Превратности эфира

 

Античность завещала свой эфир средним векам, и в европейской науке этого времени эфир рассматривался как пятая стихия: земля, вода, воздух, огонь и эфир. Ученые XVIII—XIX веков, принявшие учение об эфире как мировой среде, с самого начала оказались в очень затруднительном положении. В отличие от античных философов и средневековых схоластов, они были представителями новой науки, опирающейся на громогласно провозглашенный Френсисом Бэконом принцип экспериментальной проверки теоретических положений.

При рассмотрении различных явлений ученые приписывали эфиру разные свойства, но оставалось неясным, что же из себя представляет эфир.

У великого физика Ньютона отношения с эфиром были сложные, трудные, даже трагические. Ньютон в течение всей своей жизни то утверждал, то отрицал существование эфира как мировой среды. Анализируя многочисленные данные наблюдений движения планет, Ньютон открыл закон всемирного тяготения, согласно которому определяется сила взаимодействия небесных тел. В дальнейшем в соответствии с этим законом было экспериментально подтверждено взаимодействие тел на Земле. Закон всемирного тяготений — одна из вершин классической физики, Он — типичный классический закон дальнодействия. Но не все в этом законе удовлетворяло Ньютона- Что вне все”? Неизбежное в теории дальнодействия — мгновенное действие сил тяготения через большие расстояния, Ньютон понимал, что его законы могут иметь смысл, только если пространство обладает физической реальностью. В письме одному из своих друзей Ньютон писал:

“Мысль о том,...чтобы одно тело могло воздействовать на другое через пустоту на расстоянии, без участия чего-то такого, что переносило бы действие и силу от одного тела к другому, — представляется мне столь нелепой, что нет, как я полагаю, человека, способного мыслить философски, кому она пришла бы в голову” (105, с. 182).

В своем творчестве Ньютон систематически возвращался к этому вопросу, стремясь дать теоретическое обоснование гравитации; при этом он возлагал большие надежды на эфир и считал, что раскрытие сущности эфира позволило бы получить решение и этого важнейшего вопроса. Эфир был нужен и полезен теории Ньютона. Но, придерживаясь принципа точных наблюдений и строгих экспериментов и не имея возможности доказать существование эфира, Ньютон предупреждает, что при изложении гипотезы эфира будет “иногда говорить о ней так, как будто бы я ее принял и верю в нее”, однако всего лишь “во избежание многословия и для более ясного представления” (69, с. 31).

В 1679 году Ньютон в письме великому физику Роберту Бойлю излагает свое предположение о некоем вездесущем тонком веществе по имени “эфир”. Оно имеет разную плотность, состоит из частиц “тонких”, причем тонких в разной степени. Чем ближе тело (любое) к центру тяготения, тем все более тонкие частицы эфира заполняют поры этого тела, вытесняя из них эфирные частицы более крупные, более грубые. Такое движение эфира и заставляет тело стремиться к центру тяготения, вызывая падение тела на Землю.

Однако в первом издании генерального труда о всемирном тяготении (хотя и не только о нем), в “Математических началах натуральной философии”, вышедшем в свет в 1687 году, всякое предположение об эфире отсутствует. Но во втором издании этого труда в 1713 году Ньютон уделяет серьезное внимание “некоторому тончайшему эфиру, проникающему во все сплошные тела и в них содержащемуся, коего силою и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются, наэлектризованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, передаваясь именно колебаниями этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам” (69, с. 32).

В течение своей долгой и плодотворной жизни великий ученый менял свои позиции многократно. Время от времени Ньютон просто замечал, что об эфире ничего достоверно неизвестно, неизвестно даже, есть он или нет, и потому не желает он, Ньютон, даже мнения своего высказывать по этой проблеме! А потом все-таки снова и снова высказывает мнение, и оно то за существование эфирa, то против него.

Кандидат физико-математических наук С. Смирнов, специально изучавший проблему сложных отношений Ньютона с эфиром, пришел к разрешению этой загадки благодаря существованию воспоминаний друзей Ньютона. и выяснилась удивительная вещь: Ньютон не только верил в Бога — вездесущего и всемогущего, но и не мог представить его себе иначе, чем в виде особой субстанции, пронизывающей все пространство и регулирующей все силы взаимодействия между телами, а тем самым — все движения тел, все, что происходит в мире. То есть Бог — это и есть эфир! С точки зрения церкви — это ересь, И вот Ньютон (добрый христианин и добрый физик) не смеет писать об этом своем убеждении, а только иногда проговаривается в дружеских беседах (69, с- 34).

Интуиция никогда не подводила Ньютона. Не подвела она и с эфиром.

 

Особая материальная субстанция, пронизывающая все пространство и регулирующая ВСЕ силы взаимодействия, правда, существенно отличающаяся от того эфира, который представляли во времена Ньютона, была обнаружена учеными XX века, исследована и названа физическим вакуумом.

 

Авторитет Ньютона прибавил авторитета и эфиру. Современники и потомки обратили гораздо больше внимания на те высказывания великого физика, которые утверждали существование эфира, чем на другие, ставившие это существование под сомнение.

Под понятие ”эфир” стали подводить все, что, как мы теперь знаем, вызывается гравитационными и электромагнитными силами. Но поскольку другие фундаментальные силы мира до возникновения атомной физики практически не изучались, то с помощью эфира брались объяснять любые явления и любой процесс.

Особенно возрос интерес к эфиру после открытия электромагнитного поля. Вот где особая упругая среда казалась незаменимой для последовательного преобразования электрических и магнитных полей одно в другое, Искусный теоретик электромагнитных волн Д. Максвелл в своих построениях словно воочию видел возникающие при этом натяжения эфира. Что-то вроде поля упругих сил, действующих в деформированном растянутом или сжатом куске резины.

Эфир должен был обеспечивать действие закона всемирного тяготения; эфир оказывался средой, по которой идут световые волны; эфир нес ответственность за все проявления электромагнитных сил; да вообще ответы на почти все загадки природы: физические, химические, биологические — требовалось найти именно в эфире. Для одновременного выполнения всех этих функции ему надлежало обладать весьма разными и часто слишком противоречивыми свойствами.

Например, бурное развитие волновой теории света заставило наделить эфир просто фантастическими свойствами. Когда англичанин Томас Юнг и француз Оггостен Френель пришли к выводу, что свет представляет собой не продольные, а поперечные колебания, им было трудно осмыслить результат как реальный. Чтобы обеспечить движение поперечных световых волн со скоростью, определенной достаточно точно еще в XVII веке, эфир должен был обладать фантастической упругостью, Большей, чем самая упругая сталь. Упругость же — свойство, прежде всего, твердого тела, да и то не всякого, В то же время эфир должен быть для света прозрачнее, чем любой газ, и не должен мешать движению звезд и планет.

Каждое новое достижение волновой теории света заставляло наделять эфир все новыми и новыми свойствами. Это — с одной стороны, а с другой — не было и экспериментов, которые позволили бы отрицать эфир. Постепенно, однако, объяснения световых явлений на основе эфирной гипотезы стали выглядеть все более искусственными. Стало складываться убеждение о несовершенстве основ классической физики. С целью выхода из кризиса был взят курс на разработку специальной физики — физики больших скоростей, близких к скорости света (релятивистская физика).

В первую очередь следовало проверить действенность основных положений классической физики при световых и околосветовых скоростях.

Классическая физика базируется на трех законах Ньютона, причем все законы вытекают как частный случай из законов общей теории. Классическая физика, таким образом, представляет собой пример великолепно разработанной теории, детали и общие принципы которой не претерпевают никаких изменений или исправлений уже несколько столетий.

В основе классической физики лежит абсолютность пространства и времени, согласно которой ход времени (длительность его единицы, например, секунды) и размер тела (величина единицы длины, например, метра) неизменны в любых системах отсчета и не зависят от того, покоится система отсчета или движется каким-либо образом.

Важнейшей основой классической физики является также принцип относительности Галилея, утверждающий, что опыты, проводящиеся в неподвижной системе, и такие же опыты, проводящиеся в системе, движущейся равномерно и прямолинейно, дадут одинаковые результаты, то есть все законы механики сохраняются для любых инерциальных систем отсчета. Инерциальные системы отсчета — системы, свободные от внешних воздействий и которые, следовательно, движутся равномерно прямолинейно или находятся в состоянии покоя (18,с.220).

И, наконец, к основным положениям классической физики относится правило сложения скоростей: если источник движения, сообщающий телу скорость или среда. в которой тело движется со скоростью U, имеют в том же направлении скорость V относительно неподвижного наблюдателя, то скорость тела W относительно этого наблюдателя определяется правилом сложения скоростей, согласно которому W = V + U (20, с. 24).