Очевидное? Нет, еще неизведанное…
Шрифт:
И помимо всех неприятностей, а их у эфира было достаточно, висел нерешенный вопрос: влияет ли движение относительно эфира на оптические явления хотя бы и во «втором порядке малости»?
Если бы оказалось, что не влияет, пришлось бы отбросить френелевскую теорию частичного увлечения эфира — последнюю хрупкую опору, на которой он держался.
Что же мы можем сказать об эфире?
1. Волновая
2. Факт аберрации света говорит, что эфир не увлекается Землей при ее движении. В увлекаемом эфире аберрация должна отсутствовать.
3. Отсюда сразу следует, что движение Земли относительно неподвижных звезд должно сказываться во многих оптических явлениях (в частности, изменение коэффициента преломления).
Теория аберрации показывает также, что угол аберрации в «водяном» телескопе отличен от угла аберрации в обычном телескопе.
4. Опыты опровергают пункт 3. Не удается заметить и влияние движения Земли относительно эфира на световые процессы. Все это очень смущает, но…
5. Положение спасает Френель, создав теорию частичного увлечения эфира. По Френелю, утверждение пункта 2 в принципе справедливо, но эффект должен быть ничтожно мал. Движение относительно эфира должно сказываться только «во втором порядке отношения».
6. Пока еще нет опытов, точность которых позволяет обнаружить эффект «во втором порядке», и потому вопрос остается открытым.
Глава X,
Я не знаю, что такое этот эфир.
Итак, вопрос о существовании выделенной системы отсчета — покоящегося эфира — висел в воздухе. Может быть, стоит еще раз напомнить, что весь бой разгорелся вокруг принципа относительности.
Если движение какой-то системы (допустим, Земли) относительно эфира влияет на оптические явления — принцип Галилея в оптике несправедлив.
Если не влияет — напротив, справедлив.
По Френелю, движение не влияет «в первом порядке отношения v/c». Это утверждение называли иногда практическим принципом относительности.
Но вот в шестидесятых годах весь вопрос об эфире был поставлен совершенно по-новому, и это еще больше запутало дело.
Уже упоминалось, что Фарадей первым установил связь оптических и электромагнитных явлений. Значение его работ, однако, значительно шире. Он создал твердую экспериментальную основу для дальнейшего изучения электромагнетизма, и после него исследования в этой области стремительно развиваются. Можно сказать, что Фарадей в истории электричества — то же, что Галилей в механике.
После Галилея, естественно, должен был появиться Ньютон. И вот в 1865 году Джемс Кларк Максвелл создает законченную теорию электромагнитных явлений.
Сходство Максвелла с Ньютоном не только в том, что его работу можно поставить в один ряд с «Началами». Не только в том, что, так же как Ньютон, он создал стройную теорию совершенно нового класса явлений.
Открытие Максвелла явилось полным торжеством метода принципов, причем метод был использован в совершенно новой форме.
Если говорить совсем схематично, Максвелл сделал вот что. Он составил уравнения. Эти уравнения очень хорошо описывали все известные электромагнитные явления. Но это далеко не все.
Среди решений уравнений были такие, которые как будто не соответствовали ничему. Эти решения описывали электромагнитные волны, распространяющиеся в «пустом» пространстве. А во времена Максвелла подобные волны не были еще известны. Из уравнений следовало, что, во-первых, волны поперечны и, во-вторых, они распространяются с определенной конечной скоростью.
Что означают слова «электромагнитные волны поперечны»? Что в них колеблется? Из этих же уравнений следовало, что в электромагнитной волне должны колебаться векторы электрического и магнитного полей, причем векторы эти перпендикулярны к направлению распространения волны.
А откуда взял Максвелл «скорость волн»?
В его уравнении входила некая постоянная величина, размерность которой совпадала с размерностью скорости. И Максвелл сделал смелое предположение. Он допустил, что полученные из уравнений периодические решения описывают реальные электромагнитные волны. При этом неизвестная постоянная величина получила физический смысл — как скорость волн.
Эту величину можно было измерить чисто электромагнитным путем. Измерили. Оказалось, что она равна 310 тысячам километров в секунду. Как видите, число, довольно близкое к скорости света. Эти измерения, естественно, были не очень точны. Более поздние опыты показали, что скорость электромагнитных волн равна 299 796 километрам в секунду.