Скорость света

   Тема скорости света не так сложна, как очень запутана. Впервые попытку измерить скорость света предпринял в 1676 году датский учёный Олаф Рёмер. Он получил примерное значение скорости света (222 000 км/с). Более точное значение удалось получить Дж. Брэдли лишь в 1728 году (308 000 км/с). Но окончательный результат получен только в 1950 году – 299 792 км/с. Когда в восемнадцатом веке получили верный результат и в девятнадцатом веке продолжили заниматься природой эфира, переносчика световых волн и ареной электромагнитных явлений, то учёные, мыслившие просто, без лукавства, пришли к выводу о чрезвычайной плотности эфира и большой упругости элементов среды эфира к деформациям положения. А как ещё можно понять и истолковать такую огромную скорость света?! Учёные стали строить различные механические модели эфира. Но чем больше узнавали об эфире – тем сложней, путаней, противоречивей получались эти модели. Скорость света была постоянна и не зависела от движения источника света. Эфир получался как бы абсолютной системой отсчёта, относительно которого движутся все тела. Но никаких подтверждений и доказательств такого относительного движения получить не удавалось. На постоянстве скорости света классическая физика споткнулась, что привело к революции в науке, к переписыванию картины мира.       

   Задолго до создания Дж. Максвеллом теории электромагнитного поля, учёные проводили эксперименты с диэлектрической проницаемостью различных материалов. В опытах обнаружилась новая постоянная величина с размерностью скорости; её назвали буквой с (цэ). На обкладки конденсатора, между которыми помещали различные диэлектрики, подавали различное напряжение; потом меняли полярность и отслеживали – как и с какой скоростью электрическая структура атомов материала изменялась,       поляризовалась. Эта новая постоянная с размерностью скорости указывала явно на свой волновой характер. Деление единицы на корень квадратный произведения величины диэлектрической проницаемости на величину магнитной проницаемости в вакууме давало величину этой самой новой постоянной. После создания Дж. Максвеллом в 1864 году теории электромагнитного поля, он точно подсчитал величину постоянной. Она оказалась равна величине скорости света. Ну не чудо ли: два пути привели к одному результату! Максвелл, как и Фарадей, был сторонником эфирной теории, и рассматривал такое удивительное совпадение как подтверждение эфирной природы электромагнетизма. Он тоже пробовал строить модель эфира, которая бы вполне отвечала его уравнениям поля. Однако такую попытку Максвелла современные учёные рассматривают как научный курьёз. Во всяком случае, для Максвелла было ясно одно: подвижные элементы эфирной среды ведут себя как маленькие вибраторы, потревожив которые, возбуждается переменная поперечная волна, которая уходит прочь от источника. Кстати сказать, величина квадрата скорости света (квадрат новой постоянной) появляется ещё в экспериментах по электростатике и магнитостатике, до создания Максвеллом теории электромагнитного поля. Величина квадрата скорости света оказалась более существенной и востребованной в физике, когда дело касается вещества, атомарной материи.

   Впервые квадрат скорости света, как эквивалент массы и энергии, появляется в работе австрийского учёного Генриха Шрамма в 1872 году. После открытия закона сохранения энергии (живой силы) и создания уравнений Максвелла, учёные стали пытаться согласовать их с уравнениями классической механики. Вот тогда и появляется впервые формула, которую потом назовут уравнением Эйнштейна, формула эквивалентности массы и энергии через квадрат скорости света. Формула Шрамма связывала плотность массы с  энергией движения эфира. Идею Шрамма развил русский учёный Николай Умов. Согласно закону сохранения энергии движения и массы, излучающее волны нагретое вещество теряет массу и энергию движения. Но волны уносят столько массы и энергии, сколько пошло на нагрев, не больше и не меньше. А так тело содержит в себе постоянное количество лучистой энергии движения, где количество входящей энергии в единичный объём тела строго равно количеству исходящей энергии (поток Умова-Пойтинга). Всегда соблюдается баланс энергий движения (вход-выход). И вовсе не случайно и не без причины Шрамм первым вывел уравнение эквивалентности массы и энергии через квадрат скорости света, которое через много лет стало называться уравнением Эйнштейна. В 1874 году Умов доказал и подтвердил справедливость уравнения Шрамма. Тело, получившее кинетическую энергию движения, как бы приобретает дополнительно массу и энергию. Тему Шрамма и Умова развили Пуанкаре и Лоренц: формула преобразования Пуанкаре-Лоренца. И вот тут на сцене появляется Эйнштейн, который обобщил с трудом вызревающие взгляды на природу массы и энергии. Но он сделал одну роковую, фатальную ошибку – убрал из картины мира эфир, материальную среду. Сейчас ясно, что следовало не убирать среду, а в корне изменить взгляд на эту среду. Конечно, представления Шрамма и Умова о входящих и выходящих потоках лучистой энергии в единичный объём тела выглядят сегодня наивными, примитивными. Но это были верные шаги в верном направлении, которые, при пересмотре модели эфира, привели к успеху.   

   Эфир – не кисель, не желе, а среда с колоссальной плотностью и давлением. Колебания элементов среды и передача возмущений её (продольные и вихревые) происходят со световой скоростью. Подобную гипотезу тогда же выдвигал Макс Планк, но учёного тогда просто-напросто высмеяли. Сегодня мы приходит именно к этой гипотезе Планка, и убеждаемся в её справедливости. Протон –  колебательная динамика квантового вакуума в малом объёме, дыхание вакуума, где суммарная энергия равна нулю. Прямые и обратные радиальные колебания элементов поля происходят со световыми скоростями, подобно потоку Умова-Пойтинга (условно говоря: сколько вошло – столько вышло). Но энергия движения здесь сохраняется в виде устойчивых колебаний среды: сжатие – расширение, без застревания в сингулярности. Можно сказать, протон – концентрат световой энергии движения, имеющий «инерционную» массу. Но колебания протона не вечны, энергия колебательного движения убывает с декрементом затухания кратным постоянной      Планка. Однако во вселенной есть точки генерации новых протонов... Квантовая колебательная динамика физического вакуума неуничтожима, вечна. Открытие в ноябре 1983 года динамики дыхания вакуума разрубило гордиев узел проблем, связанных с эйнштейновским релятивизмом. Никто не отрицает того, что все движения частиц и тел относительны. Но колебательная динамика квантового физического вакуума со световой скоростью – безотносительное движение среды и в среде, абсолютное. Вот поэтому скорость света – абсолютная величина, выделенная. И она же является рубежом между  квантовой динамикой физического вакуума и термодинамикой, движением частиц. Скорость света – отличительная особенность всех квантовых явлений, явлений в среде квантового физического вакуума, включая перезарядку зарядов, течения тока.

   Эйнштейн в 1905 году предложил физике свою идею релятивизма, основываясь, в сущности, только на одном постулате – постоянстве скорости света и независимости этой скорости от скорости движения источника света. Принцип Галилея, как второй постулат специальной теории относительности, существенной роли не сыграл, так как ещё сам Максвелл показал, что его уравнения электромагнитного поля инвариантны относительно преобразований Галилея. Так что в начале своей статьи 1905 года по основам СТО Эйнштейн слукавил или, действительно, не знал об этом. Рассматривая движение тел, масс, часов относительно постоянства скорости света, мы убеждаемся в том, что линейные размеры тела, масса, течение времени в системе тела – величины изменчивые, относительные, не абсолютные. И чем быстрее движется тело – тем больше «деформация» размеров, массы, времени. Несмотря на то, что идея молодого Эйнштейна выглядела математической спекуляцией, авантюрой, идею поддержал известный немецкий физик Макс Планк. Планк, поклонник абсолютов, увидел здесь попытку утвердить в науке новый абсолют – постоянную скорости света. Эйнштейн не был оригинален, идеи релятивизма появились ещё в девятнадцатом веке, как единичные, частные примеры относительности. Но Эйнштейн обобщил принцип на всю физику. Постоянная скорости света стала во главе угла. Эйнштейн за ненадобностью убрал из физической картины мира представления о материальной среде, эфире, так как абсолютных движений относительно эфира нет, не обнаружено. Однако если не обнаружено, то не значит – нет! Предположить то, что волны света распространяются в абсолютной пустоте со скоростью света, мог только авантюрист и провокатор, мало ценящий физику.

   Материальная среда вернётся в картину мира лишь в середине двадцатого века, с работами Поля Дирака. И назовут её квантовым физическим вакуумом. Как сказал выше, в среде этой постоянно происходят квантовые колебания, флуктуации вакуума со световыми скоростями, рождение виртуальных частиц. Суммарная энергия этих колебаний равна нулю. Постоянство скорости света, её огромная величина обусловлены физическими характеристиками квантовой среды, ничем иным. Продольное или вихревое смещение элементов среды приводит к ответной реакции со световой скоростью, как в цепочке чрезвычайно плотно связанных осцилляторов. Построить такую модель эфира в начале двадцатого века было сложно, но можно. Однако пока о такой модели ничего неизвестно. Эйнштейн с детских лет много думал о природе света. Его занимала мысль – как столько лучистой энергии умещается в обычном теле, в веществе. Свет не знает покоя, свет в вечном движении с огромной скоростью. И как вдруг эта скорость, эта энергия оказывается прочно «запертой» в теле!.. Эйнштейн не нашел ответ, но, подобно Шрамму и Умову, указал тотальным релятивизмом примерное направление поиска. Да, атомарное вещество и свет связаны неразрывно, это проявление динамики одной материальной среды – квантового физического вакуума. Частица протон – локальное колебание вакуума, дыхание вакуума. А уж движение частицы, как целого, или её колебания, как целого, рождают иные формы динамик вакуума, включая переменную вихревую, электромагнитную.               

   Иногда можно услышать такой вопрос: если бы Эйнштейна не было, то была бы создана теория относительности? Что тут сказать? Если бы это не сделал Эйнштейн, то примерно в это же время сделал другой человек, столь же авантюрный, бунтарский. Идеи релятивизма витали в воздухе. Может быть, у другого человека подобное получилось иначе, сложней, вычурней, или наоборот – проще, понятней. Да, конечно, именно в работах Максвелла истоки релятивизма, как ни странно, и указание на ключевую роль постоянной скорости света. Создание теории относительности Эйнштейном погрузило теоретическую физику в некий кризис. Наряду с большими достижениями физики, случился мировоззренческий кризис, конфликт математики и физики, кризис понимания. Первые признаки выхода из кризиса наметились в работе Дирака, с представлений о квантовом физическом вакууме, о флуктуациях вакуума. Постоянная скорости света нашла твёрдую прописку в микромире; сама частица протон оказалась радиальной колебательной флуктуацией квантового вакуума со световой скоростью в сверхмалом объёме, дыханием вакуума. Прямые и обратные движения, где суммарная энергия равна нулю, где стрела времени обратима. Здесь – основа законов сохранения и основа симметрии в нашем физическом мире. Материальная среда физического вакуума полна энергией квантовых колебаний, которые создают её колоссальное давление. Без этого давления наш физический мир просто не мог бы существовать, как целое. То, что Эйнштейн стал создателем теории относительности, – отнюдь не Божий промысел, а воля обстоятельств, случайных и не случайных. На его месте мог быть и другой человек. Но, чтобы расхлебать эту кашу, похоже, Богу пришлось вмешаться.