Итак, по мнению Фарадея и Максвелла, электромагнитную волну и электромагнитное поле следует понимать как деформацию эфира, сотканного из электрических зарядов.
Релятивистская физика
После признания работ Максвелла стала интенсивно развиваться волновая теория света. Каждое новое достижение в развитии этой теории, которое надо было как-то объяснять, заставляло наделять эфир все новыми и новыми свойствами. Постепенно объяснения световых явлений на основе эфирной гипотезы стали выглядеть все более искусственными.
Когда англичанин Томас Юнг и француз Огюстен Френель пришли к выводу, что свет представляет собой поперечные колебания (а не продольные), выяснилось, что для обеспечения движения световых волн с соответствующей скоростью эфир должен обладать фантастической упругостью, большей, чем самая упругая сталь. Упругость – это свойство прежде всего твердого тела, да и то не всякого. И в то же время эфир должен быть для света прозрачнее, чем любой газ, и не должен мешать движению звезд и планет.
Стало складываться убеждение о несовершенстве основ классической физики. Назревал кризис.
С целью выхода из кризиса был взят курс на разработку специальной физики – физики больших скоростей, близких к скорости света. Появилась так называемая релятивистская физика. Перед ней встала задача проверить действенность основных положений классической физики при световых и околосветовых скоростях.
Начиная с Галилея, содержательная база парадигм в естествознании строилась на основе трех опор. Этими опорами являлись геометрия пространства Евклида, принцип относительности Галилея и наличие среды, передающей взаимодействия.
Геометрия Евклида постулирует плоское пространство или пространство с нулевой кривизной. Принцип относительности Галилея утверждает одинаковость результатов измерений, проведенных в неподвижной системе (например, в лаборатории института) и в системе, движущейся равномерно и прямолинейно (например, в лаборатории, расположенной в поезде). Из принципа относительности Галилея вытекала абсолютность пространства и времени. На роль переносчика взаимодействия в те времена претендовал эфир.
И, наконец, к основным положениям классической физики относится правило сложения скоростей, суть которого в следующем: если в движущейся среде (например, река, скорость движения воды в которой 5 км/ч) движется тело в том же направлении с некоторой скоростью (лодка со скоростью 2 км/ч), то относительно неподвижного наблюдателя (человека, стоящего на берегу) скорость движущегося тела (лодки) определяется сложением этих скоростей (то есть относительно человека на берегу скорость движения лодки составит 7 км/ч).
Проверкой основных положений классической физики для волновых явлений и занялись ученые второй половины XIX века.
Первые же эксперименты, связанные с проверкой справедливости правила сложения скоростей при световых явлениях (опыт Физо, 1851 год), дали отрицательный результат. Оказалось, скорость света не подчиняется правилу сложения скоростей. Напрашивался вывод: эфир не увлекается частицами вещества при их движении.
Чтобы спасти классическую физику, ученые приняли гипотезу существования неподвижного мирового эфира, согласно которому все тела Вселенной движутся в неподвижном мировом эфире.
Высшая духовная Сущность на вопрос оператора «Увлекается ли эфир частицами вещества при движении?» ответила: «Да, обязательно. Поэтому он движим, перетекаем. Атом находится в постоянном движении, а эфир – часть атома».
Необходимо было экспериментальное подтверждение выдвинутой гипотезы о неподвижном мировом эфире. Следовало выяснить, что же все-таки представляет собой эфир.
В 1881 году американский физик А. Майкельсон, стремясь обнаружить эфирный ветер, осуществил уникальный опыт. Ученые рассчитывали на то, что исключительно высокая скорость света[21] в сочетании с необычайной миниатюрностью его носителя – фотонов – позволит уловить ничтожное влияние заполняющего все пространство эфира.
Приняв неподвижный и невесомый эфир за реальную сущность, ученые полагали, что скорость Земли относительно этой субстанции можно определить следующим образом. Поскольку Земля движется в пространстве, на что указывает ее вращение вокруг Солнца, она перемещается в эфире. Если находящийся на Земле наблюдатель сумеет измерить скорость луча света, движущегося в направлении, совпадающем с направлением движения Земли (по течению в эфире), а также скорость встречного луча света (против течения в эфире), то он легко сможет убедиться в различии этих скоростей.
Хитроумно приспособив для такого рода измерений крестообразный интерферометр, американский физик А. Майкельсон произвел свой знаменитый опыт, на основании которого рассчитывал получить различие скоростей в виде интерференционной картины. Каково же было его удивление, когда никакого наложения оптических волн в зрительной трубе не получилось! Казалось, что фотонам совершенно безразлично, куда лететь – по течению, против течения или куда-то вбок. Вполне возможно, что чувствительность прибора не отвечала требованиям, да и помехи (главным образом вибрации) были очень сильны. Результат оказался неопределенным [9].
Тем не менее был сделан вывод: движения Земли через эфир нет, а, следовательно, гипотеза неподвижного мирового эфира, на которую классическая физика возлагала большие надежды, неверна. Это был шок!
С 1887 по 1905 год был сделан ряд попыток (наиболее известная принадлежит датскому физику Хендрику Лоренцу) объяснить результат эксперимента Майкельсона тем, что все движущиеся в эфире объекты сокращаются в размерах, а все часы замедляют свой ход.
Пытаясь спасти гипотезу мирового неподвижного эфира, датский ученый Лоренц выдвинул новую гипотезу сокращения размеров тела в направлении движения. То есть при движении физических тел относительно неподвижной системы отсчета происходит укорочение их в направлении движения в такой степени, что различие в скорости света, испускаемого неподвижными и движущимися его источниками, не может быть обнаружено. И чем больше скорость физического тела приближается к скорости света, тем больше укорочение длины этого тела. В отличие от длины, которая при движении сокращается, интервал времени растягивается, то есть ход времени при движении замедляется.
Гипотеза Лоренца позволяла сохранить гипотезу неподвижного мирового эфира. Это устроило всех, и стали считать, что опыт Майкельсона экспериментально подтвердил Лоренцево сокращение размеров тел.
Правда, Хендрика Лоренца с его высокой научной щепетильностью очень смущало, что его идея была придумана специально для объяснения конкретного эксперимента. Он писал: «Подобному введению особых гипотез для каждого нового опыта присуща… некоторая искусственность». А гипотезу все-таки выдвинул! Позднее выяснилось, что она верно описывала факты, но неверно их объясняла.
Надо отметить, что хотя математические преобразования сокращения размеров тел носят имя Лоренца, такие же преобразования почти одновременно с ним были получены Пуанкаре.
Последствия эксперимента Майкельсона оказались судьбоносными практически для всех научных идей ХХ века. Как сказал Джордж Бернал: «Опыт Майкельсона – величайший из всех отрицательных опытов в истории науки».
Почему оценка такая негативная? Ведь отрицательный результат в науке – это тоже результат.
Дело в том, что, основываясь на нулевом результате опыта Майкельсона, эфир был отвергнут, и наука начала развиваться по пути безэфирной физики. И как выяснилось в середине ХХ века, в ошибочном направлении.
Забегая вперед, отметим, что сам Майкельсон, лауреат Нобелевской премии по физике 1907 года, несмотря на нулевые результаты своего опыта, не сомневался в существовании эфира и постоянно искал возможности опытного подтверждения этого. Через несколько лет он сформулировал исходные предпосылки нового, так называемого ротационного опыта, который осуществил Саньяк в 1911 году. Саньяк получил убедительные доказательства существования эфира. Эфир был зарегистрирован однозначно, и возникло неразрешимое противоречие с нулевыми результатами опыта Майкельсона в 1881 году [10].
Известный советский специалист по физической оптике академик и президент АН СССР Сергей Иванович Вавилов по этому поводу сказал: «Если бы явление Саньяка было открыто раньше, чем выяснились нулевые результаты опытов Майкельсона, оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее экспериментальное доказательство наличия эфира. Но в ситуации, создавшейся в теоретической физике после опытов Майкельсона, опыт Саньяка разъяснял немногое».
