Ефір (фізика)
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Ефір, згідно з уявленнями, які панували в фізиці до початку XX століття, — гіпотетичне середовище, в якому розповсюджується світло та радіохвилі.
Зміст |
[ред.] Механічний ефір
Гіпотеза про існування ефіру була висунута Крістіаном Гюйґенсом. 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 більш очевидним, 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 досліднкам привід піддавати сумніву не лише гіпотезу про існування механічного ефіру, а й пов'язану на той час з нею хвильову теорію світла.
[ред.] Електромагнітний ефір
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 бути відрізнятись від c.
[ред.] Експериментальна перевірка
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.
Отже виявилося, що гіпотеза про існування електромагнітного ефіру, а отже і гіпотеза про існування зв'язаної з ним „абсолютної“ системи координат не узгоджується з експериментом.
[ред.] Ефір та теорія відносності
Розробка Альбертом Ейнштейном спеціальної теорії відносності остаточно заперечила гіпотезу про існування ефіру. Теорія Ейнштейна базується на постулатах про однаковість швидкості світла у всіх інерціальних 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, поширюються у вакуумі і не потребують ніякого середовища для свого розповсюдження. Отже гіпотеза ефіру, у тому вигляді як вона існувала в кінці XIX - на початку XX століття, повністю відкинута сучасною наукою.
[ред.] Сучасні тенденції та перспективи
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 незаперечує його появу в тому чи іншому вигляді в неканонічних теоріях простору-часу. Такий ефір, звичайно, не може передувати на роль переносчика електромагнітного випромінювання, але може, внаслідок дуже слабкої взаємодії зі звичайною матерією, призводити до незначних (за межами чутливості сучасних експериментів) відхилень від спеціальної теорії відносності. Такі теорії розробляються в сучасній фізиці. Посилання на такі публікації з цього питання можн 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.
[ред.] Слово «ефір» у повсякденній мові
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» тощо.
[ред.] Література
- Christiaan Huygens: Abhandlung über das Licht (Tractatus de lumini), Deutsch, Thun, 1996, ISBN 3-8171-3020-1 <Repr. d. Ausg. 1690>
- Johann Friedrich Radinger: Der Äther und das Licht, Gerold, Wien, 1901
- Banesh Hoffman, Relativity and Its Roots (Freeman, New York, 1983).
- Michael Janssen, 19th Century Ether Theory, Einstein for Everyone course at UMN (2001).
- Isaac Newton, Opticks (1704). Republished 1952 (Dover: New York), with commentary by Bernard Cohen, Albert Einstein, and Edmund Whittaker.
- Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph, Modern Physics" (4th ed.), W. H. Freeman, 2002, ISBN 0716743450
- J. Larmour, "A Dynamical Theory of the Luminiferous Medium". Transactions of the Royal Society, 1885-86.
- Albert Einstein, "Ether and the Theory of Relativity", republished in Sidelights on Relativity (Dover, NY, 1922)
- И.В. Терентьев, История эфира, Москва: ФАЗИС, 1999 г. 176 стр. ISBN 5-7036-0054-5. Рецензия на эту книгу.
- Э. Уиттекер, История теории эфира и электричества, Издательство: Регулярная и хаотическая динамика, 2001 г. 512 стр. ISBN 5-93972-070-6.
