Начало: Физика для чайников. Урок 1. Что такое физика и с чем ее "едят"?
Предыдущий урок: Физика для чайников. Урок 30. Колебания и волны. Эфир. Часть 1.
Как я писал в прошлом статье, теория эфира просуществовала несколько веков, при этом она дополнялась, дорабатывалась, видоизменялась. Но окончательной модели эфира так и не было принято. А на рубеже XIX-XX веков приверженцы теории эфира столкнулись с неразрешимыми трудностями. Так, еще в XVIII-ом веке английский астроном Брэдли открыл явление аберрации света звезд. С точки зрения теории эфира это означала, что эфир неподвижен, и его кажущееся смещение (при движении Земли вокруг Солнца) по принципу суперпозиции отклоняет изображения звёзд. Однако, ученые допускали, что эфир может увлекаться движущимися объектами, например, Землей, тем самым создавая так называемый эфирный ветер.
Вывод о том, что эфир частично увлекается движущимися объектами, ученые сделали из опыта Физо[1]. Суть этого опыта состоит в том, что луч света направляется на полупрозрачное зеркало, которое разделяет его на два луча:
Один луч проходит через воду по направлению ее движения, а другой против. Затем оба луча попадают в интерферометр. По интерференционной картине определялось разность времен прохождения луча света в движущейся и неподвижной среде.
Из опыта выходило, что скорость света зависит от скорости среды согласно формуле:
где c’– скорость света в среде, u – скорость среды, c скорость света в вакууме.
Таким образом, скорость света частично складывается со скоростью среды, из чего и был сделан вывод о том, что движение среды частично увлекает за собой эфир. Позже для проведения этого эксперимента была разработана более точная установка, в которой скорость света измеряли при помощи вращающегося зеркала. Ей пользовался в своих опытах Майлькесон, применив более точную оптику и большее расстояние. Позже Майкельсон и Эдвард Морли повторили опыт несколько раз с возрастающей точностью, но результат был неизменно отрицательным — «эфирного ветра» не существовало.
Как я писал в прошлой статье, Лорнец предположил, длина тела при движении сокращается, и это препятствует обнаружение эфирного ветра. Только вот непонятно, а с чего это вдруг тела при движении сокращаются. Дошло до того, что некоторые ученые, например, Анри Пуанкаре заявляли что эфир существует, но не может быть обнаружен. Но это, уже извините, не научное заявление.
После того, как в 1905 году Эйнштейн разработал теорию относительности, концепция эфира стала не нужна, так как ТО объясняла все явления, которые приписывались эфиру. По сути, его просто отсекли бритвой Оккама, и, главным образом, по той причине, что ему приписывались противоречивые свойства, в частности, неощутимость для вещества, поперечная упругость, немыслимая по сравнению с веществом скорость распространения колебаний. Эйнштейн, в своей статье «Принцип относительности и его следствия в современной физике» популярно объяснил, почему нужно отказаться от идеи эфира. Допустим, например, что у нас есть магнит. Он движется поперек проводника. В том возникает электрический ток. Но если рассмотреть этот процесс с точки зрения теории эфира, то получатся вот что. В системе отчета проводника меняется напряженность магнитного поля в эфире, что порождает электрическое поле, которое создает ток в проводнике. А вот в системе отчета магнита никакого электрического поля не возникает. Но электрический ток возникает. Как? А за счет прямого действия на электроны магнитного поля движущегося проводника. Что же получается? Получается, что у нас реальность зависит от системы отчета. Но это же бред!
Итак, с эфиром, как говориться, возникло много гемора и ученые решили выбросить его, отсечь бритвой Оккама. Что было дальше. А дальше, когда Эйнштейн разработал общую теорию относительности (ОТО), он предложил, внезапно, считать эфиром обычное физическое пространство. Но оно, в отличии от светоносного эфира, не субстанционально. То есть, нельзя, например, приписать точкам пространства свое независимое движение. Именно поэтому для пространства, в отличии от эфира Лоренца-Пуанкаре не возникло трудности с принципом относительности.
Однако от эфира отказались не сразу. Часть ученых, уже после 1905 года пытались эфир реанимировать. Они выдвигали разные альтернативные теории и пытались доказать их экспериментально. Однако, всегда оказывалось, что как сама теория относительности, так и основанные на ней теории, согласовывались с проведанными экспериментами. Поэтому идеи воскресить понятие светоносного эфира не получило поддержки научным сообществом. В данный момент теория эфира считается лженаучной, несмотря на то, что у нее имеются сторонники. В будущих статьях мы поговорим об аргументах сторонников теории эфира и о том, почему же данная теория считается лженаучной.
1. Опыт Физо — Википедия (wikipedia.org)