Relatividad.org


EL EFECTO SAGNAC Y SUS CONSECUENCIAS   (ángel Torregrosa Lillo)
 

El efecto Sagnac. Este es un fenómeno curioso a partir del que se han construido y comercializado los "giroscopios láser" .

En esencia es un aparato que detecta giros por una diferencia de fase entre dos rayos de luz inicialmente en fase, que recorren un bucle (por ejemplo un círculo de fibra óptica) en sentidos opuestos.
Si hacemos girar el aparato (sensor y emisor incluidos  o mejor embutidos) se detectan diferencias de fase. Podéis ver una descripción más detallada del efecto Sagnac (no de los giróscopos basados en él) en http://mathpages.com/rr/s2-07/2-07.htm.

Si enviamos a la vez dos rayos de luz en sentidos opuestos a través de una circunferencia de fibra óptica (puede hacerse con espejos en vez de fibra óptica, pero la fibra es más instructiva) desde un punto determinado de dicha fibra, es evidente que si dicha circunferencia gira durante el viaje de la luz, un rayo llegará antes que el otro al punto en que se emitieron ambos. Se puede detectar mediante un interferómetro ese desfase y calcular a partir de aquí la velocidad angular a la que gira el aparato.

Por el giro determinado por la velocidad angular w del aparato,
el rayo B tardará más en llegar al punto de partida que el rayo A,
ya que el punto de inicio y final de la experiencia avanza en la misma dirección que B.

Estos experimentos detectan velocidades de giro tan débiles como 0,00001 grados por hora y por lo tanto podrían detectar el giro de la Tierra sobre su eje (15 grados en una hora).

Pues resulta que la sorpresa fue que "Sí SE DETECTA".

 

Una observación sobre el efecto Sagnac:.

la experiencia de Sagnac no es un giroscopio. Sólo es una experiencia
que detecta un efecto que nos indica una velocidad angular.

Los giróscopos basados en el efecto Sagnac usan dicho efecto
para calcular la velocidad angular en cada instante y a partir de ahí
calcular su giro multiplicando velocidad angular por tiempo. Es un
dispositivo electrónico complejo que hace cálculos a partir del efecto
Sagnac y un buen reloj. No es el aparato de la experiencia de Sagnac.

Podríamos pensar en llevar uno de estos aparatos a uno de los polos para detectarlo, pero bien mirado no es necesario llevar el giroscopio al polo pues en cualquier latitud media, ya sea en Madrid o en Buenos Aires) cada día el giroscopio también girará 360 grados aunque el aparato resultará estar un poco inclinado pero con compensar la inclinación situando el aparato en un plano paralelo al plano del ecuador esto queda resuelto.

En 1904 Michelson ya propuso la idea de usar un aparato similar para medir la rotación de la Tierra sobre su eje, pero no se hizo a hasta 1925 por considerarse innecesario. De todos modos en 1925 lo realizó con el objetivo principal de refutar la teoría balística de la luz (en la que la velocidad de la luz dependería de la velocidad del emisor) y también refutar la teoría de un éter totalmente arrastrado. Lo realizó y obtuvo un desplazamiento de 230/1000 de fase, que confirmaba la velocidad de giro de la Tierra sobre si misma y por lo tanto refutaba las dos teorías que comentaba unas líneas antes. (Los "relativistas" de la época lo tomaron como una prueba de la teoría de la relatividad, pero Michelson se dio cuenta y dijo que era tanto prueba de la relatividad como de un éter estacionario).

La cuestión es que SE DETECTA EL GIRO DE LA TIERRA por un medio lumínico, cosa que no pudo hacer la experiencia de Michelson-Morley que intentaba lo mismo(pero cuidado, la experiencia de Michelson fue diseñada para detectar movimientos rectilíneos, velocidad de avance, no giros, no velocidad angular, no son la misma experiencia).

Aquí la contracción de longitudes y la dilatación temporal no influyen por dos razones:
1- ambos trayectos de luz se verán afectados en la misma medida compensándose los efectos.
2- el efecto es despreciable a estas velocidades frente al otro efecto (puramente galileano) observado con claridad.

Así que por "1" este resultado no contradice a los efectos de contracción de longitudes ni a la dilatación temporal, o sea no
contradice al experimento de Michelson-Morley. Es un experimento más a incluir en la teoría igual que lo está el de Michelson-Morley.

Aún así alguno podría pensar que esta detección contradice a la teoría de la relatividad especial pues podemos pensar que respecto a un punto del aparato (por ejemplo el detector) la luz debe parecer en reposo y no debería percibir diferencias en los trayectos. Pero si se hacen los cálculos desde el punto de vista de la relatividad especial mediante ecuaciones de Minkowski y coordenadas polares (ver http://mathpages.com/rr/s4-08/4-08.htm si estás interesado en los cálculos detallados) aparece que la velocidad de la luz desde el punto de vista del aparato será c'=c-v c'=c+v según la luz viaje en el sentido del giro o en contra. (siendo v la velocidad tangencial del anillo)

O sea que se llegan a las mismas conclusiones bajo un punto de vista de la RE que bajo un punto de vista "etéreo". Así que ni se contradice ni se confirma la RE.

Digamos que la respuesta a toda posible paradoja es que la superficie de la Tierra en giro NO es inercial. Muchos antirelativistas usan esta experiencia como “prueba” de que el éter o el espacio absoluto de referencia existe. No hay tal prueba, como por ejemplo el péndulo de Folcault no prueba la existencia de ningún sistema de referencia privilegiado. Simplemente prueba que la Tierra gira sobre si misma.

 

Y ahora mi mente sigue danzando y pienso: ¿detectará el giro de la Tierra alrededor del Sol?
Veamos, 360 grados en 365 días => más o menos un grado por día = 0,041666 grados por hora
¡Pues debería!

La cuestión es ¿detecta el giro en órbitas planetarias? o ¿son inerciales las órbitas planetarias? Mi conclusión es que sí se detectan y no son inerciales por lo tanto.

(Imaginemos un aro de fibra óptica en toda la longitud de una órbita de la Estación Espacial Internacional girando junto a ella, y desde la estación envío un rayo de luz en los dos sentidos a lo largo del aro de fibra. La estación medirá una velocidad de c+v para un rayo y de c-v para el otro, siendo v la velocidad orbital. O simplemente subamos un giróscopo tipo Sagnac a la estación espacial y veamos si percibe el giro de dicha estación alrededor de la Tierra. Por supuesto que lo percibe. O más simple aún, La Tierra misma es un giróscopo que da vueltas alrededor del Sol y mantiene su posición, por lo que se producen veranos e inviernos y por lo tanto… se detecta el giro de La Tierra alrededor del Sol.)

A partir de aquí he de deducir que una ÓRBITA o caída libre NO ES INERCIAL y por lo tanto no es un sistema equivalente a uno inercial.

 

DEBATE SOBRE LA EXPERIENCIA DE SAGNAC

La experiencia de Sagnac es usada en muchos foros y páginas web para argumentar en contra de la teoría de la relatividad o para argumentar a favor la existencia del éter, pero me temo que los razonamientos que podemos encontrar no son adecuados.

Aparte del ya comentado arriba un argumento que se encuentra es que la experiencia es una prueba del éter "pues la velocidad de la luz y la de la fuente se "suman" conforme a c+v y c-v, siendo "v" la velocidad tangencial del receptor". Pero debemos verlo de otro modo.

Es cierto que la experiencia de Sagnac es compatible con un medio soporte para luz no arrastrado por el aire, pero también lo es la simple existencia de un sistema de referencia inercial.

Me explico. Elijo un sistema de referencia inercial (con un movimiento en línea recta uniforme el que sea) y a partir de ahí hago los cálculos. No puedo negar la existencia de giros respecto a dicho sistema de referencia y la máquina de Sagnac girará respecto a dicho sistema de referencia. La luz se moverá a velocidad c uniforme respecto a dicho sistema de referencia y es el receptor de señales del aparato el que gira avanzando hacia un rayo y alejándose del otro rayo.

Ya no se trata de sumar velocidades sino de que el aparato receptor avanza hacia el rayo. Igual que cuando tratamos con rayos en un tren en movimiento. No es que la luz avance a c+v sino que desde nuestro punto de vista de sistema inercial vemos que el receptor y el rayo se acercan mutuamente a c+v. La velocidad sigue siendo c respecto al sistema de referencia tomado.

Una vez esto está claro tenemos que las dos opciones son compatibles con la experiencia de Sagnac, pero eso no significa que la experiencia de Sagnac sea prueba de ninguna de las dos.

Y entre dos opciones en principio con las mismas probabilidades pero una de ellas capaz de hacer múltiples predicciones comprobables y comprobadas (RE) mientras la otra no hace ninguna predicción comprobable...se comprende ahora por qué triunfa la relatividad frente al "medio soporte"

¡CAPACIDAD PREDICTIVA!

Y ahora, poniéndome en plan relativista puro, la carencia de capacidad predictiva hace que el éter o medio soporte de la luz se convierta en algo afísico.

Leyendo un artículo se comentaba una frase de Ernst Mach que está en la mente de casi todo físico actual: según él, una afirmación o bien es demostrable empíricamente, o bien es puramente "metafísica".

  Por último decir que, como dijo Michelson cuando hizo la experiencia de Sagnac para el giro de la Tierra..."Sólo se prueba que la Tierra gira", y la existencia de giros no están en contra de la relatividad ni prueban la existencia del éter, aunque tampoco están en contra de él.

 [Atrás] [índice] [siguiente]

MÁS DE RELATIVIDAD.ORG: [física][psicoanalista virtual][enseñanza][prensa y libros gratis][drivers][Salud y nutrición][Matemáticas paso a paso]

TICS: