Теории эфира - Aether theories

В физике , теория эфир (также известная как эфирные теории ) предположить существование среды, заполняющее пространство вещества или полей в качестве среды передачи для распространения электромагнитных или гравитационных сил. С появлением специальной теории относительности теории, использующие эфирный эфир, вышли из употребления в современной физике и теперь заменены более абстрактными моделями.

Этот эфир раннего Нового времени имеет мало общего с эфиром классических элементов, у которого было заимствовано его название. Различные теории воплощают различные концепции этой среды и субстанции .

Исторические модели

Светоносный эфир

Исаак Ньютон предполагает существование эфира в Третьей книге « Оптики» (1-е изд. 1704 г .; 2-е изд. 1718 г.): «Эта эфирная среда не выходит из воды, стекла, кристалла и других компактных и плотных тел в пустом пространстве. пространства, становятся все плотнее и плотнее постепенно, и тем самым преломляют лучи света не в одной точке, а постепенно изгибая их по кривым линиям? ... Разве эта среда не встречается гораздо реже в плотных телах Солнца, звезд планет и комет, чем в пустом небесном пространстве между ними? тела; каждое тело пытается перейти от более плотных частей среды к более редким? "

В 19 веке светоносный эфир (или эфир), означающий светоносный эфир, был теоретической средой для распространения света. Джеймс Клерк Максвелл разработал модель для объяснения электрических и магнитных явлений с использованием эфира, модель, которая привела к тому, что сейчас называется уравнениями Максвелла, и к пониманию того, что свет - это электромагнитная волна. Однако в конце 1800-х годов была проведена серия все более сложных экспериментов, таких как эксперимент Майкельсона-Морли, в попытке обнаружить движение Земли в эфире, но это не удалось. Ряд предложенных теорий перетаскивания эфира могли объяснить нулевой результат, но они были более сложными и, как правило, использовали произвольно выглядящие коэффициенты и физические предположения. Джозеф Лармор обсуждал эфир как движущееся магнитное поле, вызванное ускорением электронов.

Хендрик Лоренц и Джордж Фрэнсис Фицджеральд предложили в рамках теории эфира Лоренца объяснение того, как эксперимент Майкельсона-Морли мог не обнаруживать движение в эфире. Однако первоначальная теория Лоренца предсказывала, что движение в эфире создаст эффект двойного лучепреломления , который Рэлей и Брейс проверили и не смогли найти ( Эксперименты Рэлея и Брейса ). Все эти результаты требовали полного применения преобразования Лоренца Лоренцем и Джозефом Лармором в 1904 году. Обобщая результаты Майкельсона, Рэлея и других, Герман Вейль позже напишет, что эфир «попал в страну теней в мире теней». последняя попытка ускользнуть от пытливых поисков физика ». Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна 1905 года не только обладала большей концептуальной ясностью, но и могла объяснить все экспериментальные результаты, вообще не ссылаясь на эфир. Это в конечном итоге привело большинство физиков к выводу, что раннее понятие светоносного эфира бесполезно.

Механический гравитационный эфир

С XVI до конца XIX века гравитационные явления также моделировались с использованием эфира. Самая известная формулировка - теория гравитации Лесажа , хотя вариации этой идеи предлагали Исаак Ньютон , Бернхард Риман и лорд Кельвин . Например, Кельвин опубликовал заметку о модели Ле Сажа в 1873 году, в которой он нашел предложение Ле Сажа термодинамически ошибочным и предложил возможный способ спасти его, используя популярную тогда вихревую теорию атома . Кельвин позже заключил,

Эта кинетическая теория материи - мечта и не может быть ничем иным, пока не сможет объяснить химическое сродство, электричество, магнетизм, гравитацию и инерцию масс (то есть скоплений) вихрей. Теория Лесажа могла бы дать объяснение гравитации и ее связи с инерцией масс на основе вихревой теории, если бы не существенная эолотропия кристаллов и, казалось бы, идеальная изотропия гравитации. Никаких столбов для пальцев, указывающих на путь, который мог бы привести к преодолению этой трудности или повороту ее фланга, не было обнаружено или вообразится как обнаруживаемое.

Сегодня научное сообщество не считает ни одну из этих концепций жизнеспособной.

Нестандартные интерпретации в современной физике

Общая теория относительности

Альберт Эйнштейн иногда использовал слово эфир для обозначения гравитационного поля в рамках общей теории относительности , но единственное сходство этой концепции релятивистского эфира с классическими моделями эфира заключается в наличии физических свойств в пространстве, которые можно идентифицировать с помощью геодезических . Как утверждают такие историки, как Джон Стэчел , взгляды Эйнштейна на «новый эфир» не противоречат его отказу от эфира в 1905 году. Как указывал сам Эйнштейн, никакая «субстанция» и никакое состояние движения не могут быть отнесены к этому новому эфиру. эфир. Использование Эйнштейном слова «эфир» не нашло поддержки в научном сообществе и не сыграло никакой роли в продолжающемся развитии современной физики.

Квантовый вакуум

Квантовая механика может использоваться для описания пространства-времени как непустого в чрезвычайно малых масштабах, флуктуирующего и генерирующего пары частиц, которые появляются и исчезают невероятно быстро. Некоторые, например, Поль Дирак , предположили, что этот квантовый вакуум может быть эквивалентом в современной физике эфира из твердых частиц. Однако гипотеза об эфире Дирака была мотивирована его неудовлетворенностью квантовой электродинамикой и так и не получила поддержки со стороны основного научного сообщества.

Физик Роберт Б. Лафлин писал:

Парадоксально, что самая творческая работа Эйнштейна, общая теория относительности, сводилась к концептуализации пространства как среды, тогда как его первоначальная посылка [в специальной теории относительности] заключалась в том, что такой среды не существовало [...] Слово «эфир» чрезвычайно отрицательные коннотации в теоретической физике из-за ее прошлой ассоциации с противостоянием теории относительности. Это прискорбно, потому что, лишенное этих коннотаций, оно довольно хорошо отражает то, как большинство физиков на самом деле думают о вакууме. . . . На самом деле теория относительности ничего не говорит о существовании или отсутствии материи, пронизывающей вселенную, только о том, что любая такая материя должна иметь релятивистскую симметрию. [..] Оказывается, такая материя существует. Примерно в то время, когда теория относительности стала общепринятой, исследования радиоактивности начали показывать, что пустой космический вакуум имеет спектроскопическую структуру, аналогичную структуре обычных квантовых твердых тел и жидкостей. Последующие исследования с использованием больших ускорителей частиц теперь привели нас к пониманию того, что космос больше похож на кусок оконного стекла, чем на идеальную ньютоновскую пустоту. Он заполнен «материалом», который обычно прозрачен, но его можно сделать видимым, ударив по нему с достаточной силой, чтобы выбить часть. Современная концепция космического вакуума, ежедневно подтверждаемая экспериментом, - это релятивистский эфир. Но мы не называем это так, потому что это табу.

Пилотные волны

Луи де Бройль заявил: «Любую частицу, когда-либо изолированную, нужно представить как находящуюся в непрерывном« энергетическом контакте »со скрытой средой». Однако, как указывал де Бройль, эта среда «не могла служить универсальной эталонной средой, поскольку это противоречило бы теории относительности».

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение