Удивительная относительность
Шрифт:
Эфирная среда будто бы имеет то же строение, что и воздух, но значительно больше разреженная, тонкая и эластичная.
Итак, может быть, все вещи произошли из эфира.
Гравитационное притяжение Земли может также причиняться непрерывной конденсацией некоторого иного, схожего эфирного газа. Этот газ – не основное тело косного эфира, но нечто более тонкое и субтильное, рассеянное в нем, имеющее, возможно, маслянистую или клейкую, вязкую и упругую природы.
Солнце, как и Земля, быть может, обильно впитывает газы для своего сияния и для сдерживания планет – чтобы они не удалились от него.
Будучи убежденным атомистом, Ньютон, подобно некоторым древнегреческим метафизикам, считал, что свет состоит из мельчайших частиц, или «корпускул», испускаемых источником
Однако и сам Ньютон в глубине души сознавал, что его корпускулярная теория не объясняет всех световых явлений. После долгих размышлений Ньютон решил дополнить эту модель излучения еще и неким понятием загадочных «эфирных волн», при этом он выразил мнение, что для объяснения световых явлений требуются обе теории – и корпускулярная, и волновая. Надо сказать, что великий физик безоговорочно признавал понятие светоносного эфира, считая предположение о возможности воздействия на расстоянии одного тела на другое в вакууме без посредства какой-либо передающей среды вопиющим абсурдом, который не может принять ни один человек, «наделенный способностью к последовательному философскому мышлению».
Христиан Гюйгенс фон Цюйлихен (1629–1695)
Предлагается исследовать первопричины, которые в совершенном согласии обусловливают как строение всех физических тел, так и все наблюдаемые нами явления, полезность чего окажется бесконечной, когда эта цель будет достигнута. Человечество сможет использовать вновь создаваемые объекты, будучи уверенным в том, как они будут себя вести.
Итак, в течение многих столетий ученый мир считал отрицание наличия эфирной среды столь же нелепым, как необходимость воды для плавания или воздуха для полета. Несмотря на крайнюю загадочность своей природы, светоносный эфир, по убеждению ученых, наполнял собою все пространство, пронизывая всякое вещество настолько, что даже заполнял промежутки между атомами твердых тел.
Однако, признавая необходимость эфирного мироздания, ученые мужи не прекращали бурных споров о его происхождении. Одни научные школы считали, что эфир имеет свойства сверхтвердой абсолютно упругой среды. Другие отмечали инертность по отношению к обычным физическим телам и всепроникающую способность. Третьи вообще предлагали рассматривать эфирную среду как некую универсальную консистенцию, совершенно непостоянную в своих проявлениях, с самыми разными свойствами (подобно обычной воде, существующей в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном). Именно такого мнения и придерживались Альберт Майкельсон с Эдвардом Морли, планируя свой знаменитый эксперимент.
Видный американский физик Майкельсон вошел в историю науки, прежде всего, этим опытом, проведенном на уникальном исследовательском приборе собственной конструкции – интерферометре. Майкельсон создал свою установку в 1883 году, будучи профессором физики в кливлендской Высшей школе прикладных наук. Свои исследования «прохождения светового потока через эфирную среду» Майкельсон начал с усовершенствований метода измерения скорости света при помощи вращающегося зеркала, предложенного в свое время выдающимся французским физиком Леоном Фуко.
Его друг и коллега Эдвард Морли был на пятнадцать с лишним лет старше Майкельсона и вел свой род от англичан-переселенцев, покинувших Британию еще в XVII веке. Занявшись химией, он вскоре обратил на себя внимание оригинальными физико-химическими исследованиями и в 1868 году получил кафедру химии и естественной философии (так тогда назывался широкий круг естественнонаучных дисциплин).
В 1851 году знаменитый французский физик Луи Физо попытался выяснить, как влияет на скорость света движение среды, где он распространяется. В своем опыте он пропускал два монохроматичных световых пучка в параллельных стеклянных трубках по течению воды – и против, а затем исследовал интерференционную картину при их пересечении. Физо так и не открыл влияния скорости движения среды на распространение света, и через восемь лет Майкельсон решил повторить этот опыт на усовершенствованном оборудовании. Вместо двух отдельных световых потоков он использовал один, расщепив его полупрозрачным зеркалом на два противоположно направленных пучка. Так Майкельсон создал совершенный и чрезвычайно точный инструмент – интерферометр, превосходивший все подобные приборы того времени, в частности, интерферометр, сконструированный английским физиком лордом Рэлеем.
В 1887 году Майкельсон и Морли провели эксперимент, вошедший в историю под их именами. Его целью было обнаружение абсолютного движения нашей планеты среди безбрежного мирового океана абсолютно покоящегося «светоносного эфира». Идея эксперимента принадлежала Майкельсону, который пытался выяснить, как влияет относительное движение эфира на свет еще во время своей стажировки в Европе, после окончания военно-морской академии. Вопреки ожиданию, в эксперименте (как и в его более поздних и более точных модификациях, проводящихся до настоящего времени) не обнаружилось движения Земли относительно эфира. Впоследствии этот результат стал одним из первых опытных подтверждений теории относительности.
В 1907 году профессор и руководитель физического отделения новооснованного Чикагского университета Майкельсон стал первым американским лауреатом Нобелевской премии по физике «За создание точных оптических инструментов и спектроскопических и метрологических исследований, выполненных с их помощью».
В своих опытах Майкельсон руководствовался распространенной в то время моделью эфира, как материальной всепроникающей субстанции абсолютно неподвижной и дающей абсолютную систему отсчета для любых движений во Вселенной. В таком случае наблюдатель, находящийся на поверхности Земли и несущийся вместе с ней в пространстве вокруг Солнца, должен ощущать «эфирный ветер», подобно тому, как стоящий на палубе быстро движущегося судна матрос чувствует на лице дуновение ветра, хотя в действительности воздух совершенно спокоен.
Майкельсон считал, что сможет обнаружить эфирный ветер, налетающий на Землю, при ее движении в неподвижном эфире, и для своего эксперимента сконструировал довольно сложную установку. Однако сама схема опыта была проста – ученый измерял скорость света вдоль и поперек полета Земли в эфирном океане: ясно, что если ветер дует нам навстречу, наша скорость снижается, а если сбоку то всего лишь нарушается равновесие.
Пользуясь этой простой аналогией, Майкельсон рассудил, что эфир будет меньше замедлять свет, если свет распространяется под прямым углом к направлению движения Земли вокруг Солнца, чем если он движется в пространстве в том же направлении, что и Земля. Если же эфира не существует, то направление распространения света не будет играть никакой роли.
Альберт Абрахам Майкельсон (1852–1931)
Американский физик. Изобретатель оптического прибора исключительно высокой точности, интерферометра. Целью его первого эксперимента было измерение зависимости скорости света от движения Земли относительно эфира. Опыты Майкельсона являются эмпирической основой принципа инвариантности скорости света, входящего в общую теорию относительности.
Экспериментатор построил схему своего опыта следующим образом. Он собирался послать один луч света на известное расстояние в одном направлении, а другой луч – на такое же расстояние под прямым углом к первому. Оба луча будут отправлены одновременно и возвратятся в одну и ту же исходную точку. Если эфир действительно существует, лучи, как в случае с двумя гребцами, должны вернуться в исходную точку в разное время, и будет иметь место явление интерференции – одно из свойств волнового движения. Оно выразится в том, что в точке пересечения волн двух лучей получатся перемежающиеся полосы света, известные как характерная картина интерференции.