Skip to content
2.1.4. Изгнанието на ефира
Но историята на науката не се ограничава с изброяването на успешните изследвания. Тя е длъжна да ни разкаже и за неуспешните изследвания и да обясни защо някои от най-способните хора не са могли да намерят ключа към знанието и как само репутацията на други дава стабилна опора на грешките, в които са попаднали.
Максуел
За по-нататъшното развитие на теоретичната физика е била нужна теория, която да разреши поредната възникнала криза. Дълго време опитите на учените в това направление са напразни. Едва през 1905 г., почти четвърт век след първия опит на Майкълсон, в първата си публикувана работа по теория на относителността „Към електродинамиката на движещите се тела“, младият Алберт Айнщайн предлага изход от създалото се положение.
При анализа на резултатите от опитите на Физо и Майкълсон в работата си, Айнщайн стига до извода, че трябва да се откажем от въвеждането на понятието ефир, тъй като предположението, че ефирът е неподвижен едновременно в две системи (в система, свързана със Земята, в опита на Майкълсон и в неподвижна система, в опита на Физо) е абсурдно.
На времето опитът на Физо е обяснен чрез съществуването на неподвижен ефир, в който се движат всички тела. Опитът на Майкълсон опровергава тази хипотеза: скоростта на светлината относно Земята има винаги една и съща стойност, независимо от това, дали Земята се движи в посоката на движение на светлинния лъч или срещу него. Това би могло да се обясни с движението на Земята заедно с околоземния ефир, в който се разпространява светлинния лъч. Възможност за такова обяснение допуска и Айнщайн, но тогава остава неясен опитът на Физо, който показва, че тялото не се движи заедно с ефира.
Доста по-късно науката установява, че преместващото се върху Земята тяло в опита на Физо в действителност не се движи заедно с ефира вътре в тялото, тъй като този ефир се задържа от гравитационната сила на Земята.
Във великолепно написаната книга „Еволюция на физиката“, Айнщайн стига до отказване от ефира, не само след анализ на опитите на Физо и Майкълсон, но и в резултат от анализа на цялата история на развитието на физиката.
Като не намира механично обяснение на ефира, Айнщайн му произнася смъртоносна присъда: „Всички наши опити да направим реален ефира, се провалиха. Той не ни разкри нито механичния си строеж, нито абсолютното си движение … Всички опити да открием свойствата на ефира доведоха до трудности и противоречия. След толкова неудачи, настъпва момент, когато трябва въобще да забравим за ефира и да се постараем никога повече да не го споменаваме“.
Обосновавайки отказа си от ефира и това, че не всички явления в природата могат да бъдат обяснени от гледна точка на механиката, Айнщайн стига до мисълта за несъвършенството на основите на класическата физика. Той замисля теория, която да поправи основите на класическата физика, да помогне за излизане от създалата се криза и да послужи като основа на по-нататъшното развитие на теоретичната физика.
Назряващата криза във физиката показва необходимостта от смяна на парадигмата в естествознанието.
Съдържанието на базите на парадигмите в естествознанието винаги е изграждано върху избора на съответен принцип на относителността, съответстващ на геометрията на пространството и чрез постулиране на съществуването на някаква универсална среда, пренасяща взаимодействието. По времето на Нютон е господствала Евклидовата геометрия, принципът за относителност на Галилей, а за ролята на субстанцията, пренасяща взаимодействията, претендира ефирът. Ето че ефирът е отхвърлен. Едната от трите опори, поддържащи стария мироглед, рухва. А към края на ХІХ век се оказва, че и другите две са силно разклатени.
Нека си припомним, как е изглеждал светът за учените по времето на Нютон. Абсолютно, еднакво навсякъде, несвързано с нищо, независещо от нищо време. Абсолютно, навсякъде еднородно пространство, с абсолютна, навсякъде еднаква и също не зависеща от нищо геометрия. В такова абсолютно пространство и такова абсолютно време съществува, подчинявайки се на физическите закони, цялата материя. Например, законът за всеобщото привличане определя зависимостта на силата на взаимно привличане на телата от големината на техните маси и разстоянието между тях. И, разбира се, всички учени са убедени, че нито масата, нито силата, нито свързващите ги закони, не зависят от времето и пространството, също както времето и пространството от нищо не зависят.
И ето че през 1826 г. дръзкият Н. И. Лобачевски от Русия заявява: „Това не е така. Със силите и с масите на телата е тясно свързано самото време, от тях зависи и строежът на пространството, т.е. неговата геометрия“.
Но какво означава геометрията на пространството да зависи от силите или от масите на телата? Означава, че пространството не е абсолютно и еднородно, че геометрията му се определя от големината и разпределението на телата. Не съществува абсолютно, от нищо не зависещо пространство, еднакво за всички. Не съществува и абсолютно време, което да тече съвършено еднакво за всички тела. Т.е., нашето реално пространство се оказва неевклидово. Изкривяването на пространството следва пряко от основното уравнение на Н. И. Лобачевски. По такъв начин Н. И. Лобачевски пръв разкъсва веригите, сковаващи геометрията от времето на Евклид. Той построява по-широка геометрична система – пангеометрия, която не отхвърля и не заменя геометрията на Евклид, а просто й отрежда скромното място на частен случай. По-късно Риман разширява съдържанието на геометрията така, че и творението на Лобачевски остава частен случай. Геометрията на Евклид представлява геометрия на пространство с нулева кривина, геометрията на Лобачевски – с отрицателна кривина, а геометрията на Риман – с положителна кривина.
По такъв начин, в началото на ХХ век става очевидна необходимостта от разработване на нова парадигма: ефирът е отхвърлен, пространството е неевклидово (има кривина) и не е абсолютно.
Ето в такава ситуация Айнщайн се хваща да разработи нова теория на относителността, която за съвременната физика да играе същата роля, каквато механиката на Нютон – за класическата физика.
Всичко е просто, когато е вече открито. И е неимоверно сложно, когато не знаеш в каква посока да търсиш.
Забележка: Номерата които виждате до заглавията са по ред на публикациите, за да Ви е лесно да ги намирате в търсачката, и не отговарят на страниците. Забележката важи за всички публикации където има * и число * в заглавието.
2.1.2. Опитът на Физо
Преди всичко възниква въпросът за верността на правилото за събиране на скорости при светлинните явления. За неговото решение трябва да се проведе експеримент по събиране на скоростите на движение на средата (например, вода) със скоростта на разпространение на светлината в тази среда. Но как да се проведе такъв експеримент? Трудността при провеждането му се състои в това, че скоростта на светлината във вода е
U = c/n = 225 000 km/s, където с е скоростта на светлината във вакуум, с = 300 000 кm/s, а n е показателят на пречупване на водата, n = 1,33. Скоростта на водата може да се направи около 10 m/s. Това е десетки милиона пъти по-малко от скоростта на светлината. Затова такъв експеримент дълго време не е бил осъществен.
Оказва се обаче, че това изменение на скоростта на светлината може да се измери, ако се използува явлението интерференция. Интерференцията е наслагване на две или повече вълни в пространството, при което в различните точки се получава усилване или отслабване на амплитудата на резултантната вълна. Интерференцията е характерна за вълни с произволна природа: повърхностни вълни в течност; еластични (например, звукови); електромагнитни (например, радиовълни или светлина). При това интерферират само кохерентните вълни, т.е. вълни, имащи постоянна фазова разлика във времето. Такива кохерентни вълни-лъчи са например лъчите, излъчвани от една точка на източник на светлина. Ако два лъча от една и съща точка на светлинен източник пуснем в различно направление, а по-нататък съберем в една точка, то в тази точка ще наблюдаваме интерференция на светлината. Ако разликата в ходовете на лъчите, измерена в единици дължина на вълната е цяло число, става събиране на енергиите на тези лъчи и точката ще бъде максимално светла. Ако разликата в ходовете е равна на нечетно число полувълни, енергиите на лъчите се изваждат и точката ще бъде максимално тъмна.
По такъв начин, в зависимост от разликата в ходовете на лъчите, осветеността в точката на срещата им ще се изменя. Като се знае дължината на вълната на светлината (от 0,4 до 0,7 микрона), може да се пресметне каква големина на изменение на скоростта на светлината е възможно да бъде измерена. Пресмятанията показват, че може да се направи установка, позволяваща да се определи изменение от една сто милиардна част от скоростта на светлината, което даже е повече, отколкото се изисква.
Известният френски физик А. И. Физо за първи път построява такова устройство и през 1851 г. осъществява уникален опит с него.
В опита на Физо лъчът от източника на светлина с помощта на полупрозрачна пластинка се разделя на два лъча, единият от които, отразявайки се от огледало, минава през течаща вода в посока на движението й, а вторият – обратно на движението на водата. Скоростта на движение на водата се изменя от 0 до 7 m/s. Двата лъча се насочват по-нататък към интерферометър, където се наблюдава интерференчна картина. По отместването на интерференчните ивици се определя разликата във времето на преминаване на светлинните лъчи през движещата се вода (по течението и обратно на течението).
Резултатите от опита се оказват неочаквани: събирането на скоростта на светлината във водата със скоростта на движение на водата не съответства на изискванията на класическата физика:
W = V + U.
Опитът показва, че събирането на скоростите става по формулата:
W = U + V (1-1/n),
където n е показателят на пречупване на водата; n = 1,33.
Многократното проверяване на опита дава винаги един и същ резултат. Той показва, че скоростта на светлината не се подчинява на правилото за събиране на скорости. Налага се изводът, че класическата физика при големи скорости, сравними със скоростта на светлината, не е вярна.
За да спасят класическата физика, учените приемат хипотезата, че светлината се движи в ефир, намиращ се между частиците на водата и въздуха. Ако се предположи, че ефирът не се увлича от частиците на веществото при тяхното движение или се увлича частично, в зависимост от големината на показателя на пречупването, обяснението на опита на Физо става ясно от позициите на класическата физика. Скоростта на движение на частиците на веществото не се предава напълно на намиращия се между частиците ефир и затова не се събира със скоростта на светлината в ефира, съгласно правилото за събиране на скоростите и за среда с показател на пречупване близък до единица, ефирът остава неподвижен.
По такъв начин се приема хипотезата за съществуването на неподвижен световен ефир, съгласно която всички тела във Вселената се движат в неподвижен световен ефир. Такава хипотеза обяснява опита на Физо и спасява класическата физика.
Изпреварвайки събитията, ще покажем допуснатата в тази хипотеза съдбоносна грешка. Опитът на Физо, проведен на Земята, свидетелства за това, че движещото се на Земята вещество не увлича околоземния ефир. Достатъчно е било да се предположи, че само околоземният ефир е неподвижен спрямо Земята, а не да се издига хипотеза за неподвижността на целия световен ефир.
Но тъй като хипотезата бива приета, сред учените възниква въпросът за нейното експериментално потвърждение. Известно е, че Земята се движи около Слънцето със скорост V = 30 km/s. Затова, ако се постави опит за измерване на скоростта на движение на Земята в световния неподвижен ефир, по такъв начин може да се потвърди верността на хипотезата. Техническото осъществяване на такъв опит е трудно и едва през 1881 г., 30 години след опита на Физо, американският учен А. Майкълсон прави своя уникален опит.
Забележка: Номерата които виждате до заглавията са по ред на публикациите, за да Ви е лесно да ги намирате в търсачката, и не отговарят на страниците. Забележката важи за всички публикации където има * и число * в заглавието.
2.1. Научна концепция за физическия вакуум
Физическият вакуум е универсална среда, пронизваща цялото пространство, което по времето на Нютон са нарекли ефир и са му приписвали други свойства. А. Акимов
Развитието на теоретичната физика може да се раздели на три етапа: предварителен, класически на макрониво и релативистки (релативистката физика е физика на високите скорости).
Сега започва нов, четвърти, класически етап на микрониво, предизвикан преди всичко от доказателството за реалното съществуване на материална субстанция в световното пространство – физическият вакуум. За начало на новия етап в развитието на физиката ще трябва да се приеме моментът, когато научната общественост признае за достоверно решаването на коренните, фундаментални проблеми на теоретичната физика. Това се състои в разобличаването на погрешната същност на постулата за постоянната скорост на светлината, с едновременното доказване на реалността на материалния физически вакуум.
Съгласно философската концепция на великия древногръцки философ Демокрит, всички вещества се състоят от частици, между които има пустота. Известно е, че разстоянието между молекулите на водата например, е десетки хиляди пъти (а в газа – примерно стотици хиляди пъти) по-голямо от размерите на самите молекули; следователно, според Демокрит, основната част от обема е пустота.
Според философската концепция на един друг, не по-малко знаменит древногръцки философ – Аристотел, в света не съществува такова място, в което да „няма нищо“. Следователно, според Аристотел, между молекулите на веществото трябва да има някакво поле. Учените използват тази концепция за обяснението на различни явления, а полето, намиращо се между частиците на телата и пронизващо безграничното пространство на Вселената, те наричат ефир.
Забележка: Номерата които виждате до заглавията са по ред на публикациите, за да Ви е лесно да ги намирате в търсачката, и не отговарят на страниците. Забележката важи за всички публикации където има * и число * в заглавието.
Translate »
error: Content is protected !!
Този сайт използва бисквитки(cookies), за да подобри Вашето сърфиране. OkВиж повече