Содержание

Эфир (физика) — это… Что такое Эфир (физика)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Эфир.

Эфир (светоносный эфир, от др.-греч. αἰθήρ, верхний слой воздуха; лат. aether) — гипотетическая всепроникающая среда[1], колебания которой проявляют себя как электромагнитные волны (в том числе как видимый свет). Концепция светоносного эфира была выдвинута в XVII веке Рене Декартом и получила подробное обоснование в XIX веке в рамках волновой оптики и электромагнитной теории Максвелла. Эфир рассматривался также как материальный аналог ньютоновского абсолютного пространства. Существовали и другие варианты теории эфира.

В конце XIX века в теории эфира возникли непреодолимые трудности, вынудившие физиков отказаться от понятия эфира и признать электромагнитное поле самодостаточным физическим объектом, не нуждающимся в дополнительном носителе. Абсолютное пространство было упразднено специальной теорией относительности. Неоднократные попытки отдельных учёных возродить концепцию эфира в той или иной форме (например, связать эфир с физическим вакуумом) успеха не имели.

История

Античные представления

Из немногочисленных дошедших до нас трудов древнегреческих учёных можно понять, что эфир тогда понимался как особое небесное вещество, «заполнитель пустоты» в Космосе[2]. Платон в диалоге «Тимей» сообщает, что Бог создал мир из эфира. Демокрит термин эфир не использовал. Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» упоминает, что «эфир питает созвездья», то есть светила состоят из сгущённого эфира.

Несколько более подробная картина изложена в трудах Аристотеля. Он также считал, что планеты и другие небесные тела состоят из эфира (или квинтэссенции), который есть «пятый элемент» природы, причём, в отличие от остальных (огня, воды, воздуха и земли), вечный и неизменный. Аристотель писал: «Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир во время обращения вокруг Земли». Эфир также заполняет весь внеземной Космос, начиная со сферы Луны; из приведенной цитаты можно сделать вывод, что эфир Аристотеля передаёт свет от Солнца и звёзд, а также тепло от Солнца. Аристотелевское понимание термина переняли средневековые схоласты; оно продержалось в науке до XVII века.

Светоносный эфир Декарта (XVII век)

Рене Декарт

Гипотеза о существовании светоносного эфира была выдвинута в 1618 году Рене Декартом и развита в его «Началах философии» (1644). В соответствии со своей (картезианской) натурфилософией Декарт рассматривал эфир как «тонкую материю», подобную жидкости, механические свойства которой определяют законы распространения света. Эфир Декарта заполнял всё свободное от материи пространство Вселенной, однако не оказывал сопротивления при движении в нём вещественных тел. Надо отметить, что пустоты́ Декарт, как и Аристотель, не признавал, и параграфы 16 и 20 «Начал философии» («О том, что не может быть пустоты» и «О невозможности существования атомов

») специально посвятил опровержению атомизма.

Как и прочая материя, картезианский эфир находится в постоянном движении, преимущественно в форме вихрей. Возникающие при этом взаимное давление и центробежная сила отбрасывает шаровидные частицы эфира прочь от источника — наблюдатель воспринимает это движение как распространение света[3]. Скорость света Декарт считал бесконечной. Он построил также оригинальную теорию цвета, по которой разные цвета получаются из-за разных скоростей вращения эфирных частиц.

Учение Декарта о свете было существенно развито Гюйгенсом в его «Трактате о свете» (Traité de la lumière, 1690). Гюйгенс рассматривал свет как волны в эфире и разработал математические основы волновой оптики.

В конце XVII века были открыты несколько необычных оптических явлений, которые следовало согласовать с моделью светоносного эфира: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин, изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер)

[4]. Наметились два варианта физической модели света:

  • Эмиссионная (или корпускулярная) теория: свет есть поток частиц, излучаемых источником. В пользу этого мнения говорила прямолинейность распространения света, на которой основана геометрическая оптика, однако дифракция и интерференция плохо укладывались в эту теорию.
  • Волновая: свет есть всплеск в эфире. Надо принять во внимание, что под волной тогда понимали не бесконечное периодическое колебание, как в современной теории, а одиночный импульс[5]; по этой причине объяснения световых явлений с волновых позиций были мало правдоподобны.

Интересно отметить, что концепция светоносного эфира Декарта—Гюйгенса стала вскоре общепринятой в науке и не пострадала от развернувшихся в XVII—XVIII веках споров картезианцев и атомистов[6][7], а также сторонников эмиссионной и волновой теории. Даже Исаак Ньютон, склонявшийся скорее к эмиссионной теории, допускал, что в указанных эффектах принимает участие и эфир

[8]. В трудах Ньютона эфир упоминается очень редко (в основном в ранних работах), хотя в личных письмах он иногда позволял себе «измышлять гипотезы» о возможной роли эфира в оптических, электрических и гравитационных явлениях.

Благодаря авторитету Ньютона, эмиссионная теория света в XVIII веке стала общепринятой. Эфир рассматривался не как носитель, но как переносчик световых частиц, а преломление и дифракцию света объясняли изменением плотности эфира — вблизи тел (дифракция) или при переходе света из одной среды в другую (преломление)[9]. В целом эфир как часть системы мира отошёл в XVIII веке на задний план, однако теория эфирных вихрей сохранилась, и были безуспешные попытки применить её для объяснения магнетизма и гравитации[10].

Развитие моделей эфира в XIX веке

Волновая теория света

В начале XIX века волновая теория света, рассматривавшая свет как волны в эфире, одержала решительную победу над эмиссионной теорией. Первый удар по эмиссионной теории нанёс английский учёный-универсал Томас Юнг, в 1800 году разработавший волновую теорию интерференции (и ввёл сам этот термин) на основе сформулированного им принципа суперпозиции волн. По результатам своих опытов он довольно точно оценил длину волны света в различных цветовых диапазонах.

Огюстен Жан Френель

Вначале теория Юнга была встречена враждебно. Как раз в это время было глубоко изучено явление двойного лучепреломления и поляризации света, воспринятое как решающее доказательство в пользу эмиссионной теории. Но тут в поддержку волновой модели (ничего не зная о Юнге) выступил Огюстен Жан Френель. Рядом остроумных опытов он продемонстрировал чисто волновые эффекты, совершенно необъяснимые с позиций корпускулярной теории, а его мемуар, содержащий всестороннее исследование с волновых позиций и математическую модель всех известных тогда свойств света (кроме поляризации), победил на конкурсе Парижской Академии наук (1818). Курьёзный случай описывает Араго: на заседании комиссии академиков Пуассон выступил против теории Френеля, так как из неё следовало, что при определённых условиях в центре тени от непрозрачного кружка мог появиться ярко освещённый участок. На следующем заседании Френель продемонстрировал членам комиссии этот эффект.

Юнг и Френель изначально рассматривали свет как упругие (продольные) колебания разрежённого, но чрезвычайно упругого эфира, подобные звуку в воздухе. Любой источник света запускает упругие колебания эфира, которые происходят с гигантской, нигде больше не отмеченной в природе частотой, благодаря чему достигается распространение их с колоссальной скоростью[11]. Любое вещественное тело притягивает эфир, который проникает внутрь тела и сгущается там. От плотности эфира в прозрачном теле зависел коэффициент преломления света[12].

Оставалось понять механизм поляризации. Ещё в 1816 году Френель обсуждал возможность того, что световые колебания эфира не продольны, а поперечны. Это легко объяснило бы явление поляризации. Юнг в это время тоже пришёл к такой идее. Однако поперечные колебания ранее встречались только в несжимаемых твёрдых телах, в то время как эфир считали близким по свойствам к газу или жидкости. В 1822—1826 годах Френель представил мемуары с описанием новых опытов и полную теорию поляризации, сохраняющую значение и в наши дни.

Модель Коши-Стокса

Интерес и доверие к концепции эфира в XIX веке резко возросли. Следующие (после 1820-х) почти сто лет обозначены триумфальным успехом волновой оптики во всех областях. Классическая волновая оптика была завершена, поставив в то же время труднейший вопрос: что же представляет собой эфир?

Когда выяснилось, что световые колебания строго поперечны, встал вопрос о том, какими свойствами должен обладать эфир, чтобы допускать поперечные колебания и исключить продольные. А. Навье в 1821 году получил общие уравнения распространения возмущений в упругой среде. Теория Навье была развита О. Л. Коши (1828), который показал, что, вообще говоря, продольные волны также должны существовать

[13].

Френель выдвинул гипотезу, согласно которой эфир несжимаем, но допускает поперечные сдвиги. Такое предположение трудно согласовать с полной проницаемостью эфира по отношению к веществу. Д. Г. Стокс объяснил затруднение тем, что эфир подобен смоле: при быстрых деформациях (излучение света) он ведёт себя как твёрдое тело, а при медленных (скажем, при движении планет) пластичен. В 1839 году Коши усовершенствовал свою модель, создав теорию сжимающегося (лабильного) эфира, позднее доработанную У. Томсоном.

Чтобы все эти модели не рассматривались как чисто спекулятивные, из них следовало формально вывести основные эффекты волновой оптики. Однако подобные попытки имели мало успеха. Френель предположил, что эфир состоит из частиц, величина которых сравнима с длиной световой волны. При этом дополнительном предположении Коши удалось обосновать явление дисперсии света. Однако попытки связать, например, френелевскую теорию преломления света с какой-либо моделью эфира оказались неудачны

[14].

Эфир и электромагнетизм

Фарадей относился к эфиру скептически и выражал неуверенность в его существовании[15]. С открытием Максвеллом уравнений классической электродинамики теория эфира получила новое содержание.

В ранних работах Максвелл использовал гидродинамические и механические модели эфира, однако подчёркивал, что они служат только для пояснения с помощью наглядной аналогии. Необходимо иметь в виду, что векторного анализа тогда ещё не существовало, и гидродинамическая аналогия понадобилась Максвеллу, в первую очередь, для разъяснения физического смысла дифференциальных операторов (дивергенция, ротор и др.). Позднее (с 1864 года) Максвелл исключил из своих трудов рассуждения по аналогии[16]. Конкретных моделей эфира Максвелл не разрабатывал и не опирался на какие-либо свойства эфира, кроме способности поддерживать ток смещения, то есть перемещение электромагнитных колебаний в пространстве.

Когда эксперименты Г. Герца подтвердили теорию Максвелла, эфир стал рассматриваться как общий носитель света, электричества и магнетизма. Волновая оптика превратилась в органичную часть теории Максвелла, и возникла надежда построить физическую модель эфира на этом фундаменте. Исследованиями в этой области занимались крупнейшие учёные мира. Часть из них (например, сам Максвелл, Умов и Гельмгольц), хотя писала о свойствах эфира, фактически изучала свойства электромагнитного поля. Другая часть (например, Д. Г. Стокс, У. Томсон) пыталась раскрыть природу и свойства собственно эфира — оценить давление в нём, плотность его массы и энергии, связать с атомной теорией. Продолжались также попытки связать эфир с тяготением, однако никакого существенного продвижения в этом направлении не удалось добиться даже Максвеллу[17].

Химизм в попытках понимания эфира (Д. И. Менделеев)
Д. И. Менделеев. Опыт химического понимания мирового эфира. Нью-Йорк — Лондон — Бомбей. 1904

В творчестве Д. И. Менделеева этот вопрос имеет непосредственное отношение к осмыслению им физических причин периодичности. Поскольку свойства элементов пребывают в периодической зависимости от атомных весов (массы), учёный предполагал использовать эти закономерности для решения настоящей проблемы, — определяя причины сил тяготения и благодаря изучению свойств передающей их среды.[18]

Как уже отмечено, предполагалось, что «эфир», заполняющий межпланетное пространство, является средой, передающей свет, тепло и гравитацию. В контексте таких представлений исследования сильно разреженных газов представлялось возможным путём к детерминации названной субстанции, когда свойства «обычного» вещества уже не способны бы были скрывать свойства «эфира»[18].

В одной из своих гипотез Д. И. Менделеев, руководствовался тем, что специфическим состоянием сильно разреженных газов воздуха мог оказаться «эфир» или некий неизвестный инертный газ с очень малым весом, то есть наилегчайший химический элемент. Учёный пишет на оттиске из «Основ химии», на эскизе периодической системы 1871 года: «Легче всех эфир, в миллионы раз»; в рабочей тетради 1874 года он более ясно высказывает свои соображения: «При нулевом давлении у воздуха есть некоторая плотность, это и есть эфир!». Но в его публикациях той поры эти мысли не нашли отражения. Открытие в конце XIX века инертных газов актуализировало вопрос о химической сущности мирового эфира. По предложению Уильяма Рамзая Менделеев включает в периодическую таблицу нулевую группу, оставляя место для более лёгких, чем водород, элементов. По мнению Менделеева, группа инертных газов могла быть дополнена коронием и легчайшим, пока неизвестным элементом, названным им ньютонием, который и составляет мировой эфир. Свои взгляды в апреле 1902 года он развёрнуто излагает в эссе «Попытка химического понимания мирового эфира» (опубликовано на английском языке в 1904 году, на русском — в 1905 году). В заключительной части этого труда Д. И. Менделеев пишет[18][19]:

Представляя эфир газом, обладающим указанными признаками и относящимся к нулевой группе, я стремлюсь прежде всего извлечь из периодического закона то, что он может дать, реально объяснить вещественность и всеобщее распространение эфирного вещества повсюду в природе и его способность проникать все вещества не только газо- или парообразные, но и твёрдые и жидкие, так как атомы наиболее легких элементов, из которых состоят наши обычные вещества, всё же в миллионы раз тяжелее эфирных и, как надо думать, не изменят сильно своих отношений от присутствия столь лёгких атомов, каковы атомы х или эфирные. Понятно само собой, что вопросов является затем и у меня самого целое множество, что на большую часть из них мне кажется невозможным отвечать, и что в изложении своей попытки я не думал ни поднимать их, ни пытаться отвечать на те из них, которые мне кажутся разрешимыми. Писал не для этого свою «попытку», а только для того, чтобы высказаться в таком вопросе, о котором многие, знаю, думают, и о котором надо же начать говорить.

Еще в ранних своих работах Д. И. Менделеев пришёл к методологическим принципам и положениям, получившим развитие в его последующих исследованиях. Он стремится подходить к решению того или иного вопроса, следуя этим общим принципам, создавая философскую концепцию, в пределах которой будет проводиться анализ конкретных данных. Это характерно и для исследований, касающихся данной темы, которые выразились результатами, к ней прямого отношения не имеющими.[20] Движимый идеей обнаружения эфира, Д. И. Менделеев экспериментально начал изучать разреженные газы, и занимаясь этой темой, сформулировал или подтвердил положения кинетической теории и термодинамики, теоретически обосновал условия поведения сжатых газов[21]: получил уравнение идеального газа, содержащее выведенную им универсальную газовую постоянную, и получил вириальные разложения, которые находятся в полном соответствии с первыми приближениями в известных сейчас уравнениях для реальных газов. Очень ценным, но несколько преждевременным, было предложение Д. И. Менделеева о введении термодинамической шкалы температур[18].

Трудности в теории эфира (конец XIX — начало XX века)

В 1728 году английский астроном Брэдли открыл аберрацию света: все звёзды описывают на небосводе малые круги с периодом в один год. С точки зрения эфирной теории света это означало, что эфир неподвижен, и его кажущееся смещение (при движении Земли вокруг Солнца) по принципу суперпозиции отклоняет изображения звёзд. Френель, однако, допускал, что внутри движущегося вещества эфир частично увлекается. Эта точка зрения, казалось, нашла подтверждение в опытах Физо.

Максвелл в 1868 году предложил схему решающего опыта, который после изобретения интерферометра смог осуществить в 1881 году американский физик Майкельсон. Позже Майкельсон и Эдвард Морли повторили опыт несколько раз с возрастающей точностью, но результат был неизменно отрицательным — «эфирного ветра» не существовало.

В 1892 году Г. Лоренц и независимо от него Дж. Фицджеральд предположили, что эфир неподвижен, а длина любого тела сокращается в направлении его движения, из-за чего «эфирный ветер» становится сложнее обнаружить. Оставался, однако, неясным вопрос — отчего длина сокращается в точности в такой степени, чтобы сделать обнаружение эфира (точнее, движения относительно эфира) невозможным. В это же время были открыты преобразования Лоренца, которые вначале посчитали специфическими для электродинамики. Эти преобразования объясняли лоренцево сокращение длины, но были несовместимы с классической механикой, основанной на преобразованиях Галилея. Анри Пуанкаре показал, что преобразования Лоренца эквивалентны принципу относительности для электромагнитного поля; он считал, что эфир существует, но принципиально не может быть обнаружен.

А. Эйнштейн, 1905 г.

Физическая сущность преобразований Лоренца раскрылась после работ Эйнштейна. В статье 1905 года Эйнштейн рассмотрел два постулата: всеобщий принцип относительности и постоянство скорости света. Из этих постулатов сразу вытекали преобразования Лоренца (уже не только для электродинамики), сокращение длины и относительность одновременности событий. Эйнштейн указал в этой же статье на ненужность эфира, поскольку никаких разумных физических атрибутов приписать ему не удалось, а всё то, что считалось динамическими свойствами эфира, вобрала в себя кинематика специальной теории относительности (СТО). С этого момента электромагнитное поле стало рассматриваться не как энергетический процесс в эфире, а как самостоятельный физический объект.

Новые представления победили не сразу, ряд физиков ещё несколько десятилетий после 1905 года делал попытки восстановить доверие к эфирной модели. Дейтон Миллер в 1924 году объявил, что обнаружил «эфирный ветер». Результат Миллера не подтвердился, а намного более точные измерения (различными методами) вновь показали, что «эфирный ветер» отсутствует[23]. Другие физики пытались использовать для доказательства существования эфира эффект Саньяка, однако это явление полностью объясняется в рамках теории относительности[24]. Исследуются также возможные границы применимости теории относительности[25].

Причины отказа от концепции эфира

Главной причиной, по которой физическое понятие эфира было отвергнуто, стал тот факт, что это понятие после разработки СТО оказалось излишним. Из других причин можно назвать противоречивые атрибуты, приписываемые эфиру: неощутимость для вещества, поперечная упругость, немыслимая по сравнению с газами или жидкостями скорость распространения колебаний и др. Дополнительным аргументом стало доказательство дискретной (квантовой) природы электромагнитного поля, несовместимое с гипотезой непрерывного эфира.

В своей статье «Принцип относительности и его следствия в современной физике» (1910)[26] А. Эйнштейн детально объяснил, почему концепция светоносного эфира несовместима с принципом относительности. Рассмотрим, например, магнит, движущийся поперёк замкнутого проводника. Наблюдаемая картина зависит только от относительного движения магнита и проводника и включает появление в последнем электрического тока. Однако с точки зрения теории эфира в разных системах отсчёта картина существенно разная. В системе отсчёта, связанной с проводником, при перемещении магнита меняется напряжённость магнитного поля в эфире, вследствие чего создаётся электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями, в свою очередь создающее ток в проводнике. В системе отсчёта, связанной с магнитом, электрическое поле не возникает, а ток создаётся прямым действием изменения магнитного поля на электроны движущегося проводника. Таким образом, реальность процессов в эфире зависит от точки наблюдения, что в физике недопустимо.

Позже, после создания общей теории относительности (ОТО), Эйнштейн предложил возобновить применение термина, изменив его смысл, а именно — понимать под эфиром физическое пространство ОТО[27]. В отличие от светоносного эфира, физическое пространство не субстанционально (например, нельзя приписать точкам пространства собственное движение и самоидентичность), поэтому для пространства, в отличие от эфира Лоренца-Пуанкаре, не возникает трудностей с принципом относительности[28]. Однако большинство физиков предпочло не возвращаться к использованию уже упразднённого термина.

Попытки возврата в физику понятия эфира

Часть учёных и после 1905 года продолжала поддерживать концепцию светоносного эфира, они выдвигали различные альтернативные теории и пытались доказать их экспериментально. Однако неизменно оказывалось, что теория относительности и теории, на ней основанные, находятся в согласии с результатами всех наблюдений и экспериментов, в то время как эфирные теории не могли описать всю совокупность опытных фактов.

В современных научных статьях термин «эфир» используется почти исключительно в работах по истории науки. Например, поиск этого термина в послевоенных выпусках журнала «Успехи физических наук» практически безрезультатен[29]. Тем не менее время от времени появляются предложения воскресить это понятие как полезное для физики.

Часть таких мнений носит скорее терминологический характер. Как уже говорилось выше, ещё Эйнштейн предложил называть эфиром физическое пространство, чтобы подчеркнуть, что оно имеет не только геометрические, но и физические атрибуты. Уиттекер позднее писал: «Мне кажется абсурдным сохранять название „вакуум“ для категории, обладающей таким количеством физических свойств, а вот исторический термин „эфир“ как нельзя лучше подходит для этой цели»[30]. Существенной поддержки эти предложения не получили.

Термин эфир изредка используется в научных работах при создании новой терминологии. Так, например, в работе A. de Gouvêa, Can a CPT violating ether solve all electron (anti)neutrino puzzles?, Phys. Rev. D 66, 076005 (2002) (hep-ph/0204077) под «CPT-нарушающим эфиром» подразумевается лишь определённого вида члены в потенциале нейтринного лагранжиана.

Более радикальные построения, в которых эфир выступает как субстанция (среда), вступают в конфликт с принципом относительности. Такой эфир за счёт очень слабого взаимодействия с обычным миром может приводить к некоторым явлениям, главным из которых является слабое нарушение лоренц-инвариантности теории. Ссылки на некоторые из этих моделей можно найти в SLAC Spires Database.

Лауреат Нобелевской премии по физике Роберт Б. Лафлин так сказал о роли эфира в современной теоретической физике:

Как это ни парадоксально, но в самой креативной работе Эйнштейна (общей теории относительности) существует необходимость в пространстве как среде, тогда как в его исходной предпосылке (специальной теории относительности) необходимости в такой среде нет… Слово «эфир» имеет чрезвычайно негативный оттенок в теоретической физике из-за его прошлой ассоциации с оппозицией теории относительности. Это печально, потому что оно довольно точно отражает, как большинство физиков на самом деле думают о вакууме… Теория относительности на самом деле ничего не говорит о существовании или несуществовании материи, пронизывающей вселенную… Но мы не говорим об этом, потому что это табу.[31]

Однако до настоящего времени не обнаружены какие-либо наблюдаемые физические явления, которые оправдали бы реанимацию концепции субстанционального эфира в какой-либо форме. Подавляющее большинство эфирных теорий пытается объяснить лишь небольшой набор экспериментальных фактов, игнорируя противоречие со многими другими фактами.

Использование термина «эфир» в культуре

Радио появилось задолго до того, как термин эфир вышел из научного употребления, и в профессиональной терминологии медиа-индустрии укоренилось немало связанных с эфиром словосочетаний: программа вышла в эфир, прямой эфир и т. п. Английская версия термина (Ether) присутствует во многих терминах электроники (например, «Ethernet»).

См. также

Примечания

  1. Эфир — статья из Физической энциклопедии
  2. Уиттекер, 2001, с. 23.
  3. Декарт. Первоначала философии, 1989, §64
  4. Спасский Б. И. История физики. — Т. 1. — С. 122-124.
  5. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — Т. 1. — С. 221.
  6. Уиттекер, 2001, с. 31.
  7. Терентьев И. В. История эфира, 1999, с. 66.
  8. Вавилов С. И. Исаак Ньютон, глава VI. 2-е доп. изд. — М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945. (Переиздание: — М.: Наука, 1989.)
  9. Уиттекер, 2001, с. 38-39.
  10. Уиттекер, 2001, с. 126.
  11. Терентьев И. В. История эфира, 1999, с. 94—95.
  12. Уиттекер, 2001, с. 138.
  13. Спасский Б. И. История физики, 1977, Том I, cтр. 262.
  14. Спасский Б. И. История физики, 1977, Том I, cтр. 264—266.
  15. Уиттекер, 2001, с. 234.
  16. Спасский Б. И. История физики, 1977, Том II, cтр. 97—103.
  17. Уиттекер, 2001, с. 307—308.
  18. 1 2 3 4 Летопись жизни и деятельности Д. И. Менделеева / Ответственный редактор А. В. Сторонкин. — Л.: Наука, 1984. С. 150, 178, 179.
  19. Менделеев Д. И. Попытка химического понимания мирового эфира. — СПб.: Типолитография М. П. Фроловой. 1905. С. 5—40
  20. Керова Л. С. Некоторые особенности творчества Д. И. Менделеева // Эволюция идей Д. И. Менделеева в современной химии. — Л.: Наука. 1984. С. 8, 12
  21. Беленький М. Д. Глава шестая. Пасьянс // Менделеев. — М.: Молодая гвардия, 2010. — 512 с. — (Жизнь замечательных людей). — 5000 экз. — ISBN 978-5-235-03301-6
  22. Albert A. Michelson, Edward W. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. The American Journal of Science. III series. Vol. XXII, No. 128, P.120 — 129.
  23. См. Повторения опыта Майкельсона.
  24. Малыкин Г. Б. Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения. Успехи физических наук, том 170, № 12 (2000)
  25. Эфир возвращается?
  26. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. М.: Наука, 1965—1967. Том I, стр. 138.
  27. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. — М.: Наука, 1965—1967. Том I, стр. 682—689.
  28. Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1980. — С. 211-213, 531..
  29. Поиск в УФН по метаконтексту «эфир»
  30. Уиттекер, 2001, с. 16.
  31. Laughlin Robert B. A Different Universe: Reinventing Physics from the Bottom Down. — NY, NY: Basic Books, 2005. — P. 120–121. — ISBN 978-0-465-03828-2

Литература

dic.academic.ru

Эфир или физический вакуум?. Cтатьи. Наука и техника

Юрий ОБУХОВ,
Игорь ЗАХАРЧЕНКО

Эфир

Понятие об эфире исходит из глубокой древности – в древнеарийскую эпоху оно относилось к особому состоянию материи, называемому «акаша» (пятый элемент материальной природы). Вот как понятие «акаша» освещено в трактате С. Вивекананды «Раджа-йога»: «Это всюду находящееся и все проникающее нечто. Все, что имеет форму, все, что представляет собою результат соединений, все развилось из этой Акашы. Акаша это то, что стало воздухом, жидкостями, твердыми телами. Она сама не может быть замечаема, так как настолько тонка, что находится вне всех обыкновенных восприятий и может быть видима только тогда, когда станет грубою, примет форму. При начале творения существует только эта Акаша; при конце цикла твердые тела, жидкости и газы, все разложатся опять в Акашу».

Две с половиной тысячи лет назад древние греки подхватили и развили это понятие под именем αιυηρ (эфир, небо). В 1618 г. французский философ, физик и математик Рене Декарт предложил рассмотреть эфир в качестве материального переносчика света. По его представлениям, свет является сжатием, распространяющимся в идеально упругой среде (эфире), которая заполняет все пространство. С тех пор идея эфира прочно вошла в научный оборот, особенно в трудах Ньтона, Френеля, Максвелла, Лоренца. Эфирная концепция достигла кульминации в XIX веке, когда Максвелл, опираясь на созданную им модель эфира, получил фундаментальные уравнения электродинамики.

К началу XX в. сложились два взгляда на эфир: либо он увлекается движением тел, либо не увлекается (неподвижен). Из концепции неувлекаемого эфира следовало неравноправие инерциальных систем и существование привилегированной (связанной с эфиром) системы отсчета называемой абсолютной. Эксперименты, призванные выявить такую систему отсчета и скорость относительно нее, были выполнены Майкельсоном (1881 г.), Морли и их последователями, и продолжались на протяжении всего столетия [1]. Эксперименты дали нулевой результат: движение Земли относительно эфира не выявлено. Это интерпретировалось, как доказательство отсутствия эфира, несмотря на попытки Лоренца объяснить нулевой результат сокращением размеров тел вдоль движения [2]. Ожидаемый результат в этих опытах рассчитывался по законам классической механики, поскольку научная общественность не имела другого аппарата (иной механики) для оценки опыта, на момент его проведения. Однако следует подчеркнуть некорректность применения этих законов для случая распространения света в эфире. Главная особенность классической механики – это требование мгновенности распространения взаимодействий, т.е. законы этой механики справедливы только при условии малости скоростей движения по сравнению со скоростью света. Следовательно, все скорости движений, входящие в Ньютоновскую формулу сложения скоростей (v + c), также должны удовлетворять этому условию. При расчете опыта Майкельсона – Морли это условие оказалось выполненным только для скорости Земли (v), второе слагаемое – скорость света (c) – этому условию явно не удовлетворяет. Таким образом, применение механики Галилея – Ньютона незаконно, поскольку нарушает границы её применимости. Для расчета опыта нужна иная механика [3], отличная от классической и релятивисткой. Основу этой новой механики составляют существование абсолютной системы отсчета, связанной с эфиром, и вытекающее отсюда неравноправие инерциальных систем. В итоге некорректной интерпретации опытов Майкельсона – Морли, завершившейся построением специальной теории относительности (СТО), был теоретически оформлен отказ от концепции эфира, а вместо эфира, с развитием квантовой теории поля, появился термин «физический вакуум».

Физический вакуум

Вакуум (по-латински vacuum) – пустота, т.е. пространство без материи и энергии. Физический вакуум – пространство, не содержащее реальных частиц и энергии, поддающейся непосредственному измерению. Согласно современным физическим представлениям, это наиболее низкое энергетическое состояние любых квантованных полей, характеризующееся отсутствием реальных частиц. Возможность виртуальных процессов в физическом вакууме приводит к ряду эффектов взаимодействия реальных частиц с вакуумом, регистрируемых экспериментально. Физический вакуум представляет собой множество всевозможных виртуальных частиц и античастиц, которые в отсутствии внешних полей не могут превратиться в реальные. По современным представлениям в вакууме непрерывно образуются и исчезают пары частиц–античастиц: электрон–позитрон, нуклон–антинуклон… Вакуум наполнен такими «не вполне родившимися», появляющимися и исчезающими частицами. Они не поддаются регистрации и называются виртуальными. Однако при определенных обстоятельствах виртуальные частицы становятся реальными. Так, например, столкновения частиц высоких энергий или сильные поля рождают из вакуума снопы различных частиц и античастиц. Т.е. вакуум может быть представлен, как особый, виртуальный тип среды. Виртуальность среды проявляется, в частности, в невозможности выявить факт движения относительно неё никакими экспериментальными методами, что равносильно проявлению принципа относительности. Концепция равноправия инерциальных систем, называемая принципом относительности, является фундаментом теорий породивших понятие о физическом вакууме. Т.е. представления о физическом вакууме были логически получены из принципа относительности. Согласно с данными представлениями, свет не нуждается в материальной среде-носителе, а совокупность фотонов образует свободное электромагнитное поле. Самое низкое энергетическое состояние этого поля называют «вакуумом электромагнитного поля» [4].

Причины, побуждающие вернуться к концепции эфира

На основе принципа относительности была создана специальная теория относительности. Эта теория объяснила накопившиеся к тому времени экспериментальные данные и стала фундаментом современной физики высоких энергий. Ее с успехом применяют при проектировании ускорителей элементарных частиц и в экспериментах с релятивистскими частицами. Тем не менее, есть серьезные основания для того, чтобы отказаться от принципа относительности, лежащего в основе СТО:

  1. Специальная теория относительности содержит внутреннее противоречие, известное как парадокс двух близнецов. Предпринимались попытки разрешить этот парадокс привлечением общей теории относительности (ОТО), но это имело успех лишь для малых скоростей движения [5]. В общем случае релятивистских скоростей парадокс остается неустранимым. Наиболее отчетливо нарушения причинно следственных связей между событиями выявляются в «парадоксе трех близнецов» (рассмотренном в [3]), являющимся развитием мысленного эксперимента с близнецами.
  2. Существуют современные эксперименты, устанавливающие зависимость скорости света от направления распространения волны. Серия таких экспериментов была выполнена Стефаном Мариновым, в опытах было выявлено направление распространения световой волны, в котором имеет место превышение скорости света с на величину 360 ± 40 км/с. Результаты экспериментов Маринова вступают в противоречие с постулатом СТО об инвариантности скорости света.

Изложенные причины явились основанием для отказа от принципа относительности, что естественным образом приводит к идее возрождения концепции эфира, для которой характерны неравноправие инерциальных систем, с одной стороны, и зависимость скорости света от направления распространения волны с другой. Концепция эфира заставляет по иному взглянуть на взаимодействие реальных частиц с виртуальными (представляемое в рамках концепции физического вакуума). Указанное взаимодействие есть не что иное, как взаимодействие реальных частиц с реальным эфиром, исключающим необходимость введения искусственных посредников, каковыми являются виртуальные частицы.

Теоретическое обоснование концепции эфира

Не касаясь конкретных моделей эфира, выделим два его свойства, необходимые для дальнейшего изложения: свойство среды-носителя взаимодействий и его неувлекаемость движущимися телами (неподвижность). Таким образом, электромагнитная волна представляет собой распространение возбуждения неподвижной среды-эфира.

Альтернативная интерпретация опытов Майкельсона – Морли

Опыт Майкельсона – Морли в момент становления СТО был проинтерпретирован в соответствии с принципом относительности, а именно: скорость света в любой системе координат имеет одинаковую величину «с» и не зависит от направления распространения волны (т.е. изотропна). Однако из опытов Майкельсона – Морли такой результат не вытекает. В экспериментах Майкельсона – Морли, установлен факт изотропии времени двустороннего распространения света (t+ + t = const) здесь t+; t – интервалы времени одностороннего распространения света на отрезке оптической линии длиной L в прямом (от начала отрезка к концу – t+) и обратном (от конца к началу – t) направлениях. Сторонники принципа относительности, не имея возможности измерить указанные времена раздельно (ввиду отсутствия соответствующей техники и технологии) и опираясь на принципиально неверный расчет опыта, трактовали его результат, как равенство времен t+ и t, отбросив очевидную альтернативную версию: «t+ не равно t, при условии t+ + t = const». Если ввести величину, называемую скоростью двустороннего распространения света и определяемую как: c = 2L/(t+ + t), то для этой величины (а вовсе не для скорости одностороннего распространения света) из опытов Майкельсона – Морли действительно вытекает инвариантность и изотропность (см. подробнее в [3]).

Такое, казалось бы, незначительное отличие в интерпретации опыта Майкельсона – Морли приводит к диаметрально противоположному результату: к отказу от принципа относительности и к возрождению концепции эфира.

Теория светоносного эфира (СЭТ)

Альтернативная, корректная интерпретация опытов Майкельсона – Морли позволила построить теорию на следующих постулатах:

  1. О существовании среды распространения взаимодействий (эфира, не увлекаемого движущимися телами) и связанной с ней абсолютной системы отсчета; свет в указанной среде распространяется прямолинейно и изотропно со скоростью с = 299792458 ± 1,2 м/с.
  2. Об инвариантности скорости двустороннего распространения света в инерциальных системах отсчета. Из постулатов вытекают преобразования координат и времени для двух систем отсчета (OX1Y1Z1) и (OX2Y2Z2), движущихся относительно абсолютной системы с разными скоростями v1 и v2 (называемыми в дальнейшем абсолютными) (см. [3]):
x2 = (x1u01t1)/γ; y2 = y1;z2 = z1;
t2 = γ t1;
u02 = –u012;
(1)

Здесь u01 – относительная скорость системы (OX2Y2Z2), измеренная в (OX1Y1Z1), а u02 – скорость системы (OX1Y1Z1) относительно (OX2Y2Z2). Следует отметить, что u01 не равно u02, в отличие от СТО, в которой относительные скорости систем отсчета имеют одинаковую величину. Из формулы t2 = γt1 вытекает зависимость скорости течения времени (темпа хода часов) от абсолютной скорости движения инерциальных систем. Системы, имеющие разные абсолютные скорости v1 и v2, не равноправны: темп хода часов выше в системе отсчета, имеющей меньшую абсолютную скорость.

Важным следствием приведенных преобразований является абсолютный характер понятия одновременности событий. События одновременные в одной инерциальной системе отсчета (dt1 = 0) будут одновременны в любой другой системе (dt2 = 0), что принципиально отличается от СТО. Соответственно сокращение размеров тел, вытекающее из преобразований (1), является отражением сближения атомов и молекул, составляющих тела вдоль направления движения. В СТО сокращение размеров тел имеет совершенно иной характер, а именно, является следствием неодновременности событий (события, произошедшие одновременно в одной системе отсчета, в другой инерциальной системе отсчета одновременными не являются).

Закон преобразования энергии (E) и импульса (p) при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, согласно СЭТ, имеет вид:

px2 = γpx1, py2 = py1, pz2 = pz1, E2 = (E1u01px1)/γ.

Связь энергии и импульса в инерциальной системе отсчета, имеющей абсолютную скорость v0, определяется соотношением:

(1 – v02/c2)E2/c2 + 2(v0/c)pxE/cp2 = m2c2.

При v0/c 1 формула переходит в известное выражение СТО [6]:

E2/c2p2 = m2c2.

Пространство и время оказываются взаимосвязанными, однако по иным, чем в СТО, законам. Метрику пространства-времени в инерциальной системе отсчета определяют коэффициенты инвариантной квадратичной формы:

ds2 = c2dt2 – (1 – v02/c2)dx2 – 2v0dtdxdy2dz2.

Важным следствием такой метрики является анизотропия пространства инерциальных систем. Из такой анизотропии вытекают нарушение закона сохранения момента импульса (отметим, что отклонение от закона сохранения момента для систем отсчета, абсолютная скорость которых мала v0/c uv0/c2, где u относительная скорость вращательного движения), а также зависимость скорости света от направления (α’) распространения волны:

с‘(α’) = с[1 + (v0/c)·сosα’]–1.

Данная зависимость (первые упоминания, о которой можно найти в постулатах С. Маринова [7]) поясняет ранее высказанную мысль о неприменимости закона сложения скоростей классической механики для определения скорости Земли (относительно эфира) в опытах Майкельсона – Морли. Из формулы следует, что скорость света в инерциальной системе отсчета может превышать с и при α’ = π и абсолютной скорости системы отсчета v0, близкой к c, скорость c‘ стремится к бесконечности. Поэтому, на космическом корабле, абсолютная скорость которого близка к c(v0 → c), смогут наблюдать историю жизни звезды, вплоть до ее гибели, за относительно небольшой промежуток времени полета космонавтов (предполагается, что корабль летит в направлении звезды, и на корабле имеются приборы, позволяющие вести наблюдения звезды в спектре, ставшем из за эффекта Доплера сверхжестким гамма-излучением). Однако космонавты не смогут поделиться этой информацией с земными наблюдателями: за время наблюдения эволюции звезды Солнечная система погибнет. Звезда во время своей жизни непрерывно излучает свет, поэтому даже после её гибели в пространстве остается информация о звезде в виде светового потока протяженностью равной времени жизни звезды, умноженной на скорость света с. Корабль, движущийся навстречу этому потоку, способен собрать всю информацию о звезде за относительно небольшой отрезок времени, в силу закона замедления времени на корабле.

Асимптотика преобразований (1):

  1. Преобразования (1) переходят в классические преобразования Галилея – Ньютона при малых относительных скоростях частиц (u01/c v1/c 
  2. Преобразования (1), примененные к частицам, абсолютная скорость которых (v2) близка к c, переходят в преобразования Лоренца СТО [6], если мала абсолютная скорость лабораторной (земной) системы отсчета (v1/c 
  3. Преобразования (1) теряют смысл при v ≥ c, что имеет простое физическое объяснение: материя, состоящая из частиц, связанных силами электромагнитного взаимодействия, не может существовать при скоростях, превышающих скорость распространения взаимодействия (частицы материи распадутся, если v ≥ c, поскольку при этом условии волна взаимодействия между элементами, составляющими частицы, не успевает за движением этих элементов).

Таким образом, СЭТ представляет собой более общую, чем СТО, механику и позволяет установить границы применимости последней.

Экспериментальное обоснование концепции эфира

Явление анизотропии скорости распространения света в движущихся системах отсчета позволяет экспериментально установить факт движения инерциальной системы отсчета относительно абсолютной. Однако существуют проблемы и закономерности (доказательство которых дано в [3]), ограничивающие выбор измерительных методик:

  1. Невозможность определения абсолютной скорости объекта интерференционнымиметодами (на оптических линиях, неподвижных в лабораторной системе координат).
  2. Проблема синхронизации часов, разнесенных в пространстве, без предварительного знания величины и направления абсолютной скорости системы отсчета.
Опыты С. Маринова

Серия экспериментов по определению абсолютной скорости Земли, отвечающих вышеуказанным закономерностям, впервые была выполнена Стефаном Мариновым (Австрия). В 1984 г. он поставил эксперимент [7], являющийся развитием опыта Физо с зубчатым колесом по измерению скорости света. Измерялась разность световых скоростей в двух противоположных направлениях (рис. 1).

Рис. 1. Схема опыта С. Маринова

Свет от лазера разделялся на два луча 1 и 3 (процесс разделения на рисунке не показан) и проходил путь в противоположных направлениях между 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. Абсолютная скорость Земли определялась по формуле:

где ∆I1, ∆I2 – разность токов, регистрируемых в детекторе тока 5 при двух различных частотах вращения оси N1 и N2. Проблема синхронизации затворов решена применением жесткой, механической связи между дисками посредствам вала. Значение абсолютной скорости Земли, определенное в эксперименте, составило 362 ± 40 км/с [7]. Вариант эксперимента на связанных зеркалах, выполненный тем же автором [8], дал близкий результат.

Описанный опыт Маринова не мог быть выполнен до появления лазерной технологии, позволяющей получать достаточно узкий пучок света. Так, несмотря на то, что идея подобного опыта была предложена еще Майкельсоном и Морли, осуществить его во времена становления СТО было невозможно.

Интерференционный способ определения абсолютных скоростей

Альтернативный способ измерения абсолютных скоростей непосредственно вытекает из закона преобразования (1): t2 = γt1, по которому относительное замедление времени в двух инерциальных системах зависит от их абсолютных скоростей v1, v2. Рассмотрим двое часов, одни из которых движутся вдоль вектора абсолютной скорости Земли, а вторые в противоположном направлении, соответственно абсолютная скорость одних будет больше абсолютной скорости Земли, а других меньше. Следствием такого движения, как видно из (1), станет замедление темпа хода одних часов и ускорение темпа других по сравнению с часами, неподвижными относительно Земли. Роль часов в описанной ниже идее эксперимента [10] выполняют линии задержки светового сигнала, движущиеся в противоположных направлениях относительно земной системы (рис. 2).

Рис. 2. Интерференционный опыт на движущихся оптических линиях

Свет от источника 1 (лазера) после расщепления 2 проходит через линии задержки 4 и 5 (катушки с намотанным световодом длиной L и показателем преломления n), с выхода которых световые сигналы поступают на фазовый дискриминатор 3, регистрирующий сдвиг фаз (∆φ) в момент, когда катушки занимают определенное положение в пространстве. Фазовый дискриминатор и катушки жестко крепятся к цилиндру. Цилиндр со световодами вращается с угловой скоростью ω, так что направление вектора линейной скорости катушек (u) меняется (u = ωr, где r – радиус цилиндра). Абсолютная скорость Земли определяется по формуле:

Приведем параметры эксперимента, описанного в [10] для длины световой волны λ = 0,5 мкм: высота цилиндра 1,2 м, радиус r = 16 см, скорость вращения ω = 3600 об/мин (u = 60 м/с). Необходимая длина световода L составит 2,5 км, при расчетной точности измерения абсолютной скорости Земли dv = 3 км/с (что на порядок точнее, чем в опыте Маринова).

Эфир и космология

Результаты опытов Маринова позволяют выдвинуть гипотезу о том, что т.н. реликтовое излучение Вселенной является собственным шумом эфира, поскольку значение скорости, измеренное в опытах [7, 8], близко к скорости Земли (Солнечной системы) по отношению к фону реликтового излучения, полученной из астрономических наблюдений. В этом случае «реликтовое» излучение не является собственно реликтовым, а значит, не служит доказательством происхождения Вселенной по теории Большого взрыва. Другой аргумент сторонников [9] теории Большого взрыва состоит в объяснении красного смещения спектра далеких звезд эффектом Доплера, вследствие разлета галактик. Однако существуют альтернативные объяснения. Например, причинами смещения спектра могут являться: неоднородность эфира – изменение его свойств от центра Вселенной к периферии (в предположении, что наша Галактика находится в центральной области Вселенной), или уменьшение энергии электромагнитной волны вследствие прохождения гигантского расстояния в среде-носителе, при этом поглощенная эфиром доля энергии впоследствии может излучаться в виде шума (предполагается, что процент поглощенной энергии зависит только от пройденного расстояния и не зависит от частоты волны). Концепция эфира позволяет обосновать более естественный взгляд на Вселенную. Вселенная, как и эфир, является вечной, и, следовательно, не нуждается в объяснениях своего происхождения. Составляющие её структурные элементы (галактики) непрерывно обновляются, на смену погибающим, старым рождаются новые, молодые. Иного взгляда на эволюцию Вселенной придерживаются последователи концепции физического вакуума, объясняющие возникновение Вселенной путём взрыва, связанного с рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов в вакууме. Вселенная, в соответствии с теорией Большого взрыва, не вечна, её ожидает гибель либо в результате разлета галактик («холодная смерть» – модель расширяющейся Вселенной), либо в результате коллапса («горячая смерть» – модель осциллирующей Вселенной). 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 взрыва является крайне спорной в современной науке, свидетельствуют многочисленные работы ученых – физиков и астрономов. Так шведский астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альфвен говорит: «Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда – она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии «Большого взрыва» служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum («верую, ибо это абсурдно»)! Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен «храмов науки», неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица.» [11].

Заключение

Концепция эфира, возрожденная на основе СЭТ, и экспериментально подтвержденная в опытах Маринова принципиально отличается от концепции физического вакуума, представления о котором развились из принципа относительности. Основные различия двух концепций заключаются в следующем:

  1. Согласно эфирной концепции электромагнитная волна представляет собой распространение возбуждения неподвижной среды-эфира. В инерциальных системах отсчета имеет место зависимость скорости света от направления распространения волны. Альтернативный взгляд сложился в современной физике: свет не нуждается в среде носителе и движется как корпускула, а скорость распространения света изотропна и инвариантна в инерциальных системах.
  2. Все, что нас окружает, находится в эфире. Структура и динамика свойств его элементов определяют такие фундаментальные физические понятия, как пространство и время. Таким образом, эфир, с которым можно связать абсолютную систему отсчета координат и времени, это и есть Абсолютное пространство-время вечной Вселенной. В отличие от эфира, с физическим вакуумом невозможно связать систему отсчета, а возникающая из вакуума Вселенная имеет конечное время жизни.
  3. Эфирной среде присущи все атрибуты материального объекта: она шумит в радиочастотном диапазоне («реликтовое» излучение), является переносчиком электромагнитных волн, относительно эфира можно экспериментально выявить скорость тел и частиц. Физический вакуум в этом смысле – объект виртуальный (не поддающийся непосредственной регистрации).

Признание существования эфира – это окончательный отказ от принципа относительности и переход к представлению о единстве божественного мира, объединяемого всепроникающей средой – эфиром. Эта среда определяет абсолютную систему отсчета пространственных координат и времени. В социальной и духовной сферах, в которые принцип относительности проник в форме либерализма и политеизма, отказ от относительности морально-нравственных ценностей означает абсолютизацию понятий добра, морали и справедливости.

 

Об авторах:

Обухов Юрий Алексеевич,
Захарченко Игорь Иванович,
e-mail: [email protected]

Источники информации:

  1. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. – М.: Высшая школа, 1995.
  2. Лоренц Г.А., в сб. Принцип относительности. – М.: Атомиздат, 1973.
  3. Обухов Ю.А., Захарченко И.И., Светоносный эфир и нарушение принципа относительности, 2001.
  4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Квантовая электродинамика. – М.: Наука, 1989.
  5. Паршин Д.А., Зегря Г.Г. Лекция 27.
  6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. – М., Наука, 1988.
  7. Маринов С. Физическая мысль России. Т. 2, 1995.
  8. Marinov S. General Relativity and Gravitation. 12, p. 57, 1980.
  9. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1983.
  10. Захарченко И.И., Обухов Ю.А. Заявка на изобретение №2001114292, 2001.
  11. Будущее науки. Международный ежегодник. Вып. 12. – М., стр. 64, 1979.

См. также:

  1. Существует ли эфир? НиТ, 1999.
  2. Об эфирном ветре. НиТ, 1999.
  3. Петров В.В. Опыт Майкельсона – Морли и гипотеза Френеля. НиТ, 2001.
  4. Эстерле О.В. Еще раз о сути пространства и времени. НиТ, 2001.

Дата публикации:

19 апреля 2002 года

n-t.ru

ЭФИР ВОЗВРАЩАЕТСЯ? | Наука и жизнь

«Пятый элемент»: история и современный взгляд.Противоречит ли эфир теории относительности Эйнштейна? Гипотеза эфира, «пятого элемента» некой невидимой субстанции, наполняющей Вселенную, господствовала в философии и науке более чем две тысячи лет — до 1905 года, когда Альберт Эйнштейн опубликовал свою первую работу по теории относительности (ТО). Из теории, в частности, следовало, что эфир — вещь для электродинамики в принципе необязательная, и лезвие бритвы Оккама неприятно сверкнуло над горлом некогда столь незыблемого «пятого элемента». Эксперименты Майкельсона — Морли и их последователей (кстати, продолжающиеся и в настоящее время) не выявили каких-либо проявлений эфира, и теории, которые на нем базировались, постепенно перекочевали со страниц серьезных научных изданий в труды непризнанных гениев-изобретателей, поэтов, бродячих философов и оккультных служителей лохотрона, где и деградировали окончательно. Но не рано ли зачитан некролог, а что, если пациент скорее жив, чем мертв? Эта статья о направлении в фундаментальной физике, которое стало особенно популярным в последние два-три года, — о гипотезе релятивистского эфира (Einstein Aether) и нарушении Лоренц- и cpt-инвариантности, то есть о теоретических предсказаниях и экспериментальных поисках отклонений от теории относительности и Стандартной модели.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Аристотель ввел понятие «эфир» в дополнение к четырем первоэлементам — земля, воздух, вода и огонь.

Французский физик и математик Рене Декарт (1596-1650) ввел понятие «тонкой материи», некий аналог эфира древности.

Эфир и Солнечная система. Угол между осью вращения Земли и направлением эфира должен непрерывно меняться.

Интерферометр Майкельсона — Морли. Если эфир существует, он должен воздействовать на два луча (обозначенные синим и зеленым цветом) по-разному и таким образом создавать анизотропию.

ЕХАЛ ГРЕК А. ЧЕРЕЗ РЕКУ

Первоначально словом эфир (aether) в греческой мифологии обозначали «божественно чистый свежий воздух», находящийся высоко в небе и доступный для дыхания лишь живущим в нем богам, в отличие от обыкновенного воздуха (aer), которым дышат простые смертные. Древние греки ассоциировали эфир с одноименным божеством, сыном богини ночи Никс и ее брата — первобога тьмы Эребуса. Позднее Аристотель (384-322 до н. э.) ввел эфир как пятый элемент (квинтэссенция ) в систему классических элементов (изначально четырех: земля, воздух, вода и огонь), изобретенную Ионической философской школой. Он мотивировал свое нововведение тем, что четыре земных элемента находятся в непрерывном изменении и могут двигаться по прямым линиям, тогда как небесные тела казались ему вечными и неизменными и двигались исключительно по округленным траекториям. Таким образом, эфир в представлении Аристотеля не имел обычных физических свойств и какой-либо внутренней структуры, не был подвержен изменениям и двигался исключительно по окружностям.

В Средние века философы-схоласты, Роберт Флудд (1574-1637) и другие, дополнительно наделили эфир плотностью, при этом разумно предположив, что плотность вещества, из которого сделаны небесные тела, должна быть больше плотности эфира. Парадокса, что более плотные тела могут столетиями столь устойчиво «плавать» в менее плотном эфире, похоже, никто не заметил, а может, все списали на божественную силу, понимание которой недоступно простым смертным.

НОЧНОЙ ЗЕФИР СТРУИТ ЭФИР

Скудость эмпирической информации об эфире вкупе с его изначально божественным происхождением сделали эфир своего рода мистическим идолом человеческой цивилизации и «красным словцом» литературы, будоражащим беспокойные умы и поныне. Наиболее поэтически настроенные из них не смирились с отсутстви ем наблюдаемых данных о предмете познания и решительно двинулись вперед. Одни сразу же наделили эфир богатой внутренней структурой, имеющей первостепенное значение для зарождении Вселенной:

И над вами сиять
будет вечно подвижный эфир,
Полный ангельских крыл,
Создающих пространство и пламя.

А. Шохов

Автор, впрочем, не вдавался в разные несущественные детали, например, откуда берется энергия на такого рода спецэффекты и почему мы их на данный момент не видим. Другие занялись вопросами рождения-уничтожения и вообще измерения эфира как такового:

И возрождают вновь эфир
Всевышним посланные бури…
Нет меры и предела нет
Эфиру, коим мир одет…

В. Кюхельбекер

При этом Вильгельм Карлович, естественно, не уточнил, какие именно бури имеются в виду, какое математическое определение меры и предела используется и т. д. Третьи попытались заняться исследованием геометрических характеристик эфира:

И райский свет, и воздух, и эфир,
И текстов Неба ангельские строчки
Оберегают наш с тобою мир
Подобием овальной оболочки.

Л. Никонова

Эти авторы натолкнулись на значительные трудности топологического плана.

Другая группа поэтов-«исследователей» обратилась к изучению физико-химических свойств космического эфира, например, его вибрационных характеристик (сделав при этом ряд правильных выводов, хотя логически не совсем понятным образом):

Горит звезда, дрожит эфир,
Таится ночь в пролеты арок.
Как не любить весь этот мир,
Невероятный Твой подарок?

В. Ходасевич

и его агрегатного состояния:

Таков наш безначальный мир.
Сей конус — наша ночь земная,
За ней — опять, опять эфир
Планета плавит золотая…

А. Блок

Александр Александрович, к сожалению, не уточнил ни температуру плавления, ни прочие параметры фазового перехода предположительно твердого (аморфного? кристаллического?) эфира. Естественно, что эта гипотеза встретила «возражение» других «исследователей», утверждающих, что эфир в нормальных условиях на самом деле находится в жидком состоянии, близком к точке кипения, то есть в состоянии перехода в газ:

Эфир кипит!
Никто не спит!

И. Федина

Автор напоминает о необходимости быть бдительным и не позволять темному облаку непроверенных теорий заслонять солнце истины.

Было также «исследовано» возможное влияние эфира на метеорологические свойства атмосферы и сезонные изменения климата:

Порхает, взлетает, стремится в движенье:
Подвижно-живое чуждается стай.
Пусто, величаво, как диво творенья,
Эфир первородный, рождающий май.
В нем остов не плотный,
но дух без прерывов.
Все сжато снаружи, раздельно внутри.
В нем самобогатство ритмичных порывов,
Без тучки и дымки парит он вдали.

Хуан Юэ

Но сложности с предсказанием погодных явлений были слишком велики, чтобы сделать какие-либо конкретные выводы, что и было замечено одним японским поэтом, имя которого история умалчивает:

Пьянящий аромат травы
После дождя
На луг стрекозы полетели…

Наконец, третья группа «исследователей» оптимистично предположила, что эфир — субстанция по определению здравомыслящая и, возможно, не лишенная музыкального слуха и даже некоторой душевности, ибо

В великий час рождения вселенной,
Когда извлек Всевышний перст
Из тьмы веков эфир одушевленный
Для хора солнцев, лун и звезд…

А. Полежаев (авторская лексика сохранена)

Поэтому лучший способ узнать что-нибудь об эфире — спросить его самого, пойти на прямой контакт, как делают все разумные существа. Начало было многообещающим:

Я дозвонился в эфир,
Эфир наполнен тобой.
Я пью холодный кефир.
Играет нежный гобой.

И. Клиновой

Впоследствии по неизвестным причинам канал связи был безвозвратно утерян, и установить личность существа, наполняющего эфир, и процент самой наполняемости сейчас представляется невозможным. Роли охлажденного кисломолочного продукта и музыкального инструмента в этом процессе также остались невыясненными. Дальнейшие попытки контакта неизменно оканчивались провалом:

Бессловесен эфир меж тобою и мною.
На столе — стеариновый отсвет луны…

А. Габриэль

Но я, затерянный в кудрях
травы летейской,
я, бурей брошенный в эфир глухонемой…

В. Набоков

И разочарованные исследователи даже стали подозревать эфир в подготовке заговора против человечества:

…бесконечный эфир, через который мы несемся […] навстречу неведомому концу, какой-то ужасной катастрофе, подстерегающей нас на последней грани пространства, где мы низвергнемся в какую-нибудь эфирную Ниагару…

Артур К. Дойл. Отравленный пояс

В общем, этот путь не прибавил «исследователям» ни бодрости, ни оптимизма:

Темь-пустота, безликий эфир.
Жизнь — короткая, как доска,
Чего же еще ты хочешь искать?

А. Мансветов

А у некоторых, в конце концов, он даже спровоцировал мысли об уходе из жизни:

Когда же ласточкой взовьюсь я
В тот лучший мир,
Растаю и с тобой сольюсь я
В один эфир…

А. Одоевский

Это не могло не обеспокоить общественность. К счастью, человечество уже приходило к осознанию того, что понимание природы эфира и даже просто само доказательство или опровержение его существования невозможны без предварительного понимания природных явлений, затрагивающих остальные четыре первоэлемента — те, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни:

Что зыблет ясный ночью луч?
Что тонкий пламень в твердь разит?
Как молния без грозных туч
Стремится от земли в зенит?
Как может быть, чтоб мерзлый пар
Среди зимы рождал пожар?..
Иль в море дуть престал зефир,
И гладки волны бьют в эфир.
Сомнений полон ваш ответ
О том, что окрест ближних мест.
Скажите ж, коль пространен свет?
И что малейших дале звезд?
Неведом тварей вам конец?
Скажите ж, сколь велик творец?

М. Ломоносов

Такая постановка вопроса в свою очередь подразумевает необходимость создания четкой и последовательной структуры мироздания. По времени это совпало с появлением физики — науки о природе, которая должна была стать более мощным инструментом познания наблюдаемой Вселенной, чем мифология, религия и философия, вместе взятые.

ЭФИР, ВЕЗДЕ ОДИН ЭФИР

С открытием Ньютоном законов классической механики началась эра теоретической физики — математической науки, которая позволяла предсказать или отвергнуть возможность существования того или иного феномена до начала попыток его наблюдения и/или соответствующего эксперимента. Люди осознали, что получили интеллектуальный инструмент для исследования того, чего могло и не быть. Однако предположение, что эфир все-таки может существовать, толкал их на разработку теорий, объясняющих те или иные явления с помощью эфира.

Эфир Ньютона. Классическая механика Ньютона легко отняла у Аристотелевой теории «вихревого эфира» статус теории, объясняющей планетарное движение, но полностью отвергнуть эфир Ньютон не смог. Во-первых, классическая механика сама по себе содержала концепции абсолютно го пространства и абсолютного времени, и предполагалось, что взаимодействия между телами распространяются мгновенно. В этом случае эфиром можно было назвать как само абсолютное пространство и время (выделенную систему отсчета — СО*), так и механическую среду, по которой распространяются гравитационные и электромагнитные взаимодействия.

Действительно, в выражение для силы Лоренца, действующей на электрически заряженную частицу в магнитном поле, входит скорость этой самой частицы. Вопрос: скорость частицы относительно чего, то есть, в какой системе отсчета? Значит, необходимо либо найти ту единственную «истинно верную» СО, относительно которой надлежало делать все расчеты, либо перестать считать понятие трехмерного вектора силы фундаментальным (Эйнштейн пойдет по второму пути и добьется подлинного понимания, но до этого должно еще пройти двести лет господства нерелятивистской механики и эфира).

Во-вторых, в попытке дать единое описание света, вещества и гравитации Ньютон пишет книгу «Optiks», где эффекты влияния гравитации и вещества на свет объясняются изменениями скорости света (напоминаем, что скорость света постоянна только в вакууме), в свою очередь обусловленными изменениями плотности эфира. Согласно его теории, частицы света (Ньютон уже тогда предполагал, что свет имеет не только волновую, но и корпускулярную природу!) отклоняются в сторону более высокой плотности или в сторону более сильно притягивающей массы.

Как бы то ни было, теория ньютоновского эфира окончательно рухнула после того, как выяснилось следующее. Во-первых, Ньютон ошибочно предполагал, что свет в веществе притягивается к областям, где он имеет более высокую скорость; во-вторых, величина эффекта «красного смещения» (увеличение длины света при прохождении в окрестности массивного тела), посчитанная согласно теории, отличалась от экспериментально измеренной чуть ли не в два раза.

Светоносный эфир. Джеймс Максвелл в 1864 году выводит свои уравнения, объединившие электричество и магнетизм, и утверждает, что свет есть электромагнитная волна, которая может распространяться в вакууме исключительно с фиксированной скоростью — 310 740 км/с. В механике Галилея — Ньютона это могло выполняться только в какой-то одной системе отсчета, и поэтому такая гипотетическая выделенная система отсчета была объявлена сопутствующей эфиру как среде, в которой распространяется свет. Таким образом, эфир должен быть неподвижен и одинаков в любой точке наблюдаемой Вселенной, иначе скорость света должна изменяться в пространстве. Теоретические расчеты и существующие на то время экспериментальные данные уже позволяли сказать, какими свойствами должен обладать светоносный эфир, чтобы удовлетворять всем требованиям теории. Эти свойства оказались совершенно сверхъестественными: он должен быть текучим, как жидкость или газ, чтобы равномерно наполнять пространство, и вместе с тем в миллион раз тверже, чем сталь, чтобы поддерживать высокие частоты электромагнитных волн. Кроме того, эфир должен быть безмассовым и с нулевой вязкостью, чтобы минимизировать собственное влияние на орбиты планет, а также полностью прозрачным, несжимаемым, нерассеивающим и непрерывным вплоть до самых малых масштабов. Такой эфир выходил за все рамки здравого смысла и становился вопросом веры.

КАРЕТА ПОДАНА, СЭР!

Девятнадцатый век поднял технологию на новую ступень и освободил человечество от многих догм прошлого. Физики тоже расширили свои экспериментальные возможности, с успехом использовав новые технологии для получения ответов на вопросы, ранее считавшиеся недоступными для рационального объяснения. Существование глобального светоносного эфира было едва ли не самым важным из них…

Земля движется по орбите со скоростью около 30 км/с; таким образом, она должна ощущать «эфирный ветер», угол падения и величина которого в заданной точке поверхности планеты станут меняться в зависимости от времени года и суток. Влияние эфирного ветра на свет должно быть подобно влиянию обычного ветра на звуковые волны, то есть скорость распространения света в различных направлениях будет различной, согласно нерелятивистскому закону сложения скоростей.

В 1881-1887 годы Альберт Майкельсон (Michelson) и Эдвард Морли (Morley) осуществили один из наиболее важных экспериментов в истории физики, идея которого используется до сих пор из-за достигаемой высокой точности. Луч света из источника попадает на частично посеребренное зеркало, где разделяется на два луча (обозначенные на рисунке зелеными и синими стрелками), которые направляются в разные стороны. Там они отражаются от зеркал (отстоящих от центрального на одинаковом расстоянии) и в конце концов попадают в один детектор — экран. Если скорость света различна в этих двух направлениях, то один из лучей должен прийти с запаздыванием, и в детекторе должна наблюдаться интерференционная картина**.

Эксперимент показал, что никаких сезонных эффектов не наблюдается. И даже если эфир существует, его скорость относительно прибора не может превышать 8 км/с. Последующие эксперименты подобного рода, проведенные в XX веке Миллером (Miller), Томашеком (Tomascheck), Кеннеди (Kennedy), Иллингворсом (Illingworth), Пиккардом (Piccard), Стаелем (Stahel), Джусом (Joos), Таунсом (Townes) и другими, к 1959 году снизили этот порог до 25 мм/с. Наконец, эксперимент Брилле — Холла (Brillet — Hall), проведенный в 1979 году, поставил рекорд: разница между скоростями двух лучей, испущенных гелий-неоновым лазером в противоположных направлениях, не превышала по порядку величины одной тысячной миллиметра в секунду. Но в принципе все было понятно задолго до 1979 года: в 1905 году Альберт Эйнштейн предложил устранить парадоксы электромагнетизма, отказавшись от гипотезы абсолютного пространства, абсолютного времени и силы, мгновенно передающейся на расстояние. Механику Ньютона и теорию относительности Галилея вобрала в себя релятивистская теория относительности, эфир стал не нужен и был отправлен в изгнание.

(Окончание следует.)

Комментарии к статье

* Системой отсчета называется система линеек (координат) и часов для измерения соответственно пространственных и временных интервалов между событиями.

** Интерференция возникает, когда два монохроматических луча света приходят со сдвигом по фазе. Тогда их накладывающиеся амплитуды (а значит, и светимости) могут то усиливать, то гасить одна другую, что создает чередование темных и светлых полос или кругов на экране.

www.nkj.ru

ЭФИР — это… Что такое ЭФИР?

  • ЭФИР —         (греч. ?? ?? верхние слои воздуха)         1) термин др. греч. философии, один из элементов, т. н. пятая субстанция (после земли, воды, воздуха и огня). см. Квинтэссенция.         2) Э. миpовой, световой Э., гипотетич. всепроникающая… …   Философская энциклопедия

  • ЭФИР —     ЭФИР (греч. αίθήρ), в античной философии один из космических элементов, составляющий субстанцию неба и звезд. В древнегреческой эпической поэзии и у трагиков эфир ясное небо, верхний чистый слой воздуха, противоположный нижнему слою аэру… …   Античная философия

  • ЭФИР — муж., греч. вообще, самое жидкое, тонкое, легкое и проницательное, что еле доступно чувствам, или даже от них укрывается; предполагаемое во всем пространстве вселенной вещество, по тонкости своей недоступное чувствам, служащее средою для передачи …   Толковый словарь Даля

  • эфир — эфира, мн. нет, м. [греч. aither]. 1. Первонач., в учении греческих философов тончайшая материя, наполняющая мировое пространство, т. наз. “пятая стихия” (квинтэссенция), в противоп. четырем основным (огню, воздуху, воде и земле). 2. перен.… …   Толковый словарь Ушакова

  • ЭФИР — (греч. aither) мировой, световой эфир, гипотетич. всепроникающая среда, к рой наука прошлых столетий приписывала роль переносчика света и вообще эл. магн. вз ствий. Первоначально Э. понимали как механич. среду, подобную упругому телу. Соотв.… …   Физическая энциклопедия

  • ЭФИР — ЭФИР, в физике гипотетическое вещество, которое, заполняет все пространство и не оказывает никакого сопротивления движению. Считалось, что именно эфир способствует передаче электромагнитных излучений (отсюда известное выражение «выйти в эфир» о… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • эфир — воздушное пространство, вышина, среда, высь, поднебесье, воздух, высота (поднебесная), небесная высь, пространство; глицерид, лактон, антодин, формиат, метакрилат, гваякол, уретан, эстер, пальмитин, наркотик Словарь русских синонимов. эфир см.… …   Словарь синонимов

  • ЭФИР — ЭФИР, то же, что этиловый эфир …   Современная энциклопедия

  • ЭФИР — электронный финансовый рынок техн., фин. ЭФиР «Экономика, финансы и рынки» информационно аналитическая система «Интерфакса» http://efir.kiev.ua/​ фин …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • Эфир — ЭФИР, то же, что этиловый эфир.   …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • dic.academic.ru

    ЭФИР — это… Что такое ЭФИР?

        ЭФИР (греч. αίθήρ) — в древнегреческой эпической поэзии и у трагиков — верхний чистый слой воздуха, ясное небо в противоположность нижнему слою αήρ. Гомер называет эфир “чертогом Зевса” (Ил. XIV, 258), местом обитания бессмертных олимпийских богов (Ил. XV, 192). У Гесиода он — один из прародителей мира, сын Эреба и Ночи, брат Дня (Теог. 124). Эсхил и Еврипид называют эфир супругом Земли (Aesch. fr. 44, Eur. fr. 836). В орфических гимнах он — мировая душа, божественный разум мира (Orph. hymn. 5).     В древнегреческой философии, начиная с Эмпедокла, эфир — один из космических элементов. Сам Эмпедокл еще традиционно отождествлял его с воздухом, но уже в платоновской Академии возникает представление об эфире как особом пятом элементе, не имеющем ничего общего с землей, водой, воздухом и огнем (см. Квинтэссенция). Его автором обычно считают Аристотеля, но, скорее всего, им был сам Платон. В “Тимее”, описывая процесс создания космоса, он сопоставляет каждому из элементов правильный многогранник: пирамиду — огню, куб — земле, октаэдр — воздуху, икосаэдр — 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” (Тим. 55с). Ученики Платона (Ксенократ) истолковывали эту фразу в том смысле, что форма додекаэдров была придана молекулам пятого элемента, заполняющего самую крайнюю сферу мира. 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 определенным видом движения, причем 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” (αεί θείν, сходная этимология у Платона в “Кратиле” 41 Ob). Эфир составляет субстанцию звездных сфер вплоть до сферы Луны. Он отделен от всего здешнего, не имеет ни тяжести, ни легкости, вечен и неизменен (De caelo 1,2).     В дальнейшем, благодаря Гераклиду Понтийскому (fr. 98, 99 Whrli) и стоикам, эфир все больше начинает толковаться как нематериальная субстанция. Зенон и Клеанф считают его огнем и производят αί&ήρ от αϊθω — гореть, пылать. Весь мир проникнут эфирным огнем, который в отличие от обычного не сжигает и не губит вещи, но, наоборот, всему дарует бытие и жизнь. Он есть поэтому “творческий огонь” (πυρ τεχνικόν) и Бог, человеческая душа — часть его. Звезды, состоящие из чистейшего эфира, суть разумные божественные существа. По некоторым представлениям, эфир — единственное, что остается после мирового пожара, чтобы дать начало новому космосу. Введенная стоиками гипотеза о двух видах огня дала возможность примирить учение о четырех элементах (которого придерживался Платон) с аристотелевским учением об эфире. Ее придерживались такие философы, как Антиох Аскалонский, Евдор и Филон Александрийский.     После открытия и публикации в 1 в. до н. э. аристотелевских сочинений интерес к эфиру и к пятому элементу возрастает. Платоники и неопифагорейцы возвращаются к идее соответствия пяти правильных многогранников пяти элементам или пяти областям космоса. Эфир называют небом, пятой сущностью, ему сопоставляют определенный род живых существ (демоны, праведные души) и одно из пяти чувств (зрение). В то же время учение об эфире подвергается резкой критике со стороны перипатетика Ксенарха, который указывает на недостатки и слабые места аристотелевских доказательств и один за другим опровергает все аргументы в пользу существования особого небесного элемента. Птолемеевская астрономическая система нанесла сильный удар по аристотелевской теории. Учение об эфире предполагало, что субстанция звездных сфер с постоянной скоростью вращается вокруг центра космоса, однако введенная Птолемеем система эпициклов гораздо лучше объясняла движение планет, нежели любая из гомоцентрических теорий.     Первые неоплатоники (Плотин, Порфирий) отвергали представление об эфире как о пятом элементе. Они понимали под эфиром некую тонкую световидную материю, которая связывает между собой дух и тело и служит человеческим душам как бы “повозкой” (αιθέρων δχημα), на которой те спускаются с небес в свои грубые земные тела. Только с Ямвлихом, видевшим в пятом элементе важное промежуточное звено в цепи эманации, школа приходит к постепенному признанию аристотелевского учения (Юлиан. “Речь к Солнцу”, IV). Как считает Прокл, оно не противоречит сказанному Платоном о природе звезд. Небесный элемент, или эфир, по его мнению, представляет собой полудуховную субстанцию, в которой содержатся идеи (логосы) всех существующих в мире вещей, в т. ч. и четырех элементов (In Tim. Ill, 113, 5). Из этой субстанции состоят не только звезды, но и первые астральные тела душ.     Неоплатонические представления об эфире становятся ведущими у средневековых мыслителей. Боэций и Макробий говорят о “световидном теле души” (In Somn. Scip. 1,12,13). Исидор Севильский, как и Платон, помещает эфир между воздухом и огнем. Альберт Великий полагает, что прозрачность эфира является следствием его духовной природы. Давид Динанский называет эфир материей, общей для Бога, Ума и мира. Не без влияния аристотелевского учения о пятом небесном элементе сложилась и характерная для средневекового августинизма “метафизика света”, представление о свете как первопричине всего сущего (Роберт Гроссетест, Роджер Бэкон).     В эпоху Возрождения эфир опять начинает пониматься как квинтэссенция. Агриппа Неттесгеймский говорит о нем как о Spiritus mundi, животворящей силе и начале всякого движения. Согласно Парацельсу, все сущее имеет как бы два тела: одно — земное и видимое, другое — невидимое и астральное (Spiritus), являющееся субстратом всякой материи. И Агриппа, и Парацельс пытались выделить квинтэссенцию (философский камень) путем алхимических опытов, потому что обладание ею дало бы возможность получать какое угодно вещество. Согласно Дж. Бруно, эфир бесконечен и одушевлен. Он наполняет Вселенную и пронизывает как Spiritus universi все тела.     У философов 17 в. идея эфира тесно связана с идеей близкодействия, согласно которой тела не могут взаимодействовать друг с другом, находясь на конечном расстоянии, и, следовательно, должны передавать воздействие от одного тела к другому через промежуточную среду. Автором этой идеи можно считать Р. Декарта, предложившего механистическое толкование эфирной гипотезы. Поскольку природа не терпит пустоты, необходимо, по его мнению, допустить существование единой мировой материи (эфира), заполняющей все “пустые” промежутки между частицами известных нам веществ. Эта материя обладает всего двумя качествами: протяженностью и плотностью. Движением ее частиц легко объясняются многие физические явления, в частности образование солнечной системы, распространение света и т. д. Такого мнения придерживался в своих ранних работах и И. Ньютон (“Гипотеза света”, 1675). Однако позднее, разработав теорию всемирного тяготения, он отказывается от гипотезы универсального эфира и начинает объяснять взаимодействия тел дальнодействующими механизмами притяжения и отталкивания.     В начале 19 в. под влиянием натурфилософских сочинений Шеллинга теория Декарта о “свободно циркулирующем, разлитом повсюду эфире” переживает настоящий ренессанс. Шеллинг истолковывает эфир (праматери”) как первое проявление той единой созидающей положительной силы, которая дала начало органической и неорганической природе и связала ее во всеобщий организм. “В этой силе мы вновь узнаем ту сущность, которую древняя философия приветствовала, прозревая в качестве общей души природы” (“О мировой душе” IV, 7). В поэзии Ф. Гёлвдерлина эфир выступает как небесный Отец всего сущего, чья любовь и забота оживотворяют природу.     В физической науке Нового времени предположение о существовании некой эфирной среды первоначально использовалось для объяснения различных взаимодействий. При этом вводились разные виды эфира, не имеющие ничего общего друг с другом: электрический, магнитный, световой и др. В связи с успехами волновой оптики наибольшее признание получила теория светового эфира (О. Френель). Волновая теория света, казалось, требовала наличия сплошной промежуточной среды между источником и приемником 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 твердого тела, а отсутствие продольных световых волн означало его несжимаемость. Эфир должен был обладать невесомостью, не оказывать сопротивления движущимся сквозь него телам и т. д. Все эти противоречивые требования были учтены в механической модели ирландского физика Мак-Келога (30-е гг. 19 в.), однако сложность и малопонятность его модели привели, в конечном итоге, к отказу от дальнейшей разработки теории эфира. Однако после открытия электромагнитного поля интерес к эфиру возродился. Основные понятия теории поля (напр., ток смещения) вводились на основе механических представлений о нем (Дж. Максвелл). Это привело к дальнейшей разработке эфирных моделей. В частности, получила развитие вихревая модель, где эфир представлен в виде турбулентной жидкости. Но, как и прежде, предлагаемые модели не могли объяснить все наблюдаемые электромагнитные явления. Так, вихревая теория эфира строилась для объяснения распространения электромагнитных волн, но она не могла объяснить взаимодействия постоянных токов или неподвижных зарядов. Большие затруднения вызывал вопрос о взаимодействии эфира с веществом. Г. Герц выдвинул предположение, что эфир увлекается за собой движущимися телами. Оказалось, однако, что гипотеза Герца противоречит законам динамики сплошных сред, и тогда Э. Лоренц предложил теорию неподвижного эфира. Но наличие неподвижного эфира противоречит принципу относительности, поскольку система отсчета, в которой эфир как целое покоится, является абсолютной, т. е. отличается от других инерциальных систем, эквивалентных для механики. Если бы неподвижный эфир действительно существовал, то относительно движущегося сквозь него тела скорость света должна была бы различаться в направлении движения и в противоположном направлении. Различие скорости света могло бы быть экспериментально обнаружено, напр., относительно движущейся по орбите Земли. В 1887 Майкельсоном был поставлен опыт, показавший отсутствие движения Земли относительно эфира и тем самьм заставивший отвергнуть гипотезу Лоренца.

        Современная физика отрицает существование эфира. Теория электромагнитных явлений, построенная на основе теории относительности Эйнштейна, не нуждается в подобной гипотезе и несовместима с ней. Передача взаимодействий осуществляется полем. Поле рассматривается как са

        мостоятельная реальность, не нуждающаяся в носителе. Но отказ современной физики от концепции эфира не означает возврата к представлению о пустом пространстве. Можно считать, что место эфира сейчас занимает представление о физическом вакууме, который даже при отсутствии каких-либо полей и вещества все же обладает некоторыми определенными свойствами, отличающими его от абсолют” ной пустоты.     Лит.: Розенберг Ф. История физики. М.—Л., 1933—36; Лауэ М. История физики. М.—Л., 1956; ЕремееваА. И. Астрономическая картина мира и ее творцы. М., 1984; Moraux Р. Quinta essentia, RE, Hlbd. 47, 19б3,со1.1171-1263; DillonJ. The Middle Platonists. L., WT,iodgeO. Der \\feltäther. Braunschweig, 1911; WhittakerE. A history of the theories f ether and electrisity, v. 1—2. L., 1951—53.

        С. В. Месяц

    Новая философская энциклопедия: В 4 тт. М.: Мысль. Под редакцией В. С. Стёпина. 2001.

    dic.academic.ru

    применение в медицине, эффект, последствия

    Вещества, созданные природой или людьми с вполне безобидными целями – спасение жизней или обезболивание при хирургических вмешательствах – нередко используются асоциальными личностями с совершенно иными намерениями – получения эйфории и кайфа. Как раз с такими целями наркоманы используют диэтиловый эфир.

    Диэтиловый эфир – что за вещество?

    По своим физическим характеристикам эфир представляет собой абсолютно прозрачную жидкость, способную легко вспыхивать. Эфир обладает очень резким запахом и резким жгучим вкусом. Эфир быстро испаряется, насыщая своими парами окружающее пространство.

    Свое применение диэтиловый эфир нашел в медицине в качестве средства для ингаляционного наркоза при хирургических операциях. Первая в России операция под эфирным наркозом была сделана еще в далеком 1846 году.

    Такой вид наркоза широко использовался в хирургической практике хирургом Н.И. Пироговым. Менее широкое распространение диэтиловый эфир получил в качестве средства для пломбирования зубов или для избавления от сильной рвоты или икоты.

    При хирургическом вмешательстве эфирный наркоз хорошо зарекомендовал себя в качестве мощного анальгезирующего средства и миорелаксанта. Анестезия эфиром производится при коротких операциях, поскольку период его действия не очень продолжителен и составляет 20-40 минут, после чего пациент просыпается.

    Механизм действия

    Диэтиловый эфир считается малоопасным веществом для здоровья человека. Однако, при употреблении в немедицинских целях препарат вызывает глубокое угнетение нервной системы.

    Различают 4 стадии воздействия эфира на человека:

    1. Общее обезболивание. Первая стадия опьянения эфиром характеризуется утратой болевой чувствительности, сознание при этом ясное, физические показатели в норме.
    2. Возбуждение. Эта стадия сопровождается потерей сознания, тем не менее пациенты сильно возбуждены, возрастает двигательная и речевая активность, тонус мышц повышен. Больной может сильно кашлять, вплоть до развития рвотного рефлекса. Дыхание учащается, пульс и давление повышаются.
    3. Стадия хирургического наркоза. При этой стадии нервная система угнетена, все проявления возбуждения исчезают бесследно – тонус мышц приходит в норму, давление стабилизируется. Эта стадия подразделяется на несколько форм наркоза – легкий, средний, глубокий и сверхглубокий наркоз.
    4. Агональная стадия. Возникает при передозировке эфиром. В данном случае у больного сильно угнетены дыхательная и сосудодвигательная функции, дыхание поверхностно, пульс – слабый. Больной синеет, его зрачки сильно расширены. Агональная стадия завершается летальным исходом в результате остановки сердечной деятельности и угнетения дыхания.

    Опытные анестезиологи, зная о нежелательных проявлениях эфирного наркоза, снимают их при помощи дополнительной премедикации. Наркоманы, используя эфир, не знают о подобных тонкостях, поэтому на неподготовленный организм препарат может оказать сильное воздействие, выражающееся в нарушении восприятия, так называемое диссоциативное действие.

    Эффект

    Как правило, вдыхание паров эфира приносит за собой состояние, похожее на незначительное алкогольное опьянение – токсикоман испытывает приятное возбуждение, становится излишне разговорчив, весел, у него повышается двигательная активность.

    Вместе с тем, эфир может вызвать звуковые и зрительные галлюцинации, наркоману кажется, что все, что он видит и слышит, происходит с ним в реальной жизни. Опьяненный эфиром человек пытается контактировать с видимым только ему миром, поэтому нуждается в контроле со стороны других людей. Наркотическое опьянение от действия эфира длится не более 15 минут.

    По мере того, как пары эфира улетучиваются, наркотическое опьянение сходит на нет и завершается погружением в глубокий сон. Чувство отрешения от реальности и подавленности может длиться еще несколько суток, после чего возникает необходимость в следующем сеансе.

    При длительном и неконтролируемом вдыхании эфира возникает передозировка наркотическим веществом. Трип здесь сопровождается сильным чувством страха, переходящим в панику, наркоман очень возбужден, может хаотично перемещаться по помещению. Постепенно возникает удушье, начинаются судороги, кровяное давление падает. Больному в данной ситуации необходима медицинская помощь.

    Развитие зависимости

    Наркотической зависимости, в том смысле, в котором мы привыкли ее понимать, диэтиловый эфир не вызывает. То есть, физической тяги, сопряженной с сильной абстиненцией, у токсикоманов, длительно употребляющих эфир, не возникает. Однако, навязчивое желание подышать парами эфира с целью расслабления, получения легкой эйфории и легкого погружения в сон, несомненно, имеет место. Налицо сильная психическая зависимость от употребления наркотического вещества.

    Прекратить принимать эфир в качестве наркотического вещества токсикоман может в любой момент, однако, это приведет к повышенной раздражительности, нарушениям сна, головным болям, гневливости и подозрительности. Симптомы могут длиться около 5-6 дней и исчезают бесследно. Тем не менее, неконтролируемое влечение к эфиру может сохраняться в течение нескольких лет.

    Последствия употребления

    Хроническое отравление организма парами эфира вызывает крайне негативные последствия для больного:

    • постоянное раздражение слизистых оболочек дыхательных путей. Как следствие – постоянные бронхиты, воспаления легких, хронические заболевания бронхо-легочной системы;
    • снижение памяти, общая деградация личности, паранойя;
    • энцефалопатия, нейропсихические заболевания;
    • токсический гепатит, снижение функции почек.

    Следует отметить, что токсикомания парами эфира – довольно редкое явление и наблюдается в основном среди тех, кто по роду деятельности имеет доступ к этому препарату.

    gidmed.com

    Эфир — что это такое?

    Мы часто слышим слово «эфир» в разных ситуациях нашей жизни. Теле- и радиоведущие объявляют: «Сейчас в прямом эфире выступит N», или в уголке телеэкрана маячит такая надпись. Эфир можно купить в аптеке, особой популярностью пользуются разнообразные эфирные масла. Если мы говорим о хрупкой, изящной девушке, то можем назвать ее «эфирное создание». В новом значении это слово появилось совсем недавно и обозначает «криптотопливо», единицу майнинга криптовалют.

    Эфир — что это? Почему столь широк диапазон применения этого слова?

    Эфир в мифологии

    В Древней Греции эфиром назывался верхний самый тонкий и нежный слой воздуха. Там обитали боги, и эфиром была наполнена вершина Олимпа. Имя Эфир носил греческий бог, сын Мрака и Ночи. По одной из легенд, он был отцом всех ветров: Борея, Нота, Зефира и Евра.

    Платон считал, что мир создан богом из эфира, а Аристотель считал эфир пятой стихией вместе с огнем, водой, землей и воздухом. Эфиру приписывались многочисленные магические свойства, некоторыми он причислялся к праматерии.

    В эзотерике эфир понимается иногда как субстанция, которая отделяет реальный мир от потустороннего. Эфир — что это в разных областях человеческого знания?

    Эфир в медицине

    В медицине эфир (С2Н5 )2 используется как средство для наркоза. Эфир — бесцветная, летучая жидкость. Иногда используется как растворитель. Обезболивающие свойства эфира обнаружил впервые Парацельс в 1540 г. В качестве наркоза при операции был впервые применен в 1846 г. при удалении подчелюстной опухоли. Эфир — очень горючая легковоспламеняющаяся жидкость. Работа с ним требует аккуратности и соблюдения мер безопасности.

    Эфир в химии

    Работая над своей периодической таблицей, Д.И. Менделеев поместил в один из первых вариантов и эфир. Он располагался перед водородом в нулевом ряду под номером «ноль». Менделеев считал, что нельзя игнорировать его возможные химические свойства, которые пока не поддаются исследованию. В окончательный вариант таблицы Менделеева эфир не вошел. Эфир — что это: вещество реальное или философская концепция? Встречаются разные ответы на этот вопрос.

    Эфир в физике

    Эфир понимался древними учеными как вещество, которое заполняет пустоту Космоса. Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» писал, что эфир питает созвездия, и в местах его сгущения образуются новые звезды. Существовали и другие взгляды на природу мироздания. Демокрит считал, что мир состоит из атомов и пустоты. Эфир по Аристотелю — «пятый элемент», который является квинтэссенцией всего сущего и не меняется со временем.

    В современную физику понятие эфира ввел Рене Декарт. По Декарту, эфир заполняет все мировое пространство и является средой для передачи света и тепла. Причем он не оказывает никакого сопротивления материальным телам при их движении через него. Декарт считал, что эфир состоит из трех элементов, взаимодействие которых объясняет гравитацию, магнетизм, образуют различные цвета.

    Эфир был элементом волновых теорий света. Классическая волновая оптика не могла обойтись без этого понятия. Чтобы объяснить особенности световых волн, эфиру приписывались разные свойства.

    Электромагнитные колебания и эфир

    С развитием теории электромагнитных волн поначалу предполагалось, что они тоже распространяются по эфиру. Никола Тесла использовал эту теорию для объяснения своих экспериментов. Создатель теории передачи электромагнитных волн Д. Максвелл в своих ранних работах тоже применял понятие эфира, но впоследствии от этого отказался.

    В 1881 г. был проведен эксперимент Майкельсона по определению скорости Земли относительно эфира. Предсказанного теорией эфирного ветра обнаружено не было.

    С появлением квантовой физики и созданием теории квантово-волнового дуализма появилась возможность объяснить наблюдаемые явления, не прибегая к гипотезе эфира. Что это такое тогда в нашем понимании?

    Так исторически сложилось, что понятие «эфир» связано с телевидением и радиовещанием. Трудно описать простыми словами знаменитые уравнения Максвелла, которые описывают физику передачи электромагнитных волн. Но очень легко наглядно представить себе некое вещество, эфир, в котором распространяются волны от передатчика к приемнику, как круги на воде. Поэтому к телевидению и радио накрепко присоединилось это понятие.

    Видеозапись

    В Советском Союзе первые регулярные телетрансляции начались в 1939 г. Конечно, телевизионных приемников у населения не было, и передачи носили в основном опытный характер. Развитие массового телевещания началось в конце 40-х — начале 50-х годов. В первые годы своего существования телевизионные каналы в эфир транслировались исключительно напрямую. Еще в 1963 г. вся планета наблюдала напрямую убийство президента США Джона Кеннеди.

    Не было устройств магнитной записи изображений. Изредка передавались фильмы и хроника, записанная на кинопленку. Телевизионщики понимали, какие огромные перспективы открывают возможности быстрой «консервации изображения» (так тогда называлась видеозапись).

    Первые образцы профессиональных видеомагнитофонов были созданы в 1955 г. В 1956 году на сессии Ассоциации радио- и телевещателей был впервые продемонстрирован видеомагнитофон. Выступающий с трибуны замолчал, а слушатели на экране увидели то, что он произнес минуту назад. Это вызвало фурор, а ведь слушателями были специалисты. В дальнейшем использование видеозаписи совершило революцию в создании телепередач. Но прямые трансляции остались в арсенале телекомпаний для освещения особо важных или особо интересных событий.

    С места событий

    В настоящее время прямой эфир является одним из важнейших форматов современной теле- и радиожурналистики. Прямая трансляция осуществляется напрямую с места события. Правда, из-за технических особенностей (необходимость передавать сигнал через ряд промежуточных устройств) эта передача все равно осуществляется с некой задержкой.

    Сегодня, когда в техническом оснащении телевидения произошла цифровая, компьютерная революция, прямые трансляции стали пользоваться еще большей популярностью. Зрителям нравится чувствовать себя участниками событий, получать самую последнюю информацию, быть в курсе развития ситуаций. В 1986 г. по всему миру пронесся крик ужаса при аварии американского космического корабля «Челленджер».

    Передачи в прямой трансляции имеют много особенностей и требуют от ведущих и корреспондентов специальной подготовки. Эти трансляции абсолютно не предсказуемы и иногда требуют немедленной нестандартной реакции на происходящее. Существуют каналы, прямой эфир в которых является основным форматом.

    Неожиданности в эфире

    Прямой эфир иногда преподносит неожиданные сюрпризы. Летом 1957 г. при трансляции передачи «Вечер веселых вопросов» (предшественник современного КВН) ведущий Никита Богословский предложил конкурс для телезрителей. Надо было прийти к телевизионному театру в зимней шапке, шубе и валенках, имея при себе газету за 31 декабря прошлого, 1956 года. Наличие газеты должно было ограничить число претендентов. Однако, объявляя это, он забыл сказать про газету!

    В результате на эфир пришло огромное количество людей (у всех ведь есть зимняя одежда), началась давка, и трансляцию пришлось прекратить. До конца передачи на экранах телезрителей была надпись «Трансляция прекращена по техническим причинам».

    Сейчас мы часто наблюдаем на экранах какие-то скандалы, неприличные выходки, иногда даже самоубийства. В 1998 г. покончил с собой ВИЧ-инфицированный Дэниэль Джонс. В 2004 г. Джастин Тимберлейк случайно обнажил грудь Джанет Джексон, задев ее кожаный корсет.

    Время — деньги

    Поскольку прямые передачи имеют большой рейтинг, стоимость эфирного времени очень высока. Бесплатный эфир бывает крайне редко. Каждый телеканал устанавливает свои расценки за минуту в зависимости от дня недели, времени суток. Наиболее высокие цены в выходные и в прайм-тайм, когда у экранов наибольшее количество зрителей. Прямой эфир бесплатно предоставляется в исключительных случаях. Право на прямую трансляцию значительных интересных событий тоже покупается компаниями за большие деньги. Так, право на трансляцию Олимпийских игр в Пхенчхане стоит от 40 до 50 миллионов долларов. Точные цифры — это коммерческая тайна.

    Эфирное время предоставляется для событий, имеющих особую государственную важность. Так, кандидатам в президенты России государственные каналы предоставляют эфир на ТВ для агитации.

    fb.ru

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *