Эфир или физический вакуум?

Обухов Ю.А., Захарченко И.И.

В статье дано сравнение двух различных концепций, стоящих за терминами эфир и физический вакуум. Приводятся теоретические и экспериментальные обоснования концепции светоносного эфира.

Введение.

Существует множество работ, в которых отожествляют эфир и физический вакуум или совершают подмену понятий, называя физическим вакуумом то, что по сути своей является эфиром. Цель статьи - провести разграничительную черту между этими терминами и обосновать отказ от физического вакуума (концептуально связанного с принципом относительности) в пользу эфира (означающего существование привилегированной системы и, следовательно, неравноправие инерциальных систем).

Эфир.

Понятие об эфире исходит из глубокой древности – в древнеарийскую эпоху оно относилось к особому состоянию материи, называемому “акаша” (пятый элемент материальной природы). Две с половиной тысячи лет назад древние греки подхватили и развили это понятие под именем  (эфир, небо). В 1618 г. французский философ, физик и математик Рене Декарт предложил рассмотреть эфир в качестве материального переносчика света. По его представлениям, свет является сжатием, распространяющимся в идеально упругой среде (эфире), которая заполняет все пространство. С тех пор идея эфира прочно вошла в научный оборот, особенно в трудах Ньтона, Френеля, Максвелла, Лоренца. Эфирная концепция достигла кульминации в ХIХ веке, когда Максвелл, опираясь на созданную им модель эфира, получил фундаментальные уравнения электродинамики.

К началу ХХ в. сложились два взгляда на эфир: либо он увлекается движением тел, либо не увлекается (неподвижен). Из концепции неувлекаемого эфира следовало неравноправие инерциальных систем и существование привилегированной (связанной с эфиром) системы отсчета, называемой абсолютной. Эксперименты, призванные выявить такую систему отсчета и скорость относительно нее, были выполнены Майкельсоном (1881 г.), Морли и их последователями, и продолжались на протяжении всего столетия. Эксперименты дали нулевой результат: движение Земли относительно эфира не выявлено. Это интерпретировалось, как доказательство отсутствия эфира. Ожидаемый результат в этих опытах рассчитывался по законам классической механики, поскольку научная общественность не имела другого аппарата (иной механики) для оценки опыта, на момент его проведения. Однако следует подчеркнуть некорректность применения этих законов для случая распространения света в эфире. Главная особенность классической механики - это требование мгновенности распространения взаимодействий, т.е. законы этой механики справедливы только при условии малости скоростей движения по сравнению со скоростью света. Следовательно, все скорости, входящие в Ньютоновскую формулу сложения скоростей (v + с), также должны удовлетворять этому условию. При расчете опыта Майкельсона-Морли это условие оказалось выполненным только для скорости Земли (v), второе слагаемое - скорость света (с) - этому условию явно не удовлетворяет. Таким образом, применение механики Галилея-Ньютона в данном случае незаконно, поскольку нарушает границы её применимости. Для расчета опыта нужна иная механика, отличная от классической и релятивисткой. В итоге некорректной интерпретации опытов Майкельсона–Морли, завершившейся построением специальной теории относительности (СТО), был теоретически оформлен отказ от концепции эфира, а вместо эфира, с развитием квантовой теории поля, появился термин “физический вакуум”.

Физический вакуум.

Физический вакуум, согласно современным взглядам, представляет собой множество всевозможных виртуальных частиц и античастиц, которые в отсутствии внешних полей не могут превратиться в реальные. Вакуум может быть представлен, как особый, виртуальный тип среды. Виртуальность среды проявляется, в частности, в невозможности выявить факт движения относительно неё никакими экспериментальными методами, что равносильно проявлению принципа относительности. Концепция равноправия инерциальных систем, называемая принципом относительности, является фундаментом теорий породивших понятие о физическом вакууме. Согласно с данными представлениями, свет не нуждается в материальной среде-носителе, а совокупность фотонов образует свободное электромагнитное поле. Самое низкое энергетическое состояние этого поля называют "вакуумом электромагнитного поля".

Причины, побуждающие вернуться к концепции эфира.

На основе принципа относительности была создана специальная теория относительности. Эта теория объяснила накопившиеся к тому времени экспериментальные данные и стала фундаментом современной физики высоких энергий. Ее с успехом применяют при проектировании ускорителей элементарных частиц и в экспериментах с релятивистскими частицами. Тем не менее, есть серьезные основания для того, чтобы отказаться от принципа относительности, как концепции претендующей на универсальную роль в современной физике:

1. Опыты Майкельсона-Морли, приведшие к отказу от концепции эфира допускают альтернативную интерпретацию. Рассматриваемая ниже трактовка опытов связана с признанием эфира.

2. Существуют современные эксперименты, устанавливающие зависимость скорости света от направления распространения волны и вступающие в противоречие с постулатом СТО об инвариантности скорости света. Серия таких экспериментов была выполнена Стефаном Мариновым. Опыты Маринова выявили направление распространения световой волны, в котором имеет место превышение скорости света “с” на величину 360  40 км/с.

Изложенные причины явились основанием для отказа от принципа относительности, что естественным образом приводит к идее возрождения концепции эфира, для которой характерны неравноправие инерциальных систем, с одной стороны, и зависимость скорости света от направления распространения волны с другой.

Альтернативная интерпретация опытов Майкельсона-Морли

На интерферометре Майкельсона-Морли исследовалось время двустороннего распространения света на отрезке оптической линии длиной L. Был установлен факт независимости (изотропии) этого времени от пространственной ориентации оптической линии: t++t_=const, t+ , t_ - интервалы времени одностороннего распространения света в прямом (от начала отрезка к концу - t+) и обратном (от конца к началу - t_) направлениях. Сторонники принципа относительности, не имея возможности измерить указанные времена раздельно (ввиду отсутствия соответствующей техники и технологии) и опираясь на принципиально неверный расчет опыта, трактовали его результат, как равенство времен t+ и t_ , отбросив альтернативную версию: “t+ не равно t_, при условии t++t_=const” Если ввести величину, называемую скоростью двустороннего распространения света и определяемую как: с=2L/(t++t_), то для этой величины (а вовсе не для скорости одностороннего распространения света) из опытов Майкельсона-Морли действительно вытекает изотропия и инвариантность. Такое, казалось бы, незначительное отличие в интерпретации опыта Майкельсона-Морли приводит к диаметрально противоположному результату: к отказу от принципа относительности и возрождению концепции эфира.

Теория светоносного эфира (СЭТ).

Альтернативная, корректная интерпретация опытов Майкельсона-Морли позволила построить теорию на следующих постулатах:

1. О существовании среды распространения взаимодействий (эфира, не увлекаемого движущимися телами) и связанной с ней абсолютной системы отсчета; свет в указанной среде (а также все фундаментальные взаимодействия) распространяется прямолинейно и изотропно со скоростью с =299792458  1.2 м/с.

2. Об инвариантности скорости двустороннего распространения света в инерциальных системах отсчета.

Из постулатов вытекают преобразования координат и времени для двух систем отсчета (OX1Y1Z1) и (OX2Y2Z2), движущихся относительно абсолютной системы с различными скоростями v1 и v2 , называемыми в дальнейшем абсолютными (см. статью на интернет-сайте: http://www.c.dol.ru, 2001):

Здесь u01 - относительная скорость системы (OX2Y2Z2), измеренная в (OX1Y1Z1), а u02 - скорость системы (OX1Y1Z1) относительно (OX2Y2Z2). Следует отметить, что u01 не равно u02, в отличие от СТО, в которой относительные скорости систем отсчета имеют одинаковую величину. Из преобразований вытекает зависимость скорости течения времени (темпа хода часов) от абсолютной скорости движения инерциальных систем. Системы, имеющие разные абсолютные скорости v1 и v2 не равноправны: темп хода часов выше в системе отсчета имеющей меньшую абсолютную скорость. Абсолютная скорость тел не может превышать c (частицы материи распадутся, если v  c, поскольку при этом условии взаимодействие между элементами, составляющими частицы, не успевает за движением этих элементов). Преобразования переходят в преобразования Лоренца СТО, если используется синхронизация часов (процессов), посредством светового сигнала. Таким образом, СЭТ представляет собой более общую, чем СТО, механику и позволяет установить границы применимости принципа относительности.

Пространство и время оказываются взаимосвязанными, однако по иным, чем в СТО законам. Метрику пространства-времени в инерциальной системе отсчета определяют коэффициенты квадратичной формы:

Важным следствием такой метрики является анизотропия пространства инерциальных систем. Из такой анизотропии вытекает зависимость скорости света от направления (a) распространения волны:

Здесь v0 абсолютная скорость лабораторной системы отсчета. Данная зависимость (первые упоминания, о которой можно найти в постулатах С. Маринова) поясняет ранее высказанную мысль о неприменимости закона сложения скоростей классической механики для определения абсолютной скорости Земли в опытах Майкельсона-Морли. Из формулы следует, что скорость света (относительная) в инерциальной системе отсчета может превышать с и при  =  и абсолютной скорости системы отсчета v0, близкой к с, скорость с' стремится к бесконечности.

Опыты С. Маринова.

Явление анизотропии скорости распространения света в движущихся системах отсчета позволяет экспериментально установить факт движения инерциальной системы отсчета относительно абсолютной. Серия экспериментов по определению абсолютной скорости Земли впервые была выполнена Стефаном Мариновым (Австрия). В 1984 г он поставил эксперимент, являющийся развитием опыта Физо с зубчатым колесом по измерению скорости света. Измерялась разность световых скоростей в двух противоположных направлениях (рис. 1). Свет от лазера разделялся на два луча 1 и 3 (процесс разделения на рисунке не показан) и проходил путь в противоположных

Рис.1. Схема опыта С. Маринова

направлениях между двумя синхронно вращающимися дисками. Диски с отверстиями по периферии, жестко закрепленные на общей оси, выполняли роль синхронизированных затворов, формирующих импульсы света, проходящие к фотодетекторам 2, 4. В детекторе тока 5 регистрируется разность токов, возникающая в следствии анизотропии скорости света. Это позволило вычислить значение абсолютной скорости Земли (v0), которое составило 362  40 км/с.

Описанный здесь опыт Маринова не мог быть выполнен до появления лазерной технологии, позволяющей получать достаточно узкий пучок света. Так, несмотря на то, что идея подобного опыта была предложена еще Майкельсоном и Морли, осуществить его во времена становления СТО было невозможно.

Эфир и космология.

Результаты опытов Маринова позволяют выдвинуть гипотезу о том, что т.н. реликтовое излучение является собственным шумом эфира, поскольку значение скорости, измеренное в опытах, близко к скорости Земли (Солнечной системы) по отношению к фону реликтового излучения, полученной из астрономических наблюдений. В этом случае “реликтовое” излучение не является собственно реликтовым, а значит, не служит доказательством происхождения Вселенной по теории Большого взрыва. Концепция эфира позволяет обосновать более естественный взгляд на Вселенную. Вселенная, как и эфир, являясь вечной, не нуждается в объяснениях своего происхождения. Составляющие её структурные элементы (галактики) непрерывно обновляются: на смену погибающим, старым рождаются новые, молодые. Иной взгляд на эволюцию Вселенной утвердился в современной астрофизике, объясняющий возникновение Вселенной путём взрыва, связанного с рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов в вакууме. Вселенная, в соответствии с теорией Большого взрыва, не вечна, её ожидает гибель либо в результате разлета галактик (“холодная смерть” - модель расширяющейся Вселенной), либо в результате коллапса (“горячая смерть” - модель осциллирующей Вселенной). Соответственно галактики гибнут либо в одиночестве (первая модель), либо коллективно (вторая модель). В истории науки еще не было теории более “оптимистичной”, чем теория Большого взрыва. О том, что теория Большого взрыва является крайне спорной в современной науке, свидетельствуют многочисленные работы ученых – физиков и астрономов. Так шведский астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альфвен говорит: “Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда – она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии “Большого взрыва” служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum (“верую, ибо это абсурдно”)! Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен “храмов науки”, неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица.”

Заключение.

Концепция эфира, возрожденная на основе СЭТ, и экспериментально подтвержденная в опытах Маринова принципиально отличается от концепции физического вакуума, представления о котором развились из принципа относительности. Основные различия двух концепций заключаются в следующем:

1. Согласно эфирной концепции электромагнитная волна представляет собой распространение возбуждения неподвижной среды-эфира. В инерциальных системах отсчета имеет место зависимость скорости света от направления распространения волны. Альтернативный взгляд сложился в современной физике: свет не нуждается в среде носителе и движется как корпускула, а скорость распространения света изотропна и инвариантна в инерциальных системах.

2. Все, что нас окружает, находится в эфире. Структура и динамика свойств его элементов определяют такие фундаментальные физические понятия, как пространство и время. Таким образом, эфир, с которым можно связать абсолютную систему отсчета координат и времени, это и есть Абсолютное пространство-время вечной Вселенной. В отличие от эфира с физическим вакуумом невозможно связать систему отсчета, а возникающая из вакуума Вселенная имеет конечное время жизни.

3. Эфирной среде присущи все атрибуты материального объекта: она шумит в радиочастотном диапазоне (“реликтовое” излучение), является переносчиком электромагнитных волн, относительно эфира можно экспериментально выявить скорость тел и частиц. Физический вакуум в этом смысле - объект виртуальный (не поддающийся непосредственной регистрации).

Признание существование эфира - это окончательный отказ от принципа относительности и переход к представлению о единстве божественного мира, объединяемого всепроникающей средой-эфиром. Эта среда определяет абсолютную систему отсчета пространственных координат и времени. В социальной и духовной сферах, в которые принцип относительности проник в форме либерализма и политеизма, отказ от относительности морально-нравственных ценностей означает абсолютизацию понятий добра, морали и справедливости.