Этот многострадальный эфир

Принцип относительности Галилея гласит, что во всех инерциаль- но движущихся системах отсчета все механические явления протекают одинаково, или, другими словами, никакими механическими опытами невозможно определить находится ли система в инерциальном движении или покоится.

В 1864 году Дж. Максвелл на основе обобщения всех имеющихся к тому времени данных о взаимодействии движущихся электрических зарядов через создаваемые ими электрические и магнитные поля вывел основные уравнения электродинамики:

rotE = -5B/5t; rotH = dD/dt; divD = 0; divB = 0.

Уравнения Максвелла, полученные на основе обобщения экспериментальных данных, по-существу являются постулатами в электродинамике, как законы Ньютона в механике. При переходе от неподвижной системы отсчета к движущей системе отсчета эти уравнения меняют свой вид (появляются дополнительные члены). Это говорит о том, что оптические и электродинамические явления в неподвижной и движущей системах отсчета должны протекать по-разному, т.е. они не подчиняются принципу относительности Галилея. Неинвариантность уравнений Максвелла преобразованиям Галилея надо было как-то объяснить.

Согласно представлениям М. Фарадея, Дж. Максвелла, Г.Р. Герца и др., оптические и электродинамические явления протекают в среде под названием эфир, который представлялся в виде неподвижной среды, заполняющей все пространство и пронизывающей вещество, а космические тела движущимися в этой среде.

Однако многочисленные опыты (в первую очередь опыт Майкель- сона по обнаружению «эфирного ветра») показали, что нельзя рассматривать движения Земли, как движение относительно неподвижного эфира. Ученые (Лоренц, Герц, Пуанкаре, Фицджеральд, Лармор и др.) упорно искали выход из кризиса, в котором оказалась физика из-за не-

' инвариантности уравнений Максвелла преобразованиям Галилея и от- 1 сутствия «эфирного ветра» в опыте Майкельсона.

Так как поиски «эфирного ветра» в опыте Майкельсона не дали положительных результатов, то А. Эйнштейн этот факт использовал в качестве доказательства отсутствия эфирной среды и связанной с ней абсолютной системы отсчета. Этим самым он обосновывает первый постулат своей специальной теории относительности (СТО): механические, оптические и электродинамические явления во всех инерциалъно I движущихся системах отсчета протекают одинаково. Далее, исходя из того, что относительно пустоты все системы координат равноправ- I ны, Эйнштейн вторым постулатом своей теории провозглашает постоянство скорости света в вакууме.

В своей статье «К электродинамике движущихся тел» (1905) Эйнштейн решительно отверг концепцию эфира, что позволило ему рассматривать принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета в качестве универсального принципа. Точка зрения Эйнштейна об отсутствии эфирной среды привела его к необоснованной попытке по- ч строить новую теорию, которая на основе общего закона объединяла бы в единое целое проявление механических, оптических и электродинамических явлений. Ho правомерен ли подобный подход?

Вся СТО построена не на анализе физических явлений, а на простых (далеко не очевидных) рассуждениях. Берутся две системы координат: первая система Oxyz — неподвижная, а вторая O'x'y'z' — движется относительно первой со скоростью v. В некоторый момент времени оси координат систем совпадают, и в этот момент происходит кратковременная вспышка света. Согласно первому постулату, к моменту времени t после вспышки вид световой волны должен быть идентичен как в первой, так и во второй системах координат. Световая волна в этих системах должна быть представлена сферой с радиусом ct (рис. 7.1.1), имеющей центр как в точке О, так и в точке О', что явно невозможно, ибо к этому времени эти точки разойдутся на расстояние vt. На самом деле волновая поверхность одна.

Чтобы выйти из этого противоречия, необходимо отбросить одно , из трех утверждений: а) принцип ¦ относительности Эйнштейна (первый постулат); б) закон постоянства скорости света (второй постулат); j; в) абсолютность времени t = t'.

казанными фактами, отбросили в) — понятие абсолютного, независящего от движения, времени. А это привело к тому, что пространство и время оказались взаимосвязаны друг с другом.

Для оптических и электродинамических явлений ни одно из этих трех утверждений, и, в первую очередь, утверждение а), неприемлемы, поскольку проявление механических явлений связано с физической средой, а оптических и электродинамических явлений — с эфирной средой. Механические явления определяются свойствами взаимодействующих между собой физических тел, а оптические и электродинамические явления определяются средой их распространения — мировой эфирной средой.

В СТО для определения координат одной и той же точки пространства в разных системах отсчета используются преобразования Лоренца вместо преобразования Галилея. Лоренц, исходя из условия движения зарядов относительно эфира, получил преобразование, которое носит его имя (1904). Он обратил внимание на то, что вычисления упрощаются, если при переходе от одной системы к другой вместо переменной t ввести переменную t' = (t(v/c2)x)/V(l - v2/c2), которая представляет собой время, зависящее от места наблюдения (координаты х), и названную им местным временем. Физический же смысл времени оставался за t, а не t'. Преобразования Лоренца требовали от уравнений Максвелла признать, что время в движущихся системах координат течет медленнее в отношении W(1 - v2/c2). Однако, в отличие от Эйнштейна, Лоренц рассматривал эти преобразования как не имеющими физического смысла и применял их в своих исследованиях по электродинамике движущих сред лишь в качестве математического приема. Лоренц вывел свои преобразования, исходя из гипотезы существования эфира, а Эйнштейн использовал эти преобразования как одно из доказательств отсутствия в природе эфира.1 Вот такие казусы иногда бывают в науке, особенно когда математика начинает довлеть над физикой.

Почему же это произошло? Ответ на данный вопрос, по- видимому, содержится в статье А.

дник или же наоборот. Чтобы понять это явление с точки зрения эфира, необходимо приписать последнему состояния, в корне различные в зависимости от того, полюс или проводник движутся относительно эфира. В первом случае следует помнить, что движение полюса изменяет в каждое мгновение напряженность ‘магнитного поля в различных точках эфира.

Полученное таким образом изменение создает электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями, существование которого не зависит от присутствия проводника. Это поле, как и любое другое электрическое поле, обладает определенной энергией; оно-то и создает электрический ток в проводнике. Если же, наоборот, проводник движется, а полюс остается в покое, то при этом не возникает никакого электрического поля. В этом случае на электроны, находящиеся в проводнике, действуют лишь пондеромоторные (движущие — Н.М.) силы, получающиеся в результате движения этих электронов в магнитном поле; результатом же наличия этих сил является движение электронов, т.е. возникновение электрического тока.

Таким образом, чтобы с помощью теории эфира понять эти два в принципе не различающихся эксперимента, необходимо, чтобы эфиру были приписаны принципиально различные состояния. В конце концов, подобное раздвоение, чуждое природе явлений, вводится всякий раз, как только приходится обращаться к факту существования эфира для объяснения явлений, вызванных относительными движениями двух тел».

Из данного отрывка статьи видно, что для обоснования отсутствия эфира Эйнштейн использовал метод противопоставления физики возникновения электрического тока в замкнутом проводнике при пересечении им потока магнитных силовых линий при отсутствии и наличии эфира. Возникновение же электрического тока в движущемся проводнике Эйнштейн объясняет двояко: в случае отсутствия эфира изменением потока магнитных силовых линий, проходящих через поверхность проводника, а в случае наличия эфира — воздействием магнитного поля на электроны проводника.

-По Эйнштейну, в случае отсутствия эфира, причиной образования электрического тока в проводнике при движении магнитного полюса является непосредственное воздействие на проводник переменного потока магнитных силовых линий, а при наличии эфира — энергия электрического поля.

Во втором случае эфир выступает в роли физического посредника между переменным потоком силовых линий и проводником. Отсюда следует, что, по его взгляду, природа силовых линий (магнитных, электрических) и эфира разные. Такое представление лишено всякой

логики, ибо в том и другом случае проводник пересекает магнитные силовые линии.

Таким образом, сложившееся к началу XX века представление

о              природе и свойствах эфира привело Эйнштейна к ошибочному представлению его места и роли в проявлении электродинамических процессов. И вот уже более ста лет (с 1905 г.) продолжается триумфальное шествие СТО с ее парадоксами. Дальнейшем развитием этой теории стала общая теория относительности (ОТО): Хотя обе эти теории основываются на одних и тех же постулатах, но СТО несовместима с идеей существования эфирной среды, а ОТО, наоборот, не может обойтись без этой эфирной среды.

В 1920 году Эйнштейн возвращается к теме эфира. В статье «Эфир и теория относительности» он пишет: «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...

Подобную «кастрацию» эфира Эйнштейн обосновывает следующим образом: «Очевидно, с точки зрения специальной теории относительности гипотеза об эфире лишена содержания. В уравнениях 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» [там же]. Вот таким приемом математика побеждает физику.

Если специальная теория относительности могла обойтись без эфира, то общая теория относительности обойтись без него уже не могла. Поэтому Эйнштейн все же вынужден был признать существование такого эфира, который удовлетворяет требованиям этой теории. В этой же статье он далее пишет: «Отрицать эфир — это, в конечном счете, значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физиче-. ских свойств. С таким воззрением не согласуются основные факты механики. Э»фир общей теории относительности есть среда, сама по себе лишенная всех механических и кинематических свойств, но в то же вре-

I мя определяющая механические и электромагнитные процессы... Про- ji странство немыслимо без эфира...».

| Вопрос существования эфира Эйнштейн поднимает еще раз в 1924 году в статье «Об эфире». В ней он пишет: «Когда говорится об эфире, то имеется ввиду, конечно, не телесный эфир механической волно- вой теории, который подчиняется законам механики Ньютона и отдель- : ным точкам которого приписывается скорость. Это теоретическое пред- J.' ставление с созданием специальной теории относительности, по-моему, 'f окончательно сошло со сцены.... Вместо слова «эфир» можно с таким j же успехом говорить «физические свойства пространства»... Общая тео-

рия относительности              исключает непосредственное дальнодействие;

j. каждая же теория близкодействия предполагает наличие непрерывных ! полей, а следовательно существования «эфира» [5, т.2, с.154]. Эти пространственные выдержки из статей Эйнштейна показывают, что в его представлениях о происходящих во Вселенной процессах и яв- : лениях главным является не их физическая сторона, а разработанные = им математические модели. Эфир для специальной теории относитель- ’ ности не нужен, а для общей теории относительности нужен. И все же ' Эйнштейн согласился назвать пустое пространство, заполненное гравитационным и электромагнитным полями, «эфиром». Однако, в этом случае слово «эфир» не должно означать вещество, имеющее традиционные свойства, и в «эфире» не должно быть идентифицируемых точек, и поэтому говорить о движении тел относительно «эфира» бессмысленно. Представляется, что Эйнштейн прав: действительно, эфир не является обычным веществом, а представляет собой другую форму (вид) материи (энергии), а во всем остальном ... пусть рассудит будущее науки.