Эфира в формировании понятия поля

В механике Ньютона тела взаимодействуют на расстоя­нии, и взаимодействие происходит мгновенно. Именно эта мгновенность передачи взаимодействий и обуславливает не­нужность какой-либо среды и утверждает принцип дальнедействия. Известно, что Декартом развивалась противоположная точка зрения на природу взаимодействий, согласно которой материя взаимодействует с материей лишь при непосредствен­ном соприкосновении. Таким агентом, передающим взаи­модействия от тела к телу, являются частички эфира. Эфир трактуется Декартом как тончайшая жидкость безграничной протяженности, существующая повсюду. Последователем Де­карта стал голландский математик и физик X. Гюйгенс. Изве­стны два альтернативных взгляда на природу света — корпуску­лярная точка зрения, отстаиваемая Ньютоном, согласно ко­торой свет — поток частиц, корпускул. И точка зрения Гюйгенса о волновой природе света, согласно которой свет — это волна, распространяющаяся в упругой механической сре­де, которая есть светоносный эфир. Наряду со светоносным эфиром для объяснения электрических свойств тел Б. Франк­лином вводится понятие электрического эфира, а Ф. Эпинусом — понятие магнитной жидкости. Как писал Кельвин: «Многие труженики и мыслители помогли выработать в XIX в. понятие «пленума» — одного и того же эфира, служащего для переноса света, теплоты, электричества и магнетизма». Тем не менее, идея абсолютного пустого пространства одерживает благодаря авторитету Ньютона победу над концепцией эфира вплоть до начала XIX в. И лишь работы Т. Юнга и О. Френеля по изучению явлений интерференции и дифракции света (яв­ления интерференции и дифракции сами по себе свидетельствуют именно о волновой природе света) приводят к возрождению концепции светоносного эфира.

Гипотеза упругих колебаний эфира на повестку дня вы­носила вопрос: неподвижен ли сам эфир или же он движется? Если он движется, то увлекается ли движущимися телами? Для спасения эфира были предприняты попытки различных ученых, которые привели к трем концепциям природы эфи­ра, высветив тем самым конкретные пути для разрешения вопроса о существовании эфира как такового. Первая из них определяла эфир как неподвижную среду, не увлекающуюся движущимися телами. Вторая гласила о полном увлечении эфира движущимися телами, вследствие чего различные слои эфира должны иметь различные скорости. И, наконец, тре­тья точка зрения, высказанная Френелем, о частичном увле­чении эфира движущимися телами. Проблемная ситуация в физической теории тотчас же стимулировала постановку экс­периментов, в ряду наиболее блистательных из которых — опыт А. Физо и опыт А. Майкельсона. Однако проблема ка­залась неразрешимой, ибо результаты опытов Физо свидетель­ствовали о частичном увлечении эфира, результаты опытов Майкельсона — о полном увлечении эфира, явление же абер­рации света указывает на то, что если эфир существует, то он неподвижен. Все точки зрения, базирующиеся на динами­ческих теориях эфира, оказались несостоятельными и были опровергнуты специальной теорией относительности Эйн­штейна, подготовив, тем не менее, необходимую почву для ее возникновения.

Хотя гипотеза эфира была устранена наукой XX в., она оставила, несомненно, важный след в формировании фи­зических понятий. Ведь принятие эфира — это, по существу, принятие точки зрения близкодействия — передачи взаимо­действия от одной точки эфира к другой, что привело в ис­следованиях М. Фарадея и Дж. Максвелла к выработке понятия поля.

У Максвелла мы находим констатацию существования поля как реальности и одновременно признание им материальной среды — эфира. Иными словами, поле он рассматривает как возбужденное состояние эфира. В дальнейшем поле как ре­альность наделяется теми же характеристиками, что и вещество, — энергией, массой, импульсом.

К началу XX в. физика изучает материю в двух ее прояв­лениях — веществе и поле. Обе эти модификации рассматри­ваются как равноправные, обе обладают такими характерис­тиками, как энергия, масса, импульс. Частицам вещества приписываются такие свойства, как дискретность, конечность числа степеней свободы, в то время как поле характеризуется непрерывностью распространения в пространстве; беско­нечным числом степеней свободы. Структура электромагнит­ного поля резюмируется в семи уравнениях Максвелла. Эти уравнения отличаются от уравнений механики. Уравнения ме­ханики применимы к областям пустого пространства, в кото­рых присутствуют частицы. Уравнения же Максвелла приме­нимы для всего пространства, независимо от того, при­сутствует ли там вещество (в том числе заряженные тела), иными словами, позволяют проследить изменения поля во времени в любой точке пространства, то есть получить урав­нение электромагнитной волны. Уравнения Максвелла по­зволяют описывать все известные электрические и магнитные явления. Исходя из своих уравнений, после ряда преобразова­ний, Максвелл устанавливает, что электромагнитные волны распространяются с той же скоростью, что и свет, и приходит к выводу о том, что свет — это электромагнитная волна, что было позднее, уже после смерти Максвелла, эксперименталь­но подтверждено Г. Герцем.

Поле возникает как развитие идеи эфира, утверждая прин­цип близкодействия, отвергая представления о пустоте, о ва­кууме. Интересно следующее обстоятельство: дальнейшая судьба этих понятий приведет к отрицанию существования эфира и свяжет представление о вакууме с наинизшим энер­гетическим состоянием уже квантованного поля (поля как совокупности виртуальных частиц). Идея же абсолютного пространства свяжется с представлением о неподвижном эфире как об абсолютной системе отсчета. Однако специальная тео­рия относительности лишит эфир его основного механическо­го свойства — абсолютного покоя. Ибо, по словам Эйнштейна, «введение «светоносного» эфира окажется измышлением, поскольку в специальной теории относительности не вводится «абсолютно покоящееся пространство», наделенное особыми свойствами». И эфир, будучи изгнан из физической теории, унесет с собой концепцию дальнодействия и концепции абсо­лютного пространства и абсолютного времени.

23. Предпосылки возникновения