Обухов Ю.А., Захарченко И.И.
Встатье дано сравнение двух различных концепций, стоящих за терминами эфир ифизический вакуум. Приводятся теоретические и экспериментальные обоснованияконцепции светоносного эфира.
Введение.
Существуетмножество работ, в которых отожествляют эфир и физический вакуум или совершаютподмену понятий, называя физическим вакуумом то, что по сути своей являетсяэфиром. Цель статьи — провести разграничительную черту между этими терминами иобосновать отказ от физического вакуума (концептуально связанного с принципомотносительности) в пользу эфира (означающего существование привилегированнойсистемы и, следовательно, неравноправие инерциальных систем).
Эфир.
Понятиеоб эфире исходит из глубокой древности – в древнеарийскую эпоху оно относилоськ особому состоянию материи, называемому “акаша” (пятый элемент материальнойприроды). Две с половиной тысячи лет назад древние греки подхватили и развилиэто понятие под именем (эфир, небо). В1618 г. французский философ, физик и математик Рене Декарт предложилрассмотреть эфир в качестве материального переносчика света. По егопредставлениям, свет является сжатием, распространяющимся в идеально упругойсреде (эфире), которая заполняет все пространство. С тех пор идея эфира прочновошла в научный оборот, особенно в трудах Ньтона, Френеля, Максвелла, Лоренца.Эфирная концепция достигла кульминации в ХIХ веке, когда Максвелл, опираясь насозданную им модель эфира, получил фундаментальные уравнения электродинамики.
Кначалу ХХ в. сложились два взгляда на эфир: либо он увлекается движением тел,либо не увлекается (неподвижен). Из концепции неувлекаемого эфира следовалонеравноправие инерциальных систем и существование привилегированной (связаннойс эфиром) системы отсчета, называемой абсолютной. Эксперименты, призванныевыявить такую систему отсчета и скорость относительно нее, были выполненыМайкельсоном (1881 г.), Морли и их последователями, и продолжались на протяжениивсего столетия. Эксперименты дали нулевой результат: движение Землиотносительно эфира не выявлено. Это интерпретировалось, как доказательствоотсутствия эфира. Ожидаемый результат в этих опытах рассчитывался по законамклассической механики, поскольку научная общественность не имела другогоаппарата (иной механики) для оценки опыта, на момент его проведения. Однакоследует подчеркнуть некорректность применения этих законов для случаяраспространения света в эфире. Главная особенность классической механики — этотребование мгновенности распространения взаимодействий, т.е. законы этоймеханики справедливы только при условии малости скоростей движения по сравнениюсо скоростью света. Следовательно, все скорости, входящие в Ньютоновскуюформулу сложения скоростей (v + с), также должны удовлетворять этому условию.При расчете опыта Майкельсона-Морли это условие оказалось выполненным толькодля скорости Земли (v), второе слагаемое — скорость света (с) — этому условиюявно не удовлетворяет. Таким образом, применение механики Галилея-Ньютона вданном случае незаконно, поскольку нарушает границы её применимости. Длярасчета опыта нужна иная механика, отличная от классической и релятивисткой. Витоге некорректной интерпретации опытов Майкельсона–Морли, завершившейсяпостроением специальной теории относительности (СТО), был теоретически оформленотказ от концепции эфира, а вместо эфира, с развитием квантовой теории поля,появился термин “физический вакуум”.
Физический вакуум.
Физическийвакуум, согласно современным взглядам, представляет собой множествовсевозможных виртуальных частиц и античастиц, которые в отсутствии внешнихполей не могут превратиться в реальные. Вакуум может быть представлен, какособый, виртуальный тип среды. Виртуальность среды проявляется, в частности, вневозможности выявить факт движения относительно неё никакимиэкспериментальными методами, что равносильно проявлению принципаотносительности. Концепция равноправия инерциальных систем, называемаяпринципом относительности, является фундаментом теорий породивших понятие офизическом вакууме. Согласно с данными представлениями, свет не нуждается вматериальной среде-носителе, а совокупность фотонов образует свободноеэлектромагнитное поле. Самое низкое энергетическое состояние этого поля называют«вакуумом электромагнитного поля».
Причины, побуждающие вернуться к концепции эфира.
Наоснове принципа относительности была создана специальная теорияотносительности. Эта теория объяснила накопившиеся к тому времениэкспериментальные данные и стала фундаментом современной физики высокихэнергий. Ее с успехом применяют при проектировании ускорителей элементарныхчастиц и в экспериментах с релятивистскими частицами. Тем не менее, естьсерьезные основания для того, чтобы отказаться от принципа относительности, какконцепции претендующей на универсальную роль в современной физике:
1.Опыты Майкельсона-Морли, приведшие к отказу от концепции эфира допускаютальтернативную интерпретацию. Рассматриваемая ниже трактовка опытов связана спризнанием эфира.
2.Существуют современные эксперименты, устанавливающие зависимость скорости светаот направления распространения волны и вступающие в противоречие с постулатомСТО об инвариантности скорости света. Серия таких экспериментов была выполненаСтефаном Мариновым. Опыты Маринова выявили направление распространения световойволны, в котором имеет место превышение скорости света “с” на величину 360 40 км/с.
Изложенныепричины явились основанием для отказа от принципа относительности, чтоестественным образом приводит к идее возрождения концепции эфира, для которойхарактерны неравноправие инерциальных систем, с одной стороны, и зависимостьскорости света от направления распространения волны с другой.
Альтернативная интерпретация опытов Майкельсона-Морли
Наинтерферометре Майкельсона-Морли исследовалось время двустороннегораспространения света на отрезке оптической линии длиной L. Был установлен фактнезависимости (изотропии) этого времени от пространственной ориентацииоптической линии: t++t_=const, t+, t_ — интервалы времени одностороннегораспространения света в прямом (от начала отрезка к концу — t+) и обратном (отконца к началу — t_) направлениях. Сторонники принципа относительности, не имеявозможности измерить указанные времена раздельно (ввиду отсутствия соответствующейтехники и технологии) и опираясь на принципиально неверный расчет опыта,трактовали его результат, как равенство времен t+ и t_, отбросивальтернативную версию: “t+ не равно t_, при условии t++t_=const” Если ввестивеличину, называемую скоростью двустороннего распространения света иопределяемую как: с=2L/(t++t_), то для этой величины (а вовсе не для скоростиодностороннего распространения света) из опытов Майкельсона-Морли действительновытекает изотропия и инвариантность. Такое, казалось бы, незначительное отличиев интерпретации опыта Майкельсона-Морли приводит к диаметральнопротивоположному результату: к отказу от принципа относительности и возрождениюконцепции эфира.
Теория светоносного эфира (СЭТ).
Альтернативная,корректная интерпретация опытов Майкельсона-Морли позволила построить теорию наследующих постулатах:
1.О существовании среды распространения взаимодействий (эфира, не увлекаемогодвижущимися телами) и связанной с ней абсолютной системы отсчета; свет вуказанной среде (а также все фундаментальные взаимодействия) распространяетсяпрямолинейно и изотропно со скоростью с =299792458 1.2 м/с.
2.Об инвариантности скорости двустороннего распространения света в инерциальныхсистемах отсчета.
Изпостулатов вытекают преобразования координат и времени для двух систем отсчета(OX1Y1Z1) и (OX2Y2Z2), движущихся относительно абсолютной системы с различнымискоростями v1 и v2, называемыми в дальнейшем абсолютными (см. статью наинтернет-сайте: www.c.dol.ru, 2001):
/>
Здесьu01 — относительная скорость системы (OX2Y2Z2), измеренная в (OX1Y1Z1), а u02 — скорость системы (OX1Y1Z1) относительно (OX2Y2Z2). Следует отметить, что u01 неравно u02, в отличие от СТО, в которой относительные скорости систем отсчетаимеют одинаковую величину. Из преобразований вытекает зависимость скороститечения времени (темпа хода часов) от абсолютной скорости движения инерциальныхсистем. Системы, имеющие разные абсолютные скорости v1 и v2 не равноправны:темп хода часов выше в системе отсчета имеющей меньшую абсолютную скорость.Абсолютная скорость тел не может превышать c (частицы материи распадутся, если v c, поскольку при этом условии взаимодействие между элементами,составляющими частицы, не успевает за движением этих элементов). Преобразованияпереходят в преобразования Лоренца СТО, если используется синхронизация часов(процессов), посредством светового сигнала. Таким образом, СЭТ представляетсобой более общую, чем СТО, механику и позволяет установить границыприменимости принципа относительности.
Пространствои время оказываются взаимосвязанными, однако по иным, чем в СТО законам.Метрику пространства-времени в инерциальной системе отсчета определяюткоэффициенты квадратичной формы:
/>
Важнымследствием такой метрики является анизотропия пространства инерциальных систем.Из такой анизотропии вытекает зависимость скорости света от направления (a)распространения волны:
/>
Здесьv0 абсолютная скорость лабораторной системы отсчета. Данная зависимость (первыеупоминания, о которой можно найти в постулатах С. Маринова) поясняет ранее высказаннуюмысль о неприменимости закона сложения скоростей классической механики дляопределения абсолютной скорости Земли в опытах Майкельсона-Морли. Из формулыследует, что скорость света (относительная) в инерциальной системе отсчетаможет превышать с и при = и абсолютной скорости системыотсчета v0, близкой к с, скорость с' стремится к бесконечности.
Опыты С. Маринова.
Явлениеанизотропии скорости распространения света в движущихся системах отсчетапозволяет экспериментально установить факт движения инерциальной системыотсчета относительно абсолютной. Серия экспериментов по определению абсолютнойскорости Земли впервые была выполнена Стефаном Мариновым (Австрия). В 1984 г онпоставил эксперимент, являющийся развитием опыта Физо с зубчатым колесом по измерениюскорости света. Измерялась разность световых скоростей в двух противоположныхнаправлениях (рис. 1). Свет от лазера разделялся на два луча 1 и 3 (процессразделения на рисунке не показан) и проходил путь в противоположных
/>
Рис.1.Схема опыта С. Маринова
направленияхмежду двумя синхронно вращающимися дисками. Диски с отверстиями по периферии,жестко закрепленные на общей оси, выполняли роль синхронизированных затворов,формирующих импульсы света, проходящие к фотодетекторам 2, 4. В детекторе тока5 регистрируется разность токов, возникающая в следствии анизотропии скоростисвета. Это позволило вычислить значение абсолютной скорости Земли (v0), котороесоставило 362 40 км/с.
Описанныйздесь опыт Маринова не мог быть выполнен до появления лазерной технологии,позволяющей получать достаточно узкий пучок света. Так, несмотря на то, чтоидея подобного опыта была предложена еще Майкельсоном и Морли, осуществить егово времена становления СТО было невозможно.
Эфир и космология.
Результатыопытов Маринова позволяют выдвинуть гипотезу о том, что т.н. реликтовоеизлучение является собственным шумом эфира, поскольку значение скорости,измеренное в опытах, близко к скорости Земли (Солнечной системы) по отношению кфону реликтового излучения, полученной из астрономических наблюдений. В этомслучае “реликтовое” излучение не является собственно реликтовым, а значит, неслужит доказательством происхождения Вселенной по теории Большого взрыва.Концепция эфира позволяет обосновать более естественный взгляд на Вселенную.Вселенная, как и эфир, являясь вечной, не нуждается в объяснениях своегопроисхождения. Составляющие её структурные элементы (галактики) непрерывнообновляются: на смену погибающим, старым рождаются новые, молодые. Иной взглядна эволюцию Вселенной утвердился в современной астрофизике, объясняющийвозникновение Вселенной путём взрыва, связанного с рождением элементарныхчастиц в результате одного из фазовых переходов в вакууме. Вселенная, всоответствии с теорией Большого взрыва, не вечна, её ожидает гибель либо врезультате разлета галактик (“холодная смерть” — модель расширяющейсяВселенной), либо в результате коллапса (“горячая смерть” — модель осциллирующейВселенной). Соответственно галактики гибнут либо в одиночестве (первая модель),либо коллективно (вторая модель). В истории науки еще не было теории более“оптимистичной”, чем теория Большого взрыва. О том, что теория Большого взрываявляется крайне спорной в современной науке, свидетельствуют многочисленныеработы ученых – физиков и астрономов. Так шведский астрофизик, лауреатНобелевской премии Х. Альфвен говорит: “Эта космологическая теория представляетсобой верх абсурда – она утверждает, что вся Вселенная возникла в некийопределенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры сбулавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфереогромным преимуществом космологии “Большого взрыва” служит то, что она являетсяоскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum (“верую, ибо это абсурдно”)!Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен “храмовнауки”, неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчаскультивируется еще худшая бессмыслица.”
Заключение.
Концепцияэфира, возрожденная на основе СЭТ, и экспериментально подтвержденная в опытахМаринова принципиально отличается от концепции физического вакуума,представления о котором развились из принципа относительности. Основныеразличия двух концепций заключаются в следующем:
1.Согласно эфирной концепции электромагнитная волна представляет собойраспространение возбуждения неподвижной среды-эфира. В инерциальных системахотсчета имеет место зависимость скорости света от направления распространенияволны. Альтернативный взгляд сложился в современной физике: свет не нуждается всреде носителе и движется как корпускула, а скорость распространения светаизотропна и инвариантна в инерциальных системах.
2.Все, что нас окружает, находится в эфире. Структура и динамика свойств егоэлементов определяют такие фундаментальные физические понятия, как пространствои время. Таким образом, эфир, с которым можно связать абсолютную систему отсчетакоординат и времени, это и есть Абсолютное пространство-время вечной Вселенной.В отличие от эфира с физическим вакуумом невозможно связать систему отсчета, авозникающая из вакуума Вселенная имеет конечное время жизни.
3.Эфирной среде присущи все атрибуты материального объекта: она шумит врадиочастотном диапазоне (“реликтовое” излучение), является переносчикомэлектромагнитных волн, относительно эфира можно экспериментально выявитьскорость тел и частиц. Физический вакуум в этом смысле — объект виртуальный (неподдающийся непосредственной регистрации).
Признаниесуществование эфира — это окончательный отказ от принципа относительности ипереход к представлению о единстве божественного мира, объединяемоговсепроникающей средой-эфиром. Эта среда определяет абсолютную систему отсчетапространственных координат и времени. В социальной и духовной сферах, в которыепринцип относительности проник в форме либерализма и политеизма, отказ ототносительности морально-нравственных ценностей означает абсолютизацию понятийдобра, морали и справедливости.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sciteclibrary.ru