Содержание
Введение……………………………………………………………………………………..3
1. Гипотеза эфира: история………………………………………………………………...5
1.1 Древние учения об эфире………………………………………………………………5
1.2 Эфир Декарта и Ньютона………………………………………………………………7
1.3 Развитие теорий эфира в России……………………………………………………….9
1.4 Недостатки гипотез эфира…………………………………………………………….11
2. Гипотеза эфира: современность………………………………………………………..13
2.1 Свойства эфира, обнаруженные в ХХ веке………………………………………….13
2.2 Настоящее и эфир……………………………………………………………………...14
Заключение………………………………………………………………………………...16
Список литературы………………………………………………………………………..18
Введение
Горит звезда, дрожит эфир,
Таится ночь в пролеты арок.
Как не любить весь этот мир,
Невероятный Твой подарок?
(В. Ходасевич)
Что же есть эфир?
Первоначально словом эфир (aether) в греческой мифологии обозначали «божественно чистый свежий воздух», находящийся высоко в небе и доступный для дыхания лишь живущим в нём богам, в отличие от обыкновенного воздуха (aer), которым дышат простые смертные. Древние греки ассоциировали эфир с одноименным божеством, сыном богини ночи Никс и её брата - первобога тьмы Эребуса.
В настоящее время под эфиром понимается гипотетическая всепроникающая среда, колебания которой обнаруживают себя как свет / электромагнитные волны.[1]
Актуальность данной темы, лично для меня, объясняется значительным количеством гипотез и теорий о существовании теорий, каждая из которых объясняет данный факт по-своему, часто с кардинально противоположной точки зрения предыдущей теории.
Целью работы является понять сущность гипотез эфира и рассмотреть все раннее изученные теории его существования.
В основу контрольной работы легли труды известнейших учёных истории и современности, таких как Ньютон и Эйнштейн, Декарт и Аристотель, а также различные научные статьи, позволившие осознать значимость данной темы в истории физики.
Необходимость критического рассмотрения многочисленных существовавших ранее гипотез, моделей и теорий эфира вытекает из того обстоятельства, что, несмотря на правильную исходную предпосылку: взаимодействие между телами должно обусловливаться какой-то промежуточной средой - эфиром, ни одна из теорий эфира не сумела удовлетворительно объяснить совокупность всех известных явлений, с одной стороны, и не позволила предсказать каких-либо новых направлений исследований, с другой. В результате этого в ходе развития физики были отброшены не только эти теории, модели и гипотезы, но также и собственно понятие эфира, как "окончательно себя дискредитировавшее".
После появления специальной теории относительности сам вопрос о существовании эфира был поставлен под сомнение в связи с отсутствием более или менее удовлетворительной теории эфира. Это обстоятельство привело к тому, что дальнейшие углубление и развитие теорий эфира были прекращены.
Однако в 1920 г. в работе "Эфир и теория относительности" Эйнштейн показал, что в пространстве без эфира "не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы, и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова",[2] но это уже ничего не изменило в вопросе признания эфира как материальной среды.
Гипотеза эфира: история
Древние учения об эфире
Несмотря на то что ряд исследователей истории эфира и развития физических представлений приписывают введение в естествознание идеи эфира Рене Декарту (1596-1650 гг.), а идеи атомизма - Демокриту (470-380 гг. до н.э.), следует считать, что и понятие эфира как мировой среды, и понятие атомов - элементов веществ были известны задолго до этого и сопровождали практически всю известную ныне историю человеческой цивилизации.
Есть все основания полагать, что идеи эфира были, по крайней мере, в VI-IV вв. до н.э., а вероятнее всего, и значительно ранее распространены достаточно широко. Так, основные древнеиндийские учения - джайнизм, локаята, вайшешика, ньяя и другие, такие религии, как брахманизм и буддизм, изначально содержали в себе учение об эфире (акаша), как о единой, вечной и всепроникающей физической субстанции, которая непосредственно не воспринимается чувствами. Эфир един и вечен. Материя вообще (пудгала) состоит из мельчайших частиц (ану), образующих атомы (параману), обладающих подвижностью (дхармой). Все события происходят в пространстве и во времени.
Пракрити - материя в учении санхья, созданном мудрецом Канадой (Глукой), - ничем не порожденная первопричина всех вещей. Она вечна и вездесуща. Это самая тонкая, таинственная и огромная сила, периодически создающая и разрушающая миры. Ее элементы (гуны) просты, неделимы и вечны.
Джайнисты считают, что их уяение было передано им 24 учителями. Последний, Вардхамана жил в VI в. до н.э. " его предшественник Паршванатха - в IX в. до н.э., остальные - в доисторические времена.
В древнекитайком даосизме (IV в. до н.э.) в каноне "Дао да цзин" и трактатах "Чжуан-цзы" и "Лао-цзы" указывается, что все в мире состоит из частиц грубых ("цу") и тончайших ("цзин"). Они образуют единый "ци" - эфир, изначальный, единый для всех вещей. "Единый эфир пронизывает всю Вселенную". Он состоит из "инь" (материальное) и "ян" (огонь, энергия). "Нет ни одной вещи, не связанной с другой, и всюду проявляются инь и ян".
В древней Японии философы полагали, что пространство заполнено мукёку - беспредельной универсальной сверхестественной силой, лишенной качеств и форм, недоступной восприятию человеком. Мистический абсолют такёку является природой идеального первоначала "ри", связанного с материальным началом "ки". "Ри" - энергия, которая вечно связана с "ки" - материей и без него не существует.
Есть все основания предположить, что все мировые религии - буддизм, христианство, конфуцианство, синтоизм, индуизм, иудаизм и др. - в том или ином виде на ранней стадии заимствовали материалистические идеи древней эфиродинамики, а на более поздней стадии развития выхолостили учение, отказавшись от материализма в пользу мистицизма в угоду пришедшим к власти господствующим классам. В Древней Греции это произошло, вероятнее всего, после революции VII-VI вв. до н.э., положившей конец родовому строю и приведшей к победе рабовладельчества.
Однако передовые мыслители пытались сохранить древние материалистические знания. Фалесом Милетским (625-547 гг. до н.э.) - древнегреческим философом, родоначальником античной и вообще европейской философии и науки, основателем милетской философской школы - был поставлен вопрос о необходимости сведения всего многообразия явлений и вещей к единой основе (первостихии или первоначалу), которой он считал жидкость ("влажную природу").
Анаксимандром (610-546 гг. до н.э.), учеником Фалеев, было введено в философию понятие первоначала - "апейрона" - единой вечной неопределенной материи, порождающей бесконечное многообразие сущего.
Анаксимен (585-525 гг. до н.э.), ученик Анаксимандра, этим первоначалом считал газ ("воздух"), путем сгущения и разрежения которого возникают все вещи.
Развитие идей "первоначала" было произведено Левкиппом (V в. до н.э.), выдвинувшим идею пустоты, разделяющей все сущее на множество элементов, свойства которых зависят от их величины, формы, движения, и далее - учеником Левкиппа Демокритом, являющимся основоположником атомизма.
По ряду свидетельств Демокрит вначале обучался у халдеев и магов, присланных в дом его отца для обучения детей, а затем в стране Мидии при посещении магов. Сам Демокрит не приписывал себе авторства атомизма, упоминая, что атомизм заимствован им у мидян, в частности у магов - жреческой касты (племени, по свидетельству Геродота), одного из шести племен, населявших Мидию (северо-западные области Иранского нагорья).
Господствовавшая идея магов (могучих) - внутреннее величие и могущество, сила мудрости и знание. По ряду свидетельств маги заимствовали свои знания у халдеев, которых считали основателями звездочетства и астрономии. Халдеи, которым в древней Греции и древнем Риме придавалось большое значение, являлись жрецами-гадателями, а также натуралистами, математиками, теософами. Маги основали учение (магию), позволявшее на основе знания тайн природы производить необычайные явления. В дальнейшем это учение, к сожалению, было дискредитировано многочисленными псевдомагами - шарлатанами.
Наиболее подробно атомизм древности отражен именно в работах Демокрита, чему посвящено много литературных исследований. Следует, однако, заметить, что некоторые положения атомизма Демокрита остались непонятыми до настоящего времени практически всеми исследователями его творчества. Речь прежде всего идет о соотношениях атомов и частей атомов (амеров).
Демокрит указывал, что атомы - элементы вещества - неделимы физически, не разрезаемы в силу плотности и отсутствия в них пустоты. Атомы наделены многими свойствами тел видимого мира: изогнутостью, крючковатостью, пирамидальностью и т.п. В своем бесконечном многообразии по форме, по величине и порядку атомы образуют все содержимое реального мира. Однако в основе этих различающихся по величине и форме атомов лежат амеры - истинно неделимые, лишенные частей.
Идея о двух видах атомов была упомянута и последующими исследователями, например Эпикуром (342-271 гг. до н.э.).
Амеры (по Демокриту) или "элементы" (по Эпикуру), являясь частями атомов, обладают свойствами, совершенно отличными от свойств атомов. Например, если атомам присуща тяжесть, то амеры полностью лишены этого свойства.
Полное непонимание на протяжении многих веков этого кажущегося противоречия привело к существенному искажению толкования учения Демокрита. Уже Александр Афродийский упрекает Левкиппа и Демокрита в том, что не имеющие частей неделимые, постигаемые умом в атомах и являющиеся их частями, невесомы. Это непонимание продолжается и в настоящее время. Так, С.Я. Лурье упоминает об амеpax как о математических величинах. М.Д. Ахундов продолжает истолковывать амеры как абстрактное математическое понятие.
Упомянутое кажущееся противоречие имеет в своей основе представление о том, что вес (тяжесть, гравитация) есть врожденное свойство любой материи. Между тем гравитация может быть объяснена как результат движения и взаимодействия (соударений) амеров. Тогда атом как совокупность амеров, окруженный амерами же, может испытывать притяжение со стороны других атомов благодаря импульсам энергии, передаваемым амерами по-разному в зависимости от того с какой стороны от атома находятся другие атомы, что и создает эффект взаимного притяжения атомов. Амеры же, являясь носителями кинетической энергии, никакой тяжестью обладать на будут. Следовательно, если полагать гравитацию следствием проявления движения совокупности амеров, а не врожденным свойством материи (явлением, свойственным комплексу и не принадлежащим его частям), то противоречие легко разрешается. Вся же совокупность амеров, перемещающихся в пустоте, является общей мировой средой, апейроном, по выражению Анаксимандра, в позднейшем наименовании по-русски - эфиром.
Таким образом, эфир имеет достаточно древнюю историю, восходя к самым началам известной истории культурного человечества.
Эфир Декарта и Ньютона
По Рене Декарту (1596-1650 гг.) свет распространяется в эфире, а эфир, в свою очередь, состоит из вихревых частиц [3].
Согласно Декарту весь мир состоит из материи, которая заполняет все пространство. Области материи, которые движутся определенным образом, составляют молекулы материальных тел. Области материи, которые движутся очень быстро, составляют эфир. В нем распространяется свет и осуществляется магнитное и электрическое взаимодействие. Декарт вводил быстро движущиеся и постоянно изменяющиеся области материи для объяснения пламени.
По Декарту, свет - это вибрации эфира, которые вызывают вибрации органов чувств у животных, что приводит к передаче сигналов от органов чувств по нервным путям в головной мозг.
Декарт полагал, что эфир состоит из частиц эфира, которые притягиваются друг к другу, причем эти частицы имеют спиральную форму. Декарт утверждал, что Земля - это магнит, из одного полюса которого вытекают струйки эфира и втекают в другой полюс. Распределение металлических осколков вдоль силовых линий он объяснял тем, что струйки эфира воздействуют на осколки [4]. В некоторых своих работах Декарт пытается конструировать механические модели физических явлений, иногда противоречивые.
Ньютон (1643-1727 гг.) несколько раз менял свою точку зрения относительно структуры эфира, а также о самом факте его существования. Однако в конце концов Ньютон высказался достаточно определенно и в своих последних работах взгляды на эфир совершенствовал, развивал, но не менял кардинально. Ньютон считал возможным "вывести из начал механики и все остальные явления природы", полагая, что "все эти явления обусловливаются и некоторыми силами, с которыми частицы тел вследствие причин, покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга". В работе "Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света" Ньютон развивает, в частности, мысль о возможности превращения света в вещество и обратно.
В 1717 г. на 75-м году жизни во втором английском издании "Оптики" Ньютон в форме вопросов и ответов излагает свою точку зрения относительно эфира. Так, градиент плотности эфира при переходе от тела в пространство применяется для объяснения тяготения, при этом эфир подразумевается состоящим из отдельных частиц. "Такое возрастание плотности, - пишет Ньютон, - на больших расстояниях может быть чрезвычайно медленным; однако если упругая сила этой среды чрезвычайно велика, то этого возрастания может быть достаточно для того, чтобы устремлять тела от более плотных частей среды к более разреженным со всей той силой, которую мы называем тяготением".
Ньютон вновь ставит вопрос об атомистическом строении эфира: "Если кто-нибудь предположит, что эфир (подобно нашему воздуху), может быть, содержит частицы, которые стремятся отталкиваться одна от другой (я не знаю, что такое этот эфир), что его частицы крайне малы сравнительно с частицами воздуха и даже света, то чрезвычайная малость этих частиц может способствовать величине силы, благодаря которой частицы отталкиваются друг от друга, делая среду необычайно разреженной и упругой в сравнении с воздухом и, следовательно, в ничтожной степени способной к сопротивлению движениям брошенных тел и чрезвычайно способной вследствие стремления к расширению давить на большие тела".
Таким образом, Ньютон сам указал возможность обойти затруднение, возникающее вследствие сопротивления эфира движению небесных тел.
"Если этот эфир предположить в 700 000 раз более упругим, чем наш воздух, и более чем в 700 000 раз разреженным, то сопротивление его будет в 600 000 000 раз меньшим, чем у воды. Столь мало сопротивление едва ли произведет заметное изменение движений планет за десять тысяч лет".
В этой же работе Ньютон спрашивает, не является ли зрение результатом колебаний эфира в сетчатке и нервах.
Развитие теорий эфира в России
Ряд теорий эфира был создан в России, к примеру, М.В. Ломоносов (1711-1765 гг.) отвергал все специфические виды материи - теплоту, свет, признавал лишь эфир, с помощью которого он, в частности, объяснял и тяготение как результат подталкивания планет частицами за счет разности давлений. Эта идея Ломоносова была высказана раньше, чем аналогичная идея Лесажа почти на сорок лет.
И.О. Ярковским была предложена в семидесятых годах XIX столетия теория газоподобного эфира. Элементы эфира обладали врожденным свойством - при соударении взаимно тормозить друг друга, при устранении препятствия продолжать свое движение так же, как это было до остановки. Природа такого поведения частиц эфира Ярковским не рассматривалась. Опираясь на представление об эфире как о газоподобной среде, Ярковский рассмотрел некоторые физические явления, в частности сделал попытку создать модель тяготения. В двадцатые годы XX столетия модель газоподобного эфира была рассмотрена П.А. Петровским, однако только на уровне качественной модели некоторых отдельных явлений, главным образом тяготения.
В более поздние времена, когда теория относительности была уже широко известна, некоторые советские и зарубежные ученые отстаивали механическую теорию эфира, становясь при этом на точку зрения вихревой модели. Среди этих работ необходимо отметить работы К.Э. Циолковского, З.А. Цейтлина, носящие преимущественно обзорный характер, работу Уайтеккера, работы Н.П. Кастерина и В.Ф. Миткевича и др.
В работе Кастерина просматривается глубокая аналогия между вихревыми движениями воздушных потоков и электромагнитными явлениями, указывается на недостаточность представлений математических видов Эйлера относительно вихревых движений, поскольку выводы Эйлера исходили из представлений о сплошной среде, в то время как газ состоит из отдельных частиц и не является сплошным. Кастериным проведено уточнение как уравнений аэродинамики преимущественно применительно к вихревым движениям, так и уравнений электромагнитного поля, а также показана их глубокая аналогия.
В работах академика Миткевича "Работы В. Томсона" (1930 г.), "Основные воззрения современной физики" (1933 г.), "Основные физические воззрения" (1934 г.), и других не только отстаивается необходимость признания факта существования эфира, но и предлагается модель, в которую фактически заложены идеи Дж. Дж. Томсона, о чем Миткевич прямо говорит.
Миткевич отстаивал механическую точку зрения на эфир. В одной из своих работ он рассматривал "кольцевой электрон, который можно вычислить как элементарный магнитный вихрь, движущийся по жесткой орбите и вмещающийся в объем, нормально приписываемый электрону". Переносчиком энергии Миткевич считал "замкнутую магнитную линию, оторвавшуюся от источника и сокращающуюся по мере отдачи энергии", и указывал на подобие магнитного потока вихрям Гельмгольца. Все же главным в работах Миткевича являлась не эта модель, достаточно несовершенная, а убеждение в существовании в природе эфира.
В работе "Основные физические воззрения" Миткевич пишет: "Абсолютно пустое пространство, лишенное всякого физического содержания, не может служить ареной распространения каких бы то ни было волн.... Признание эфира, в котором могут иметь место механические движения, т.е. пространственные перемещения элементарных объемов этой первоматерии, непрерывно заполняющей все наше трехмерное пространство, само по себе не является признаком механистической точки зрения.... Необходимо, наконец, вполне определенно реабилитировать "механическое движение", надлежащим образом модернизировав, конечно, содержание этого термина, и раскрепостить физическую мысль, признав за ней законное право оперировать пространственными перемещениями соответствующих физических реальностей во всех случаях, когда мы стремимся познать конечную структуру того или иного физического процесса.... Борьба с ошибочной научно-философской установкой, которая именуется механистической точкой зрения, не должна быть подменена в современной физике совершенно необоснованным гонением на законные попытки рассмотрения тех механических движений, которые, несомненно, составляют основу структуры всякого физического процесса, хотя никоим образом сами по себе не исчерпывают его сущности. Следует, наконец, перестать отождествлять термины "механический" и "механистический", как это, к сожалению, нередко имеет место в современной научно-философской и физической литературе".
Няряду с разработками гипотез и моделей эфира развивалась точка зрения об отсутствии эфира как такового в природе.
В 1910 г в работе "Принцип относительности и его следствия" Эйнштейн писал что, "нельзя создать удовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некой среды, заполняющей все пространство". Позже в работах "Эфир и теория oтнocитeльнocти" (1920 г.) и "Об эфире" (1924 г.) Эйнштейн изменил свою точку зрения относительно существования эфира, однако это обстоятельство известно и не повлияло на отношение к эфиру со стороны большинства физиков-теоретиков.
Академик Я.И. Френкель в некоторых работах категорически отрицал существование мирового эфира, сравнивая поиск свойств эфира с "богоискательством и богостроительством", и отстаивал принцип дальнодействия.
В настоящее время идеи, связанные с "действием на расстоянии", продолжают развиваться, однако наряду с этим во многих работах все чаще используется представление о "физическом вакууме", "вакуумной жидкости" и т. п." что фактически восстанавливает представление о мировой среде под другим названием. Обнаружен ряд вакуумных эффектов - нулевой уровень энергии полей, виртуальные состояния частиц, поляризация вакуума и т.п., что заставляет отказаться от представления о вакууме как о пустоте и вновь поставить вопрос о его структуре.