Гипотетический светоносный эфир представляет собой вещественную среду, в которой распространяются электромагнитные волны (гамма-лучи, радиоволны тепловое излучение, свет), подобно звуку в воздухе. Эфир твердый, невесомый, охватывающий всю вселенную и увлекаемый за собой движущимися телами.
Такова основная суть этой теории, которая успешно восполняла потребность человеческого сознания, стремившегося наделить пустое космическое пространство (вакуум) чем-то материальным. Возможно, по этой причине с теорией не хотели расставаться даже после окончательного опровержения.
От Аристотеля до Декарта и Максвелла
Древнегреческие философы рассматривали эфир в качестве небесного вещества, «пятого элемента» природы в дополнении к четырем имеющимся — воздуху, огню, земле и воде, и считали, что даже видимые небесные тела состоят из эфира.
Аристотель придумал специальный термин «пятому элементу» — квинтэссенция, который позже был принят на вооружение европейскими схоластами. Античные представления оставались неизменными до 1618 года, когда французский ученый Рене Декарт сформулировал гипотезу светоносного эфира и позже развил ее в своих «Началах философии». Эта гипотеза и стала общепризнанной в науке.
Декартовский эфир состоит из шарообразных частиц, находится в постоянном движении и образует вихри. Под действием давления и центробежной силы эти частицы приходят в движение, воспринимаемое человеком как световой поток. В конце XVII века были разработаны две разные модели света: корпускулярная (свет как поток частиц) и волновая (свет как всплеск в эфире).
Исаак Ньютон был сторонником первой модели и рассматривал эфир в качестве переносчика световых частиц. Однако волновая теория вскоре получила большую поддержку у авторитетных физиков следующего века — Томаса Юнга и Жана Френеля, ведь с ней согласовывались такие оптические явления, как дифракция и интерференция. Эти ученые считали, что свет представляет собой упругие колебания упругого же эфира.
Хоть с волновой оптикой было все более-менее ясно, оставалось загадкой, что представляет собой эфир, каковы его свойства и как с позиции этой теории объяснить поляризацию и преломление света. Дальнейшим развитием моделей занимались Анри Навье, Огюстен Луи Коши, Джордж Габриель Стокс, Уильям Томсон и другие ученые, но существенного прорыва на этой ниве добиться не удалось. С появлением электродинамики Максвелла эфир стал носителем не только для света, а и для электричества и магнетизма.
Как Майкельсон и Морли ловили эфирный ветер
К концу XIX века начали вырисовываться явные недостатки и трудности в теории эфира, несмотря на обилие изящных концепций. Прежде всего, они не давали ответов на вопросы о строении вещества, не объясняли основные виды физических взаимодействий, не учитывали электромагнитных явлений. К тому же астрономами была обнаружена звездная аберрация, а это означало, что эфир неподвижен, однако по предположению Френеля, он может увлекаться движущимся веществом.
В 1868 году, Максвелл решил раз и навсегда доказать существование эфира и разработал для этого весьма остроумный опыт, который чуть позже был осуществлен двумя американскими физиками — Альбертом Майкельсоном и Генри Морли. Задачей эксперимента было обнаружение так называемого «эфирного ветра» с помощью интерферометра (что такое эффект интерференции, знакомо каждому современному человеку из школьного курса физики).
Если Земля, обращаясь вокруг Солнца, двигается относительно эфира полгода в одном направлении, а полгода в другом, то, естественно, «эфирный ветер» должен обдувать планету каждые полгода с разных сторон. В этом случае показания интерферометра в первые и во вторые полгода были бы разными. Но увы, Майкельсону и Морли не удалось зарегистрировать каких-либо смещений. А если «эфирного ветра» не существует, следовательно, нет и самого эфира.
Этот опыт хоть и нанес тяжелейший удар по традиционной теории, однако полное ее «изгнание» из физики наступило лишь после разработки Альбертом Эйнштейном специальной теории относительности. С приходом СТО, которая, кстати, получила множество экспериментальных подтверждений и описала целый ряд физических эффектов, само понятие «эфир» стало лишним, а электромагнитное поле начало рассматриваться как отдельный физический объект.
Он ушел, но обещал вернуться?
Эйнштейн предлагал назвать эфиром физический вакуум, однако этот термин уже приобрел репутацию главного «врага» теории относительности, поэтому от него вынуждены были отказаться. Теперь «эфир» упоминается главным образом лишь в статьях по истории науки. Однако появились так называемые «альтернативщики», которые даже после окончательного опровержения продолжают отстаивать гипотезу светоносного эфира.
Их аргументы сводятся в основном к неверной интерпретации опыта Майкельсона-Морли, внутреннему противоречию СТО, известному как парадокс близнецов, и эксперименту Стефана Маринова по распространению световой волны. В настоящее время создано множество эфирных теорий, появилась даже эфирная физика, но международным научным сообществом она не признается в силу неопровержимых доказательств теории относительности, как частной, так и общей.
Наука развивается, на смену старым моделям приходят более точные концепции. Возможно, такая же участь когда-нибудь постигнет теорию Эйнштейна, и о ней будут читать в учебниках истории наши потомки…