|
Поиски эфира
Построенная
Максвеллом
электродинамика
прекрасно
описывает
электромагнитные явления, происходящие в неподвижных средах. При этом
длительное время предполагалось, что существует некая светоносная среда - эфир,
через которую в свободном от вещества пространстве распространяются световые
волны. Принимая гипотезу эфира и обсуждая теории того времени, Максвелл в своем
трактате писал: «Все эти теории естественным образом вызывают вопрос: если
нечто передается от одной частицы к другой на расстояние, каково состояние
этого нечто после того, как оно покинуло одну частицу и ещѐ не достигло другой?
Если это нечто ест
ь
потенциальная энергия двух частиц, как в теории Неймана, то
должны ли мы рассматривать эту энергию как существующую в какой-то точке
пространства, не совпадающей ни с той, ни с другой частицей? Действител
ь
но,
каким бы способом энергия не передавалас
ь
от одного тела к другому во времени,
должна быть среда или субстанция, в которой энергия существует после того, как
она оставила одно тело и еще не достигла другого…», (Д. К. Максвелл. Избранные
сочинения по теории электромагнитного поля. -
М.:
Гостехиздат,
1954, с. 632).
В конце XIX в. важнейшей проблемой стала электродинамика движущихся
сред. Это было вызвано, с одной стороны, практическими задачами (изобретение
радио, проблемы связи, изобретение электрических машин и т.п.), а с другой стороны,
- проблемой эфира, в особенности вопросом о взаимоотношении движущегося
вещества и эфира.
Первую попытку построить электродинамику движущихся сред предпринял
Генрих Герц в 1890 г. Он исходил из гипотезы, что эфир полностью увлекается
движущимися в нем материальными телами. Созданная Герцем на этой основе
электродинамика, естественно, приводила к большим трудностям и противоречила
ряду экспериментов, в первую очередь, опыту Физо (1850). Это был
интерференционный опыт, в котором интерферирующие световые пучки проходили
по
заполненным
водой
сообщающимся
трубам
одинаковой
длины.
Интерференционная картина наблюдалась в случае неподвижной и движущейся в
трубах воды. Измерялось смещение интерференционных полос, которое, однако, не
соответствовало расчетам, проведенным по теории Герца, - полностью увлекаемого
эфира.
Зато
результаты
опыта
согласовывались
с
теорией
Френеля,
сформулированной им еще в 1818 г. Френель предполагал, что при движении тел
происходит частичное увлечение эфира. По его расчетам коэффициент увлечения
эфира меньше единицы, например, для воды равен 0,438.
В 1886 г. Майкельсон и Морли (1838-1923) провели более точные измерения и
нашли, что коэффициент к =0,434 ±0,020. Таким образом, теория Герца, согласно
которой коэффициент увлечения должен быть равен единице, находилась в резком
противоречии с экспериментом. Эта теория противоречила и электродинамическим
опытам, по теории полностью увлекаемого эфира невозможно было объяснить также
аберрацию света.
Лоренц исходил из гипотезы о неподвижном эфире, который никак не участвует
в движении материальных тел. По Лоренцу, эфир - единственный в природе
изотропный диэлектрик. Так считал и Максвелл. Гипотеза неподвижного эфира
находилась в согласии с надежно установленным явлением аберрации звезд.
Аберрация объяснялась тем, что происходит геометрическое сложение двух скоростей
- «абсолютной» скорости света, идущего от звезды, и «абсолютной» скорости Земли
относительно неподвижного эфира. При орбитальном движении Земли в эфире со
скоростью 30 км/с навстречу ей должен дуть «эфирный ветер». Считалось также, что
движение Земли должно отражаться на электромагнитных явлениях, наблюдаемых на
Земле. При этом предполагалось, что для электромагнитных явлений остается
справедливым принцип относительности Галилея и вытекающий из него закон
сложения скоростей. Тогда скорость света, излученного в направлении движения
Земли, должна уменьшиться на 30 км/с, а в обратном направлении - на столько же
увеличиться.
Важную роль в решении этой проблемы играли опыты Майкельсона-Морли
1881-1887 гг. показавшие, эфир полностью увлекается Землей при ее движении.
Другими словами, опыты Майкельсона-Морли доказали отсутствие эфирного ветра.
Отрицательный результат их опытов стал полной неожиданностью для физиков
того времени. Тщательный анализ этого результата неизбежно приводил к выводу,
который сформулировал Анри Пуанкаре в 1895 г.: «...невозможно обнаружить
абсолютное движение весомой материи и эфира». Таким образом, опыты
Майкельсона, Физо и других завели представления об эфире в тупик. Оказалось, что
эфир должен обладать странными свойствами: приземные слои эфира полностью
увлекаются движущейся Землей, а эфир, находящийся в промежутках между
молекулами жидкости, лишь частично увлекается при ее движении. Главное же
оказалось, что для электромагнитных явлений, как и для механических, не существует
абсолютной, выделенной системы отсчета.
В дальнейшем предпринимались многократные попытки обнаружить эфирный
ветер. Однако они давали отрицательный результат. Для преодоления трудностей
эфирной проблемы Лоренц в 1892 г. предложил парадоксальную гипотезу. Он считал,
что размеры любого тела, движущегося в эфире поступательно со скоростью
Do'stlaringiz bilan baham: |
