Глава XIII

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Г

Трудности гипотезы эфира

ипотеза светоносного эфира возникла в физике одновременно с начальными представлениями о волновой природе света, но окончательно укрепилась в начале XIX века в связи с победой волновой теории света. С точки зрения этой теории предположение о существовании эфира казалось совершенно естественным и необходимым. Подобно тому, как звук представляет собой волновое движение среды, в которой он распространяется, свет мыслился как волновое движение эфира.

Первая трудность в обосновании гипотезы эфира возникла в связи с доказательством поперечности световых колебаний. В жидкостях и газах не существует упругого сопротивления поперечным смещениям частиц. Имеет место лишь упругое сопротивление изменению объема, т.е. сжатию или разрежению. Поэтому в таких веществах могут распространяться только продольные волны, каковыми и является звук. В твердых телах благодаря упругой жесткости в каждом направлении могут распространяться три волны: одна продольная и две поперечные. Таким образом, для объяснения поперечности световых колебаний эфир следовало мыслить как твердую упругую среду. Тогда возникало два вопроса: почему планеты и иные небесные тела не встречают при своем движении сквозь эфир сколько-нибудь заметного сопротивления и, во-вторых, почему в эфире отсутствуют продольные волны?

Пытаясь ответить на первый вопрос, английский физик и математик Стокс предположил, что эфир по своим свойствам аналогичен аморфным твердым телам, которые при быстром воздействии на них ведут себя как упругие, но при медленном воздействии проявляют свойства вязкой жидкости. Согласно Стоксу, эфир проявляет упругие свойства при скоростях порядка скорости света и ведет себя, как жидкость, при скоростях движения планет, несоизмеримо малых по сравнению со скоростью света. Ответить на второй вопрос было значительно труднее. Выдвигались разнообразные гипотезы: например, о том, что эфир оказывает сжатию чрезвычайно малое или, наоборот, чрезвычайно большое сопротивление по сравнению с его жесткостью относительно поперечных колебаний. В этом случае продольные волны распространялись бы очень медленно или, наоборот, очень быстро и не проявляли бы себя в форме света. Однако подобные гипотезы вряд ли могли быть приняты всерьез. Тем не менее, в целом система представлений классической физики казалась стройной и убедительной, и физики полагали, что эти трудности окажутся преходящими.

Гипотезу эфира тесно связывали с ньютоновской концепцией абсолютного пространства. Первое, напрашивающееся само собой, предположение относительно эфира состояло в том, что эфир в удалении от материальных тел покоится в абсолютном пространстве. В дорелятивистских теориях в трактовке вопроса о взаимодействии эфира с веществом существовали различные и весьма противоречивые точки зрения, которые условно можно подразделить на три группы:

1. При движении тела его молекулы свободно проходят через эфир, не увлекая его;

2. Эфир, содержащийся в теле, полностью увлекается последним при своем движении;

3. Эфир увлекается телом лишь частично, так что скорость эфира отлична от скорости тела.

Гипотезу полного увлечения эфира выдвинул Стокс в 1845 году. Он полагал, что Земля полностью переносит вместе с собой содержащийся внутри нее эфир и что движение эфира постепенно спадает по мере удаления от Земли до такого расстояния, на котором эфир приходит в состояние покоя относительно абсолютного пространства. Еще раньше идею частичного увлечения эфира веществом выдвинул Френель.