Арман Ипполит Луи Физо

В 1851 г. Физо поставил эксперимент по измерению скорости света в движущейся среде, в качестве которой выступал поток воды. Его результат с точностью до первого порядка малости по скорости воды v привёл к следующему соотношению для скорости света:

где n — показатель преломления, c — скорость света в пустоте, а c/n — скорость света в неподвижной воде. Если основываться на классическом правиле сложения скоростей, это соотношение свидетельствовало о частичном увлечении эфира с коэффициентом k (при k=1 эфир увлекается полностью, а при k=0 — увлечения нет вообще).

Альберт Абрахам Майкельсон

Серию следующих важных экспериментов в 1881 г. предпринял Майкельсон. При помощи интерферометра он измерял время прохождения света в двух перпендикулярных направлениях. Ориентация интерферометра изменялась в пространстве, поэтому при отсутствии увлечения эфира Землёй появлялась возможность по разности времён определить абсолютную скорость движения Земли относительно системы отсчёта, связанной с эфиром. Эксперимент дал отрицательный результат, то есть «эфирный ветер» при движении Земли обнаружен не был. Это могло свидетельствовать либо о полном увлечении эфира, либо о неподвижности Земли. Последняя возможность была маловероятна, так как Земля со скоростью 30 км/c двигается, по крайней мере, вокруг Солнца. Привлечение же гипотезы полного увлечения эфира противоречило наблюдаемой аберрации звёзд, которая в этом случае отсутствовала бы. В дальнейшем эксперименты Майкельсона неоднократно повторялись (Майкельсон и Морли (1887), Морли и Миллер (1902—1904), и т. д.). Для уменьшения потенциального эффекта увлечения эфира установка поднималась в горы, однако неизменно получался отрицательный результат. ^[27]

Создание СТО

Гендрик Лоренц

Важный вклад в построение теоретических моделей эфира и его взаимодействия с веществом предпринял Гендрик Лоренц. В его модели, эфир представлял собой диэлектрическую субстанцию с единичной диэлектрической проницаемостью . Наблюдаемая электрическая индукция складывалась из индукции вещества и эфира . Последняя, по теории Лоренца, не увлекалась при движении вещества, и Лоренц смог объяснить эксперимент Физо. Однако эксперименты Майкельсона противоречили электронной теории Лоренца, так как требовали для своего объяснения полного увлечения эфира. Лоренц (1892 г.) и, независимо от него, Фитцджеральд (1893 г.) ввели достаточно искусственное предположение о том, что объекты (например, плечи интерферометра Майкельсона) при движении сквозь эфир сокращаются в направлении движения. Это сокращение позволяло объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона и мотивировалось взаимодействием частиц вещества с эфиром.

Одновременно с этим шёл поиск преобразований, оставляющих уравнения Максвелла инвариантными. В 1887 г. Фогт записал преобразования координат и времени, которые оставляли неизменными форму распространения волн в эфире. В его преобразованиях время имело различный темп в различных пространственных точках. В 1892 г. Лоренц ввёл т. н. местное время t' = t − (v / c²)x и показал, что с точностью до первого порядка по скорости, уравнения Максвелла остаются неизменными при движении системы отсчёта сквозь эфир. В 1900 г. Лармор в книге «Эфир и материя» привёл преобразования, относительно которых уравнения Максвелла остаются инвариантными в любом порядке по скорости v. Эти же преобразования были переоткрыты Лоренцом в его статье 1904 г. Благодаря работам Пуанкаре эти преобразования в дальнейшем стали называть преобразованиями Лоренца. Ни Лармор, ни Лоренц не придавали преобразованиям характера общих пространственно-временных закономерностей и связывали их лишь с электромагнитными свойствами вещества и эфира. Сам Лоренц в конце свой жизни писал ^[28]:

Основная причина, по которой я не смог предложить теории относительности, заключается в том, что я придерживался представления, будто лишь переменная t может считаться истинным временем, а предложенное мной местное время t’ должно рассматриваться только в качестве вспомогательной математической величины.