Как и почему теория эфира была отвергнута наукой?
18 января 2019 г.
КОСМОС
В средние века было очевидно, что Земля - это центр Вселенной и вокруг нее вращаются Солнце и планеты. После Коперника все были уверенны, что центр вселенной - Солнце. Потом оказалось, что другие звезды - это такие же Солнца, как и наше и так далее. Научный прогресс меняет наши представления о том, как устроен мир
Аналогично и в физике в прошлом существовало множество воззрений, которые нынешней наукой признаны неверными или избыточными. Одной из таких теорий является теория эфира.
Что такое эфир?
В 17-м веке сперва Декарт, а затем Гюйгенс предположили, что свет распространяется в невидимой, всепроникающей среде, называемой эфиром. Само название позаимствовано у древних греков. Теория эфира развивалась в течении последующих двух столетий и была довольно неплохо проработана.
Предполагалось, что свет - это волны в эфире. Также как звуковые волны нуждаются в среде, чтобы распространяться, так по представлениям физиков того времени световые волны также нуждались в среде, в которой они могут распространяться. Поэтому и появилась концепция всепроникающего, невидимого эфира.
Считалось, что свет - это механические колебания эфира вызываемые источником света и распространяющиеся с огромной скоростью. С открытием электромагнетизма и законов классической электродинамики возникло мнение, что эфир также служит средой для распространения и электромагнитных волн.
Так согласно одной из эфирных теорий гравитации два тела как бы закрывают друг друга от давления частиц эфира (корпускул),
что и создает силу притяжения между ними. Источник: wikipedia.org
Эфир также пробовали использовать для физического объяснения гравитации. Так как закон всемирного тяготения Ньютона имел форму постулата, аксиомы, т.е. утверждения без доказательств.
Проблема теории эфира
Проблемой теории эфира являлось то, что согласно ней скорость света должна различаться для различных систем отсчета. Если наблюдатель движется в эфире по направлению к источнику света, то скорость света должна быть больше, а если наоборот наблюдатель удаляется от источника света, то для него свет должен замедляться.
Но это не подтверждалось экспериментами. Поначалу считали, что это потому, что скорости с которыми мы можем двигаться пренебрежительно малы, чтобы заметить различие в скоростях света и это долго считалось вполне разумным объяснением.
Наблюдательная и измерительная техника совершенствовалась и в конце 19-го века Майкельсон и Морли поставили серию экспериментов с целью доказательства существования эфира.
Предполагаемое движение Земли через светоносный эфир. Источник: wikipedia.org
Земля вращается вокруг Солнца и ее направление движения относительно эфира должно постоянно меняться. Полгода земля должна была бы двигаться относительно эфира в одну сторону, а затем полгода в другую. Значит одну половину года скорость света должна была быть больше, а вторую - меньше.
Схема интерферометра Майкельсона использовавшегося в экспериментах. Источник: wikipedia.org
Однако опыты показали, что это не так. Независимо от направления движения Земли скорость света всегда оставалась неизменной. Ученые многократно повторяли эксперименты, ища проблема в точности измерений, но в итоге были вынуждены признать, что никакого "эфирного ветра" не существует.
Примирить теорию эфира с результатами опытов пытались многие ученые. Лучше всего это получилось у Лоренца. Он предположил, что эфир неподвижен и необнаружим. Развивая эту теорию, Лоренц пришел к формулам похожим на уравнения специальной теории относительности, в частности Лоренц пришел к тем же выводам о замедлении времени и сокращении длины при движении на околосветовых скоростях.
Лоренц в 1902-м году. Источник: wikipedia.org
Позже Эйнштейн, который хоть в своих работах и не упоминал опыты Майкельсона-Морли, но был с ними знаком предложил специальную теорию относительности (СТО), согласно которой в эфире нет нужды и которая прекрасно описывает все результаты наблюдений.
Итоги
В отличие от прочих, теория эфира Лоренца не ошибочна. Прогнозы сделанные на ее основе идентичны предсказаниям сделанным на основе СТО. Но есть две причины, почему современная наука предпочитает СТО теории эфира Лоренца:
- предположение о существовании невидимого и необнаружимого статичного эфира излишне. Нет никакого способа доказать или опровергнуть эту лоренцовскую аксиому, что противоречит критериям научности;
- СТО будучи сформулированной в терминах метрики Минковского наглядным образом ведет к общей теории относительности. В то же время нет способа вывести принципы ОТО из теории эфира Лоренца.
Обновленная теория эфира Лоренца экспериментально неотличима от СТО Эйнштейна, однако предполагаемое наличие необнаружимого эфира неотличимо от его отсутствия, кроме того, развитие теории Лоренца не дает важных научных результатов в отличие от теории относительности. Именно поэтому теория эфира и была признана устаревшей.
via