Ефір у теорії відносності: за і проти

Сергій Федосін, Анатолій Кім

Вступ

У сучасній фізики загальноприйнятим є положення про те, що електромагнітні коливання можуть поширюватися в вакуумі і ніякої несучої середовища для них, тобто ефіру, не потрібно. Дійсно, зі спеціальної теорії відносності, заснованої на принципі відносності і на принципі сталості швидкості світла, випливає рівноправність всіх інерційних систем відліку. Існування ж ефіру обов'язково має виділити деяку систему відліку, в якій швидкості частинок ефіру ізотропні, зробивши таку систему привілейованої. Метою даної роботи є більш поглиблений аналіз проблеми ефіру і теорії відносності. Нагадаємо в зв'язку з цим про статтю Ейнштейна [1], де він вказав, що наша нездатність виділити ефір у будь-якій системі відліку та теорія відносності в цілому недостатні для того, щоб відкинути ефір.

Хвильові явища в рухомих щодо ефіру інерційних системах відліку

Покажемо спочатку, що існування ефіру не суперечить теорії відносності, якщо він вільно проходить крізь тіла. Нехай є система відліку K, в якій ефір Ізотропія, і дві зафіксовані один щодо одного точки, які є приймачем і джерелом хвиль. Можна також розглядати дані приймач і джерело як частини одного матеріального тіла, що рухається в K. Що побачить спостерігач із системи K в тому випадку, коли швидкість тіла і лінія від приймача до джерела направлені в один бік? Оскільки джерело рухається щодо ефіру і віддаляється від випромінюваних їм хвиль, то в силу ефекту Допплера в напрямку приймача спостерігач відзначить зменшення частоти хвилі в порівнянні із статичним випадком (при якому тіло покоїться в K). Одночасно приймач набігає на хвилі від джерела і для нього знову ж таки з урахуванням ефекту Допплера частота приймаються хвиль збільшується рівно настільки, щоб компенсувати початкове зменшення частоти хвилі від джерела. Ті ж самі міркування справедливі і щодо довжини хвилі: спостерігач з K зафіксує у своїй системі відліку збільшення довжини хвилі від джерела, проте ефективна довжина хвилі для приймача зменшується через його руху у напрямку до що розповсюджується в ефірі хвилях. У результаті й частота, і довжина хвилі сигналу, що в приймачі будуть такими ж, як і в статичному випадку, залишиться без змін і ефективна швидкість поширення хвильових сигналів у що рухається в ефірі інерційній системі відліку, що дорівнює добутку частоти і довжини хвилі. Це ж саме виходить і в тому випадку, коли швидкість руху тіла в ефірі і лінія від приймача до джерела не співпадають по напрямку [2], причому тут неважливо, чи враховуються релятивістські ефекти чи ні. Тим самим пояснюються результати знаменитого досвіду Майкельсона 1881 року, більш точного досвіду Майкельсона - Морлі 1887 року, досвіду Кеннеді - Торндайк 1932 з різними плечима інтерферометра та інших - будь-які подібні експерименти в принципі не можуть визначити ні рух приладу через ефір, ні рух ефіру через прилад.

Припустимо тепер, що спочатку всепроникаючий ефір починає частково захоплюватися рухомим тілом. З точки зору розповсюдження хвилі це еквівалентно тому, як якби зменшилася ефективна швидкість руху тіла крізь ефір. Оскільки за будь-якої постійної швидкості руху система відліку тіла залишається інерціальній, хвильова картина буде незмінною незалежно від ступеня захоплення ефіру.

Слід сказати, що дані міркування справедливі не тільки для ефіру і електромагнітних хвиль, але й взагалі для всіх типів і видів хвильових коливань в несучих середовищах, будь вони поздовжні або поперечні, звукові або магнітні хвилі і т.д. Зокрема яка вимірюється через частоту і довжину хвилі швидкість звуку не повинна залежати від швидкості руху системи відліку K ', в якій спочивають джерело і приймач коливань, якщо швидкість їх руху менша швидкості звуку. Інший спосіб визначення швидкості звуку полягає в тому, що відоме відстань до джерела варто розділити на час проходження сигналу. У цьому Результат буде залежати від того, як розташовані щодо швидкості руху спостерігач і джерело сигналу, потрапляючи в інтервал значень від c-V до c + V, де c - швидкість звуку в нерухомій середовищі, V - швидкість руху системи відліку K '. Проте всі істотно змінюється, якщо для синхронізації годин дозволяється використовувати тільки самі звукові хвилі, тому що тепер для підрахунку часу сигнал повинен пройти шлях і в прямому і в зворотному напрямку. Тоді взаємне розташування спостерігача і джерела сигналу не буде грати ніякої ролі, і вимірюється швидкість звуку буде завжди дорівнює величині c. Саме таку картину ми маємо для електромагнітних хвиль - в силу ефекту Допплера ми не помітимо руху через ефір за будь-якого ступеня його захоплення, а наявна процедура синхронізації годинників також змушує нас вірити в сталість швидкості світлових сигналів у всіх експериментах.

Висновок

Аналіз принципів теорії відносності показує, що сталість швидкості розповсюдження хвильових процесів в рухомих інерційних системах і тим самим рівноправність цих систем можна вивести як наслідок ефекту Допплера і наявної процедури виміру просторово-часових параметрів. Тому твердження про сталості швидкості світла не є незалежною аксіомою теорії відносності. Одночасно перетворення Лоренца і інші релятивістські ефекти залишаються справедливими і для інших типів хвиль при використанні відповідної процедури вимірювань. З урахуванням даної обставини принцип відносності можна уточнити в такий спосіб: закони фізики в тому чи іншому хвильовому поданні інваріантні щодо відповідних перетворень Лоренца. Очевидно, що чим більше швидкість хвилі, переносить інформацію про спостережуваних явищах, тим точніше ми зможемо судити про навколишній світ.

Існування ефіру як несучої середовища зручно тим, що дозволяє пояснити сталість швидкості світла, незалежність швидкості світла від типів випромінювачів і від швидкості їх руху. Всі відомі хвилі і утворюються і переносяться узгодженим рухом однотипних часток несучої середовища. На відміну від цього електромагнітні коливання зазвичай ототожнюються зі змінною частиною поля, що є самостійною формою матерії і тому не потребують носії. Але поле і речовина як два філософські протилежності взаімопорождают і переходять один в одного. Поле можна уявити собі як особливим чином рухомі найдрібніші матеріальні частки, потоки і хвильові коливання яких впливають на навколишні тіла. Гравітаційне поле завдяки своїм властивостям створює космічні об'єкти з розсіяною матерії, а вони в свою чергу є джерелами різноманітних частинок навколо себе. Оскільки електромагнітні коливання виникають при русі зарядів, то в якості моделі ефіру можна запропонувати сукупність часток з дуже маленькими зарядом і масою, що рухаються зі швидкістю світла навіть всередині матеріальних тел. Рух таких частинок в електромагнітної хвилі повинно мати обертально-поступальний характер [2].

Так як ефір і теорія відносності можуть бути узгоджені один з одним, то можна припустити існування виділеної інерціальній системи відліку, що спочиває по відношенню до ефіру. Логічно вважати, що в такій системі відліку спостерігаються космічні випромінювання мають найменшу анізотропію. Зокрема це стосується реліктовому фонового випромінювання, щодо якої швидкості руху деяких вивчених галактик невеликі [3].

Список літератури

Ейнштейн А. Збори наукових праць. 1, 685, М.: Наука, 1965.

Федосін С.Г. Фізика і філософія подібності від преонов до Метагалактика. Перм: Стиль-МГ, 1999.

Зельдович Я.Б., Сюняєв Р.А. Астрофізика і космічна фізика. М.: Наука, 1982.

Петров В.В. Експериментальні основи теорії відносності. Досліди Араго та теорія Френеля. Нит, 2000.

Про ефірному вітрі. Нит, 2000.

Риков А.В. Почала натурної фізики. Нит, 2000.

Горбацевіч Ф.Ф. Основи теорії непорожньої ефіру (вакууму). Нит, 2000.

Телегин М.Б. Бредлі проти Лоренца. Нит, 2002.