Eetteri ( valoa kantava eetteri , muusta kreikasta αἰθήρ , ylempi ilmakerros; lat. eetteri ) on hypoteettinen kaiken läpäisevä väliaine [1] , jonka värähtelyt ilmenevät sähkömagneettisina aaltoina (mukaan lukien näkyvä valo ). Valoeetterin käsitteen esitti 1600-luvulla Rene Descartes [2] , ja se sai yksityiskohtaisen perustelun 1800-luvulla aaltooptiikan ja Maxwellin sähkömagneettisen teorian puitteissa . Eetteriä pidettiin myös Newtonin absoluuttisen avaruuden materiaalianalogina . Eetterin teoriasta oli myös muita versioita .
1800-luvun lopulla eetteriteoriassa syntyi ylitsepääsemättömiä vaikeuksia, jotka pakottivat fyysikot luopumaan eetterin käsitteestä ja tunnistamaan sähkömagneettisen kentän omavaraiseksi fyysiseksi esineeksi, joka ei tarvitse lisäkantajaa. Erityinen suhteellisuusteoria kumosi absoluuttisen viitekehyksen . Yksittäisten tiedemiesten toistuvat yritykset elvyttää eetterin käsite muodossa tai toisessa (esimerkiksi yhdistää eetteri fyysiseen tyhjiöön ) eivät ole onnistuneet [1] .
Muinaisten kreikkalaisten tiedemiesten harvoista meille tulleista töistä voidaan ymmärtää, että eetteriä pidettiin silloin erityisenä taivaallisena aineena, "tyhjyyden täyttönä" kosmoksessa [3] . Platon Timaiuksen dialogissa sanoo, että Jumala loi maailman eetteristä. Lucretius Carus runossa " Asioiden luonteesta " mainitsee, että "eetteri ruokkii tähtikuvioita", eli valot koostuvat tiivistetystä eetteristä. Anaxagoras kuvitteli eetterin eri tavalla - hänen mielestään se on samanlainen kuin maan ilma, vain kuumempi, kuivempi ja harvinaisempi [4] .
Demokritos ja muut atomistit eivät käyttäneet termiä eetteri , heidän maailmanjärjestelmänsä sisälsi vain atomit ja tyhjyyden [5] .
Hieman yksityiskohtaisempi kuva on annettu Aristoteleen kirjoituksissa . Hän uskoi myös, että planeetat ja muut taivaankappaleet koostuvat eetteristä (tai kvintessenssistä ), joka on luonnon "viides elementti", ja toisin kuin muut (tuli, vesi, ilma ja maa), ikuisia ja muuttumattomia. Aristoteles kirjoitti: " Aurinko ei koostu tulesta; se on valtava eetterin kertymä; Auringon lämpö johtuu sen vaikutuksesta eetteriin sen kierron aikana Maan ympäri . Eetteri täyttää myös koko maan ulkopuolisen kosmoksen, alkaen Kuun pallosta; yllä olevasta lainauksesta voimme päätellä, että Aristoteleen eetteri välittää valoa auringosta ja tähdistä sekä lämpöä auringosta. Aristotelilainen käsitys termistä omaksuivat keskiajan skolastikot ; se kesti tieteessä 1600-luvulle asti.
Yksityiskohtaisen hypoteesin fysikaalisen eetterin olemassaolosta esitti vuonna 1618 René Descartes , ja se esitettiin ensimmäisen kerran teoksessa The World, or a Treatise on Light (1634), ja myöhemmin kehitettiin ja julkaistiin teoksessa First Principles of Philosophy. 1644). Descartes itse ei juuri käyttänyt termiä "eetteri", kenties siitä syystä, että hän katsoi sille ominaisuudet, jotka poikkesivat radikaalisti muinaisesta eetteristä: "Maa ja taivas on luotu samasta aineesta" [6] [2] .
Descartes totesi ensimmäistä kertaa selvästi, että maailmaneetterillä on aineen tavanomaiset mekaaniset ominaisuudet ja herätti siten uudessa fysiikassa eetterin käsitteen Anaxagoraan hengessä (sen aristotelilaisen eetterin sijaan, joka oli tuolloin "taivaallisena" elementtinä luopunut. ). Maailman eetterin käsite Descartesin tulkinnassa säilyi 1900-luvun alkuun asti.
Descartes piti ( kartesiaanisen ) luonnonfilosofiansa mukaisesti koko maailmankaikkeutta loputtomasti ulottuvana aineena, joka omaksui erilaisia muotoja sen luontaisen liikkeen vaikutuksesta [6] .
Descartes kielsi tyhjyyden ja uskoi, että kaikki tila on täynnä primääriainetta tai sen johdannaisia. Hän esitti alkuaineen ehdottoman tiheänä kappaleena, jonka jokainen osa vie osan kokoonsa verrannollista tilaa: se ei pysty venymään tai puristumaan eikä voi olla samassa paikassa toisen aineen osan kanssa. Tämä aine pystyy jakautumaan minkä tahansa muotoisiksi osiin kohdistetun voiman vaikutuksesta, ja jokaisella sen osalla voi olla mikä tahansa sallittu liike [7] . Aineen hiukkaset säilyttävät muotonsa niin kauan kuin ne ovat saaneet liikettä. Liikkeen häviämisen myötä hiukkaset voivat yhdistyä [8] . Hän oletti, että kohdistetun voiman vaikutuksesta alkuaineen hiukkaset hioivat kulmiaan erilaisilla ympyräliikkeillä. Tuloksena olevat pallot muodostivat pyörteitä, ja fragmentit täyttivät niiden väliset raot.
Descartesin näkymätön eetteri täytti koko universumin aineesta vapaan tilan, mutta ei osoittanut vastustusta aineellisten kappaleiden liikkuessa siinä. Descartes jakoi "eetteriaineet" niiden ominaisuuksien mukaan kolmeen kategoriaan [9] .
Eetterin mekaaniset ominaisuudet, nimittäin toisen alkuaineen hiukkasten absoluuttinen kovuus ja niiden tiukka yhteensopivuus, myötävaikuttavat muutosten välittömään etenemiseen niissä. Kun muutosimpulssit saavuttavat maan, havaitsemme ne lämpönä ja valona [10] .
Descartes sovelsi todettua maailmanjärjestelmää selittämään paitsi valoa myös muita ilmiöitä. Descartes näki painovoiman syyn (jonka hän piti luontaisena vain maallisissa esineissä) Maata ympäröivien eetterihiukkasten paineessa, jotka liikkuvat nopeammin kuin itse maa [11] . Magnetismin aiheuttaa kahden vastavirtauksen kiertäessä magneetin ympärillä pieniä kierukkamaisia hiukkasia, joilla on vastakkaiset kierteet, joten kaksi magneettia voi paitsi vetää puoleensa, myös hylkiä. Sähköstaattisista ilmiöistä vastaavat nauhamaiset hiukkaset [12] . Descartes rakensi myös alkuperäisen väriteorian, jonka mukaan toisen alkuaineen hiukkasten eri pyörimisnopeuksilla saadaan erilaisia värejä [13] [14] .
Descartesin valooppia kehitti olennaisesti Huygens Traité de la lumière , 1690. Huygens piti valoa aaltoina eetterissä ja kehitti aaltooptiikan matemaattiset perusteet.
1600-luvun lopulla löydettiin useita epätavallisia optisia ilmiöitä, joiden piti olla yhdenmukaisia valoeetterin mallin kanssa: diffraktio (1665, Grimaldi ), interferenssi (1665, Hooke ), kaksoistaittuminen (1670, Erasmus Bartholin , tutkittu ). Huygens), arvio valon nopeudesta ( 1675 , Römer ) [15] . Valon fysikaalisesta mallista on hahmoteltu kaksi muunnelmaa:
On mielenkiintoista huomata, että Descartes-Huygensin käsite valopitoisesta eetteristä tuli pian yleisesti tieteessä hyväksytyksi, eikä se kärsi 1600-1700-luvuilla karteesialaisten ja atomistien välillä syntyneistä kiistoista [17] [18] . emissio- ja aaltoteorian kannattajia. Jopa Isaac Newton , joka oli taipuvaisempi emissioteoriaan, myönsi, että myös eetteri osallistuu näihin vaikutuksiin [19] . Newtonin kirjoituksissa eetteri mainitaan hyvin harvoin (pääasiassa varhaisissa teoksissa), vaikka hän joskus henkilökohtaisissa kirjeissään salli itsensä "keksiä hypoteeseja" eetterin mahdollisesta roolista optisissa, sähköisissä ja gravitaatioilmiöissä. Pääteoksensa " Mathematical Principles of Natural Philosophy " viimeisessä kappaleessa Newton kirjoittaa: "Nyt pitäisi lisätä jotain hienovaraisimmista eetteristä, joka läpäisee kaikki kiinteät kappaleet ja sisältyy niihin." Sitten hän luettelee esimerkkejä eetterin fyysisestä roolista, jonka oletettiin tuolloin:
Hyvin pienillä etäisyyksillä olevien kappaleiden hiukkaset vetäytyvät toisiaan puoleensa, ja kun ne joutuvat kosketuksiin, ne tarttuvat toisiinsa, sähköistyt kappaleet vaikuttavat pitkiä matkoja, sekä hylkivät että houkuttelevat lähellä olevia pieniä kappaleita, valo säteilee, heijastuu, taittuu, taipuu ja lämmittää kappaleita. , jokainen tunne on kiihtynyt, joka saa eläinten raajat liikkumaan halutessaan, ja juuri tämän eetterin värähtely välittää sen ulkoisista aistielimistä aivoihin ja aivoista lihaksiin.
Newton ei kuitenkaan kommentoi kaikkia näitä hypoteeseja millään tavalla, rajoittuen huomautukseen: "Mutta tätä ei voi sanoa lyhyesti, lisäksi ei ole riittävästi kokeita, joilla tämän eetterin toimintalait olla tarkasti määritetty ja esitetty” [20] .
Newtonin auktoriteetin ansiosta valon emissioteoria tuli yleisesti hyväksytyksi 1700-luvulla. Eetteriä ei pidetty kantajana, vaan valohiukkasten kantajana, ja valon taittuminen ja diffraktio selitettiin eetterin tiheyden muutoksella - lähellä kappaleita (diffraktio) tai kun valo siirtyy väliaineesta toiseen. (taittuminen) [21] . Yleisesti ottaen eetteri osana maailman järjestelmää vetäytyi taustalle 1700-luvulla, mutta teoria eetteripyörteistä säilyi, ja sitä yritettiin soveltaa magnetismin ja painovoiman selittämiseen epäonnistuneesti [22] .
1800-luvun alussa valon aaltoteoria, joka piti valoa aaltoina eetterissä, voitti ratkaisevan voiton emissioteoriasta. Ensimmäisen iskun emissioteoriaan antoi englantilainen universaali tiedemies Thomas Young , joka vuonna 1800 kehitti interferenssiteorian (ja otti käyttöön itse termin) hänen muotoilemaansa aaltojen superpositioperiaatteeseen perustuen . Hän arvioi kokeidensa tulosten perusteella varsin tarkasti valon aallonpituuden eri värialueilla.
Aluksi Jungin teoria kohtasi vihamielisyyttä. Juuri tuolloin valon kahtaistaittavuuden ja polarisaation ilmiötä tutkittiin syvällisesti , ja sitä pidettiin ratkaisevana todisteena emissioteorian puolesta. Mutta täällä aaltomallin tueksi (tietämättä mitään Jungista) Augustin Jean Fresnel puhui . Useissa nokkelissa kokeissa hän osoitti puhtaasti aaltoilmiöitä, jotka ovat täysin selittämättömiä korpuskulaariteorian kannalta, ja muistelmansa, joka sisälsi kattavan tutkimuksen aaltopaikoista ja matemaattisen mallin kaikista tuolloin tunnetuista valon ominaisuuksista (polarisaatiota lukuun ottamatta). voitti Pariisin tiedeakatemian kilpailun ( 1818 ). Arago kuvailee omituista tapausta : akateemikoiden toimikunnan kokouksessa Poisson vastusti Fresnelin teoriaa, koska siitä seurasi, että tietyin edellytyksin varjon keskelle voi näkyä kirkkaasti valaistu alue läpinäkymättömästä ympyrästä. Yhdessä seuraavista kokouksista Fresnel ja Arago osoittivat komission jäsenille tämän vaikutuksen, jota kutsuttiin " Poisson-pisteeksi " [23] .
Jung ja Fresnel pitivät valoa alun perin harvinaisen mutta äärimmäisen elastisen eetterin elastisina (pitkittäisinä) värähtelyinä, jotka ovat samanlaisia kuin ilmassa oleva ääni. Mikä tahansa valonlähde laukaisee eetterin elastisia värähtelyjä, jotka tapahtuvat jättimäisellä taajuudella, jota ei löydy muualta luonnosta, minkä vuoksi ne etenevät valtavalla nopeudella [24] . Mikä tahansa materiaalikappale vetää puoleensa eetteriä, joka tunkeutuu kehon sisään ja paksunee siellä. Valon taitekerroin [25] riippui eetterin tiheydestä läpinäkyvässä kappaleessa .
Jäi polarisaation mekanismin ymmärtäminen. Jo vuonna 1816 Fresnel keskusteli mahdollisuudesta, että eetterin valovärähtelyt eivät ole pitkittäisiä, vaan poikittaissuuntaisia. Tämä selittäisi helposti polarisaatioilmiön. Myös Jung keksi tämän idean tällä kertaa. Poikittaisvärähtelyjä havaittiin kuitenkin aiemmin vain kokoonpuristumattomissa kiinteissä aineissa, kun taas eetteriä pidettiin ominaisuuksiltaan samanlaisena kuin kaasu tai neste. Vuosina 1822-1826 Fresnel esitteli muistelmia, joissa kuvattiin uusia kokeita ja täydellinen polarisaatioteoria, joka on edelleen ajankohtainen.
Cauchy-Stokesin malliKiinnostus ja luottamus eetterin käsitteeseen kasvoivat dramaattisesti 1800-luvulla. Seuraavia (1820-luvun jälkeen) lähes sata vuotta leimaa aaltooptiikan voittoisa menestys kaikilla aloilla. Klassinen aaltooptiikka valmistui ja samalla esitti vaikeimman kysymyksen: mikä on eetteri?
Kun kävi selväksi, että valovärähtelyt ovat tiukasti poikittaissuuntaisia, heräsi kysymys, mitä ominaisuuksia eetterillä pitäisi olla, jotta poikittaisvärähtelyt sallittaisiin ja pitkittäiset värähtelyt poissuljettaisiin. Henri Navier sai vuonna 1821 yleiset yhtälöt häiriöiden etenemiselle elastisessa väliaineessa. Navier-teorian kehitti O. L. Cauchy (1828), joka osoitti, että yleisesti ottaen pitkittäisaaltojen täytyy myös olla olemassa [26] .
Fresnel esitti hypoteesin, jonka mukaan eetteri on kokoonpuristumaton, mutta sallii poikittaissiirrot. Tällaista oletusta on vaikea sovittaa yhteen eetterin kokonaisläpäisevyyden kanssa aineen suhteen. D. G. Stokes selitti vaikeutta sillä, että eetteri on kuin hartsi: nopeilla muodonmuutoksilla (valoemissio) se käyttäytyy kuin kiinteä kappale, ja hitailla (eli planeettojen liikkeen aikana) se on muovia. Vuonna 1839 Cauchy paransi malliaan luomalla kutistuvan (labiilin) eetterin teorian, jota W. Thomson myöhemmin tarkensi .
Jotta kaikkia näitä malleja ei pidettäisi puhtaasti spekulatiivisina, aaltooptiikan päävaikutukset olisi pitänyt johtaa muodollisesti niistä. Tällaiset yritykset eivät kuitenkaan tuottaneet menestystä. Fresnel ehdotti, että eetteri koostuu hiukkasista, joiden koko on verrattavissa valon aallonpituuteen. Tällä lisäoletuksella Cauchy onnistui todistamaan valon hajoamisen ilmiön . Kaikki yritykset yhdistää esimerkiksi valon taittumisen Fresnel-teoria mihin tahansa eetterin malliin epäonnistuivat [27] .
Eetteri ja sähkömagnetismiFaraday oli skeptinen eetterin suhteen ja ilmaisi epävarmuuden sen olemassaolosta [28] . Kun Maxwell löysi klassisen sähködynamiikan yhtälöt, eetterin teoria sai uuden sisällön.
Varhaisessa työssään Maxwell käytti eetterin hydrodynaamisia ja mekaanisia malleja, mutta hän korosti, että ne palvelevat vain selvennystä visuaalisen analogian avulla. On pidettävä mielessä, että vektorianalyysiä ei silloin ollut olemassa ja Maxwell tarvitsi hydrodynaamisen analogian ennen kaikkea selittääkseen differentiaalioperaattoreiden fysikaalisen merkityksen ( divergentti , roottori jne.). Esimerkiksi artikkelissa "Faraday's Lines of Force" (1855) Maxwell selitti, että mallissa käytetty kuvitteellinen neste "on vain kokoelma fiktiivisiä ominaisuuksia, jotka on koottu tarkoituksena esittää tietyt puhtaan matematiikan lauseet muodossa. joka on visuaalisempi ja helpommin sovellettavissa fyysisiin ongelmiin kuin muoto, jossa käytetään puhtaasti algebrallisia symboleja” [29] . Myöhemmin (vuodesta 1864) Maxwell sulki päättelyn analogisesti pois teoksistaan [30] . Maxwell ei kehittänyt erityisiä malleja eetteristä eikä luottanut mihinkään eetterin ominaisuuksiin, paitsi kykyyn ylläpitää syrjäytysvirtaa , eli sähkömagneettisten värähtelyjen liikettä avaruudessa.
Kun G. Hertzin kokeet vahvistivat Maxwellin teorian, eetteriä alettiin pitää yhteisenä valon, sähkön ja magnetismin kantajana. Aaltooptiikasta on tullut olennainen osa Maxwellin teoriaa, ja syntyi toivo rakentaa eetterin fyysinen malli tälle perustalle. Tämän alan tutkimusta tekivät maailman suurimmat tutkijat. Jotkut heistä (esimerkiksi Maxwell itse, Umov ja Helmholtz ), vaikka he kirjoittivat eetterin ominaisuuksista, itse asiassa tutkivat sähkömagneettisen kentän ominaisuuksia . Toinen osa (esim. D. G. Stokes , W. Thomson ) yritti paljastaa itse eetterin luonnetta ja ominaisuuksia - arvioida sen painetta, sen massan ja energian tiheyttä, yhdistää sen atomiteoriaan.
Kemia yrityksissä ymmärtää eetteriä (D. I. Mendelejev)D. I. Mendelejevin teoksissa tämä kysymys liittyy suoraan hänen ymmärrykseensä jaksollisuuden fyysisistä syistä . Koska alkuaineiden ominaisuudet ovat jaksottaisessa riippuvuudessa atomipainoista (massasta), tiedemies aikoi käyttää näitä kuvioita todellisen ongelman ratkaisemiseen - määrittämällä gravitaatiovoimien syyt ja tutkimalla niitä välittävän väliaineen ominaisuuksia. [31]
Kuten jo todettiin, oletettiin, että "eetteri", joka täyttää planeettojen välisen tilan , on väliaine, joka välittää valoa, lämpöä ja painovoimaa. Tällaisten ideoiden yhteydessä erittäin harvinaisten kaasujen tutkiminen näytti olevan mahdollinen tapa määrittää nimetty aine, kun "tavallisen" aineen ominaisuudet eivät enää kykenisi peittämään "eetterin" ominaisuuksia [31] . ] .
Yhdessä hypoteesissaan D. I. Mendeleev ohjasi sitä tosiasiaa, että "eetteri" tai jokin tuntematon inertti kaasu , jolla on erittäin pieni paino, eli kevyin kemiallinen alkuaine , voi osoittautua erittäin harvinaisten ilmakaasujen erityiseksi tilaksi . Tiedemies kirjoittaa kemian perusteiden printtiin , vuoden 1871 jaksollisen järjestelmän luonnokseen : "Eetteri on kevyin kaikista, miljoonia kertoja"; vuoden 1874 työkirjassaan hän esittää asiansa selkeämmin: "Nollapaineessa ilmalla on tietty tiheys, ja se on eetteri!" Mutta hänen tuolloisissa julkaisuissaan nämä ajatukset eivät näkyneet. Inerttien kaasujen löytö 1800-luvun lopulla toi esiin kysymyksen maailmaneetterin kemiallisesta luonteesta. William Ramsayn ehdotuksesta Mendelejev sisällytti nollaryhmän jaksolliseen taulukkoon jättäen tilaa vetyä kevyemmille alkuaineille . Mendelejevin mukaan inerttien kaasujen ryhmää voitaisiin täydentää koronalla ja kevyimmällä, vielä tuntemattomalla alkuaineella, jota hän kutsui newtoniumiksi , joka muodostaa maailmaneetterin [32]
Huhtikuussa 1902 hän esitti näkemyksensä yksityiskohtaisesti esseessä "Yritys maailman eetterin kemialliseen ymmärtämiseen" (julkaistu englanniksi vuonna 1904, venäjäksi vuonna 1905). Tämän työn viimeisessä osassa D. I. Mendelejev kirjoittaa [31] [33] :
Edustaessani eetteriä kaasuna, jolla on mainitut ominaisuudet ja joka kuuluu nollaryhmään, pyrin ennen kaikkea poimimaan jaksollisesta laista, mitä se voi antaa, selittääkseen todella eetteriaineen olennaisuuden ja yleisen jakautumisen luonnossa ja sen kyky tunkeutua kaikkiin aineisiin, ei vain kaasuihin tai höyryihin, vaan myös kiinteisiin ja nestemäisiin, koska kevyimpien alkuaineiden atomit, joista tavalliset aineemme koostuvat, ovat edelleen miljoonia kertoja raskaampia kuin eetteri, ja kuten saattaa ajatella, niiden suhteet eivät muutu paljon tällaisten kevyiden atomien, kuten atomien tai eetterien, läsnäolosta. On sanomattakin selvää, että minulla itselläni on kokonainen joukko kysymyksiä, joista useimpiin minusta tuntuu mahdottomalta vastata, ja etten yrittänyt esitellä niitä tai yrittää vastata niihin. jotka minusta näyttävät ratkaistavissa. En kirjoittanut "yritystäni" tähän, vaan vain puhuakseni kysymyksestä, jota monet, tiedän, ajattelevat ja mistä pitäisi alkaa puhua.
Jo varhaisissa töissään D. I. Mendelejev tuli metodologisiin periaatteisiin ja säännöksiin, joita kehitettiin myöhemmissä tutkimuksissaan. Hän pyrkii lähestymään tietyn kysymyksen ratkaisua näitä yleisiä periaatteita noudattaen luoden filosofisen konseptin, jonka puitteissa tietyn tiedon analysointi suoritetaan. Tämä on tyypillistä myös aiheeseen liittyville tutkimuksille, jotka ilmaistiin tuloksina, jotka eivät suoraan liity aiheeseen. [34] Ajatuksena eetterin löytämisestä D. I. Mendeleev alkoi kokeellisesti tutkia harvinaistuneita kaasuja, ja tämän aiheen käsittelyssä muotoili tai vahvisti kineettisen teorian ja termodynamiikan ehdot, teoreettisesti perusteli puristettujen kaasujen käyttäytymisen edellytykset. kaasut [35] : hän sai ideaalisen kaasuyhtälön, joka sisälsi hänen johdetun yleisen kaasuvakion , ja sai viraalilaajennukset , jotka ovat täysin yhtäpitäviä nyt tunnetuissa todellisten kaasujen yhtälöissä olevien ensimmäisten approksimaatioiden kanssa . Erittäin arvokas, mutta hieman ennenaikainen, oli D. I. Mendelejevin ehdotus termodynaamisen lämpötila-asteikon käyttöönotosta [31] .
Lorentzin eetteriteoriaVuosina 1892–1904 Hendrik Lorentz kehitti "elektroni-eetteri" -teorian, jossa hän otti käyttöön tiukan eron aineen (elektronien) ja eetterin välillä. Hänen mallissaan eetteri on täysin liikkumaton, eikä painava aine saa sitä liikkeelle. Toisin kuin aikaisemmissa elektronisissa malleissa, eetterin sähkömagneettinen kenttä toimii välittäjänä elektronien välillä, ja muutokset tässä kentässä eivät voi edetä valon nopeutta nopeammin.
Lorentzin teorian peruskäsite vuonna 1895 oli "vastaava tilalause" järjestystermeille v/c [A 1] . Tämä lause sanoo, että eetterin suhteen liikkuva havainnoija tekee samat havainnot kuin levossa oleva (sopivan muuttujien muutoksen jälkeen). Lorentz huomasi, että on välttämätöntä muuttaa aika-avaruusmuuttujia viitekehystä vaihdettaessa ja ottaa käyttöön kaksi käsitettä:
Tämä johti Larmorin (1897, 1900) [A 3] [A 4] ja Lorentzin (1899, 1904), [A 5] [A 6] ns. Lorentz-muunnosten muotoiluun , jossa (sen huomautti Larmor) paikallisen ajan täydellistä muotoilua seuraa tietty eetterissä liikkuvien elektronien ajan hidastuminen . Kuten Lorentz (1921, 1928) myöhemmin huomautti, hän piti eetterissä lepäävien kellojen osoittamaa aikaa "todellisena" ajana, kun taas paikallista aikaa hän piti heuristisena työhypoteesina ja puhtaasti matemaattisena laitteena [A 7] [A 8] . Siksi nykyajan kirjoittajat pitävät Lorentzin teoreemaa matemaattisena muunnoksena "todellisesta" levossa olevasta eetterissä olevasta "fiktiivisestä" liikkeessä olevasta järjestelmästä [B 1] [B 2] [B 3] .
Lorentzin työtä perusti ja paransi matemaattisesti Henri Poincaré , joka muotoili yleisen suhteellisuusperiaatteen ja yritti sovittaa sen yhteen sähködynamiikan kanssa. Hän julisti samanaikaisuuden olevan vain kätevä sopimus, joka riippuu valon nopeudesta, jolloin valonnopeuden pysyvyys olisi hyödyllinen postulaatti luonnonlakien mahdollisimman yksinkertaistamiseksi. Vuosina 1900 ja 1904 [A 9] [A 10] hän tulkitsi fyysisesti Lorentzin paikallisen ajan kellon synkronoinnin tuloksena valosignaalien avulla. Kesä- ja heinäkuussa 1905 [A 11] [A 12] hän julisti suhteellisuusperiaatteen yleiseksi luonnonlakiksi, mukaan lukien painovoima. Poincaré korjasi joitain Lorentzin virheitä ja todisti sähködynamiikan yhtälöiden Lorentzin invarianssin. Hän kuitenkin käytti eetterin käsitettä todellisena, mutta täysin havaitsemattomana välineenä ja teki eron näennäisen ja todellisen ajan välillä, joten useimmat tieteen historioitsijat uskovat, että Poincare ei kyennyt luomaan erityistä suhteellisuusteoriaa [B 1] [B 4 ] [B 2] .
1600-1800-luvuilla eetteriä yritettiin yhdistää painovoimaan ja saada fyysinen perusta Newtonin yleisen painovoiman lain alle . Historiallisissa katsauksissa mainitaan yli 20 tällaista mallia, joiden kehitysaste on erilainen. Useammin kuin muut esitettiin seuraavat ajatukset [36] [37] [38] .
Kaikki nämä mallit ovat joutuneet perustellun kritiikin kohteeksi, eivätkä ne ole saavuttaneet laajaa tieteellistä tunnustusta [37] .
Hydrostaattinen malliTämä malli julkaistiin ensimmäisen kerran ongelmien ja kysymysten luettelossa, jonka Newton asetti Optiikkansa (1704) loppuun. Newton itse ei koskaan ilmaissut tukensa sellaiselle lähestymistavalle rajoittuen tunnettuun lausuntoon: "En silti voinut päätellä näiden painovoiman ominaisuuksien syytä ilmiöistä, mutta en keksi hypoteeseja." Tämä ajatus ei ole koskaan saanut vakavaa kehitystä [37] .
Toisen version tästä mallista ehdotti Robert Hooke : vetovoima johtuu atomien värähtelyistä, jotka siirtyvät kehosta kehoon eetterin kautta. Tämä ajatus kehitettiin 1800-luvulla "pulsaatioteorioiden" muodossa [37] .
"Ripple"-teoriat"Pykkimisteorioiden" joukossa näkyvin on norjalaisen fyysikon Karl Bjorknesin malli , joka oli yksi ensimmäisistä, joka yritti luoda yhtenäisen teorian kaikista aloista . Bjorknesin (1870-luku) julkaisut kehittivät seuraavan ajatuksen: eetterissä olevat kappaleet käyttäytyvät kuin synkronisesti sykkivät kappaleet kokoonpuristumattomassa nesteessä, joiden väliin, kuten tiedetään, syntyy vetovoima, joka on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön. Bjorknesin konseptia tukivat englantilaiset fyysikot Frederick Guthrie ja William Mitchinson Hicks , joista jälkimmäinen kuvaili teoreettisesti "negatiivista ainetta", jonka atomit värähtelevät vastafaasissa, ja antigravitaatiota. Vuonna 1909 Bjerknesin teorian kehitti Charles V. Burton , joka katsoi pulsaatioiden johtuvan kehon sisällä olevista elektroneista [39] .
"Ripple"-malleja on kritisoitu jyrkästi, niitä vastaan on esitetty seuraavat vastalauseet [39] .
Tämän malliryhmän päätekijät olivat englantilaiset tiedemiehet Karl Pearson (myöhemmin kuuluisa tilastotieteilijä) ja George Adolf Schott . Pearson, joka oli vakavasti mukana hydrodynamiikassa 1880-luvulla, tuki aluksi pulsaatioteorioita, mutta vuonna 1891 hän ehdotti mallia atomista eetterisuihkujärjestelmänä, jolla hän toivoi selittävän sekä sähkömagneettisia että gravitaatiovaikutuksia [40] [41 ]. ] :
Pääaine on nestemäinen ei-pyörivä väliaine, ja aineen atomit tai alkuaineet ovat tämän aineen suihkuja. Mistä nämä suihkut tulivat kolmiulotteisessa avaruudessa, on mahdotonta sanoa; fyysisen maailmankaikkeuden tuntemisen mahdollisuudessa teoriaa rajoittaa niiden olemassaolo. Ehkä heidän ilmestymisensä liittyy omaamme korkeamman ulottuvuuden tilaan, mutta emme voi tietää siitä mitään, olemme tekemisissä vain ympäristöömme tulevien virtojen kanssa, eetterivirroilla, joita ehdotimme kutsuvamme "aineeksi".
Pearsonin mukaan massa määräytyy eetterisuihkujen keskimääräisen nopeuden mukaan. Näistä yleisistä näkökohdista Pearson pystyi johtamaan Newtonin painovoimalain. Pearson ei selittänyt missä ja missä eetterisuihkut virtaavat, vaan rajoittui vihjailemaan neljännen ulottuvuuden olemassaolosta [42] . Schott yritti selventää tätä näkökohtaa olettaen, että elektronin säde kasvaa ajan myötä, ja tämä "täyttö" on eetterin liikkeen lähde. Schottin versiossa gravitaatiovakio muuttuu ajan myötä [40] .
Lesagen teoriaAjatus tästä nokkelasta mekaanisesta painovoiman mallista syntyi Newtonin päivinä ( Nicola Fatio de Duillier , 1690), kehitetyn teorian kirjoittaja oli sveitsiläinen fyysikko Georges Louis Lesage , jonka ensimmäinen julkaisu ilmestyi vuonna 1782 [43] . Idean olemus näkyy kuvassa: tila on täynnä nopeasti ja satunnaisesti liikkuvia eetterisoluja, joiden paine yhteen kappaleeseen on tasapainossa, kun taas paine kahteen läheiseen kappaleeseen on epätasapainoinen (johtuen osittaisesta seulonnasta kehoista ), mikä luo molemminpuolisen vetovoiman vaikutuksen. Kehon massan kasvu tarkoittaa tämän kappaleen muodostavien atomien lukumäärän kasvua, jonka seurauksena kolarien määrä ja niiden sivulta tuleva paine kasvavat suhteellisesti, joten vetovoima on verrannollinen kehon massaan. Vartalo. Tästä Lesage johti Newtonin gravitaatiolain [44] .
Le Sagen teorian kriitikot ovat havainneet monia sen heikkouksia, erityisesti termodynamiikan osalta . James Maxwell osoitti, että Le Sage -mallissa energia muuttuu varmasti lämmöksi ja sulattaa nopeasti minkä tahansa kehon. Tämän seurauksena Maxwell päätteli [45] :
Olemme omistaneet tälle teorialle enemmän tilaa kuin se näyttää ansaitsevan, koska se on nerokas ja koska se on ainoa teoria painovoiman syystä, joka on kehitetty niin yksityiskohtaisesti, että sen puolesta ja vastaan on voitu keskustella argumenteista. Ilmeisesti se ei voi selittää meille, miksi kappaleiden lämpötila pysyy kohtalaisena, kun taas niiden atomit kestävät tällaista pommitusta.
Henri Poincaré laski (1908), että solujen nopeuden täytyy olla monta suuruusluokkaa suurempi kuin valon nopeus, ja niiden energia polttaisi kaikki planeetat [44] . Ylitsepääsemättömiä loogisia vaikeuksia on myös havaittu [37] :
Myös George Darwinin yritys korvata verisolut aalloilla eetterissä epäonnistui [46] . Vuoden 1910 katsauksessa Le Sagen mallia luonnehditaan luottavaisesti kestämättömäksi [44] .
Vuonna 1728 englantilainen tähtitieteilijä Bradley havaitsi valon poikkeavuuden : kaikki tähdet kuvaavat pieniä ympyröitä taivaalla yhden vuoden ajanjaksolla. Eetterin valoteorian näkökulmasta tämä merkitsi sitä, että eetteri on liikkumaton ja sen näennäinen siirtymä (kun maa liikkuu Auringon ympäri) taivuttaa tähtien kuvia superpositioperiaatteen mukaisesti. Fresnel kuitenkin myönsi, että liikkuvan aineen sisällä eetteri on osittain mukana. Fizeaun kokeet näyttivät vahvistavan tämän näkemyksen .
Maxwell ehdotti vuonna 1868 suunnitelmaa ratkaisevalle kokeelle, jonka interferometrin keksimisen jälkeen vuonna 1881 amerikkalainen fyysikko Michelson pystyi suorittamaan . Myöhemmin Michelson ja Edward Morley toistivat kokeen useita kertoja kasvavalla tarkkuudella, mutta tulos oli poikkeuksetta negatiivinen - "eetterituulta" ei ollut olemassa.
Vuonna 1892 G. Lorentz ja itsenäisesti J. Fitzgerald ehdottivat, että eetteri on liikkumaton ja minkä tahansa kappaleen pituus pienenee sen liikesuunnassa, mikä tekee "eetterituulen" havaitsemisen vaikeammaksi. Kysymys jäi kuitenkin epäselväksi - miksi pituus pienenee juuri niin paljon, että eetterin havaitseminen (tarkemmin sanottuna eetteriin nähden liike) on mahdotonta. Samaan aikaan löydettiin Lorentzin muunnoksia , joita pidettiin aluksi sähködynamiikkaan liittyvinä. Nämä muunnokset selittivät Lorentzin pituuden supistumisen, mutta olivat ristiriidassa Galilean muunnoksiin perustuvan klassisen mekaniikan kanssa . Henri Poincaré osoitti, että Lorentzin muunnokset vastaavat sähkömagneettisen kentän suhteellisuusperiaatetta ; hän uskoi, että eetteri on olemassa, mutta pohjimmiltaan sitä ei voida havaita.
Lorentzin muunnosten fyysinen olemus paljastettiin Einsteinin työn jälkeen . Vuonna 1905 julkaistussa artikkelissa Einstein käsitteli kahta postulaattia: yleismaailmallista suhteellisuusperiaatetta ja valonnopeuden vakioisuutta. Lorentzin muunnokset seurasivat välittömästi näistä postulaateista (ei vain sähködynamiikasta), pituuden supistumisesta ja tapahtumien samanaikaisuuden suhteellisuudesta. Einstein huomautti samassa artikkelissa eetterin hyödyttömyydestä, koska sille ei voitu liittää mitään järkeviä fyysisiä ominaisuuksia, ja kaikki, mitä pidettiin eetterin dynaamisina ominaisuuksina, imeytyi erityissuhteellisuusteorian (SRT) kinematiikkaan. Siitä hetkestä lähtien sähkömagneettista kenttää ei ole pidetty energiaprosessina eetterissä, vaan itsenäisenä fyysisenä kohteena.
Uudet ideat eivät voittaneet heti, useat fyysikot yrittivät palauttaa luottamusta eetterimalliin useiden vuosikymmenten ajan vuoden 1905 jälkeen. Dayton Miller ilmoitti vuonna 1924 löytäneensä "eetterituulen". Millerin tulosta ei vahvistettu, ja paljon tarkemmat mittaukset (eri menetelmillä) osoittivat jälleen, että "eetterituulta" ei ollut [48] . Muut fyysikot yrittivät käyttää Sagnac-ilmiötä todistaakseen eetterin olemassaolon , mutta tämä ilmiö on täysin selitetty suhteellisuusteorian puitteissa [49] . Myös suhteellisuusteorian [50] mahdollisia sovellettavuuden rajoja tutkitaan .
Pääsyy siihen, miksi eetterin fysikaalinen käsite hylättiin, oli se, että tämä käsite osoittautui erityisen suhteellisuusteorian kehittymisen jälkeen tarpeettomaksi. Muita syitä ovat ristiriitaiset attribuutit, jotka johtuvat eetteristä - aineen havaitsemattomuus, poikittainen elastisuus, kaasuihin tai nesteisiin verrattuna käsittämätön , värähtelyjen etenemisnopeus jne. Lisäargumentti oli todiste sähkömagneettisen kentän diskreetistä ( kvantti ) luonteesta. , joka on ristiriidassa jatkuvan eetterin hypoteesin kanssa.
Albert Einstein selitti artikkelissaan "Suhteellisuusperiaate ja sen seuraukset modernissa fysiikassa" (1910) yksityiskohtaisesti, miksi valaisevan eetterin käsite on ristiriidassa suhteellisuusperiaatteen kanssa . Harkitse esimerkiksi magneettia, joka liikkuu suljetun johtimen yli. Havaittu kuvio riippuu vain magneetin ja johtimen suhteellisesta liikkeestä ja sisältää sähkövirran esiintymisen jälkimmäisessä. Eetterin teorian näkökulmasta eri viitekehyksessä kuva on kuitenkin merkittävästi erilainen. Johtimeen liittyvässä vertailukehyksessä magneetin liikkuessa magneettikentän voimakkuus eetterissä muuttuu, minkä seurauksena syntyy suljetuin voimalinjoin sähkökenttä, joka puolestaan muodostaa virran eetterissä. kapellimestari. Magneettiin liittyvässä vertailukehyksessä sähkökenttää ei synny, ja virta syntyy magneettikentän muutoksen suorasta vaikutuksesta liikkuvan johtimen elektroneihin. Siten eetterissä tapahtuvien prosessien todellisuus riippuu havaintopisteestä, mikä ei ole fysiikassa hyväksyttävää [51] .
Myöhemmin, yleisen suhteellisuusteorian (GR) luomisen jälkeen , Einstein ehdotti termin käytön jatkamista muuttaen sen merkitystä, nimittäin GR:n fyysisen tilan ymmärtämistä eetterinä [52] . Toisin kuin valoeetteri, fyysinen tila ei ole oleellinen (esim. on mahdotonta liittää omaa liikettä ja itse-identiteettiä avaruuden pisteisiin), joten avaruudelle, toisin kuin Lorentz-Poincarén eetterissä, ei ole vaikeuksia suhteellisuusperiaatteella [53] . Useimmat fyysikot ovat kuitenkin päättäneet olla palaamatta nyt vanhentuneen termin käyttöön.
Jotkut tutkijat tukivat edelleen valoeetterin käsitettä vuoden 1905 jälkeen, he esittivät erilaisia vaihtoehtoisia hypoteeseja ja yrittivät todistaa ne kokeellisesti. Aina on kuitenkin käynyt ilmi, että suhteellisuusteoria ja siihen perustuvat teoriat ovat sopusoinnussa kaikkien havaintojen ja kokeiden tulosten kanssa, [54] [55] kun taas kilpaileva eetteriteoria, joka pystyy kuvaamaan koko kokeellisen tosiasian. ei ole ilmestynyt.
Nykyaikaisissa tieteellisissä artikkeleissa termiä "eetteri" käytetään lähes yksinomaan tieteen historiaa koskevissa teoksissa [56] . Siitä huolimatta ajoittain esitetään ehdotuksia tämän käsitteen elvyttämiseksi fysiikan kannalta hyödylliseksi.
Jotkut näistä mielipiteistä ovat luonteeltaan terminologisempia. Kuten edellä mainittiin, jopa Einstein ehdotti kutsua fyysistä avaruutta eetteriksi korostaakseen, että sillä ei ole vain geometrisia, vaan myös fyysisiä ominaisuuksia. Whittaker kirjoitti myöhemmin: " Minusta tuntuu järjettömältä säilyttää nimi " tyhjiö " kategorialle, jolla on niin monia fyysisiä ominaisuuksia, mutta historiallinen termi "eetteri" sopii täydellisesti tähän tarkoitukseen " [57] . Fysiikan Nobel-palkinnon voittaja Robert B. Laughlin sanoi eetterin roolista nykyaikaisessa teoreettisessa fysiikassa:
Paradoksaalista kyllä, Einsteinin luovimmassa teoksessa ( yleinen suhteellisuusteoria ) tarvitaan tilaa välineenä, kun taas hänen alkuperäisessä lähtökohdassaan ( erikoissuhteellisuusteoria ) sellaista mediaa ei tarvita... Sanalla "eetteri" on äärimmäisen negatiivinen konnotaatio teoreettisessa fysiikassa, koska se on aiemmin liittynyt suhteellisuusteorian oppositioon. Se on surullista, koska se heijastaa melko tarkasti sitä, kuinka useimmat fyysikot itse asiassa ajattelevat tyhjiöstä... Suhteellisuusteoria ei oikeastaan sano mitään maailmankaikkeuden läpäisevän aineen olemassaolosta tai olemattomuudesta... Mutta emme puhu koska se on tabu . [58]
Nämä ehdotukset eivät saaneet merkittävää tukea [59] [60] [61] . Yksi syy tähän on se, että eetteri liittyy mekaanisiin malleihin, joille on ominaista väliaineen nopeus kussakin pisteessä (kolmi- tai neliulotteinen vektori), ja tunnetuilla fysikaalisilla kentillä ei ole sellaisia ominaisuuksia, esim. , metrikenttä on tensori , ei vektori , mutta vakiomallin mittarin vektorikentillä on lisäindeksejä.
Termiä eetteri käytetään toisinaan tieteellisissä kirjoituksissa luotaessa uutta terminologiaa. Joten esimerkiksi A. de Gouvêan [62] teoksessa " CPT:tä rikkova eetteri" tarkoittaa vain tietyntyyppisiä termejä neutriinon Lagrangian potentiaalissa .
Radikaalimmat rakenteet, joissa eetteri toimii substanssina (ympäristönä), ovat ristiriidassa suhteellisuusperiaatteen kanssa [54] . Tällainen eetteri, johtuen erittäin heikosta vuorovaikutuksesta tavallisen maailman kanssa , voi johtaa joihinkin ilmiöihin, joista tärkein on teorian Lorentzin invarianssin heikko rikkomus. Linkit joihinkin näistä malleista löytyvät osoitteesta stanford.edu [63] .
Toistaiseksi ei kuitenkaan ole löydetty havaittavia fysikaalisia ilmiöitä, jotka oikeuttaisivat oleellisen eetterin käsitteen elvyttämisen missään muodossa. Tiedotteessa " In Defense of Science " (2017), jonka on julkaissut Venäjän tiedeakatemian puheenjohtajiston pseudotiedettä ja tieteellisen tutkimuksen väärentämistä käsittelevä komissio , eetteriteoriaa luonnehditaan pseudotiedeeksi [64] .
Radio ilmestyi kauan ennen kuin termi broadcast poistui tieteellisestä käytöstä, ja monet lähetykseen liittyvät lauseet juurtuivat media-alan ammattiterminologiaan: ohjelma meni lähetykseen , suorana jne. Termiä "lähetys" käytettiin useita Venäjän federaation siviililain artikloja, jotka koskevat tekijänoikeutta ja lähioikeuksia. Englanninkielinen versio termistä ( Ether ) löytyy monista elektroniikkatermeistä (esim. " Ethernet "), vaikka radioviestintään ja lähetyksiin sovellettaessa käytetään sanaa ilma .
" Ether " (eetteri) kutsutaan kryptovaluuttaksi " Ethereum "-alustalla.
Klassisia kirjoituksia
Historiallisia arvosteluja
Huomautuksia
...on olemassa kymmeniä todellisia pseudotiedettä, kuten astrologia ja kädellinen tutkimus, ekstrasensorinen havainto ja parapsykologia, kryptobiologia ja bioenergetiikka, bioresonanssi ja iridologia, kreationismi ja telegonia, ufologia ja paleoastronautiikka, eniologia ja dianetiikka, numerologia ja fysiologia, informaatio ja grafiikka, ja universologia, dowsing ja kontaktointi, dermatoglyfitestaus ja geopatogeeniset vyöhykkeet, geopolitiikka ja kuun salaliitto, eetteri- ja vääntökenttien teoriat , vesimuisti ja aaltogenetiikka
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
|
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |