una onda, es decir una perturbación de algún medio, ese medio debería ser el éter.

Por lo tanto, el éter debería tener una serie de propiedades, como:

•  Ser un fluido que transmite las ondas
• Ser capaz de atravesar los cuerpos sin oponer resistencia a su movimiento

Experimento de Michelson-Morley. 
Una vez establecida la naturaleza ondulatoria de la luz y que el medio en que se propagaban las ondas era el éter, era necesario detectarlo.

Si existe el  éter, deberíamos ser capaces de observarlo de alguna forma, por lo que Michelson y Morley propusieron un experimento para medir dicho éter. La hipótesis aceptada en esa época era que la Tierra en su movimiento arrastraría parcialmente al éter y por lo tanto la velocidad de la luz dependería del movimiento de la tierra respecto del éter.

Si la Tierra se mueve con respecto al éter en reposo y la luz viaja a una velocidad constante respecto al éter, Michelson pensaba que si se medía la velocidad de la luz (respecto a la Tierra) cuando la Tierra y la luz se mueven en la misma dirección y sentido, resultaría una velocidad inferior que cuando la luz se moviera en sentido contrario al movimiento de la Tierra.  

Es decir, en la dirección del movimiento, la velocidad de la luz debería sumarse a la velocidad de la Tierra y restarse en sentido contrario. La diferencia entre estas dos velocidades nos daría justo el doble de la velocidad del viento del éter.

El experimento con más detalle lo puedes encontrar en “El viento del éter lumifero yel experimento de Michelson-Morley”.

A partir del resultado nulo del experimento de Michelson y Morley se concluye que la velocidad del viento del éter es nula. Como la Tierra se mueve, el éter debería moverse con la Tierra. Por lo tanto, la conclusión lógica es que el éter no existe.

Personalmente nunca he entendido como se llega a la conclusión de que el éter no existe. Las conclusiones del experimento son las siguientes.

• La velocidad del éter si existe, es nula. 
• La velocidad de la luz es constante.   
• No existe el éter arrastrado por la tierra. 

La frase: “Como la Tierra se mueve, el éter debería moverse con la Tierra” es una hipótesis de trabajo y como tal hipótesis, puede ser cierta o estar equivocada. La tercera conclusión, la podemos poner en forma afirmativa de la  forma siguiente:

“La Tierra atraviesa el éter sin arrastrarlo.”

Antes de la realización del experimento de Mikelson-Morley, se plantearon tres soluciones al posible arrastre de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol.

1) La Tierra arrastra parcialmente al éter (A. Fresnel).

2) La Tierra arrastra de modo absoluto al éter (C. G. Stokes).

3) La Tierra atraviesa el éter sin arrastrarlo. (Th. Young)

Siendo la primera solución la generalmente aceptada por la mayoría de los físicos de la época. Por lo que se llega a la conclusión errónea de que no existe el éter (falta “arrastrado por la Tierra”)

Para Thomas Young, la luz es un estado vibratorio del éter, Además, según Huygens, cuando un punto del éter es afectado por una onda se convierte, al vibrar, en una nueva fuente de ondas.

Ondas electromagnéticas.

Si no existe el éter, ¿Cómo se propagan las ondas electromagnéticas? Pues fácil, se cambia el concepto de onda.

• Las ondas electromagnéticas son aquellas que se propagan sin necesidad de un medio, y por lo tanto pueden propagarse en el vacío.
• Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos.

De acuerdo con la mecánica cuántica (MC), el vacío no está vacío, sino lleno de partículas virtuales que constantemente aparecen y desaparecen.

Como la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es la velocidad de la luz, la MC supone que los fotones virtuales transportan las ondas electromagnéticas. El fotón es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio.

Pero si el fotón es puntual, eso implica que necesitamos infinitos fotones para propagar la radiación electromagnética. Matemáticamente no hay problema, pero físicamente  

¿Cómo se generan infinitos fotones?

Movimiento discreto de las partículas.

a) Introducción. 

La hipótesis de que el Universo y las partículas están formadas por átomos de Planck de cuatro dimensiones permite explicar, como hemos visto en este blog, las propiedades de las partículas tales como masa, carga, etc.  y además calcular el valor de dichas propiedades. También permite explicar desde el punto de vista clásico, fenómenos puramente cuánticos.

Como no somos capaces de imaginarnos las cuatro dimensiones, y mucho menos dibujarlas en dos dimensiones, lo fácil es situarnos en Planilandia, de forma  que la altura corresponda a la cuarta dimensión.

Imagínate una mesa de billar llena de bolas de billar, lo que correspondería a un Universo finito, bidimensional y plano (la altura correspondería al tiempo). Tal y como concebimos el movimiento, 

¿Cómo podemos mover una bola de billar de un extremo a otro, de A a B?.  

Figura 1. Representación bidimensional plana del Universo 2D más tiempo.

Habría que mover todas las bolas en la dirección del movimiento, y en el caso de la mesa de billar, los bordes de la mesa nos lo impiden y en el supuesto del Universo depende, de si este es plano, curvo, finito o infinito, etc., pero en cualquier caso habría que mover todos los átomos de Planck en la dirección  del  movimiento.

Afortunadamente, la representación de la figura 1, corresponde a los pixeles de una pantalla de TV, o a un monitor de ordenador, por lo tanto, veamos en primer lugar, como es el movimiento en una pantalla de televisión o de Leds.

Supongamos que tenemos una pantalla de leds como la de la figura 2 y queremos mover un led azul desde la parte izquierda hasta un poco más allá de la mitad de la pantalla.

Figura 2, Representación plana de una pantalla de leds.

    

La electrónica lo que hace es aplicar tensión al led situado más a la izquierda, a continuación se elimina la tensión aplicada y se le aplica al segundo, se elimina y se le aplica al tercero, y así sucesivamente. Con la adecuada secuenciación temporal, lo que percibimos es que el led azul se ha movido de izquierda  a derecha, cuando en realidad no ha habido ningún movimiento, lo que ha cambiado es la posición del espacio en donde se aplica la energía.

Figura 3. Movimiento de un LED en una pantalla.

b) Movimiento discreto de los fotones

El movimiento de cualquier fotón es exactamente igual al movimiento de un objeto cualquiera en una pantalla de TV. La diferencia radica, en el entramado del espacio, que es diferente y en que lo que se transmite de un átomo a otro es la rotación.

Para simplificar, supongamos que estamos en Planilandia, y que nuestro Universo 3D tiene dos dimensiones observables como espacio y una tercera que observamos cómo tiempo. Veamos cómo sería el movimiento de un fotón que se genera en el átomo 1 y se mueve hasta el 5

Figura 4. Entramado espacial bidimensional plano.

El átomo de espacio 1 empezaría a girar, durante el tiempo de Planck, hasta alcanzar la velocidad de rotación w. A continuación su velocidad disminuiría, durante el tiempo de Planck, hasta cero, a la vez que el átomo 2 empieza a girar, durante tp (tiempo de Planck) de cero a w. Momento a partir del cual empezaría a girar el átomo 3 y a disminuir el 2 y así  sucesivamente   

Figura 5. Movimiento del fotón en el espacio.

 

Figura 6. Velocidad y tiempo de rotación de cada átomo de Plack.

 Los fotones se generan en muchos procesos naturales, como por ejemplo, cuando los  electrones que constituyen los átomos saltan a un nivel de energía inferior, o cuando se aniquilan pares de partícula con su antipartícula. La  energía que adquiere el fotón es la que pierde el electrón.

En definitiva,

       La energía se transmite de un átomo de Planck 

a otro, en forma de rotación.

Ondas Electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas se transmiten en el espacio vacío, formado por átomos de Planck 4D, de la misma forma que las partículas.

En el caso de las ondas, la energía total se transmite a todos los átomos adyacentes. Por lo tanto cada átomo recibe una parte de la energía generada.

                                                           

Figura 7. Transmisión de ondas electromagnéticas en el espacio.

     Consideremos que inicialmente se genera una energía E durante un instante de tiempo t. En el espacio bidimensional plano de la figura 7, la energía E, se transmite a los 6 átomos vecinos, por lo que cada átomo recibe la sexta parte. En el siguiente paso la energía total se divide por 12, a continuación por 18, y así sucesivamente. En nuestra escala espacial, el hexágono se convierte en una circunferencia, de forma que se atenúa en función de la distancia r al foco emisor.

    Si añadimos una dimensión  espacial, la  circunferencia se  transforma en  una superficie esférica, de forma que todos los puntos que se encuentren a una distancia R del foco emisor tienen la misma densidad de potencia. En todo momento la potencia irradiada se encuentra uniformemente distribuida sobre la superficie total de la esfera.

 

    En el  caso de  las ondas electromagnéticas se utiliza el concepto de potencia en vez de energía. La potencia es la energía por unidad de tiempo. Por otra parte la energía o potencia que se genera en la antena varía con el tiempo de forma senoidal.

     Conclusión.

     La hipótesis de que el  Universo está formado  por  átomos de  Planck de  4  dimensiones, permite explicar la transmisión de las ondas electromagnéticas desde el punto de vista clásico, es decir como una perturbación del medio. Dicho medio está formado por átomos 4D, que percibimos como espacio tridimensional y tiempo, pero las partículas y el propio espacio tienen cuatro dimensiones espaciales.

Todo lo que observamos se reduce a espacio, y 

rotación del átomo de espacio 4D sobre si mismo.

Al ser el espacio y el tamaño de las partículas discreto, desparecen los infinitos de la MC, Tampoco es necesario la inclusión de infinitos fotones virtuales para la transmisión de las ondas electromagnéticas.

La vieja idea de que “La Tierra atraviesa el éter sin arrastrarlo”, de Thomas. Young era correcta.

Por otra parte, el espacio discreto verifica las propiedades atribuidas al éter, tales  como:

• Ser un fluido que transmite las ondas
• Ser capaz de atravesar los cuerpos sin oponer resistencia a su movimiento

Las ondas necesitan un medio para su transmisión 

y  las  partículas también. 

       Si el espacio estuviera a vacio no podríamos ir a la luna

       Einstein tenía razón cuando dijo en una conferencia de mayo de 1920;

     "Existen argumentos de peso para alegar a favor de la hipótesis de éter, negar el éter nos obliga a asumir, en última instancia, que el espacio vacío, no posea, ningún tipo de propiedades físicas, los hechos fundamentales de la mecánica no armonizan con este enfoque. De acuerdo con la Teoría General de la Relatividad, al espacio deben asignárseles algunas cualidades; en ese sentido por lo tanto, existe un éter. De acuerdo con la Teoría General de la Relatividad, el espacio sin éter es impensable."