Квинтэссенция. Книга первая
Шрифт:
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЭФИР — ТЯЖКИЕ РАЗДУМЬЯ
В этой книге мы неоднократно встречались с эфиром, с тем, как изменялись взгляды ученых на его свойства, на роль в явлениях природы.
При его рождении в трудах Аристотеля он представал незримой прозрачной твердью, к которой прикреплены звезды.
Затем появились другие незримые и невесомые субстанции, новые эфиры, возникшие для объяснения явлений света и тепла, электричества и магнетизма. Некоторые авторы называли их флюидами.
Светоносный эфир Гюйгенса обладал свойствами разреженного
Светоносный эфир Френеля объяснял явление поляризации света. Для этого пришлось считать свет поперечными волнами эфира, а поперечные волны распространяются только в твердых телах. Это заставило Френеля уподобить эфир твердому телу, много более упругому, чем сталь, но не мешающему движению светил. Сочетание столь противоречивых свойств тревожило ученых, но иного выхода не было.
Фарадей считал, что электрические и магнитные силы передаются через пространство посредством полей. Они проявляют себя натяжениями эфира, отображаемыми силовыми линиями. В 1846 году в мемуаре «Мысли о лучевых колебаниях» он высказал догадку об электромагнитной природе света, но ничего не говорил о природе эфира.
Наконец Максвелл в своем «Трактате об электричестве и магнетизме», отказавшись от механических моделей, убедительно доказал самостоятельное существование электромагнитных волн, распространяющихся в эфире, и показал, что свет является частным случаем электромагнитных волн.
Теперь эфир характеризовался лишь двумя свойствами: способностью передавать электромагнитные волны и тем, что он не препятствует движениям небесных тел.
Оставался неясным лишь вопрос: движутся ли материальные тела сквозь эфир (не испытывая его противодействия) или они при движении увлекают эфир за собой?
Этот, казалось бы, второстепенный вопрос оказался одной из двух причин, приведших к революционному преобразованию физики на рубеже XIX и XX веков.
Он вывел физиков на распутье, где им пришлось выбирать одну из двух дорог, каждая из которых, как выяснилось позже, ведет в общий тупик.
Прежде чем заняться возникшей дилеммой, познакомимся с тем, что думали по этому поводу ученые, вступая в последнюю четверть XIX века.
К счастью для нас Максвелл на склоне лет написал несколько статей для «Британской энциклопедии». Одна из них называлась «Эфир». Она вышла в год смерти автора. Воспроизведем краткое основное содержание этой статьи.
Прежде всего — определение: «Эфир — материальная субстанция, несравненно более тонкая, нежели видимые тела, предполагается существующей в тех частях пространства, которые кажутся пустыми».
Обратим внимание на осторожные формулировки: «предполагается существующей» — не более того; основное свойство присущее эфиру: «материальная субстанция, несравненно более тонкая, нежели видимые тела».
Далее: «Изобретали эфиры для планет, в которых они могли бы плавать, для образования электрических атмосфер и магнитных истечений, для передачи ощущений от одной части нашего
Максвелл напоминает как Ньютон, интуитивно отвергавший возможность действия на расстоянии, пытался привлечь эфир к объяснению природы тяготения. Максвелл излагает мысли Ньютона следующим образом: «… если давление этой среды меньше вблизи плотных тел, нежели на больших от них расстояниях, то эти плотные тела будут притягиваться друг к другу, и если уменьшение давления обратно пропорционально расстоянию от плотного тела, то закон будет законом тяготения».
«Но, — продолжает Максвелл, — Ньютон не опубликовал этой теории, так как не удалось на основании опытов и наблюдений дать удовлетворительного объяснения касательно этой среды и того, как она действует, производя главные явления природы».
Ньютон поставил перед потомками вопрос о свойствах эфира и о его роли в природе. Все попытки ответить на этот вопрос кончались неудачей.
Но, возвратимся к статье Максвелла. Он пишет:
«Только один эфир пережил остальные, это — эфир, придуманный Гюйгенсом для объяснения распространения света. Доказательства в пользу существования светоносного эфира получили прочную опору, когда были открыты новые явления света и других излучений. Свойства этой среды, выведенные на основании явления света, оказались совершенно такими же, какие требуются для объяснения электромагнитных явлений».
Далее Максвелл обсуждает главные свойства света:
«Что самый свет не есть вещество, доказывается явлением интерференции». (Свет, в некоторых случаях, гасит свет!)
«Отсюда мы заключаем, что свет не вещество, а процесс, происходящий в веществе…»
«Известно, что свет распространяется с определенной скоростью».
«… мы должны теперь обратить внимание на среду, в которой он (процесс) имеет место. Какова бы ни была эта среда, мы будем называть ее эфиром. Во-первых, она способна передавать энергию… Во-вторых, эта энергия передается… не мгновенно, но некоторое время существует в среде».
Максвелл подчеркивает: передаваемое эфиром излучение может действовать на наши чувства и нагревать тела, его поглощающие. Измеряя теплоту, можно вычислить энергию излучения.
Он рассуждает дальше: «Эфир отличен от обычной материи. Когда свет движется через воздух, то… среда, по которой свет распространяется, не есть сам воздух, потому что… воздух не может передавать поперечных колебаний… Твердые прозрачные тела… способны передавать поперечные колебания, но скорость передачи… в сотни тысячи раз меньше скорости света».
«Однако скорость света различна в различных прозрачных телах, и, следовательно, … эти среды принимают некоторое участие в процессе, их частицы колеблются, как и частицы эфира».
«Итак, эфир внутри плотных тел… нечто такое, что слабо связано с плотными телами, … Нам нужно исследовать, несут ли с собой эти твердые тела, когда они движутся по великому океану эфира, содержащийся в них эфир или эфир проходит сквозь них, как морская вода проходит сквозь ячейки сети, которая тянется за лодкой».