Новая Физика Веры
Шрифт:
Из уравнений Максвелла вытекало важное следствие: существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Вершиной теории Максвелла, получившей название электродинамики, было, пожалуй, осознание того, что свет есть не что иное, как переменное электромагнитное поле высокой частоты, движущееся в пространстве в форме волн. Позднее уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света (6). При этом Максвелл, подобно Фарадею, объяснял результаты своих исследований с механистической точки зрения, считая поле напряженным состоянием эфира – очень легкой среды, заполняющей все пространство, а электромагнитные волны – колебаниями эфира. Это было вполне естественно,
После экспериментов немецкого физика Г. Герца (1889), обнаружившего существование электромагнитных волн, теория Максвелла получила решающее подтверждение. Сегодня мы знаем, что и радиоволны, и волны видимого света, и рентгеновские лучи не что иное, как колеблющиеся электромагнитные поля, различающиеся только частотой колебаний, и что свет есть лишь незначительная часть электромагнитного спектра.
Итак, по мнению Фарадея и Максвелла, электромагнитную волну и электромагнитное поле следует понимать как деформацию эфира, сотканного из электрических зарядов.
Открытие электромагнитных волн существенно изменило представление о физической реальности. Ньютон считал, что силы тесно связаны с телами, между которыми они действуют. Теперь же место понятия «сила» заняло более сложное понятие «поле», соотносившееся с определенными явлениями природы и не имевшее соответствия в мире механики.
Желая найти общую основу для всей физики, Эйнштейн решил объединить две самостоятельные теории классической физики – электродинамику и механику. Первый его шаг к этой цели привел к созданию теории относительности.
О теории относительности
В нашей книге «Физика Веры» рассмотрены специальная и общая теории относительности Эйнштейна (2). Однако в связи с тем, что при рассмотрении физики ХХ века невозможно оставить в стороне основные положения теории относительности, кратко напомним их читателям.
В 1905 году молодой Эйнштейн опубликовал ряд работ, которые содержали три радикально новые идеи. Первая полностью отвергала существование эфира; вторая стала основой специальной теории относительности; третья заставила по-новому взглянуть на электромагнитное излучение и легла в основу теории атома – квантовой теории, которая в окончательном виде сформировалась через двадцать лет благодаря совместным усилиям целой группы физиков. Однако теорию относительности практически полностью разработал сам Эйнштейн.
Об эфире. Следует отметить, что во второй половине XIX века эфир был «притчей во языцех». Любые явления природы и любые процессы (физические, химические, биологические) ученые пытались объяснить с помощью эфира, наделяя его необходимыми для этого свойствами. Он должен был обеспечивать действие закона всемирного тяготения, а после открытия электромагнитных полей эфир оказался средой, по которой идут световые волны; на эфир была возложена ответственность за все проявления электромагнитных свойств (2).
Бурное развитие волновой теории света заставило наделять эфир просто фантастическими свойствами, причем зачастую свойства, приписываемые эфиру для объяснения одних явлений, противоречили свойствам, требующимся для объяснения других явлений. И в то же время не было экспериментов, которые позволили бы отрицать эфир. Постепенно, однако, объяснения световых явлений на основе эфирной гипотезы стали выглядеть все более искусственными.
Проверка действенности основных положений классической физики при световых и околосветовых скоростях привела к обоснованным сомнениям в существовании эфира. Особенно к печальным последствиям привел науку опыт Майкельсона, проведенный в 1881 году (2). В начале ХХ века Альберт Эйнштейн, основываясь на результатах экспериментов Физо и Майкельсона, вынес смертельный приговор эфиру, предложив «забыть об эфире и постараться никогда больше не упоминать о нем» (7).
Предложение Эйнштейна охотно подхватило большинство физиков, поскольку безуспешность многочисленных попыток примирить между собой противоречивые свойства эфира и разработать приемлемую его теорию была просто удручающей. А так… как говорится: «Нет объекта, нет проблемы».
Самое поразительно, что сам Майкельсон, лауреат Нобелевской премии по физике 1907 года, несмотря на нулевые результаты опыта, проведенного в 1881 году, не сомневался в существовании эфира и постоянно искал возможности опытного подтверждения его существования.
Исчерпав все возможности обнаружить эфирный ветер при орбитальном движении Земли, Майкельсон сформулировал исходные предпосылки нового, так называемого ротационного опыта, который осуществил Саньяк в 1911 году (8). Маленький интерферограф Саньяка был собран на вращающемся диске так, что два когерентных световых луча при помощи светоделительной пластины и трех зеркал описывали замкнутые ломаные кривые по периметру диска во взаимно противоположных направлениях и сводились в зрительную трубу для получения интерференционной картины. Предполагалось, что у поверхности Земли эфир неподвижен и вращение в нем диска обусловит встречный эфирный ветер для одного луча и попутный для другого.
Результаты опыта Саньяка превзошли все ожидания: они с поразительной точностью совпали с теоретическими расчетами. Эфир был зарегистрирован однозначно, и возникло неразрешимое противоречие с нулевыми результатами опыта Майкельсона 1881 года.
Известный советский специалист по физической оптике академик и президент АН СССР С. И. Вавилов по этому поводу сказал: «Если бы явление Саньяка было открыто раньше, чем выяснились нулевые результаты опытов Майкельсона, оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее экспериментальное доказательство наличия эфира. Но в ситуации, создавшейся в теоретической физике после опытов Майкельсона, опыт Саньяка разъяснял немногое» (8).
Дело в том, что к моменту обнаружения эфира в опыте Саньяка в науке уже были сформулированы и заняли прочные позиции «безэфирные» физические теории. Поэтому предпочтение было отдано результатам опыта Майкельсона, а результаты опыта Саньяка были проигнорированы на основании того, что «они непонятны и ничего не объясняют».
В 1925 году неугомонный Майкельсон осуществил свой ротационный опыт, в котором в качестве платформы (диска) использовался земной шар в его суточном вращении. Интерферометр представлял собой прямоугольник, выполненный из металлических труб, внутри которых располагались полупрозрачные пластины и зеркала. Две стороны интерферометра длиной по 613 м были уложены точно вдоль земных широт, а две другие длиной по 339,5 м – вдоль земных меридианов. Результаты опыта убедительно свидетельствовали о существовании эфира. Майкельсон заявил: «По всей вероятности, эта среда не только находится везде, где существует обыкновенная материя, но и проникает во все формы материи» (8).