Проблема ефіру в сучасній фізиці

В основі наукових уявлень про світ лежать поняття про простір, час і матерію. Найбільш визнана фізиками в даний час Спеціальна Теорія Відносності (СТО) постулює принцип єдності категорій простору і часу.

Разом з цим, СТО заперечує існування особливої ​​матерії - ефіру або вакууму, в якій, як відомо, поширюються всі види електромагнітних коливань.

Прийняття постулатів, як Спеціальної Теорії Відносності, так і Загальної Теорії Відносності не дозволило отримати несуперечливу фізичну модель, яка могла б об'єднати спостережувані явища з області гравітації та електромагнетизму [1].

Подібне становище існує вже більше 90 років і, на думку багатьох видатних вчених (В. Рітц, А. Пуанкаре, М. Рейхенбах, В. Ф. Миткевич, Н. П. Кастерин, А. К. Тімірязєв, Л. Брілюена) демонструє глибокий занепад уявлень про основи світобудови.

На думку деяких дослідників, виправити існуюче становище дозволить створення фізичної моделі вакууму (ефірного середовища) узгоджується з відомими явищами при поширенні світлових і електромагнітних хвиль, а також пояснює природу інерції і гравітації.

1. Історичний розвиток концепції ефіру

Найбільш ранні письмові свідчення про пристрій матерії і вакууму відомі нам з робіт філософів Китаю та Греції [4, 5].

У середині першого тисячоліття до нової ери китайськими філософами була висунута гіпотеза, що все суще складається з двох протилежних за знаком почав - інь і ян [4].

Інь і ян - категорії, що виражають ідею дуалізму світу: пасивне і активне, м'яке і тверде, внутрішнє і зовнішнє, жіноче і чоловіче, земне і небесне і т.д. У традиційній космогонії поява категорій інь та янь знаменує перший крок від хаотичного єдності первозданної пневми (ци) до різноманіття, що спостерігається у всій всесвіту. Філософ Лао Цзи стверджував, що інь та янь визначають не тільки розвиток, але і пристрій всього сущого у світі.

Філософи Стародавньої Греції всебічно займалися проблемами універсуму і космогонії. Саме вони дали назву ефір тій всепроникною, невловимою, що не підлягає нашими відчуттями матерії. Найбільш несуперечливої ​​нам представляється модель ефіру, запропонована Демокрітом [5]. Він стверджував, що в основі всіх елементарних частинок лежать амеро - істинно неподільні, позбавлені частин. Амер, будучи частинами атомів, володіють властивостями, абсолютно відмінними від властивостей атомів, - якщо атомам притаманна тяжкість, то амер повністю позбавлені цієї властивості. Вся ж сукупність амеров, що переміщаються в порожнечі, по Анаксимандру, є загальною світовою середовищем, ефіром або апейроном.

Творці основ сучасної математики і фізики вважали ефір матеріальним середовищем. Наприклад, Рене Декарт писав, що простір все суцільно заповнене матерією. Освіта видимої матерії, планет, по Декарту, відбувається з вихорів ефіру. В кінці свого життя Ісаак Ньютон пояснював наявність сили тяжіння тиском ефірного середовища на матеріальне тіло. Згідно з його останнім поглядам, градієнт щільності ефіру є необхідним, для того, щоб спрямовувати тіла від більш щільних областей ефіру до менш щільним. Однак щоб тяжіння виявлялося таким чином, яким воно спостерігається нами, ефір повинен, по Ньютону, мати дуже великою пружністю.

Першу серйозну спробу дати математичний опис ефіру зробив МакКеллог (MacGullagh) в 1839 р. Згідно МакКеллогу, ефір є середовищем, жорстко закріпленої у світовому просторі. Це середовище надає пружний опір деформаціям повороту і описується антисиметричних тензором другого рангу, члени головної діагоналі якого дорівнюють нулю. Наступними вченими було показано, що ефір МакКеллога описується рівняннями Д. Максвелла для порожнього простору [6].

З класиків природознавства найбільш повне визначення ефіру дав Джеймс Клерк Максвелл [7]: «Ефір різниться від звичайної матерії. Коли світло рухається через повітря, то очевидно, що середовище, за якою світло поширюється, не є саме повітря, тому що, по-перше повітря не може передавати поперечних коливань, а поздовжні коливання, їм передаються, розповсюджуються майже в мільйон разів повільніше світла » ...

«Не можна допустити, що будова ефіру подібно будовою газу, в якому молекули перебувають у стані хаотичного руху, бо в такому середовищі поперечне коливання протягом однієї довжини хвилі послаблюється до розміру менше, ніж одна п'ятисотий початкової амплітуди. Але ми знаємо, що магнітна сила в деякій області навколо магніту зберігається, поки сталь утримує свій магнетизм і так як у нас немає підстав до припущення, що магніт може втратити весь свій магнетизм просто з плином часу, то ми укладаємо, що молекулярні вихори не вимагають постійної витрати праці на підтримку свого руху ... ».

«З якими б труднощами в спробах виробити заможне уявлення про будову ефіру не доводилося нам зустрічатися, але безсумнівно, що міжпланетний і міжзоряний простір не суть простору порожні, але зайняті матеріальною субстанцією або тілом, самим великим і, треба думати, самим однорідним, яке тільки нам відомо ».

Один із творців класичної фізики У. Томсон в минулому столітті також розробляв концепцію нестисливої ​​ефірного середовища, що складається з «атомів, умовно, червоних і синіх", зв'язаних між собою жорсткими зв'язками і розташовуються у вузлах решітки Браве [8].

За його концепції передбачається, що ефір є квазіжесткім і абсолютно чинить опір будь-яких поворотів (обертанню). Ефір Томсона може бути підданий сдвиговой деформації. Для того, щоб модель ефіру відповідала умові абсолютного опору повороту, на жорстких зв'язках У. Томсон розташував обертаються гіроскопи. Гіроскопи можуть бути представлені потоками нестисливої ​​рідини. Кутова швидкість руху в кожному з гіроскопів може бути нескінченно велика. При цьому умови просторова мережа разнооріентірованних гіроскопів надасть нескінченно великий опір повороту ефірного середовища навколо будь-якої осі. Побудована таким чином модель ефіру, за концепцією У. Томсона, здатна передавати коливання подібно до того, як це робить природний ефір.

Без сумніву, модель У. Томсона практично не узгоджується з сучасними уявленнями. Вона дуже складна. Важко уявити гіроскопи з нескінченно великою кутовою швидкістю. Порівняно прості міркування приводять до висновку, що нескінченно велика швидкість вимагає нескінченно великої енергії. Не зовсім ясно, як сполучаються області гіроскопів, в яких обертання відбувається навколо взаємно перпендикулярних осей. У. Томсон не пояснює, який фізичний механізм здійснює жорсткі зв'язку. Разом з цим, на нашу думку, концепція ефірного середовища, що складається з «атомів» двоякого роду, з'єднаних жорсткими зв'язками, що знаходяться у вузлах певної решітки, представляється раціональною.

2. Проблема ефіру у фізиці

Істотна революція серед фізиків в уявленнях про ефір сталася після опублікування принципів теорії відносності А. Ейнштейном. Наприклад, в 1905 році А. Ейнштейн пише «Введення« світлоносного ефіру »опиниться при цьому зайвим» [22, с. 8].

В іншій роботі, в 1915 р. він пише: «... слід відмовитися від введення поняття ефіру, який перетворився лише на безплідний доважок до теорії ...» [9, с. 416]. У 1920 р. він пише: «Гіпотеза про існування ефіру не суперечить спеціальної теорії відносності» [22, с. 685]. Аж до 1952 р. А. Ейнштейн то визнавав існування ефіру, то відмовлявся від нього.

Один з видатних фізиків, Поль Дірак так описав своє розуміння вакууму [10]: «Згідно з цими новими уявленнями, вакуум не є порожнечею, в якій нічого не знаходиться. Він заповнений колосальною кількістю електронів, що знаходяться в стані з негативною енергією, яке можна розглядати як якийсь океан. Цей океан заповнений електронами без межі для величини негативної енергії, і тому немає нічого схожого на дно в цьому електронному океані. Ті явища, які цікавлять нас, це явища, що відбуваються біля поверхні цього океану, а те, що відбувається на глибині, не наблюдаемо і не представляє інтересу. До тих пір, поки океан абсолютно однорідний, поки його поверхня плоска, він не спостерігаємо.

Але якщо взяти жменю води з океану і підняти, то що виходить порушення однорідності буде тим, що спостерігається у вигляді електронів, що представляються в цій картині, як піднята частина води і залишається на її місці дірка, тобто позитрони ».

Інший видатний вчений, Л. Брілюена прийшов до висновку, що «Загальна Теорія Відносності - блискучий приклад чудової математичної теорії, побудованої на піску і веде до все більшого нагромадження математики в космології (типовий приклад наукової фантастики)» [1].

У книзі «Новий погляд на теорію відносності» він пише, що й теорія відносності, як і квантова теорія, виникли на початку 20-го сторіччя. Далі почався бурхливий розвиток квантової механіки. Був відкритий спін, принцип заборони Паулі, хвилі де Бройля, рівняння Шредінгера і багато іншого. Експерименти доповнювали теорію, уточнена теорія дозволяла передбачити нові явища. Розвиток квантової механіки продемонструвало той чудовий симбіоз теорії і експерименту, який веде до безмежного росту знань. Інша ситуація з Теорією Відносності. Піддана лише кільком експериментальним перевірок, вона залишається логічно суперечливою. Вона не дала тієї буйної порослі нових наукових напрямів, яку могла б дати плідна теорія. На її полі до цих пір продовжуються важкі бої з логічними і фізичними протиріччями в самій теорії.

Зауважимо, що наведені вище аргументовані твердження вчених зі світовою популярністю не можуть бути проігноровані. Останні наукові досягнення, особливо в галузі розповсюдження радіохвиль, в тому числі і в космічному просторі, в даний час спонукають фізиків знову повернутися до вирішення проблеми ефіру.

1. Роль і місце концепції ефіру в сучасній фізиці

Найбільш визнана фізиками в даний час Спеціальна Теорія Відносності (СТО) постулює принцип єдності категорій простору і часу.

Разом з цим, СТО заперечує існування особливої ​​матерії - ефіру або вакууму, в якій, як відомо, поширюються всі види електромагнітних коливань.

Прийняття постулатів, як Спеціальної Теорії Відносності, так і Загальної Теорії Відносності не дозволило отримати несуперечливу фізичну модель, яка могла б об'єднати спостережувані явища з області гравітації та електромагнетизму [1].

Всесвіт заповнена особливої ​​середовищем - ефіром [2]. Хто хоч раз наближав сильний магніт до шматка заліза, не може заперечувати наявність цієї особливої ​​середовища. Тільки прийняття факту існування ефірного середовища дозволяє зберегти матеріальну основу розповсюдження світлових і електромагнітних коливань [3]. Це середовище є передавачем гравітаційних взаємодій тяжіють тел. Інакше слід визнати можливість містичним чином «впізнавати» тяжіє тілом наявність іншого тіла і потім прагнути у напрямку до нього.

Другий плідний постулат - все суще складається з двох протилежних за знаком почав - був висунутий в середині 1-го тисячоліття до нової ери китайськими філософами [19].

Протилежні начала - інь і ян - не тільки категорії філософії, які виражають ідею дуалізму світу, але є і основоположними принципами устрою універсуму. У традиційній космогонії поява категорій інь та янь знаменує перший крок від хаотичного єдності первозданної пневми (ци) до різноманіття всієї «тьми речей» («Дао де цзин»). Кожне з цих засад містить у собі потенцію іншого. Приклади поділу на два протилежні начала можна знайти у всіх формах існування матерії, в різних масштабах її прояви, особливо при аналізі фізичних явищ. Ми знаємо, що існує тільки два види електричних зарядів - позитивний і негативний. До теперішнього часу існує експериментальний доказ існування як речовини, так і антиречовини. Передбачені і зареєстровані нейтрино і антинейтрино [19].

Викладені основи теорії непорожньої ефіру, виразно демонструють цей перший крок самоорганізації речовини. Наступні кроки ведуть до утворення більш складних форм матерії, аж до створення біологічних, живих видів її існування.

Концепція ефірного середовища вирішує декілька проблем, що здавалися раніше нерозв'язними. Вона пояснює «поперечна» світлових і електромагнітних коливань. Вона дозволяє зрозуміти відмінність маси фізичного тіла від електромагнітної є ефірного середовища і пояснює спостерігається форму законів відображення і заломлення світла. Вона підтверджує принцип устрою будь-середовища, здатного передавати коливальні обурення - таке середовище повинна містити в собі пружність і масу. Виведені нами фізичні величини пружності і маси ефірного середовища підтверджують це. Представлена ​​концепція повністю узгоджується з фундаментальними рівняннями Д. Максвелла, а отже і з теоріями електростатики та електродинаміки. Вона пояснює дуже велику однорідність вакууму. Вона дає пояснення, чому в експериментах при зіткненні частинок високих енергій, деколи виникають пари нових частинок з протилежними зарядами - вони породжуються ефірної середовищем, що містить ці заряди [14].

Концепція ефіру усуває парадокс магнітного поля, який в довідкової та навчальної літератури названий вихровим [4]. Раніше, [6] переконливо було показано, що магнітне поле є сдвиговой деформацією ефірного середовища. «Вихрова» теорія магнітного поля, як показано нами, не може бути обгрунтована без порушення принципу збереження енергії.

Одне з найважливіших наслідків теорії ефіру - пояснення природи взаємного тяжіння та інерції фізичних тіл. Створення градієнта пружного тиску ефіру фізичним тілом в околиці іншого фізичного тіла, також створює градієнт пружного тиску ефіру в околі першого, призводить до виникнення сили, що змушує ці тіла зближуватися один з одним. Це і є причина тяжіння або гравітації. Взаємодія фізичного тіла з ефірною середовищем є основою прояву сил інерції.

Рух електрона в електричному полі, наприклад в полі зарядженого плоского конденсатора, слід розглядати як рух в анізотропному середовищі обертається (тобто володіє спіном) тіла. Дійсно, між обкладками плоского конденсатора при його заряді виникає анізотропне електростатичне поле. Як відомо, рух тіла, що обертається в анізотропному полі призводить до викривлення траєкторії тіла таким чином, щоб площина обертання збігалася б з площиною анізотропії.

Концепція ефірного середовища [7, 48] дозволяє передбачити найбільш елементарні обурення (частки) які можуть в ній виникнути. Вище було показано, що ефірна середовище являє собою регулярну просторову решітку, що складається з двох однакових за розміром, але протилежних за знаком частинок. Їх взаємне тяжіння змусить прийняти ці частинки дуже суворе і точне один щодо одного положення. Таким чином, просторова решітка ефірного середовища, в кінцевому підсумку, буде дуже однорідною. Однак ми може уявити собі виникнення, з-за будь-яких причин, дислокацій, або неоднорідностей в просторовій структурі вакууму. Наприклад, як це було розглянуто вище, неоднорідності у вакуумі виникають при наявності атомів, іонів, електронів, тобто тіл, які мають фізичної масою. Однак, на нашу думку, в деяких випадках можуть виникати неоднорідності без наявності фізичного тіла. Уявімо собі найпростіші види таких неоднорідностей (дислокацій). Наприклад, можна собі уявити наявність зайвої частки з позитивним знаком, що знаходиться в середині однорідної решітки. Це буде приклад найпростішої дислокації, яку можна назвати «з позитивною надмірністю». Також можна уявити, що в середині решітки буде знаходитися надмірна негативна частинка. Таку дислокацію можна назвати дислокацією «з негативною надмірністю». Можуть існувати і два інших виду дислокацій. Один із цих видів представлений відсутністю в середині решітки позитивного заряду. Назвемо такий вид дислокації - «з позитивною недостатністю». Протилежний йому вигляд буде називатися «з негативною недостатністю». Таким чином, таких самих простих неоднорідностей може бути чотири види. Цікаво відзначити, що поєднання дислокації «з позитивною надмірністю» і «з позитивною недостатністю» призведе до взаємної анігіляції, знищенню. Те ж саме відбудеться при поєднанні дислокацій «з негативною надмірністю» і «з негативною недостатністю». Подібні дислокації (частки) не матимуть масу, властивої фізичному тілу. Проте якийсь заряд, електромагнітну масу, ці «надлишкові» і «недостатні» частинки повинні мати. Вони повинні бути самими малими і елементарними з усіх можливих.

Ефірне середовище або вакуум дійсно представляє, як писав Поль Дірак, безмежний океан. Цей океан заповнений пружною, сильно стислій електромагнітної матерією. Зараз важко сказати, як енергія, ув'язнена в цій матерії, може бути звільнена і використана. Безсумнівно те, що через ефірну середу, вільний космос, можна абсолютно без найменших втрат передавати колосальні кількості енергії за допомогою електромагнітних коливань великої інтенсивності.

Останнє висловлювання А. Ейнштейна щодо ефірного середовища було зроблено в 1952 р.: "Тим, ​​що спеціальна теорія відносності показала фізичну еквівалентність усіх інерційних систем, вона довела неспроможність гіпотези спочиваючого ефіру. Тому необхідно було відмовитися від ідеї, що електромагнітне поле повинно розглядатися як стан деякого матеріального носія »[22, с. 753].

Однак об'єктивні фізичні обгрунтування наявності ефірного середовища з певними і відомими властивостями показують, що це не так.

Висновок

Природа не любить порожнечі. Практично всі останні концепції фізичного вакууму засновані на цьому постулаті [1, 4, 11].

Свого часу Ньютон представляв світло як потік корпускул, тобто частинок, що поширюються прямолінійно. При зустрічі з перешкодою (дзеркалом) такі корпускули відскакували подібно до того, як відскакують кулі від твердої поверхні. Хвильову теорію світла розробив Х. Гюйгенс. У роботі «трактат про світло» він вважає, що світло поширюється у вигляді пружного імпульсу в особливій середовищі - ефірі, що заповнює весь простір. Роботи Френеля з певністю показали, що світло має хвильову природу. Досліди Герца дозволили підтвердити припущення Д. Максвелла про електромагнітну природу світлових хвиль.

Разом з цим, електромагнітна хвильова теорія світла не вільна від протиріч. Наприклад, точно відомо, що зміщення у такій хвилі відбуваються в напрямку, поперечному до напрямку розповсюдження. Проте такий вид зсувів характерний тільки для твердих тіл. Дуже висока швидкість і дуже мале затухання при розповсюдженні світла від вельми далеких галактик призводить до висновку, що ефір, як носій електромагнітної хвилі, близький по властивостях до абсолютно твердого тіла з дуже високою пружністю. У той же час ефір без тертя може проникати у фізичні тіла і всі ці тіла, у тому числі і тверді можуть абсолютно вільно пересуватися в ефірі.

Як випливає з цього, до цих пір не вироблена логічно несуперечлива фізично обгрунтована теорія ефіру (вакууму). Разом з цим, відмова від наявності ефіру означає відмову від светоносной середовища, що доставляє нам від сонця цілющу енергію. У повсякденному побуті кожен з нас користується радіо-і телеприймачами, які отримують через оточує Землю ефір корисний сигнал з навколоземного космосу. І саме хвильові рівняння, отримані на основі припущення про наявність середовища з певними і відомими властивостями, дозволяють в точності розраховувати траєкторії поширення електромагнітних хвиль.

Якщо ж без застережень прийняти корпускулярну теорію, то слід визнати, що сонце, випромінюючи фотони в дуже великому діапазоні енергій, посилало б їх до нас з різними швидкостями. Однак, як достовірно відомо, їх швидкість розповсюдження постійна і дорівнює C = 2,9979246 · 10 ⁸ м / сек [2]. Постійність швидкості поширення коливань характерно тільки для однорідних середовищ.

Таким чином, хвильова теорія світла зустрічає менше логічних протиріч, ніж корпускулярна. Проте хвильова теорія світла обов'язково вимагає середовища - переносника коливань. Ця невловима середа, звана в літературі ефіром, ефірної середовищем, вакуумом, має цілком певні електромагнітні властивості [3]. Однак несуперечливої ​​фізичної моделі вакууму до цих пір не створено.

Список літератури

1. Александров С.І. Деполяризація об'ємних пружних хвиль при розсіянні у випадково-неоднорідному середовищі Фізика Землі / С.І. Александров - М.: Наука, 1998.

2. Ацюковскій В.А. Загальна ефіродінамікі. Моделювання структур речовини і полів на основі уявлень про газоподібному ефірі / В.А. Ацюковскій. - М.: Вища школа, 1990.

3. Бабаков І.М. Теорія коливань / І.М. Бабаков. - М.: Наука, 1968.

4. Барашенков В.С., Юр'єв М.З. Про нові теоріях фізичного вакууму / В.С. Барашенков, М.З. Юр'єв. - Дубна: вид. ОІЯД, 1992.

5. Борн М., Вольф Е. Основи оптики / М. Борн, Е. Вольф. - М.: Наука, 1970.

6. Брілюена Л. Новий погляд на теорію відносності / Л. Брюлліен. - М.: Світ, 2002.

7. Гінзбург В.Л. Про експериментальної перевірки загальної теорії відносності / В.Л. Гінзбург - К: вид. НІІРЕК, 1994.

8. Горбацевіч Ф.Ф. До питання про властивості ефіру (вакууму) В: Проблеми простору, час, тяжіння / Ф.Ф. Горбацевіч.-С.-Пб.: Вид. Політехніка, 2007.

9. Горбацевіч Ф.Ф. Основи теорії непорожньої ефіру. / Ф.Ф. Горбацевіч. - Апатити: Вид. Милори. 1998.

10. Дірак П.А. Шляхи фізики / П.А. Дірак. - М.: Енергоіздат, 1983.

11. Дірак П. Електрони і вакуум / П. Дірак. - М.: Знание, 1997.

12. Жевандров Н.Д. Застосування поляризованого світла / Н.Д. Жевандров. - М.: Наука, 1998.

13. Казаков В.М. Про можливу сучасному трактуванні ньютонівської концепції природи світла В: Розвиток класичних методів дослідження в природознавстві / В.М. Казаков. - С.-Пб.: вид. НІІРЕК, 2004.

14. Максвелл Д.К. Статті та промови / Д.К.. Максвелл. - М.: Наука, 2008.

15. НОВАЛЬ А.А. Астрофізичні дослідження і експериментальна перевірка теорії відносності. - М.: изд. ГМІК ім. К.Е. Ціолковського. 2007.

16. Прусів П.Д. Явище ефіру Миколаїв / П.Д. Прусів. - М.: вид. РІП «Ріоніка», 1992.

17. Таранов П.С. Анатомія мудрості 1/П.С. Таранов. - Сімферополь: Таврія, 2006.

18. Федоров Ф.І. Теорія пружних хвиль в кристалах / Ф.І. Федоров. - М.: Наука, 1965.

19. Філософський енциклопедичний словник. - М.: Радянська енциклопедія, 1989.

20. Чумаченко Н.В. Дія динамічних законів Ньютона в мікросвіті В: Розвиток класичних методів дослідження в природознавстві / Н.В. Чумаченко. - К: вид. НІІРЕК, 1994.

21. Шеркліфф У. Поляризоване світло / У. Шерікліфф. - М.: Світ, 2005.

22. Ейнштейн А. Зібрання наукових праць. Т. 1, 2 / А. Ейнштейн. - М.: Наука, 2006.