Ефір (фізика)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Ефір (грецькою: αἰθήρ) — це повітря. Ідея ефіру, як легкої субстанції, що формує всесвіт, була введену в античну європейську думку Демокрітом (460—370 рр. до н. е.). Так, через повітря, Демокріт означив субстанцію всесвіту, вважаючи її легкою, оскільки вона всепрониклива на відміну від важкої субстанції землі. За Демокрітом, серед складових ефіру є амери (невимірювані) і атоми (нероздільні); зокрема, атоми є ненароджувані і незнищенні, вони не можуть бути зруйновані і повинні асоціюватись з геометричною субстанцією. Ці атоми мають геометричні форми в яких є опуклості і угнутості. Відомо, що Демокріт багато мандрував світом, зокрема тривалий час жив в Єгипті та Індії. Тому такі його погляди на будову природи могли бути запозичені у єгипетських і, особливо, індійських мудреців, оскільки тут ми бачимо цілковиту збіжність з ведичною фізикою. Погляди Демокріта підтримав Епікур (342—270 рр. до н. е.). Рукописи 4-го сторіччя н. е. розповідають, що епікупрейські знання підхопив римський мислитель 1-го сторіччя до н. е. Тіт Лукрецій Кар, який виклав ці погляди в своїй книзі На природу речей (De rerum nature). Тільки в 17-му сторіччі європейські дослідники знову повернулися до ефіру, як первинної фізичної субстанції.

До початку XX століття ефір цілковито господарював в фізиці, як первинна субстанція, в якій є матерія (точки синґулярності в ефірі) і в якому розповсюджуються світло, радіохвилі та поле тяжіння.

Механічний ефір[ред.ред. код]

Гюйґенс Хрістіан мабуть був першим серед дослідників 17-го сторіччя, хто повернувся до демокрітової ідеї ефіру. У 1690 році він інтерпретував світло як хвильове явище і запропонував ефір як пружне середовище, у якому ці хвилі розповсюджуються. Подібно до того, як повітря є середовищем для розповсюдження звуку. Згідно з цими уявленнями, ефір пронизував як міжпланетний простір, так і тверді тіла та рідини. Через нього поширювалось не лише світло, а й теплове випромінювання.

Слабким місцем концепції механічного ефіру було очевидне протиріччя: середовище повинно було бути досить щільним, щоб бути придатним для розповсюдження хвиль і одночасно досить розрідженим, щоб не чинити опору тілам, що рухаються у безповітряному просторі. Це протиріччя стало ще очевиднішим, коли стало зрозуміло, що світлова хвиля, на відміну від звуку, є не поздовжньою, а поперечною. Поперечні хвилі не можуть розповсюджуватися в газах і рідинах, а лише в твердих тілах. Отже механічний ефір повинен був мати властивості твердого тіла і разом з тим пронизувати всі тіла, не створюючи опору їхньому рухові. Це давало багатьом дослідникам привід піддавати сумніву не лише гіпотезу про існування механічного ефіру, а й пов'язану на той час з ним хвильову теорію світла.

Електромагнітний ефір[ред.ред. код]

З відкриттям Джеймсом Клерком Максвеллом рівнянь, що описують динаміку електромагнітного поля, була розвинута і отримала експериментальне підтвердження електромагнітна теорія світла: було встановлено, що світло — це електромагнітні, а не механічні хвилі. Отже відпала потреба в гіпотезі про механічний ефір.

Згідно з рівнянями Максвелла, електромагнітна хвиля поширюється (у вакуумі) з фіксованою швидкістю c. З точки зору Ньютонівської механіки, ця умова не може бути виконана одночасно у всіх інерціальних системах: якщо в одній з інерціальних систем швидкість світла дорівнює c то іншій системі, яка рухається відносно першої, ця швидкість, відповідно до галілеївського закону додавання швидкостей, буде іншою. Щоб розв'язати цю проблему було запропоновано гіпотезу про існування електромагнітного ефіру — середовища, через яке поширюється електромагнітна взаємодія. Припускалося, що лише в системі відліку, яка перебуває в спокої відносно цього середовища, справедливі рівняння Максвелла і швидкість світла дорівнює фіксованій величині c. В інших системах відліку, які рухаються відносно ефіру, швидкість світла повинна була б відрізнятись від c.

Експериментальна перевірка[ред.ред. код]

Оскільки Земля рухається навколо Сонця (а Сонце, у свою чергу, рухається навколо центру Галактики), то на Землі повинен був би відчуватись „ефірний вітер“: швидкості світла повинна була б залежати від напрямку світлового променя.

Щоб виміряти швидкість „ефірного вітру“ і таким чином перевірити гіпотезу про існування ефіру було проведено дослід Майкельсона-Морлі. Результат виявився негативним: швидкість „ефірного вітру“ вітру виявилася нульовою. Швидкість світла виявилася з великою точністю однаковою в усіх напрямках. Пізніше цей результат було підтверджено іншими дослідами, хоча треба зазначити, що при врахуванні поправок, вищих за другий порядок (така була точність в досліді Майкельсона-Морлі), дослідники натрапляють на нові явища.

Отже з точністю до другого порядку вимірювання виявилося, що гіпотеза про існування електромагнітного ефіру, а отже і гіпотеза про існування зв'язаної з ним „абсолютної“ системи координат не узгоджується з експериментом.

Ефір та теорія відносності[ред.ред. код]

Спеціальна теорія відносності Альберта Ейнштейна заперечила гіпотезу про існування ефіру. Теорія Ейнштейна базується на постулатах про однаковість швидкості світла у всіх інерційних системах відліку і повну рівноправність цих систем. Гіпотеза про поширення світла в середовищі — ефірі — суперечить цим постулатам, оскільки з цим середовищем можна було б зв'язати особливу, нерівноправну з іншими систему відліку.

Всі наявні на сьогодні експериментальні дані повністю підтверджують висновки спеціальної теорії відносності. З точки зору сучасної фізики, електромагнітні хвилі, у тому числі і світло, можуть поширюватись у вакуумі не потребуючи ніякого середовища для свого розповсюдження. Гіпотеза ефіру, у тому вигляді, в якому вона існувала наприкінці XIX - початку XX століття, не відповідає реаліям сучасної науки. Натомість новітні гіпотези щодо квантового ефіру і його збігом з абстрактним поняттям фізичного вакууму, привертають до себе все більший інтерес фізиків і філософів науки. Проблеми ефіру досліджував американський фізик Дейтон Кларенс Міллер

Сучасні тенденції та перспективи[ред.ред. код]

В історії фізики траплялось не раз, що колись відкинуті гіпотези знову повертались у науковий вжиток у докорінно зміненому вигляді. Не виключено, й гіпотеза ефіру може пройти цей шлях.

Хоча сучасна фізика не потребує гіпотези ефіру для пояснення відомих явищ, вона не заперечує його появи в тому чи іншому вигляді в неканонічних теоріях простору-часу. Такий ефір може, внаслідок певної взаємодії зі звичайною матерією, призводити до незначних (за межами чутливості сучасних експериментів) відхилень від спеціальної теорії відносності. Такі теорії розробляються в сучасній фізиці. Посилання відповідні публікації з цього питання можна знайти у базі даних SLAC Spires Database. На сьогодні жодна з таких теорій не отримала експериментального підтвердження, хоча не виключена поява таких підтверджень у майбутньому.

Слово «ефір» у повсякденній мові[ред.ред. код]

Гіпотеза про ефір, як середовище, через яке поширюються радіохвилі, залишила свій слід у повсякденній мові. Саме звідси беруть свій початок вислови «в ефірі Новини», «прямий ефір», «вийти в ефір», Ethernet (ефір + net) тощо.

Література[ред.ред. код]

  1. Christiaan Huygens: Abhandlung über das Licht (Tractatus de lumini), Deutsch, Thun, 1996, ISBN 3-8171-3020-1 <Repr. d. Ausg. 1690>
  2. Johann Friedrich Radinger: Der Äther und das Licht, Gerold, Wien, 1901
  3. Banesh Hoffman, Relativity and Its Roots (Freeman, New York, 1983).
  4. Michael Janssen, 19th Century Ether Theory, Einstein for Everyone course at UMN (2001).
  5. Isaac Newton, Opticks (1704). Republished 1952 (Dover: New York), with commentary by Bernard Cohen, Albert Einstein, and Edmund Whittaker.
  6. Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph, Modern Physics" (4th ed.), W. H. Freeman, 2002, ISBN 0-7167-4345-0
  7. J. Larmour, «A Dynamical Theory of the Luminiferous Medium». Transactions of the Royal Society, 1885-86.
  8. Albert Einstein, «Ether and the Theory of Relativity», republished in Sidelights on Relativity (Dover, NY, 1922)
  9. И. В. Терентьев, История эфира, Москва: ФАЗИС, 1999 г. 176 стр. ISBN 5-7036-0054-5. Рецензия на эту книгу.
  10. Э. Уиттекер, История теории эфира и электричества, Издательство: Регулярная и хаотическая динамика, 2001 г. 512 стр. ISBN 5-93972-070-6.
  11. D.C.Miller, «Ether drift experiments of Mount Wilson solar observatory»,Phys.Rev.,19,407-408(1922).
  12. D.C.Miller, «Ether drift experiment of Mount Wilson»,Proc.Nat.Acad.Amer.,11,306-314(1925).
  13. D.C.Miller, «Significance of the ether-drift experiments of 1925 at Mount Wilson»,Science,68,No.1635,433-443(1926)
  14. A.A.Michelson,F.G.Pease and F.Pearson, «Repetition of the Michelson-Morley experiment»,J.Optical Soc.Amer.Rev.Sci.Instr.,18,No.3,181-182(1929).
  15. Yu.M.Galaev, «Etheral wind in experience of millimetric radiowaves propagation», in:Spacetime and Substance,2,No.5(10),Research and Technological Institute of Transcription,Translation, and Replication,Kharkov(2001), pp.211-225.

16 L.P.Khoroshun, «General Dynamic Equations of Electromagnetomechanics for Dielectrics and Piezoelectrics»,International Applied Mechanics,Vol.42,No.4,407-420(2006).