В прошлой статье я писал, что нет никакого смысла искать эфирный ветер в классической постановке. Те, кто открывал документы Майкельсона, Морли, Миллера и некоторых других экспериментаторов, прекрасно знают, что эфирный ветер был обнаружен, хотя его скорость была совсем не той, что ожидалось. Другие же уверены, что никакого эфирного ветра нет. Ведь так пишут в учебниках, ссылаясь на всё те же эксперименты Майкельсона-Морли, что я упомянул выше. Хотя есть и множество других экспериментов, которые показали строгий ноль. Потому у второй группы тоже есть свои основания утверждать, что эфирного ветра нет. А в современных опытах и вовсе ищут “анизотропию пространства-времени”, что немного выходит за рамки эфирного ветра, но в целом очень похоже. И сам тот факт, что аналогичные опыты проходят до сих пор, а экспериментальные установки стоят многие сотни миллионов, а то и миллиарды долларов, говорит о как минимум интересе к этой теме. Так давайте подумаем на тему того, как найти и можно ли вообще обнаружить эфирный ветер.
Часть 1. Какой эфирный ветер мы ищем? Новая модель.
Во-первых, надо понять, что мы ищем. Когда экспериментаторы просто берут интерферометр типа Майкельсона, получают движущиеся интерференционные полосы при его повороте и на этом останавливаются, научного результата они не получают. Чтобы вышла наука, нужно оценить ожидаемый и измерить полученный эффекты, сравнить, выдвинуть какие-то гипотезы и т.п.. В общем, нужно сделать анализ, а не просто поиграться с железками. А чтобы сделать анализ, нужно иметь вполне осязаемую модель происходящих процессов. Возьмём более-менее классическую постановку задачи. Поскольку для распространения волн необходима некоторая среда (в рамках именно классических представлений), а электромагнитные волны повсеместно присутствуют, мы можем утверждать, что и среда существует. Её обычно называли эфиром. Если мы относимся к этой среде примерно как и к воздуху, то она будет двигаться относительно нас с некоторой скоростью, что мы и можем постараться обнаружить. В рамках классического мировоззрения эфир будет двигаться относительно некоторого технического устройства, которое будет измерять скорость и направление этого движения. Отлично.
Во-вторых, нужно понять, какой может быть эта скорость. Раньше из-за малого объёма знаний предполагали, что эфир будет двигаться относительно Земли с орбитальной скоростью этой Земли. Т.е. считалось, что эфир покоится относительно Солнца. Сейчас-то мы прекрасно понимаем, что это как минимум опрометчиво. У нас галактика движется около 630км/с. Внутри Млечного пути Солнечная система движется со скоростью 220км/с. Земля движется вокруг Солнца со скоростью 30км/с, а вокруг своей оси - менее 0.5км/с. На этом можно бы остановиться, но сама галактика тоже является частью чего-то, что тоже куда-то с какой-то скоростью движется. И, продолжая прогрессию, можно предположить, что там скорости уже далеко за тысячи километров в секунду. Так с какой же скоростью нам ловить эфир? Вопрос не праздный, но вполне решаемый.
Мы отчётливо видим, что галактики более-менее целостны и замкнуты. Раз эфир среда, то он должен за собой утягивать вещество. Даже если он лёгкий и почти всепроникающий. Т.е. разумно предполагать, что внутри галактики скорее всего внешнего эфирного ветра по крайней мере мало. Аналогичная ситуация и с солнечной системой. Конечно, она обдувается каким-то ветром (гипотетически в рамках классических подходов), но в целом внутри должно быть более-менее спокойно. Более того, скорее всего и саму галактику “несёт” как в реке неким эфирным потоком, и Солнечную систему. Не будет сильным допущением сказать, что раз уж мы полагаем наличие механического эфира, то и планеты по своим орбитам движутся скорее всего не инерционно, а всё таки внутри потоков. Это нас отсылает ещё к Декарту. Но и это ещё не всё. По карте ветров и по известным данным о вращении планеты можно увидеть, что атмосфера Земли немного обгоняет саму планету. Маловероятно, что это получается каким-то образом внутренними силами планеты. Скорее всего и тут есть некий планетарный вихрь эфира, который и гонит земную атмосферу за собой. А инертная каменная и железная Земля немного отстаёт. Выходит, что в каждой точке эфирного ветра почти нет. Ведь он и определяет все галактические, атмосферные и прочие движения. Не совсем так.
Раз уж у нас атмосфера немного опережает тело Земли, то наиболее разумно выглядит гипотеза частичного увлечения эфира веществом. Тогда у нас везде будет небольшое отставание эфирного ветра и вещественных тел. И есть все шансы поймать эфирный ветер практически где угодно.
А вот с конкретной величиной эфирного ветра всё чуть сложнее. Если привязать абстрактный измеритель эфирного ветра к Солнцу так, чтобы он всегда находился от него на одинаковом большом расстоянии, то скорее всего мы обнаружим максимально возможный эфирный ветер. Вплоть до тех самых 220км/с в зависимости от направления ориентации. Если такой же измеритель привязать уже к Земле, чтобы он был достаточно далеко от неё, но в пределах Солнечной системы, мы получим уже 30км/с. А на поверхности Земли придётся довольствоваться величиной порядка 0.5км/с в соответствии с наблюдаемыми данными. Это пока лишь прикидки, которые позволяют нам понять, на что мы можем рассчитывать. Это критически важно, чтобы построить такой эксперимент, который хотя бы гипотетически может трактоваться как достоверный.
Оценки, которые я привёл, вообще говоря, неплохо сходятся с тем, что получали разные экспериментаторы (мне-то просто привести эти оценки постфактум). Например, группа Галаева на очень небольшой высоте получила около 1.5км/с. Майкельсон-Морли - 3-6км/с. Миллер на более высокой горе - 10км/с. Есть все основания предполагать, что наши результаты будут схожими.
Часть 2. Почему старые методы не годятся?
Все эти эксперименты выполнялись с помощью интерферометров, где использовался эффект второго порядка (~v²/c²). Для ожидаемых нами скоростей (1-10 км/c) эффект ничтожно мал, и его поиск требует невероятной точности, дорогостоящего оборудования и сложнейшего анализа. Повторять эти опыты - значит обрекать себя на те же ошибки и противоречия.
Часть 3. Предлагаемый эксперимент: измерение поперечного смещения луча.
Можно попробовать воспользоваться постановкой Ацюковского. Заключается она в том, что свет, летя вперёд, будет смещаться в поперечном направлении эфирным ветром. Величина не очень большая, но измерить её вполне можно. И это эффект первого порядка (~v/c), который гораздо легче обнаружить. Давайте оценим эффект.
Первый подход заключается в том, что мы предполагаем в соответствии с современными воззрениями, что фотон просто будет сносить в сторону ровно с той скоростью, с которой дует поперечный эфирный ветер. В такой постановке нет никаких сложностей с расчётом.
Допустим, луч пролетит 3 метра. Со скоростью света у него на это уйдёт 10^-8 секунды. За это же время, если эфирный ветер составляет от 1 до 10 км/с, то смещение будет от 0.01 до 0.1мм. На трёх, а тем более на тридцати метрах это вполне измеримая величина.
Но есть и второй подход. Если свет имеет какую-то массу, его можно считать неким “шариком”, который летит под действием ветра. Тут точно посчитать не выйдет из-за нашего незнания структуры и механических параметров фотона, но можно дать некоторые оценки. Лобовое сопротивление и соответствующее ему ускорение обычно пропорционально квадрату скорости. Типичная формула для измерения пути следующая:
S=v_0*t+a*t^2/2
Начальная поперечная скорость нулевая, время в пути понятно, значит смещение будет пропорционально величине S~v^2/c^2*L^2. Мы видим, что здесь с одной стороны отношение квадратов скоростей, что делает ситуацию сильно хуже. С другой стороны - квадрат пройденного расстояния, который может скомпенсировать возникшую проблему. Также большую роль играет “парусность” фотона, про которую на вообще сегодня ничего не известно. Но в целом понятно, что при прочих равных этот вариант вряд ли будет лучше, чем предложенный ранее. Скорее всего даже хуже.
Часть 4. Практическая реализация: честно о трудностях.
Можно взять лазер, который светит в зеркало и многократно переотражается. Затем луч попадает в “мишень”. Можно в качестве мишени взять матрицу фотоаппарата или даже простую бумажку с насечками. Если длина оптического пути будет 30 метров, то мы в идеальном случае можем получить около 1мм смещения в сторону. Скорее всего на поверхности Земли эта величина не будет более 0.1мм, но это тоже ощутимая величина. Если луч будет переотражаться 30 раз, то общий поперечный размер составит всего 1 метр, что весьма компактно.
Здесь мы должны быть предельно откровенны. Да, эффект велик. Но его измерение упирается в главного врага - шумы.
Термическое расширение. Конструкция с оптическим путём 30 метров будет изменять длину на миллиметры при колебаниях температуры в доли градуса. Решение: массивная, стабильная конструкция из материалов с низким коэффициентом расширения, размещение в помещении со сверхстабильным тепловым режимом.
Вибрации. Любая вибрация от машин, шагов, ветра на поверхности будет вносить шум, на порядки превышающий эффект. Решение: массивный виброизолирующий фундамент, пневматические ноги, магнитный подвес.
У нас есть варианты:
1. Закрепить всю конструкцию и просто наблюдать за пятном от лазера.
2. Поместить всё на какую-то массивную вращающуюся конструкцию, где будут исключены деформации, и крутить установку, наблюдая за пятном.
Первый вариант сильно дешевле. Но дольше. А также больше подвержен разнообразным тепловым и прочим изменениям. Второй вариант дороже и эффективнее. Но дороговизна может поставить крест на подобной затее.
С другой стороны у первого варианта есть неоспоримое преимущество. Можно взять такие дешёвые установки, поставить по всему миру (буквально найти единомышленников по планете, которым можно передать точные схемы и методы обращения в единую базу данных, куда можно заносить результаты). Это исключит все индивидуальные погрешности, оставив только ценную информацию. Это не снимает проблем с защитой установки от деформаций и вибраций, но позволяет статистическими методами сгладить проблему. Если мы начинаем проводить эксперимент по всему миру, то есть нюансы:
Если условный эфирный ветер дует “сверху”, то сверху мы можем поймать уверенный эфирный ветер. Но если мы в этот момент находимся “снизу”, то эфирный ветер будет практически полностью экранирован (в рамках текущей постановки задачи). И на это нужно делать поправку. В разных точках Земного шара скорость эфирного ветра может быть существенно разной. Учитывая наш разговор об утягивании атмосферы этим эфирным ветром, можно ожидать общую составляющую вдоль Земли. Но это далеко не единственное, что мы можем обнаружить. Потому все замеры нужно делать тщательно, фиксируя внешние условия, чтобы в будущем была возможность понять причины расхождений или особых результатов некоторых измерительных приборов.
Если будут наблюдаться систематические результаты на разных установках по всему миру, это может быть существенным свидетельством, что в предложенном направлении хотя бы можно копать. А если результата не будет, то, может, и эфирного ветра нет?
Заключение.
Мы не предлагаем простого решения. Мы предлагаем путь. Это сложный, кропотливый эксперимент, требующий инженерной тщательности и международной кооперации. Но впервые за долгие годы мы имеем реалистичный, солидно обоснованный теоретически и практически выполнимый план по обнаружению эфирного ветра.
Кто готов присоединиться к этой работе?