Гипотеза эфира: история и современность

Декарт полагал, что эфир состоит из частиц эфира, которые притягиваются друг к другу, причем эти частицы имеют спиральную форму. Декарт утверждал, что Земля - это магнит, из одного полюса которого вытекают струйки эфира и втекают в другой полюс. Распределение металлических осколков вдоль силовых линий он объяснял тем, что струйки эфира воздействуют на осколки [4]. В некоторых своих работах Декарт пытается конструировать механические модели физических явлений, иногда противоречивые. 

Ньютон  (1643-1727 гг.) несколько раз менял свою точку зрения относительно структуры эфира, а также о самом факте его существования. Однако в конце концов Ньютон высказался достаточно определенно и в своих последних работах взгляды на эфир совершенствовал, развивал, но не менял кардинально. Ньютон считал возможным "вывести из начал механики и все остальные явления природы", полагая, что "все эти явления обусловливаются и некоторыми силами, с которыми частицы тел вследствие причин, покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга". В работе "Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света" Ньютон развивает, в частности, мысль о возможности превращения света в вещество и обратно.

В 1717 г. на 75-м  году жизни во втором английском издании "Оптики" Ньютон в форме вопросов и ответов излагает свою точку зрения относительно эфира. Так, градиент плотности эфира при переходе от тела в пространство применяется для объяснения тяготения, при этом эфир подразумевается состоящим из отдельных частиц. "Такое возрастание плотности, - пишет Ньютон, - на больших расстояниях может быть чрезвычайно медленным; однако если упругая сила этой среды чрезвычайно велика, то этого возрастания может быть достаточно для того, чтобы устремлять тела от более плотных частей среды к более разреженным со всей той силой, которую мы называем тяготением".

Ньютон вновь  ставит вопрос об атомистическом строении эфира: "Если кто-нибудь предположит, что эфир (подобно нашему воздуху), может быть, содержит частицы, которые стремятся отталкиваться одна от другой (я не знаю, что такое этот эфир), что его частицы крайне малы сравнительно с частицами воздуха и даже света, то чрезвычайная малость этих частиц может способствовать величине силы, благодаря которой частицы отталкиваются друг от друга, делая среду необычайно разреженной и упругой в сравнении с воздухом и, следовательно, в ничтожной степени способной к сопротивлению движениям брошенных тел и чрезвычайно способной вследствие стремления к расширению давить на большие тела".                                            

Таким образом, Ньютон сам указал возможность обойти затруднение, возникающее вследствие сопротивления эфира движению небесных тел.

"Если этот  эфир предположить в 700 000 раз  более упругим, чем наш воздух, и более чем в 700 000 раз разреженным, то сопротивление его будет в 600 000 000 раз меньшим, чем у воды. Столь мало сопротивление едва ли произведет заметное изменение движений планет за десять тысяч лет".

В этой же работе Ньютон спрашивает, не является ли зрение результатом колебаний эфира в сетчатке и нервах. 

1.3 Развитие теорий  эфира в России

Ряд теорий эфира  был создан в России, к примеру, М.В. Ломоносов (1711-1765 гг.) отвергал все  специфические виды материи - теплоту, свет, признавал лишь эфир, с помощью которого он, в частности, объяснял и тяготение как результат подталкивания планет частицами за счет разности давлений. Эта идея Ломоносова была высказана раньше, чем аналогичная идея Лесажа почти на сорок лет.

И.О. Ярковским  была предложена в семидесятых годах XIX столетия теория газоподобного эфира. Элементы эфира обладали врожденным свойством - при соударении взаимно тормозить друг друга, при устранении препятствия продолжать свое движение так же, как это было до остановки. Природа такого поведения частиц эфира Ярковским не рассматривалась. Опираясь на представление об эфире как о газоподобной среде, Ярковский рассмотрел некоторые физические явления, в частности сделал попытку создать модель тяготения. В двадцатые годы XX столетия модель газоподобного эфира была рассмотрена П.А. Петровским, однако только на уровне качественной модели некоторых отдельных явлений, главным образом тяготения.

В более поздние  времена, когда теория относительности была уже широко известна, некоторые советские и зарубежные ученые отстаивали механическую теорию эфира, становясь при этом на точку зрения вихревой модели. Среди этих работ необходимо отметить работы К.Э. Циолковского, З.А. Цейтлина, носящие преимущественно обзорный характер, работу Уайтеккера, работы Н.П. Кастерина и В.Ф. Миткевича и др.

В работе Кастерина просматривается глубокая аналогия между вихревыми движениями воздушных потоков и электромагнитными явлениями, указывается на недостаточность представлений математических видов Эйлера относительно вихревых движений, поскольку выводы Эйлера исходили из представлений о сплошной среде, в то время как газ состоит из отдельных частиц и не является сплошным. Кастериным проведено уточнение как уравнений аэродинамики преимущественно применительно к вихревым движениям, так и уравнений электромагнитного поля, а также показана их глубокая аналогия.

        В работах академика Миткевича  "Работы В. Томсона" (1930 г.), "Основные  воззрения современной физики" (1933 г.), "Основные физические воззрения" (1934 г.), и других не только отстаивается необходимость признания факта существования эфира, но и предлагается модель, в которую фактически заложены идеи Дж. Дж. Томсона, о чем Миткевич прямо говорит.

Миткевич отстаивал  механическую точку зрения на эфир. В одной из своих работ он рассматривал "кольцевой электрон, который можно вычислить как элементарный магнитный вихрь, движущийся по жесткой орбите и вмещающийся в объем, нормально приписываемый электрону". Переносчиком энергии Миткевич считал "замкнутую магнитную линию, оторвавшуюся от источника и сокращающуюся по мере отдачи энергии", и указывал на подобие магнитного потока вихрям Гельмгольца. Все же главным в работах Миткевича являлась не эта модель, достаточно несовершенная, а убеждение в существовании в природе эфира.

В работе "Основные физические воззрения" Миткевич пишет: "Абсолютно пустое пространство, лишенное всякого физического содержания, не может служить ареной распространения  каких бы то ни было волн. ... Признание  эфира, в котором могут иметь  место механические движения, т.е. пространственные перемещения элементарных объемов этой первоматерии, непрерывно заполняющей все наше трехмерное пространство, само по себе не является признаком механистической точки зрения. ... Необходимо, наконец, вполне определенно реабилитировать "механическое движение", надлежащим образом модернизировав, конечно, содержание этого термина, и раскрепостить физическую мысль, признав за ней законное право оперировать пространственными перемещениями соответствующих физических реальностей во всех случаях, когда мы стремимся познать конечную структуру того или иного физического процесса. ... Борьба с ошибочной научно-философской установкой, которая именуется механистической точкой зрения, не должна быть подменена в современной физике совершенно необоснованным гонением на законные попытки рассмотрения тех механических движений, которые, несомненно, составляют основу структуры всякого физического процесса, хотя никоим образом сами по себе не исчерпывают его сущности. Следует, наконец, перестать отождествлять термины "механический" и "механистический", как это, к сожалению, нередко имеет место в современной научно-философской и физической литературе".

Няряду с разработками гипотез и моделей эфира развивалась точка зрения об отсутствии эфира как такового в природе.

В 1910 г в работе "Принцип относительности и его следствия" Эйнштейн писал что, "нельзя создать удовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некой среды, заполняющей все пространство". Позже в работах "Эфир и теория oтнocитeльнocти" (1920 г.) и "Об эфире" (1924 г.) Эйнштейн изменил свою точку зрения относительно существования эфира, однако это обстоятельство известно и не повлияло на отношение к эфиру со стороны большинства физиков-теоретиков.

 Академик Я.И. Френкель в некоторых работах категорически отрицал существование мирового эфира, сравнивая поиск свойств эфира с "богоискательством и богостроительством", и отстаивал принцип дальнодействия.

В настоящее  время идеи, связанные с "действием  на расстоянии", продолжают развиваться, однако наряду с этим во многих работах все чаще используется представление о "физическом вакууме", "вакуумной жидкости" и т. п." что фактически восстанавливает представление о мировой среде под другим названием. Обнаружен ряд вакуумных эффектов - нулевой уровень энергии полей, виртуальные состояния частиц, поляризация вакуума и т.п., что заставляет отказаться от представления о вакууме как о пустоте и вновь поставить вопрос о его структуре. 

1.4. Недостатки гипотез эфира

Несмотря на обилие и разнообразие различных гипотез, моделей и теорий эфира, их авторам не удалось создать сколько-нибудь законченную и непротиворечивую картину мира, охватывающую хотя бы основные формы вещества и виды взаимодействий. Всем этим гипотезам, моделям и теориям свойственны те или иные принципиальные недостатки, не позволяющие им развиваться в должной мере.  

• Все гипотезы, модели и теории эфира, начиная от самых первых и кончая последними, рассматривали определенный узкий  круг явления, не затрагивая остальных. Модели Декарта и Ньютона, естественно, никак не могли учесть электромагнитных явлений, тем более внутриатомных взаимодействий. В работах Фарадея, Максвелла [9], Лоренца, Герца и других исследователей не учитывалась гравитация и не рассматривались вопросы строения вещества. В своих работах Стокс и Френель пытались объяснить фактически лишь явления аберрации. В механических моделях Навье, Мак-Куллаха и далее В. Томсона и Дж. Томсона рассматривался главным образом круг электромагнитных явлений, правда, В. Томсон и Дж. Томсон пытались все же в какой-то степени проникнуть в суть строения вещества. Таким образом, ни одна теория эфира не пыталась дать ответ, по существу, и на основные вопросы строения вещества, и на основные виды взаимодействий, тем самым оторвав их друг от друга.
• Следующим недостатком многих теорий, кроме последних - В. Томсона и Дж. Томсона, является отрыв материи вещества атомов и частиц от материи эфира. Эфир выступает как самостоятельная субстанция, совершенно непонятным образом воспринимающая энергию от частиц вещества и передающая энергию частицам вещества. В работах Френеля и Лоренца фактически три независимые субстанции: вещество, не зависящее от эфира; эфир, свободно проникающий сквозь вещество, и свет, непонятным образом создаваемый веществом, передаваемый веществом эфиру и вновь воспринимаемый веществом совершенно без какого бы то ни было раскрытия механизма всех этих передач и превращений. Хотя авторами перечисленных выше гипотез, моделей и теорий сам факт существования среды - переносчика энергии взаимодействий и основы строения вещества утверждался правильно, перечисленные недостатки сделали практически невозможным использование этих теорий и их развитие в рамках исходных предпосылок.
• Большинством авторов эфир рассматривался как идеальная жидкость или идеально твердое тело. Такая метафизическая идеализация свойств эфира, допустимая для одних физических условий или явлений, распространялась автоматически на все мыслимые физические условия и явления, что неминуемо вело к противоречиям.

Хотя авторами перечисленных выше гипотез, моделей и теорий сам факт существования среды — переносчика энергии взаимодействий и основы строения вещества утверждался правильно, перечисленные недостатки сделали практически невозможным использование этих теорий и их развитие в рамках исходных предпосылок. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Гипотеза  эфира: современность
1. Свойства эфира, обнаруженные в ХХ веке

Инерция эфира. Допустим, что эфир подвижен. Можно предположить, что он обладает инерцией как материальные тела. Тогда свет при движении порождал бы вихри в эфире и скорость в этих вихрях была бы недопустимо большой при плотности эфира 10-22 (по расчетам плотность эфира превышает 410-22. Расчет основывается на равенстве полной энергии, которая складывается из кинетической и потенциальной энергий эфира. Эта энергия приравнивается яркости эфира.). Можно предположить, что эфир неподвижен и не движется при движении тел. Но тогда мы приходим к противоречию с третьим законом Ньютона. Действительно, рассмотрим пластину, одна поверхность у которой зеркальная, а другая черная. Так как черная сторона излучает больше, то пластина пришла бы в движение. Но этого не может быть, поскольку изолированная система не может двигаться за счет внутренней энергии. Здесь предполагается, что третий закон Ньютона применим к эфиру. Но это может быть не так. Если удастся доказать неподвижность эфира, то нужно будет искать новый, более общий закон, который сводится к третьему закону Ньютона при переходе от эфира к материальным телам [4].

Подвижность эфира. Можно отойти от оптических свойств эфира и рассмотреть электромагнитные свойства. Известно, что при движении магнита относительно проводника в последнем возникает электрический ток. Можно предположить, что при движении эфира изменяется электромагнитное поле. В опыте Фарадея катушка падала вертикально вниз и в ней не возникал электрический ток. В опыте де Кудра через две катушки пропускался электрический ток и возникала магнитная сила отталкивания. Она компенсировалась третьей катушкой. Эта система не расстраивалась в зависимости от направления к направлению движения Земли. Эти опыты ничего не говорят в пользу движения эфира, но и ничего не говорят в пользу его неподвижности [4].

Стокс утверждал, что тела увлекают за собой эфир, но не указывал причину этого. При помощи этого он объяснял абберацию звезд, открытую в 1728 г Брадлеем.