Эфир по а. эйнштейну и эфир по а. майкельсону

Введение

Отрицание эфира окончилось неудачей. Сам Эйнштейн в 1920 г. вновь признал его существование [1].
Опыт Майкельсона по обнаружению влияния скорости Земли относительно покоящегося эфира, явился причиной бурных дискуссий относительно эфира в конце XIX – начале XX вв. Эти дискуссии завершены, но окончательного ответа на этот вопрос они не дали. Единственное, что можно достоверно утверждать, так это то, что слово «эфир» вышло из употребления в физическом смысле, но физики не смогли изгнать светопроводящую субстанцию, которую стали назвать «вакуум». Постепенно вакуум стал вновь отвоевывать многие из тех свойств, которые отрицались за эфиром.
Поэтому не столь важно, как называть светопроводящую среду, сколько определить, какие свойства можно достоверно признать, а какие – отрицать за этой средой, а о каких свойствах мы не можем сказать, следует ли их признавать или отрицать.
И Майкельсон и Эйнштейн признавали за эфиром некоторую жесткость, ссылаясь на то, что он передает световые волны, которые являются поперечными. Видимо, это все же глубокое заблуждение.
Майкельсон высказывает два варианта: либо эфир описывается очень большой жесткостью, либо наоборот очень высокой проницаемостью. Только в этом случае скорость света может быть столь высокой, каковой она в действительности является.
Далее Майкельсон, отмечает, что световые волны – поперечные, а науке известен только один способ распространения поперечных волн, а именно: в жесткой среде. На этом основании Майкельсон полагает, что эфир – скорее жесткая конструкция, чем проницаемая среда. Однако, эта жесткость, по его мнению, касается только быстрых перемещений, и не затрагивает медленные перемещения. Он проводит аналогию с сапожным варом, который проявляет жесткость при ударах, но пластичен при длительном воздействии.
Майкельсон при этом выпускает из виду, что свойством поляризации может обладать сама волна в силу способа, каковым она распространяется в пространстве. А именно: электрические колебания в одной плоскости вызывают магнитные колебания в ортогональной плоскости, которые, в свою очередь, вызывают новые электрические колебания в плоскости, ортогональной магнитным, то есть в той же плоскости, в которой были колебания, породившие эти магнитные колебания.  Таким образом, электромагнитные колебания сами несут свой признак поляризации, и для сохранения этого признака им вовсе не требуется жесткость эфира. В этом случае проницаемость эфира для твердых тел никак не противоречит его способности передавать поляризованные волны.
Далее: жесткая конструкция, передавая поперечные волны, распространяет их по всей конструкции. Приводимый в качестве примера жесткий стержень, который передает кручение, в отличие от водяного столба, передает его во все элементы своего тела. Тогда как свет распространяется локально, в самой непосредственной близости от светового луча может быть полная темнота, если в луче нет частиц, которые бы рассеивали часть света в окружающее пространство. Возможность локального распространения света должна нас убедить, что вакуум – именно среда с высокой степенью проницаемости, а не с большой жесткостью.
Кроме того, Майкельсон в некотором смысле отождествляет такие свойства эфира, как проницаемость и упругость, по отношению к электромагнитным колебаниям и по отношению к твердым телам (в частности, нейтральным). Оснований для этого нет. Мы знаем, в частности, что стекло не проницаемо для твердых тел, но проницаемо для света. Некоторые вещества проницаемы для электромагнитных полей только определенного диапазона, и не проницаемы для аналогичных полей другого частотного диапазона. Нет оснований для уверенности, что эфир не  может обладать одними свойствами по отношению к электромагнитным волнам и иными свойствами по отношению к нейтральным телам.
Еще одна ошибка состоит в том, что в качестве критерия проницаемости берется скорость. Майкельсон отмечает, что все известные нам тела, включая астрономические, движутся сквозь эфир без сколько-нибудь заметного сопротивления с его стороны, подразумевая, что следует противопоставить этому мнение, что электромагнитные колебания встречают известное сопротивление со стороны среды. Здесь, он, видимо, ошибочно связывает это кажущееся различие с различием в скоростях тел, а не с различием в ускорениях. Вместе с тем, распространение световых волн он связывает с большой скоростью. Но в чем же причина большой скорости? Откуда она берётся, кто ее порождает? Разве не эфир – ответственен за большую скорость распространения света? Ведь не источник света движется с большой скоростью, а сам свет. Получается парадокс: скорость света велика, потому что эфир препятствует движению с большой скоростью!? Жесткий стержень быстро передает на расстояние даже малые перемещения: большая скорость передачи связана с жесткостью конструкции. Будь эти перемещения медленными, скорость распространения их вдоль стержня все равно была бы высока.
Правильнее было бы рассмотреть не скорость, а ускорение. Эфир вовсе не препятствует движению со сколь угодно высокой скоростью. Во всяком случае, нам не известны такие значения скорости, чтобы мы могли достоверно утверждать, что они недостижимы именно вследствие препятствий со стороны эфира. Но эфир препятствует даже самым малым ускорениям, и чем больше ускорение, тем чувствительнее это препятствие. Ускорение заряженной частицы или магнита порождает электрическое или (и) магнитное поле, препятствующее этому ускорению. Ускорение тяжелого объекта, по-видимому, порождает совершенно аналогичным образом гравитационное возмущение, препятствующее этому ускорению, что порождает свойство тел, называемое инерционностью. Аналогично тому, как инерционность тяжелых тел описывается массой, дополнительную инерционность заряженных частиц и магнитов можно описать дополнительной долей массы, а сумму этих масс – эффективной массой частицы или тела. Носители электромагнитных колебаний в пространстве (если таковые существуют), по-видимому, обладают только электромагнитной массой, причем, очень малой величины, и, вероятно, поэтому вакуум – весьма проницаемая среда.
 Распространение волн в упругой среде в известных нам моделях, кроме электромагнитных волн, связано с тем, что среда препятствует изменению статического положения своих частей. Пытаясь восполнить возникший дефицит вещества или заряда, из окрестностей среды в эту брешь направляются носители вещества или заряда. Это движение носит неустойчивый, колебательный характер. То есть скорость перемещения носителей высока в сравнении с запаздыванием сил, вызывающих это движение. Это – причина неустойчивости движения, колебательного процесса. Если бы вакуум был очень жесткой средой, то колебания передавались бы во всех направлениях, причем, поперечные колебания в направлении, скажем, оси X, бы связаны с колебаниями, которые в  направлении одной из осей Y или Z были бы продольными.

1. Эфир по Эйнштейну

Речь на тему «Эфир и теория относительности», произнесенная 5 мая 1920 г. в Лейденском университете по поводу избрания Эйнштейна почетным профессором этого университета [1], видимо может служить декларацией взглядов этого ученого на данную проблему.
Эйнштейн дает краткий экскурс в историю проблемы, а затем излагает собственные взгляды.

1. 1. Эйнштейн о твердом эфире
«Каким образом у физиков … создалось представление о существовании некоторой другой материи - эфира? Конечно, в ее основу легли явления, которые породили теорию дальнодействия, и свойства света, которые привели к волновой теории света».

«Как можно сохранить единообразие в понимании сил природы? Можно, … сделать и другое предположение, а именно, что ньютоновская сила лишь представляется нам силой, действующей на расстоянии, а что в действительности она передается или посредством движений или путем деформации в среде, заполняющей пространство. Таким образом, стремление к единообразию в понимании природы сил приводит к гипотезе об эфире».

«Гипотеза об эфире приобрела новую поддержку в первой половине XIX столетия, когда стало очевидным глубокое сходство между свойствами света и свойствами упругих волн в материальных телах. Стало несомненным, что свет можно представить себе как колебательный процесс в упругой среде, обладающей инертной массой и заполняющей Вселенную. Далее, из явления поляризации света с необходимостью вытекало, что эта среда - эфир - должна быть подобна твердому телу, поскольку только в твердом теле, но не в жидкости, возможны поперечные колебания. Таким образом пришли к теории «квазиупругого» светового эфира, частицы которого могут совершать лишь небольшие деформационные движения, соответствующие световым волнам».

Замечание 1. Выше я уже отметил, почему гипотеза «твердого» эфира ошибочна. (В.Ж.)

«Эта теория, называемая также теорией неподвижного эфира, в дальнейшем нашла сильную поддержку в опыте Физо, из которого можно было заключить, что эфир не принимает участия в движении тел. Опыт Физо является фундаментальным и для специальной теории относительности. Явление аберрации света точно так же говорило в пользу теории квазитвердого эфира».

Замечание 2. См. замечание об опыте Физо в конце данной статьи. (В.Ж.)

1. 2. Эйнштейн о запутанном состоянии в вопросе об эфире

Эйнштейн: «Развитие теории электричества по пути, указанному Максвеллом и Лоренцом, привело к своеобразному и неожиданному повороту в развитии наших представлений об эфире. Правда, для самого Максвелла эфир все еще обладал чисто механическими, хотя и более сложными, чем у твердого тела, свойствами. Но ни самому Максвеллу, ни его последователям не удалось построить такую механическую модель эфира, которая давала бы удовлетворительное истолкование максвелловских законов электромагнитного поля. Законы эти - ясны и просты; механистическое истолкование их - неуклюже и непоследовательно».

«Почти незаметно для себя физики-теоретики примирились с таким запутанным с точки зрения их механистической программы положением дела; особенно способствовали этому электродинамические исследования Г. Герца. Действительно, вначале они требовали от всякой законченной теории, чтобы она исходила исключительно из механических понятий (например, плотность, скорость, деформация, давление), а затем постепенно привыкли наряду с механическими понятиями допускать в качестве основных понятий напряженности электрических и магнитных полей, не требуя механистического истолкования. Таким образом, физики постепенно отказались от чисто механического воззрения на природу. Однако такой поворот привел к невыносимому дуализму в основных положениях».
«Еще у Герца этот дуализм ничем не был смягчен. У него материя выступала носителем не только скоростей, кинетической энергии и давлений, но и электромагнитных полей. Так как эти поля могут существовать также и в пустоте, т. е. в свободном эфире, то и эфир считался также носителем электромагнитных полей, совершенно подобным и родственным весомой материи. Эфир, находящийся внутри материальных тел, принимает участие в их движении; эфир в пустоте всюду имеет такую скорость, что она во всем пространстве распределена непрерывно. Эфир Герца ничем существенно не отличается от весомой материи (частично состоящей из эфира)».

«Теория Герца не только страдала тем недостатком, что приписывала материи и эфиру, с одной стороны, механические, а с другой — электрические состояния, которые немыслимо связать между собой; она, кроме того, противоречила результату важного опыта Физо относительно скорости распространения света в движущихся жидкостях, а также и другим не вызывавшим сомнения опытным данным».

Замечание 3. Из контекста речи не ясно, в чем теория Герца состояла и почему она противоречила опыту Физо. Критика теории Герца, видимо, имеет лишь историческое, но не научное значение, поскольку развития эта теория не получила и далее, по-видимому, не обсуждалась (В.Ж.)

Эйнштейн: «Таково было положение дела, когда выступил Г. А. Лоренц. Он привел теорию к согласию с опытом, начав с удивительного упрощения основных теоретических положений. Он достиг этого важнейшего со времени Максвелла успеха тем, что лишил эфир его механических, а материю - ее электрических свойств. Как в пустоте, так и внутри материальных тел носителем электромагнитных полей является только эфир, но не материя, которую мы представляем раздробленной на атомы».

Замечание 4. Коль скоро сам Эйнштейн сделал такое замечание, не ясно, почему же он сам не отказался от рассмотрения результата опыта Физо в контексте того, что отнюдь не вещество в жидкости ответственно за распространение света в ней, а пространство между атомами вещества, то есть опять-таки атом. См. примечание в конце данной статьи. (В.Ж.)

1. 3. Эйнштейн об эфире Лоренца и об эфире Эйнштейна

Эйнштейн: «По теории Лоренца, движутся одни только элементарные частицы материи; их электромагнитное действие обусловлено лишь тем, что они несут электрические заряды. Таким образом, Лоренцу удалось описать все электромагнитные явления на основе уравнений поля, установленных Максвеллом для пустоты».
«Что касается механической природы лоренцова эфира, то в шутку можно сказать, что Г.А. Лоренц оставил ему лишь одно механическое свойство - неподвижность. К этому можно добавить, что все изменение, которое внесла специальная теория относительности в концепцию эфира, состояло в лишении эфира и последнего его механического свойства. Сейчас мы поясним, как это следует понимать».

Замечание 5. Здесь начинается важная сторона обсуждения, поскольку сам Эйнштейн не вполне отдавал себе отчет в тех особенностях, которые отличают его теорию от теории Лоренца. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Теория электромагнитного поля Максвелла - Лоренца послужила моделью для теории пространства и времени и кинематики специальной теории относительности. Таким образом, теория Максвелла - Лоренца удовлетворяет условиям специальной теории относительности; но с точки зрения последней она приобретает новый вид».

Замечание 6. Сказанное верно лишь в отношении формы записи уравнений, но совершенно неверно в отношении вкладываемого в эти соотношения смысла. Вследствие этого и рассчитанные результаты по этим соотношениям  совершенно отличаются. (В.Ж.)

 Эйнштейн: «Пусть K - некоторая координатная система, относительно которой эфир Лоренца покоится; тогда уравнения Максвелла - Лоренца будут справедливы прежде всего относительно К. Но, согласно специальной теории относительности, те же самые уравнения в совершенно неизменном виде будут справедливы и относительно всякой другой координатной системы К', движущейся равномерно и прямолинейно относительно системы К. Теперь невольно возникает вопрос: почему мы должны приписывать системе К, в отличие от физически совершенно подобной ей системы К', то свойство, что эфир относительно K неподвижен? Такая асимметрия теоретического построения, совершенно не опирающаяся ни на какую асимметрию опытных данных, недопустима.

Замечание 7. Согласно теории Лоренца те же уравнения справедливы относительно совершенно других величин в других системах, которые, однако, воспринимаются в этих системах с искажением. В этом случае подразумевается существование одной единственной системы, в которой реальные размеры покоящихся тел не подвержены сжатию вследствие эфирного ветра. Во всех остальных системах отчета предполагается сжатие твердых тел вследствие «эфирного ветра», а также изменение темпа хода часов и изменение воспринимаемых масс. При пересчете указанных величин из одной движущейся системы в другую должны приниматься в расчет истинные скорости этих систем относительно эфира. В этом случае покоящаяся система имеет фундаментальное значение, даже в том случае, если бы не нашлось эксперимента, позволяющего отличить покой от движения. В этой теории понятие «инерциальные системы» вполне оправдано, поскольку сохраняется объективные понятия скорости, времени и длины. Следовательно, можно, хотя бы теоретически, определить инерциальные системы как движущиеся равномерно прямолинейно относительно покоящейся системы. Обратный переход из движущейся системы в покоящуюся систему дает увеличение длины. Следовательно, в теории Лоренца сохраняется однозначность преобразования. В теории относительности каждый переход в другую систему дает только сокращение размеров, увеличение массы и замедление времени. Если по теории Лоренца наблюдатель в покоящейся системе не ошибается по поводу изменений пространственных и временных мер в других системах, вызванных их движением, а наблюдатели в других системах ошибаются, то, согласно теории Эйнштейна, каждый наблюдатель будет утверждать сокращение длин всех остальных систем, и при этом, каждый наблюдатель будет объективно прав. 
Необходимо также ответить на поставленный вопрос. Почему мы должны приписывать одной системе неподвижность эфира? Ответ прост: потому что если эфир существует, то он может покоиться только в одной системе. Этот ответ не имеет ничего общего с нашими возможностями отличить покой от движения. Если человек слеп, это не доказывает отсутствия света. Если с помощью деревянных инструментов нельзя обнаружить магнитного поля, это не доказывает его отсутствия. Если при этом мы можем предполагать любую величину освещенности или магнитного поля в некотором пространстве, из этого не следует, что любое утверждение относительно этих величин будет верным.
Утверждение, что «такое асимметрическое построение» не опирается ни на какую асимметрию опыта ошибочно в корне. Всякий опыт утверждает, что для каждого класса задач выбор покоящейся системы может быть осуществлен единственным и естественным способом, причем для этого выбора совершенно не нужно никакое тело «большой массы», как это сделано в теории относительности. Более естественным было бы привязать систему отсчета к центру масс всех объектов, рассматриваемых в каждой конкретной задаче. Но в этом случае мы невольно пользуемся покоящейся сеткой в пространстве, с корой отождествляем абсолютный покой. В частности, полное описание движения планет в солнечной системе требует признать, что и Солнце должно совершать некоторые колебательные движения, отслеживая изменение центра масс всех планет солнечной системы. Следовательно, центр массы Солнца не совпадает с центром масс солнечной системы. Следовательно, Солнце как самое тяжелое тело в Солнечной системе все же не годится для того, чтобы к нему привязать систему отсчета, если расчет движений требует особо высокой точности. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Мне кажется неприемлемой (хотя логически и не вполне ложной) физическая равноценность систем K и K' при одновременном допущении, что эфир покоится относительно системы K и движется относительно системы К'».

Замечание 8. На этот счет можно серьёзно возразить. Физическая равноценность систем отнюдь не доказана. Реально лишь доказано постоянство интерферометрической картины при вращении интерферометра вокруг своей оси, вопреки сделанному допущению, что такое вращение должно вызвать эти перемещения. Однако можно строго показать, что это постоянство интерферометрической картины не только не противоречит предположению о постоянстве скорости света в единственной покоящейся системе, но и прямо следует из этого предположения. Причина этого состоит в том, что за интерферометрическую картину отвечает не скорость распространения света как такового, а скорость распространения в пространстве равной фазы света. Эта скорость оказывается инвариантной к «эфирному ветру», даже в предположении его допущения, что следует из соединения двух компенсирующих друг друга эффектов: изменения скорости распространения света и изменения частоты света вследствие эффекта Доплера. Мной это строго показано в другой статье. Нелогичность утверждения Эйнштейна следует из такого простого сравнения. Если взять классическую механику Ньютона, то движения всех механических тел одинаково корректно описываются как в покоящейся системе, так и в любой движущейся инерциальной системе. Это отнюдь не служит основанием для того, чтобы утверждать, что равноценность этих систем в указанном смысле логически невозможна. Эта равноценность не только логически возможна, но она и выводится и доказывается логически как следствие законов Ньютона. Вместе с тем неэквивалентны в смысле законов движения покоящаяся система и система, связанная с вращающимся телом. Как можно было бы определить вращение, если бы не было объективного понятия «покой»? (В.Ж.)

1. 4. Эйнштейн, отрицающий эфир

Эйнштейн: «В этом вопросе можно встать на следующую точку зрения. Эфира вообще не существует».

Замечание 9. Если бы эфира не существовало, и если бы было справедливо, что скорость света всегда постоянна в системе, связанной с телом большой массы, то в предположении существования единственного тела большой массы, изолированного от всех других тел, невозможно было бы сказать, вращается ли оно, или покоится. В случае покоя свет должен расходится от тела в направлении радиуса. Если же тело вращается, то в системе, связанной с телом, лучи должны иметь форму спиралей. Мы, однако, знаем, что вращение выявляется в опыте с маятником Фуко и проявляется эффектом силы Кориолиса. Следовательно, вращение или покой – это объективное свойство, которое отличает одно тело от другого. В предположении отсутствия эфира, однако, не ясно, что служит причиной того, что вращение принципиально отличается от покоя, а также не ясно, почему, если тело вращается, лучи света всё же сохраняют некоторую инерционность своего движения именно относительно пространства, а не относительно этого тела, поскольку вся инерционность в теории относительности сосредоточена во взаимодействующих телах, а не в свойствах пространства.  (В.Ж.)

Эйнштейн: «Электромагнитные поля представляют собой не состояния некоторой среды, а самостоятельно существующие реальности, которые нельзя свести к чему-либо другому и которые, подобно атомам весомой материи, не связаны ни с какими носителями».

Замечание 10. Реальность, не связанную с какими-либо носителями, а также не связанную с пространством, которая, тем не менее, распространяется в пространстве с вполне реальной скоростью, представить нельзя. Однако скорость света в пространстве реальна и не зависит от выбранной системы координат. Представим себе телескоп, в который мы наблюдаем удаленный астрономический объект. В силу движений Земли телескоп совершает движения относительно этого объекта. Согласно теории относительности, в системе, связанной с телескопом, расстояние до этого астрономического объекта модулируется с периодом, равным периоду вращения Земли, и скорость света от этого объекта также подлежит периодическому изменению. Здравый смысл, однако, подсказывает нам, что ни скорость, ни расстояние не может изменяться в зависимости от движений Земли (если пренебречь приращениями этого расстояния вследствие перемещения Земли). Мы не можем приблизить объект, как бы мы ни разгонялись относительно него. Причина этого состоит в том, что пространство и скорость света в нем объективны и не зависят от нашего желания, от выбора системы координат. Основания для постулатов теории относительности, утверждающие постоянство скорости света в каждой системе координат, ошибочные, поскольку в различных системах сравнивалась не скорость распространения света, а интерферометрические соотношения, определяемые фазовой скоростью света, что далеко не одно и то же. (В.Ж.)
1. 5. Эйнштейн, признающий эфир

 Эйнштейн: … «Между тем ближайшее рассмотрение показывает, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира. Можно принять существование эфира; не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определенное состояние движения; иначе говоря, абстрагируясь, нужно отнять у него последний механический признак, который ему еще оставил Лоренц. Позднее мы увидим, что общая теория относительности оправдывает такое представление…».

Замечание 11. Как видим, автор теории относительности возвращает понятие эфира. (В.Ж.)

Эйнштейн: … «Путем расширения понятия физического объекта можно представить себе такие объекты, к которым нельзя применить понятие движения. Эти объекты нельзя мыслить состоящими из частиц, поведение каждой из которых поддается исследованию во времени. На языке Минковского надо сказать так: не всякое образование, заполняющее четырехмерное пространство, можно представить себе состоящим из мировых линий. Специальная теория относительности запрещает считать эфир состоящим из частиц, поведение которых во времени можно наблюдать, но гипотеза о существовании эфира не противоречит специальной теории относительности. Не следует только приписывать эфиру состояние движения».

Замечание 12. Эйнштейн, возможно, понимал, что изгнание понятия эфира означает изгнание причины объективности мер длины и времени в пространстве. Так или иначе, он не мог обойтись без этого понятия. Однако он упорствует в стремлении изгнать понятие покой. Основания для этого весьма шаткие. Мало того: это ему также не удалось. В результате дальнейшего развития понятие покоя также было возвращено и легализовано. Таким образом, единственное, что осталось изгнанным и не вернулось, это логика и здравый смысл. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Очевидно, с точки зрения специальной теории относительности гипотеза об эфире лишена содержания. В уравнения электромагнитного поля входят, кроме плотности электрических зарядов, только напряженности поля. Электромагнитные явления в пустоте вполне определяются содержащимися в этих уравнениях законами, независимо от других физических величин. Электромагнитное поле является первичной, ни к чему не сводимой реальностью, и поэтому совершенно излишне постулировать еще и существование однородного изотропного эфира и представлять себе поле как состояние этого эфира».

Замечание 13. Других вариантов представить себе поле как объективную реальность, по-видимому, не существует. Вместе с тем поле – это, всё же объективная реальность. Напряженность электрическая и магнитная имеет смысл в пространстве и времени, если это – напряженность некоторой реальности: эфира, вакуума. Напряженность сама по себе, не связанная объективно даже с пространством и временем – это невозможная конструкция, которая не может быть реальностью. (В.Ж.)

Эйнштейн: «С другой стороны, можно привести некоторый важный аргумент в пользу гипотезы об эфире. Отрицать эфир - это в конечном счете значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физических свойств. С таким воззрением не согласуются основные факты механики».

Замечание 14. Это очень важное признание автора под давлением «улик». (В.Ж.)

Эйнштейн: «В самом деле, механическое поведение некоторой свободно движущейся в пустом пространстве системы тел зависит не только от относительных положений (расстояний) и относительных скоростей этих тел, но и от состояний вращения, которое невозможно охарактеризовать каким-либо признаком, относящимся к системе. Чтобы можно было рассматривать вращение системы, по крайней мере формально, как нечто реальное, Ньютон объективизирует пространство. Тем, что он причисляет свое абсолютное пространство к реальным вещам, он принимает и вращение относительно абсолютного пространства как нечто реальное. Ньютон мог бы с полным правом назвать свое абсолютное пространство «эфиром»; ведь для того, чтобы смотреть на ускорение или вращение как на нечто реальное, существенно только наряду с наблюдаемыми объектами считать еще реальной некоторую другую чувственно невоспринимаемую вещь».

Замечание 15. Это следует принять во внимание. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Правда, Мах пытался избежать необходимости принимать за реально существующее нечто недоступное наблюдению, когда в механике вместо ускорения относительно абсолютного пространства вводилось среднее ускорение относительно всей совокупности масс в мире. Но инерция в случае ускорения относительно далеких масс предполагает прямое действие на расстоянии. Так как современный физик уверен в возможности обойтись без него, то он при подобном способе рассмотрения вновь приходит к эфиру, который должен явиться средой, передающей инерцию. Но такое представление об эфире, приводящее к маховскому способу рассмотрения, существенно отличается от представлений об эфире Ньютона, Френеля и Г. А. Лоренца. Эфир Маха не только обусловливает поведение инертных масс; состояние самого эфира зависит от инертных масс».

Замечание 16. Это вполне закономерно. Коль скоро эфир передает волны, то объекты, вызывающие эти волны должны иметь возможность взаимодействовать с эфиром. Поскольку существуют не только электромагнитные взаимодействия на расстоянии, но и гравитационные, то либо мы должны вводить два независимых эфира, либо допустить существование хотя бы одного. Согласно принципу, известному как «бритва Оккама», нет необходимости допускать два объяснения, когда достаточно одного. Поэтому следует предположить, что один и тот же эфир передает как электромагнитные возмущения, таки гравитационные силы. Эфир, передающий гравитационные силы, должен иметь возможность взаимодействовать с гравитационными массами, изменяя локально свои свойства под действием изменений этих масс, и порождая, таким образом, гравитационные волны. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Мысль Маха находит свое полное развитие в эфире общей теории относительности».

Замечание 17. Строго говоря, не всё, что сказано позже, является развитием того, что сказано раньше. Наряду с прогрессом мысли могут быть и ложные движения её в тупиковом направлении. Однако, всякое движение, как правило, на первом этапе воспринимается как движение вперед и выходом из тупика. Мы же не должны поддаваться личному обаянию автора теории относительности, и судить исключительно с позиции логики и соответствия дальнейшему развитию знаний в этой области. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Согласно этой теории, метрические свойства пространственно-временного континуума в окрестности отдельных пространственно-временных точек различны и зависят от распределения материи вне рассматриваемой области. Представление о физически пустом пространстве окончательно устраняется такой пространственно-временной изменяемостью масштабов и часов; соответственно, признание того факта, что «пустое пространство» в физическом отношении не является однородным и изотропным, вынуждает нас описывать его состояние с помощью десяти функций - гравитационных потенциалов gμν. Но, таким образом, и понятие эфира снова приобретает определенное содержание, которое совершенно отлично от содержания понятия эфира механической теории света. Эфир общей теории относительности есть среда, сама по себе лишенная всех механических и кинематических свойств, но в то же время определяющая  механические  (и  электромагнитные)  процессы».

Замечание 18. Эту формулировку, видимо, следует считать ответом на вопрос, что такое эфир в представлении теории относительности. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Эфир общей теории относительности принципиально отличается от эфира Лоренца тем, что его состояние в любом месте динамически определяется с помощью дифференциальных уравнений материей и состоянием эфира в соседних точках, в то время как состояние эфира Лоренца в случае отсутствия электромагнитных полей ни от чего, кроме самого эфира, не зависит и всюду одно и то же».

Замечание 19. Вот почему теорию относительности нельзя считать развитием теории Лоренца, а следует признать совершенно иной теорией, не смотря на сходство уравнений. Это показывает ошибочность ранее приведенного утверждения Эйнштейна, что «теория Максвелла - Лоренца удовлетворяет условиям специальной теории относительности; но с точки зрения последней она приобретает новый вид». Речь идет не о новом виде прежней теории, а о совершенно иной теории, в корне иной.  (В.Ж.)

Эйнштейн: «Мысленно можно превратить эфир общей теории относительности в эфир Лоренца, если заменить все описывающие его функции пространственных координат постоянными и не обращать внимания на причины, обусловливающие его состояние. Можно сказать еще и так: эфир общей теории относительности мы получаем из эфира Лоренца, релятивируя последний».

Замечание 20. Надеюсь, что сам автор этого высказывания отдавал себе отчет в том, что он имеет в виду. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Нам пока еще не ясно, какую  роль новый эфир призван играть в картине мира будущего. Мы знаем, что он определяет метрические соотношения   в   пространственно-временном   континууме,   например,   возможные конфигурации твердых тел или различные гравитационные поля, но мы не знаем, участвует ли он в построении элементарных электрических частиц, образующих материю».

Замечание 21. Как видим, эфир – это не просто реальность, а активно действующая реальность. Это, образно говоря, не талисман и не запасной игрок в физике, а один из основных игроков. Те, кто утверждали бы, что Эйнштейн изгнал эфир из физики, должны вчитаться в процитированную фразу внимательнейшим образом. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Мы не знаем также, отличается ли его структура от структуры эфира Лоренца только вблизи весомых масс, применима ли эвклидова геометрия к пространственным областям космических размеров. Но мы можем, основываясь на уравнениях тяготения теории относительности, утверждать, что в пространственных областях космических размеров только тогда могут быть отклонения от эвклидовой геометрии, когда во Вселенной будет существовать хотя бы весьма малая положительная средняя плотность материи. В этом случае мир с необходимостью должен быть пространственно замкнутым и конечным, определяемым величиной упомянутой выше  средней   плотности».

Замечание 22. Здесь, пожалуй, Эйнштейн позволяет себе чересчур категорические утверждения в той области, о которой достоверно никто ничего не может знать. О том, о чем невозможно знать, предпочтительно либо не рассуждать, либо предполагать его мало отличающимся от того, что можно предположить на основании того, что известно достоверно. Как говорится, трудно представить себе бесконечную Вселенную, но мы вынуждены  представлять ее именно такой, поскольку представить себе конечную Вселенную попросту невозможно. Утверждение о замкнутой Вселенной – это один из коньков современных космологов, которое, тем не менее, не имеет под собой никаких оснований. (В.Ж.)

Эйнштейн: «Если мы будем с точки зрения гипотезы о существовании эфира рассматривать гравитационное и электромагнитное поля, то мы заметим замечательную принципиальную разницу между ними. Не может быть пространства, а также и части пространства без потенциалов тяготения; последние сообщают ему метрические свойства - без них оно вообще немыслимо. Существование гравитационного поля непосредственно связано с существованием пространства. Напротив, очень легко представить себе любую часть пространства без электромагнитного поля; в противоположность гравитационному полю поле электромагнитное каким-то образом лишь вторично связано с эфиром, причем природа электромагнитного поля вовсе не определяется природой эфира поля тяготения. При современном состоянии теории кажется, что электромагнитное поле в отличие от гравитационного поля определяется совершенно другой формальной причиной; как будто бы природа могла наделить гравитационный эфир вместо полей типа электромагнитного поля, также и полями совершенно другого типа, например скалярными.
Так как, по нашим современным воззрениям, и элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля, то, следовательно, в нашей современной картине мира существуют две совершенно различные по содержанию реальности, хотя и связанные между собой причинно, а именно, гравитационный эфир и электромагнитное поле; их можно назвать пространством и материей.
Естественно, что большим шагом вперед было бы объединение в одну общую картину гравитационного и электромагнитного полей. Тогда была бы достойно завершена эпоха теоретической физики, начатая Фарадеем и Максвеллом; сгладилась бы противоположность между эфиром и материей, и вся физика стала бы замкнутой теорией, подобной общей теории относительности, охватывающей геометрию, кинематику и теорию тяготения. … Размышляя о ближайшем будущем теоретической физики, мы, безусловно, не можем отрицать возможности встретиться с непреодолимыми границами для теории поля, которые могут поставить факты, охватываемые квантовой теорией.
Резюмируя, можно сказать, что общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами; таким образом, в этом смысле эфир существует. Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова. Однако этот эфир нельзя представить себе состоящим из прослеживаемых во времени частей; таким свойством обладает только весомая материя; точно так же к нему нельзя применять понятие движения.

Замечание 23. Таким образом, Эйнштейн окончательно признает эфир. Но тут же он отрицает за ним его непременное и основное свойство – возможность движения его отдельных частей. Если же эфир не может двигаться отдельными частями, то остается не понятным, как он может передавать какое-либо движение в пространстве. Эфир не может, следовательно, передавать волны, поскольку волны – это движения отдельных частей целого. Эфир, который не может изменяться, не мог бы и взаимодействовать ни с чем, поскольку только деформация может рождать силы, также как силы могут рождать деформации. Эфир, который не может деформироваться отдельными частями, все равно, что и не существует вовсе. Эйнштейн не может допустить отсутствия эфира, но он и не может допустить его в таком виде, в котором введение этого понятия в физику было бы единственно оправдано. (В.Ж.)


2. Эфир по раннему Майкельсону

Статья «Эфир» является восьмой и последней лекцией в цикле лекций «Световые волны и их применение» А.А. Майкельсона. Источником текста является книга 1912 г. выпуска, изданная в издательстве Mathesis (Россия). Время издания – это время становления нового, релятивистского взгляда на эфир, то есть отрицания эфира.
Поскольку все основные замечания мной даны при обсуждении взглядов Эйнштейна, а также учитывая, что данная статья Майкельсона не доступна широкому кругу читателей, я приведу её с минимальными сокращениями.

Фрагменты статьи Майкельсона «Эфир»

2. 1. Майкельсон о жестком эфире

Скорость распространения света несравненно больше какой-либо из тех скоростей, с которыми мы привыкли встречаться и притом в такой мере, что самое представление о ней с трудом воспринимается. … Мы можем дать более ясное понятие о скорости света, если заметим, что в течение времени между двумя ударами маятника стенных часов, отбивающего секунды, свет может обойти 7 раз вокруг земли.
Не прибегая к каким-либо математическим вычислениям, мы можем понять, что скорость распространения волн в какой-либо среде зависит от упругости и от плотности этой среды, и что в весьма упругой среде пертурбация распространяется особенно быстро. Далее оказывается, что распространение в плотной среде происходит медленнее, чем в разреженной. Обозначим упругость через Е, а плотность через D; можно доказать, что скорость будет пропорциональна корню квадратному из отношения E/D. Итак, если плотность среды, в которой распространяются световые волны, равна плотности стали, то ее упругость должна быть в 60 000×60 000 раз больше упругости стали, так как скорость света примерно в 60 000 раз больше скорости распространения звука по стальной проволоке. Таким образом, среда, в которой распространяется свет, должна обладать упругостью, величиной порядка значения упругости стали, помноженного на 3 600 000 000. Если, наоборот, упругость этой среды равняется упругости стали, то первая среда должна обладать плотностью, которая в 3 600 000 000 раз меньше плотности стали, т. е., примерно, в 50 000 раз меньше плотности водорода, который представляет самый легкий из всех известных нам газов. Очевидно, среда, в которой колебания распространяются с такой огромной быстротой, должна обладать либо необыкновенно большой упругостью, либо чрезвычайно малой плотностью. Во всяком случае, ее свойства выражаются величинами совершенно другого порядка, чем свойства тех веществ, с которыми нам обыкновенно приходится иметь дело, так что эта среда представляет собой нечто, стоящее совершенно особняком.
Другой ряд соображений, также приводящей к заключению, что эта среда не аналогична обыкновенной материи, каковыми являются, например, воздух, светильный газ или сталь, заключается в следующем: положим, что колокольчик, повешенный под колоколом воздушного насоса, производит звук. Если воздух, находящийся под колоколом, обладает тою же плотностью, что и вне колокола, то звук почти без всяких препятствий достигает слуха наблюдателя. Но если мы станем выкачивать воздух из-под колокола, то звук начнет ослабевать и, наконец, совершенно прекратится. Если бы то же самое относилось также и к свету, и мы стали бы выкачивать воздух из сосуда, в котором помещен источник света, например, лампочка накаливания, то, по достижении известной степени разреженности воздуха, мы стали бы видеть источник света менее ясно, чем вначале. Между тем мы знаем, что наблюдается как раз противоположное, т. е. свет в действительности становится ярче и отчетливее, если по возможности сильно выкачивается воздух из-под колокола. Все это говорит с огромной вероятностью против предположения, что свет передается при помощи весьма небольшого оставшегося под колоколом количества газа. …
Мы знаем, что колебания света происходят поперечно к направлению, в котором они распространяются, между тем как звуковые колебания происходят в направлении самого распространения. Далее, мы знаем, что поперечные колебания легко распространяются в твердом теле. Если мы, например, подвергнем кручению один конец длинного цилиндрического стержня, то это кручение переходит от одного конца другому. Если бы среда представляла не твердый стержень, но столб жидкости, наполняющей трубку, и мы стали бы закручивать этот столб с одного конца, то кручение не могло бы быть передано другому концу, так как жидкость не может передавать кручения. Итак, это рассуждение приводит к результату, что, если среда, передающая световые колебания, вообще обладает свойствами обыкновенной материи, то мы должны рассматривать ее не как жидкость, но скорее как упругое твердое тело.

2. 2. Майкельсон о противоречиях в теории эфира

Этот вывод считался за одно из серьезнейших возражений против теории колебаний, допускающей, что сущность света заключается в волнах, распространяющихся в некоторой среде. Дело в том, что этой среде, с одной стороны, необходимо приписать свойства твердого газа, а, с другой стороны, нам приходится допустить, что она почти не сопротивляется движению какого-либо находящегося в ней тела. Обратимся, для примера, к движению планет вокруг солнца. Сопротивление среды настолько незначительно, что Земля в течение миллионов лет вращается вокруг Солнца без заметного увеличения продолжительности года. … Перед нами, таким образом, возникает противоречие, которое заключается в том, что вещество, обладающее свойствами твердого тела, в столь высокой степени обладает свойствами идеальной жидкости (в таковой нет внутреннего трения), что не обнаруживает заметного сопротивления движению таких чрезвычайно легких и обширных тел, как кометы. Однако, как уже было упомянуто в первой лекции, существуют аналогии таким веществам, так как тела, подобные сапожному вару, реагируя на быстрые движения, обнаруживают свойства твердого тела, но под влиянием непрерывно действующего слабого давления проявляют себя, как жидкости.
В случае сапожного вара эти как бы исключающие друг друга свойства выражены весьма несовершенно; но из факта их существования мы можем заключить, что среда, которую мы рассматриваем, и которая обладает этими различными свойствами в чрезвычайно увеличенной степени, все-таки может существовать. Во всяком случае, нельзя считать абсолютно невозможным, чтобы некоторая среда одновременно обладала рассмотренными двумя свойствами, т. е. с огромной скоростью передавала поперечные колебания и не сопротивлялась заметно движению в ней тел. Мы знаем, что воздух не обнаруживает этих свойств, и ни одна известная нам материя не обладает ими в достаточной степени, чтобы объяснить распространение света. Отсюда следует, что световые колебания передаются не при посредстве обыкновенной материи, но при посредстве чего-то иного. ...

2. 3. Майкельсон об аберрациях в связи с теорией эфира

Но это не единственные парадоксы, которые присущи среде, передающей свет. Много лет тому назад Брэдли, занимаясь совершенно другим вопросом, производил наблюдения над звёздами. При этом он нашел, что, если наблюдать звезду при помощи зрительной трубы, то замечается кажущееся смещение звезды из ее настоящего положения на небольшой угол, называемый углом аберрации. Брэдли приписал это явление движению Земли по ее орбите и дал его объяснение, которое опирается на корпускулярную теорию света и представляется весьма простым. ...
Но если Земля, на которой находится труба, движется со скоростью, примерно, 32 км/с, и если нам приходится наблюдать звезды в направлении, которое приблизительно перпендикулярно к движению Земли, то исходящее от звезды лучи, вместо того, чтобы соединиться в точке на оси рефрактора, дадут изображение в другом месте фокальной плоскости объектива, как будто ось зрительной трубы установлена не в том направлении, в котором находится звезда. Для того чтобы привести изображение в точку, лежащую на оси трубы, т. е. в точку пересечения нитей окулярного микрометра, мы должны повернуть рефрактор на угол, тангенс которого равен отношению скорости движения Земли по ее орбите к скорости света. Как уже было сказано, скорость света равна 300 000 км/с, а скорость движения Земли по ее орбите - приблизительно, 32 км/с. Отсюда получаем тангенс угла аберрации, примерно, в 1:10000. Этот угол с большим приближением равен 20,445". …
Когда было открыто изменение видимого положения звезд, его правильно объяснили на основании предположения, что свет движется с конечной скоростью, и что, измерив угол аберрации и зная скорость движения земли, можно вычислить скорость распространения света. С тех пор эта скорость была точнее определена путем непосредственных опытов, так что мы ныне пользуемся хорошо известной нам скоростью света для определения скорости Земли и радиуса ее орбиты.
Но против вышеприведенного объяснения было высказано следующее возражение: если бы угол аберрации действительно определялся отношением скорости Земли к скорости света, и если бы мы наполнили зрительную трубу водой, в которой скорость распространения света равна 3/4 скорости в воздухе, то свет проходил бы путь от центра объектива до пересечения нитей в четыре трети раза дольше, чем в воздухе, и мы должны были бы наблюдать, вместо действительного угла аберрации, угол, который на 1/3 больше его. Такой опыт действительно был произведен. Зрительную трубу наполнили водой и в продолжение почти целого года наблюдали различные звезды, при чем оказалось, что для угла аберрации была найдена почти с точностью прежняя величина.
Этот результат рассматривался, как веское доказательство несправедливости волнообразной теории света, до тех пор, пока Френель не нашел его объяснения. Френель предложил допустить, что вследствие движения воды, находящейся в зрительной трубе, среда, передающая световые волны, увлекается вместе с водою по направлению движения Земли вокруг Солнца. Если бы световые волны увлекались со скоростью, равною скорости движения Земли, то мы встретили бы такое же затруднение, как и раньше, или даже еще более серьезное, ибо тогда никакой аберрации не существовало бы вовсе. Но Френель предположил, что скорость увлечения световых волн движущеюся средою меньше скорости фактического движения среды на величину, зависящую от коэффициента преломления среды, т. е. вещества, ее заполняющего. Для воды эта величина составляет 7/16 .

2. 4. Майкельсон об опыте Физо

На первый взгляд такое объяснение представляется весьма искусственным или натянутым; и действительно, когда оно было предложено, его встречали сначала с большим недоверием. Между тем Физо (Fizeau) предпринял попытку проверить справедливость этого допущения, и я считаю произведенный им опыт за один из самых остроумных, когда-либо произведенных в области физики. Задача состояла в том, чтобы определить увеличение скорости света, вызванное движением среды, в которой он распространяется. … Задача заключается в том, чтобы определить изменение скорости света, проходящего через водяной столб, вызываемое самою большою скоростью, которую практически можно придать этому столбу, т. е. скоростью, примерно, в 6 м/с. Таким образом, мы должны определить величину порядка отношения 6 м к 300 000 000 м, т.е. 1/50 000 000. Кроме того, мы должны пропускать свет через сравнительно короткий столб воды, для того, чтобы можно было видеть его после его выхода из этого столба.
Можно преодолеть затруднение, пользуясь чрезвычайной малостью световых волн, т. е. прибегая к интерференционному способу. Двойная длина водяного столба равна, примерно, 12 м, на которые приходятся около 14 000 000 волн. Поэтому вызванная скоростью воды (6 м/с) разность хода дает смещение интерференционных полос (вызываемых двумя лучами, которые распространяются рядом в противоположных направлениях), примерно, на пол полосы, что соответствует разности хода, равной половине длины волны. Движение воды в обратную сторону вызвало бы смещение полос на пол полосы в противоположном направлении, так что общее смещение полос, фактически наблюдаемое при перемене направления движения воды, порядка величины одной интерференционной полосы. Но мы легко можем наблюдать смещение в 1/10 полосы, а при благоприятных условиях даже еще меньшую величину. Если бы среда, передающая световые волны, была водой, то смещение равнялось бы ширине одной полосы. Но та другая среда, о которой мы говорили выше, движется, по мнению Френеля, с меньшею скоростью, чем вода, и отношение скорости среды к скорости воды равняется определенной, легко вычисляемой дроби, а именно 7/16. Другими словами, при перемене направления движения воды, мы должны получить перемещение не на целую полосу, но лишь на 7/16 полосы. Физо действительно произвел такой опыт, при чем оказалось, что полосы были смещены на меньшую величину, чем следовало ожидать в случае, если бы средою была сама вода; отсюда мы заключаем, что не вода представляла ту среду, вместе с которою увлекались световые колебания.
… Как уже выше было упомянуто, результат опыта показал, что смещение полос меньше, чем оно должно было бы быть, если бы световые волны вполне увлекались движением жидкости. Но не было определено, насколько оно меньше, и в этом отношении опыт следует признать несовершенным.
2. 4. Майкельсон об измерении изменений скорости света при движении в эфире

По этой причине, а также потому, что рассмотренный опыт следует признать одним из важнейших во всей оптике, я нашел желательным повторить его не только с целью установления факта, что смещение обладает меньшей величиной, чем та, которая объяснялась бы только движением воды, но и для того, чтобы по возможности измерить, насколько оно меньше. Для этой цели я в различных существенных частях изменил прибор. …
Как вы видите, я пользовался принципом интерферометра для того, чтобы получить интерференционные полосы значительной ширины без одновременного уменьшения яркости света. В остальном опыт был по существу одинаков с опытом, произведенным Физо. … В результате оказалось, что измеренное смещение полос, сопровождающее перемену направления течения воды, составило почти с точностью 7/16 той величины, которая была бы получена, если бы среда, передающая световые волны, двигалась со скоростью течения воды.
Было предложено решить проблему о влиянии движения среды на скорость света, пользуясь скоростью движения Земли. Так как эта скорость во много раз больше всякой другой скорости, которую мы можем получить на земной поверхности, то казалось, что подобное измерение можно произвести с расчетом на верный успех, и оно действительно производилось весьма выдающимися учеными и по целому ряду различных методов. Однако оказалось, что мы не можем пользоваться скоростью Земли для нашей цели по той причине, что нам приходится обозначать направление этой скорости, отнеся его к точкам, лежащим вне Земли, а единственными такими точками являются звезды; но видимое положение звезд перемещается по той же причине, которую мы намереваемся измерить; таким образом, можно ожидать только отрицательных результатов.
Лоренц доказал, что нет возможности открыть какое-либо влияние движения Земли при помощи измерений, выполнимых на поверхности Земли.
Максвелл считал, по крайней мере, теоретически возможным воспользоваться квадратом отношения между обеими скоростями, т. е. квадратом величины 1/10 000 или иными словами, дробью 1/100 000 000. Иначе говоря, он надеялся, что окажется возможным измерить такие малые величины, которые пропорциональны квадрату отношения скорости земли к скорости света (малые величины второго порядка). Он, далее, показал, что, если произвести два измерения скорости света, одно при распространены света по направлению движения Земли, другое - при распространены света перпендикулярно к этому направлению, то время, в течение которого свет проходит путь одной и той же длины, в первом случае должно быть больше, чем во втором.
Легко понять, почему в первом случае потребуется больше времени; представим себе для этого гребца в лодке и притом сначала на спокойном озере, а затем на реке. Если он подвигается со скоростью, например, 6 км/час, и если расстояние между станциями равняется 18 км, то ему необходимо 3 часа чтобы проехать это расстояние и 3 часа, чтобы вернуться, т. е. в сумме, 6 часов. Но это верно только в том случае, когда в воде нет течения. Но если существует течение, скорость которого равна, например, 1,5 км/час, то время, потребное для того, чтобы проехать все расстояние по течению, будет равняться не 18: 6, но 18: (6 + 1,5), т. е. 2,4 часам. Время, необходимое для обратного пути, т. е. против течения, будет равняться 18: (6 – 1,5), т. е. 4 часам, и вместе с первым промежутком времени это составляет 6,4 часа вместо прежних 6 часов. Отсюда видно, что гребцу необходимо больше времени, чтобы проехать все расстояние туда и обратно в том случае, когда среда находится в движении, чем когда она неподвижна . Таким образом, становится понятным, что для распространения света между двумя точками туда и обратно по направлению, совпадающему с направлением движения земли, требуется больше времени, чем по направлению, к нему перпендикулярному. Однако, разность времен до такой степени мала, - она равна величине порядка 1/100 000 000, - что Максвелл считал попытку заметить ее практически безнадежной.
В виду чрезвычайной малости подлежащих наблюдению величин, прямое опытное решение этой задачи представлялось безнадежным; но все-таки полагали, что можно добиться результата, если воспользоваться весьма малой величиной световых волн, т. е. интерференционным способом. Действительно, был построен прибор, который должен был служить для определения упомянутых, весьма малых величин. Условия, которым должен удовлетворять прибор, весьма сложны. Весь пройденный путь должен быть по возможности большим, - например, величины порядка 100 000 000 волн. Другим условием является возможность переменить направление, не изменяя размеров установки даже на 1/100 000 000. Далее, прибор должен быть абсолютно огражден от всяких сотрясений.
Задача практически была решена, при чем заставляли одну часть света отражаться несколько раз взад и вперед и затем возвращаться к своей исходной точке. Путь другой части располагался перпендикулярно к первому, и по этому пути свет также многократно проходил некоторое расстояние взад и вперед и, наконец, отражался к исходной точке. При этом исходною точкою, в которой происходило разделение света на две части, служила отражающая поверхность (плоскость раздела) пластинки интерферометра, а два перпендикулярных друг к другу пути определялись двумя ветвями этого прибора. Несмотря на огромную разность хода и необходимую, вследствие этого, крайнюю точность установки и постоянство температуры воздуха между отражающими поверхностями, все же оказалось возможным не только видеть полосы, но и удержать их неподвижными в течение нескольких часов.
После того, как все необходимые условия были выполнены, прибор установили на квадратную каменную плиту, имевшую приблизительно 1,2 м в длину и 30 см в толщину; эта каменная плита, в свою очередь, была положена на круглую деревянную пластину, плавающую в сосуде, наполненном ртутью. Сопротивление движению при вращении всей системы оказалось при этом настолько малым, что при весьма слабом давлении на край плавающей плиты можно было привести весь прибор в медленное и непрерывное вращение. Один полный оборот требовал пяти минут времени. Во время этого движения практически не происходит никакого сотрясения; наблюдатель должен идти вместе с прибором и от времени до времени определять, не произошло ли смещения полос. Оказалось, что никакого смещения интерференционных полос не происходит; таким образом, результат опыта оказался отрицательным, и это могло бы указать, что в самой теории заключается еще какая-то неясность или неполнота, и я должен сказать, что до сих пор не удалось объяснить этого весьма неожиданного обстоятельства. Рассмотренный опыт приведен нами не столько для ознакомления с решением задачи, сколько с целью показать пример применения световых волн для решения вновь возникающих задач.
… Лучи делаются почти параллельными при помощи линзы. Легко узнать разделяющую поверхность и два пути лучей. Зрительная труба снабжена микрометрическим винтом для определения величины смещения полос, если оно наступит. Последнее зеркало установлено на салазках; таким образом можно сделать оба пути равными с точностью приблизительно до 1/2000 мм.
… Предполагали, что в случае, если этот опыт приведет к положительному результату, то он даст возможность определить не только движение земли по ее пути, но и ее абсолютное движение в эфире. По различным веским причинам полагают, что Солнце, а за ним и все планеты движутся в определенном направлении через пространство со скоростью, примерно, 30 км/с. Эта скорость не вполне точно определена, и я надеялся, что при помощи этого опыта мы будем иметь возможность измерить скорость движения всей солнечной системы в пространстве. Но так как результат опыта оказался отрицательным, то эта задача еще ждет своего решения.

На основании всего изложенного можно считать практически установленным, что существует среда, особенная деятельность которой состоит в передаче световых волн. Такая среда необходима также для передачи электрического и магнитного действий.
Можно считать достаточно твердо установленным, что свет представляет особый случай электромагнитного возмущения, подобного тому, которое возникает при разряде кондуктора электрической машины или конденсатора. Возникающие при этом электрические лучи (лучи Герца) могут подвергаться отражению, преломлению и поляризации и могут вызвать колебания (электрические, в других проводниках), а также другого рода явления, совершенно аналогично световым волнам. Единственное различие между электрическими лучами и световыми заключается в длине волн.

Установка факта, что свет есть частный случай электромагнитных колебаний, вовсе не представляет решения вопроса о самой природе света. Это не что иное, как замена одной проблемы другою, ибо теперь возникает вопрос о природе среды, в которой возникают и передаются эти электромагнитные возмущения, и о тех механических процессах, которые при этом в ней происходят.
Гипотеза, весьма привлекательная по своей простоте, заключается в допущении, что эфир и есть электричество; гораздо более вероятной представляется, однако, другая гипотеза, предполагающая, что сущность электричества заключается в натяжении эфира, и что смещение эфира эквивалентно электрическому току. Если это правильно, то мы возвращаемся к теории твердого упругого тела. Я могу привести ответ лорда Кельвина на довольно скептический вопрос относительно существования среды, о которой мы якобы так мало знаем: «Да, эфир представляет единственную форму материи, о которой мы вообще хоть что-либо знаем». Действительно, с того момента, как мы обращаемся к вопросу о сущности малейших частиц обыкновенной материи, мы вступаем в целое море предположений и гипотез, которые все оказываются весьма сложными и запутанными.
Большой успех сулит специальная гипотеза «эфирных вихрей»; если она только правильна, то она имеет то преимущество, что ею не вводится ничего нового в ранее установленную гипотезу и лишь точнее определяется необходимая особая форма движения, существующего в эфире. Наиболее естественная форма вихревых движений, с которой нам приходится иметь дело, это та, которая обнаруживается обыкновенными кольцами дыма, нередко вылетающими из трубы локомотива. … Трение по краю отверстия вызывает кручение при выталкивании дыма, и результатом являются вихри дыма в виде колец.
Теоретическое исследование показало, что эти дымовые кольца до известной степени обладают свойствами, которые мы обыкновенно приписываем атомам, несмотря на то, что среда, в которой мы наблюдаем дымовые кольца, весьма далека от такой, которую мы назвали бы идеальным. Если бы среда была идеальной, то в ней не существовало бы внутреннего трения, и в таком случае вихревое движение, раз возникнув, продолжалось бы бесконечно долго, и часть эфира, которая выделена этой формой движения, навсегда таковою и должна была бы остаться.

Замечание 24. Сколь угодно долго движение в среде без трения может продолжаться только в условиях отсутствия взаимодействия с внешней средой. То есть по такой гипотезе атомы могли бы длительно существовать только, если бы не взаимодействовали друг с другом. Существование таких атомов ничем бы не выявлялось. Очевидно, что устойчивость атомов определяется устойчивостью движения в них, то есть малейшее отклонение электронов от стационарных орбит, как правило, должно вызывать силы, направленные в сторону возвращения этих электронов на стационарные орбиты. Теория излучения доказывает, что так оно и происходит. (В.Ж.)



ПРИЛОЖЕНИЯ



Замечание об опыте Физо

Теория гласит, что скорость света в движущейся со скоростью V среде равна 

Cv=C/n ±αV,                (1)

где C – скорость света в вакууме, n – показатель преломления,

α = 1-1/n^2.                (2)

Физики находят удивительным, что коэффициент альфа не равен единице. Предполагалось, что при движении среды, скорость света должна быть равна сумме скорости этой среды и скорости света в этой среде. Но это предположение не подтвердилось в опыте Физо. Это объяснялось и тем, что среда не полностью увлекает за собой световой поток (или не полностью увлекает эфир, вакуум), а лишь частично.
Для того чтобы разобраться, почему движущиеся светопроводящие среды не стопроцентно увлекают за собой свет, надо прежде понять, почему скорость света в этих средах не совпадает со скоростью света в вакууме.
Представление о жидкостях и кристаллах как о сплошных средах давно следует изъять из физики. Современные сведения позволяют предположить, что любая подобная среда представляет собой всё же преимущественно вакуум, в котором размещены атомы или молекулы вещества, причем расстояние между ними заметно больше, чем размеры этих атомов или молекул. Если речь идет о жидкости, то ее частицы, хотя и движутся с большой скоростью, ее можно рассматривать как кристалл, когда речь идет о свете, распространяющемся в этой жидкости. То же самое можно сказать и о газах: за время прохождения светового пучка в элементе пространства молекулы не успевают осуществить заметных перемещений, в силу чего получил применения термин «замороженной атмосферы» в оптической локации.
Поэтому среду следует рассматривать как смесь вакуума и препятствий, к рассмотрению света. Коль скоро в других средах скорость света меньше, чем в вакууме, эти среды не следует называть светопроводящими, а скорее их надлежит называть слабо препятствующими средами. Если мы поймем, что свет не распространяется за счет этих сред, а лишь тормозится ими, мы поймем, что скорости света в подобных средах происходит не вследствие дополнительного движения носителей света, а вследствие частичного разрежения препятствий на его пути. Следовательно, если среда начнет двигаться со скоростью света, то препятствия перестанут оказывать влияние на скорость света в этой среде. Следовательно, правила вычисления скорости света в среде должны быть таковыми, чтобы при движении среды со скоростью C скорость света в этой среде становилась бы равной C. Если же смотреть на исследуемые среды, как на иные светопроводящие среды, альтернативные вакууму, то в случае движения этих сред со скоростью V мы должны были бы получать скорость света, равную Cv=C1+V, где C1=C/n – скорость света в этой среде. В таком случае при V=C  мы должны были бы получить почти двойную скорость света. Стоит ли удивляться, что этого не происходит? Стоит ли удивляться, что первоначально выдвинутое правило сложения скоростей ошибочно?




Замечание об опыте Майкельсона


Эйнштейн на основании опыта Майкельсона утверждал:
1. Что этим доказывается отсутствие светоносной среды, поскольку иначе никак нельзя объяснить, что скорость света не зависит от скорости лаборатории относительно среды.
2. Что никакими опытами внутри лаборатории (то есть в замкнутой системе) невозможно отличить движение лаборатории от ее покоя.

Если проделать опыт с интерферометром Майкельсона, заполненным светопроводящей средой, то каков бы результат не получился, он не вписывается в теорию относительности.
Если поворот интерферометра не вызовет перемещения интерференционных полос, то будет доказана ошибочность первого утверждения, поскольку аналогичный результат получается и с гарантированным присутствием среды.
Если поворот интерферометра вызовет перемещение интерференционных полос, следовательно, ошибочно второе утверждение.

Следовательно, каким бы ни был результат, он опровергает специальную теорию относительности.
Из этого с необходимостью следует, что специальная теория относительности ошибочна.

В статье «Мистификация века» показано, что смещения полос в интерферометре, заполненном светопроводящей средой, быть не должно. Практика указывает на то же самое: при многочисленных экспериментах с лазерами никаких смещений интерференционных полос не отмечено в связи с вращением Земли.

Литература

1. А. Эйнштейн. Эфир и теория относительности. Речь, произнесенная 5 мая 1920 г. в Лейденском университете по поводу избрания Эйнштейна почетным профессором этого университета. См. собр. соч., т.1., с.682.
2. А.А. Майкельсон. Световые волны и их применение». 1912 г.,  изд-во Mathesis.


Рецензии