Ищут пожарные,
Ищет милиция,
Ищут фотографы
В нашей столице,
Ищут давно,
Но не могут найти
Парня какого-то
Лет двадцати.
С.Я. Маршак
Ищут учёные, ищет полиция, ищут газетчики в разных столицах, ищут давно, но не могут найти… эфира какого-то, лет... трёхсот восьмидесяти.
Идея светоносного эфира как среды, служащей переносчиком света, была впервые выдвинута знаменитым учёным и философом — рационалистом, редукционистом и дуалистом — Рене Декартом ещё в XVII веке. В 1637 году, ровно за 300 лет до печально знаменитого 1937 года, вышла в свет его книга «Диоптрика», где наряду с законами распространения света, его отражения и распространения, выдвигалась та самая идея светоносного эфира.
Книга «Диоптрика» («О свете»), наряду с опубликованными в то же время книгами «О метеорах» и «Геометрия», являлась вообще-то частью всеохватывающего трактата «О мире», написанного Декартом ещё в 1634 году. Публиковать его полностью автор побоялся, узнав о печальной судьбе «Диалогов» Галилея и их автора, осужденного инквизицией сначала на заключение в тюрьме, а затем подвергнутого аресту в деревенском доме, где ему было предписано в течение трёх лет читать раз в неделю покаянные псалмы [1]. Вот вам и пресловутый 37 год!
До этого судьбоносного года и события эфир был участником мифологической картины мира или философским понятием древних греков. Так, в древнегреческих мифах фигурировал эфир как тончайший и лучезарный слой воздуха, которым дышат олимпийские боги. Также эфир считался верхним слоем небес. Само слово «эфир» в переводе с древнегреческого означает «верхний слой воздуха».
В мифах Эллады эфир был местом пребывания олимпийских богов, один из которых также носил имя Эфир. По одной из версий, бессмертный бог облаков Эфир, отец ветров, был сыном бессмертного бога вечного подземного мрака Эреба и богини Нюкты (Никты), персонификации Ночи, братом богини Дня — Гемеры.
В древнегреческой философии эфир превращается из тончайшего воздуха и бессмертного бога в один из космических элементов, точнее говоря, пятый, важнейший элемент мира, его квинтэссенцию (от лат. “quinta essentia” — «пятая сущность»). Первые четыре элемента — земля, вода, воздух и огонь. Пятый элемент — эфир. (Помните одноимённый фильм Люка Бессона “The Fifth Element”? Правда, точнее было бы перевести «Пятая стихия».)
Платон сопоставлял каждому из элементов правильный многогранник: пирамиду — огню, куб — земле, октаэдр (восьмигранник) — воздуху, икосаэдр (двадцатигранник) — воде; но поскольку многогранников пять, то и элементов тоже должно быть пять. По словам Платона, «оставшимся в запасе пятым многогранным построением Демиург воспользовался для придания формы Целому» [2]. Этим пятым правильным многогранником является двенадцатигранник — додекаэдр.
Ученик Платона Аристотель, для которого Платон был друг, но истина дороже, пошёл иным путём:
«У Аристотеля учение об эфире имеет совсем другое обоснование. Он доказывает необходимость существования пятого элемента, исходя из анализа движения. Поскольку все тела заключают в себе движущий принцип, каждое из них характеризуется определённым видом движения, причём простым телам — элементам — свойственны простые движения. Простых движений два — прямолинейное и круговое, следовательно, и среди элементов должен быть такой, которому от природы было бы свойственно круговращение. Правильнее всего, говорит Аристотель, называть этот элемент эфиром, оттого что он «вечно бежит». Эфир составляет субстанцию звёздных сфер вплоть до сферы Луны. Он отделён от всего здешнего, не имеет ни тяжести, ни легкости, вечен и неизменен» [2].
Анализ движения, которым занимался Аристотель, — штука очень важная. Им-то, по примеру Аристотеля, мы сейчас как раз и занимаемся. После Аристотеля этот анализ со всей остротой вновь стал на повестку дня уже не во времена Древней Греции, а спустя пару тысячелетий, в Новое время. Если Аристотеля волновали вопросы движения вещества — стрелы, камня, небесных тел, то физиков Нового времени озадачили загадки движения света. Это были гиганты физико-математической мысли своего времени: Рене Декарт (1596–1650), Христиан Гюйгенс (1629–1695), Роберт Гук (1635–1703), Исаак Ньютон (1642–1727), Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879), Хендрик Лоренц (1853–1928) и другие светочи науки.
На повестке дня было два основных вопроса:
1) Что такое свет?
2) Как свет движется?
Великие и знаменитые физики разделились на 2 враждующих лагеря, и начались нешуточные научные баталии.
Если свет — корпускулы, как полагали французский католический священник, философ, математик и астроном Пьер Гассенди (1592–1655) и и английский отец-основатель классической физики Исаак Ньютон, то это предполагает существование абсолютно пустого пространства. Свет, являющийся потоком материальных частиц, движется в пустом пространстве так же, как и летят стрелы в воздухе. Любая среда типа эфира будет препятствовать такому движению.
Если свет — это волна, как считали французский философ, математик и физик Рене Декарт, английский естествоиспытатель, экспериментатор и изобретатель Роберт Гук и нидерландский физик, математик и астроном Христиан Гюйгенс, то это предполагает существование некой очень тонкой материальной среды — мирового эфира, заполняющего всё пространство. Свет, имеющий волновую природу, движется по этому эфиру точно так же, как и волны по водной глади, оставляя круги на воде (эфире).
«Волновая теория света, казалось, требовала наличия сплошной промежуточной среды между источником и приёмником света. Было предпринято много попыток построить механическую модель этой среды, которые, правда, так и не увенчались успехом. Механическая модель эфира должна была обладать рядом трудно согласуемых свойств. Так, поперечность световых колебаний требовала, чтобы эфир обладал свойствами упругого твёрдого тела, а отсутствие продольных световых волн означало его несжимаемость. Эфир должен был обладать невесомостью, не оказывать сопротивления движущимся сквозь него телам и т.д.» [2].
Одни опыты свидетельствовали в пользу волновой теории света, другие — в пользу корпускулярной. В 1865 году вышла в свет статья британца Джеймса Клерка Максвелла «Динамическая теория электромагнитного поля» (“A dynamical theory of the electromagnetic field”), которая ознаменовала научную революцию.
В этой революционной работе на авансцену истории науки вышло новое научное понятие — физическое поле, которое впервые было использовано за 20 лет до Максвелла другим знаменитым британским учёным — Майклом Фарадеем. Но если у Фарадея понятие «поле» (точнее: «магнитное поле», «поле магнитных сил») имело вспомогательный характер и представляло собой координатную сетку, образованную магнитными силовыми линиями и использовавшуюся при описании характера движения тел вблизи магнитов, то в работе Максвелла 1865 года поле уже представляло собой новую физическую реальность. Эта новая физическая реальность прочно обосновалась в физике, а затем и вовсе вытеснила понятие эфира.
В этой работе Максвелл фактически предсказал существование электромагнитных волн и дал математическую формулировку, описывающую уравнения электромагнитного поля и его связь с электрическими зарядами и токами. С этого времени свет стал устойчиво отождествляться с электромагнитным взаимодействием.
Уравнения Максвелла, описывающие электромагнитное поле, были справедливы только в механической системе отсчёта, покоящейся относительно эфира. Волновая природа света у Максвелла предполагала наличие некой среды, в которой происходят поперечные колебания света. Хотя взгляды на эту среду разнились. Среди учёных были сторонники теории «абсолютно покоящегося» эфира (Лоренц), сторонники теории «полностью увлекаемого» эфира (Герц, Стокс, Планк), наконец, сторонники теории «частично увлекаемого» эфира(Френель).
Искали саму эту «светоносную среду» — всё напрасно. Искали движение Земли относительно «светоносной среды» — безрезультатно. Искали сопутствующий движению Земли в этой среде «эфирный ветер» — никакого толку. Из искры неудачного эксперимента Майкельсона-Морли 1887 года [3] и родилась в 1905 году специальная теория относительности (СТО). (Отрицательный результат — это тоже результат!)
В специальной теории относительности Эйнштейна уравнения Максвелла стали инвариантны не только в одной-единственной абсолютной системе отсчёта (АСО), которая отождествлялась как раз с неподвижным «светоносным эфиром», но и в различных инерциальных системах отсчёта (ИСО), движущихся друг относительно друга с околосветовыми скоростями. Такая инвариантность уравнений Максвелла была достигнута Эйнштейном за счёт соединения принципа относительности Пуанкаре с преобразованиями Лоренца.
В этой теории уже нет ни эфирного ветра, ни светоносного эфира, понимаемого как среда для распространения электромагнитных волн и абсолютная система отсчёта. В СТО эфир вдруг стал излишним с математической и геометрической точки зрения:
«Введение "светоносного эфира" окажется при этом излишним, поскольку в предлагаемой теории не вводится "абсолютно покоящееся пространство", наделенное особыми свойствами, а также ни одной точке пустого пространства, в котором протекают электромагнитные процессы, не приписывается какой-нибудь вектор скорости» [4].
Хотя позднее Эйнштейн сам себе противоречил, утверждая необходимость эфира в виде непрерывной среды с физическими свойствами:
«...мы не можем в теоретической физике обойтись без эфира, т.е. континуума, наделённого физическими свойствами, ибо общая теория относительности ... исключает непосредственное дальнодействие; каждая же теория близкодействия предполагает наличие непрерывных полей, а следовательно, существование "эфира"» [5].
Роль "эфира" как переносчика взаимодействия взяло на себя в данном случае физическое поле.
Позднее всё тот же Эйнштейн предложил использовать термин «эфир» для обозначения физического пространства в общей теории относительности, но эта идея не нашла понимания у его коллег по цеху:
«Мы можем сказать, что, согласно общей теории относительности, пространство обладает физическими свойствами; в этом смысле, таким образом, эфир существует. Согласно общей теории относительности, пространство без эфира немыслимо; в таком пространстве не только бы не было никакого распространения света, но и не могли бы существовать никакие стандарты пространства и времени (измерительных масштабов и часов), и, следовательно, никакие пространственно-временные интервалы в физическом понимании. Но этот эфир не может рассматриваться как наделённая какими-либо качественными характеристиками весомая среда, состоящая из частей, которые могут быть прослежены с течением времени. Идея движения к нему неприменима» [6].
Тем не менее попытки вернуть так и не найденный никем неподвижный эфир с уникальными физическими свойствами, заполняющий собой всё пространство, в физику продолжались и продолжаются по сей день. Так, английский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года (совместно с Эрвином Шрёдингером) Поль Дирак, который был одним из отцов-основателей квантовой механики, предположил, что квантовый вакуум может быть эквивалентом понятию эфира в современной физике:
«Если пересмотреть вопрос, то теперь могут быть выдвинуты солидные соображения в пользу постулирования светоносной среды» [7].
О некой скрытой среде говорил и Луи де Бройль в 1927 году. В настоящее время некоторые ученые начинают видеть в тёмной материи и тёмной энергии новую ссылку на концепцию эфира.
Автор информационной модели мира — профессор Университета Джорджа Вашингтона Саймон Беркович — выдвинул в своё время идею о существовании неподвижного клеточно-автоматного эфира, который не увлекается средой, но насыщен информацией.
Поиски эфира чем-то напоминают поиски четвёртого измерения. В своё время четвёртое измерение долго и безуспешно искали в пространстве. Поиски этого измерения стали настоящим культом во второй половине XIX века не только в сфере науки, но и в сфере культуры, а то и политики.
Пресловутое четвёртое измерение стремглав ворвалось в общественное сознание в середине XIX века и стало притчей во языцех. Экстрасенсы «вызывали духов» из четвёртого измерения. Писатели писали романы о четвёртом измерении, которые оборачивались хлёсткой социальной сатирой. Они же сочиняли научно-фантастические рассказы о жутких встречах с монстрами из четвёртого измерения и о путешествиях самих людей в четвёртое измерение. Авангардисты, абстракционисты, кубисты затеяли бунт против реализма, приняв четвёртое измерение. Если живопись Ренессанса отвергла плоские изображения «рабов божьих», принятые во времена Средневековья, и открыла третье измерение в виде перспективы, то кубисты затеяли «бунт против перспективы», который сопровождался признанием четвёртого измерения.
В начале ХХ века мистики выдвигали предположения о существовании Бога в четвёртом измерении. Большевики в лице В.И. Ленина ответили на это гневной отповедью. Мол, «математики пусть исследуют и четвёртое измерение, и мир, в котором оно возможно, — это даже полезно, писал Ленин, но свергнуть царя можно лишь в пространстве с тремя измерениями!» [8].
В своей работе «К электродинамике движущихся тел» Эйнштейн подвёл черту под длительными поисками четвёртого измерения, которые занимали людские умы более полувека. Эйнштейн нашёл его во времени. Эврика! Отныне время и пространство стали частями единого и неделимого пространства-времени. (Отныне, но навсегда ли?)
Найдя четвёртое измерение в виде времени, Эйнштейн тем самым положил конец поискам эфира, который стал вдруг «излишним». Излишним по большому счёту становится и само время, которое, по словам Эйнштейна, есть «то, что показывают часы». Время у него превратилось не только в жалкий и бесправный придаток к пространству, но и просто в иллюзию. Вот к чему приводит заморозка времени в формулах и на графиках!
Размороженное Время, обладающее свойством движения и голографичности, с такой точкой зрения решительно не совпадает. Как говорится, всё в мире относительно.
Делаем следующий шаг — из эфира в относительность.
Продолжение следует: http://proza.ru/2018/02/01/1399
На главную: http://www.proza.ru/2018/09/03/260
Примечания:
1. Рене Декарт (1596–1650): http://84.237.19.2:8081/hoe/personalia/dekart.pdf
2. Электронная библиотека Института философии РАН, Новая философская энциклопедия, ЭФИР:
3. См. Имре Лакатос «Фальсификация и методология научно-исследовательских программ», Эксперимент Майкельсона-Морли: http://www.philsci.univ.kiev.ua/biblio/Lakatos/10.html
4. А. Эйнштейн К ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ: http://path-2.narod.ru/02/03/kedt.pdf
5. А. Эйнштейн «Об эфире»: 1924 г. / Сочинения: В 4 т.-М.: Наука, 1965.-Т. " 2.-С. 160
6. А. Эйнштейн «Эфир и теория относительности»:
7. П. Дирак “Nature”, V, 166, 1951 г.
8. Каку Мичио «Гиперпространство». Глава "Большевики и четвёртое измерение"