Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Теориялар жиынтығы
Set of theories
Физика тарихында эфир теориялары (сондай-ақ эфир теориялары деп аталады) электромагниттік немесе гравитациялық күштердің таралуы үшін ортаның, кеңістікті толтыратын заттың немесе өрістің болуын ұсынады. Арнайы салыстырмалылық теориясының дамуынан кейін материалдық эфирді қолданатын теориялар қазіргі физикада қолданыстан шығып, абстрактілірек модельдермен алмастырылды. Бұл жаңа эфир, аты алынған классикалық элементтердің эфирінен мүлдем өзгеше. Әртүрлі теориялар осы орта мен заттың әртүрлі ұғымдарын қамтиды.
In the history of physics, aether theories (also known as ether theories) propose the existence of a medium, a space filling substance or field as a transmission medium for the propagation of electromagnetic or gravitational forces. Since the development of special relativity, theories using a substantial aether fell out of use in modern physics, and are now replaced by more abstract models. This early modern aether has little in common with the aether of classical elements from which the name was borrowed. The assorted theories embody the various conceptions of this medium and substance.
Жарық эфирі
Исаак Ньютон "Оптиканың үшінші кітабында" эфирдің бар екендігін айтады (1-ші басылым, 1704; 2-ші басылым, 1718): "Судан, шыныдан, кристалдан және басқа да тығыз денелерден бос кеңістікке өтетін бұл эфирлік орта біртіндеп тығыздала бермей ме, соның салдарынан жарық сәулелерін бір нүктеде емес, қисық сызықтармен бүгіп, сындырады? Күннің, жұлдыздардың, планеталардың және кометалардың тығыз денелеріндегі орта, олардың арасындағы бос аспан кеңістігіне қарағанда сирек емес пе? Ал олардан үлкен қашықтықтарға өтетін кезде тығыздығы арта бермей ме, соның нәтижесінде осы үлкен денелердің бір-біріне және олардың бөліктерінің тартылуына себеп болады? Әрбір дене ортаның тығыз бөліктерінен сирек бөліктеріне қарай ұмтылады." 19 ғасырда, жарық таситын эфир (немесе эфир) жарық таралуының теориялық ортасы болып есептелді. Джеймс Клерк Максвелл эфирді пайдалана отырып, электр және магнит құбылыстарын түсіндіретін модель жасады. Бұл модель кейін Максвелл теңдеулері деп аталып, жарықтың электромагниттік толқын екенін түсінуге мүмкіндік берді. Кейін, 1800 жылдардың соңында, Микельсон-Морли тәжірибі сияқты, жердің эфир арқылы қозғалысын анықтауға бағытталған бірқатар мұқият тәжірибелер жүргізілді, бірақ қозғалысқа кедергі табылмады. Ұсынылған эфирді сүйреу теориялары бұл нәтижені түсіндіре алды, бірақ олар күрделірек болды және көбінесе кездейсоқ сияқты коэффициенттер мен физикалық болжамдарға негізделді. Джозеф Лармор эфирді электронның үдеуінен туындаған қозғалатын магнит өрісі ретінде қарастырды. Хендрик Лоренц және Джордж Фрэнсис Фицджеральд Лоренц эфир теориясы шеңберінде Микельсон-Морли тәжірибінің эфир арқылы қозғалысты анықтай алмауының себебін түсіндірді. Алайда, Лоренцтің бастапқы теориясы эфир арқылы қозғалыстың екі сыну эффектісін болжайды, бірақ Рейли мен Брейс оны сынап көргенде таба алмады (Рейли мен Брейстің тәжірибелері). Бұл нәтижелердің барлығы 1904 жылы Лоренц пен Джозеф Лармордың Лоренц түрлендіруін толық қолдануды қажет етті. Микельсон, Рейли және басқалардың нәтижелерін қорытындылай келе, Герман Вейл кейінірек эфирдің "физиктің іздеуінен қашу үшін соңғы күш-жігермен көлеңкелер еліне кеткенін" жазды. 1905 жылғы Альберт Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясы, тұжырымдамалық айқындығымен қатар, барлық тәжірибелік нәтижелерді эфирді атамай-ақ түсіндіре алды. Бұл көптеген физиктерді жарық таситын эфир туралы бұрынғы түсініктің пайдалы емес деген қорытындыға әкелді.
Isaac Newton suggests the existence of an aether in the Third Book of Opticks (1st ed. 1704; 2nd ed. 1718): "Doth not this aethereal medium in passing out of water, glass, crystal, and other compact and dense bodies in empty spaces, grow denser and denser by degrees, and by that means refract the rays of light not in a point, but by bending them gradually in curve lines? Is not this medium much rarer within the dense bodies of the Sun, stars, planets and comets, than in the empty celestial space between them? And in passing from them to great distances, doth it not grow denser and denser perpetually, and thereby cause the gravity of those great bodies towards one another, and of their parts towards the bodies; every body endeavouring to go from the denser parts of the medium towards the rarer?" In the 19th century, luminiferous aether (or ether), meaning light bearing aether, was a theorized medium for the propagation of light. James Clerk Maxwell developed a model to explain electric and magnetic phenomena using the aether, a model that led to what are now called Maxwell's equations and the understanding that light is an electromagnetic wave. Later, a series of increasingly careful experiments were carried out in the late 1800s, including the Michelson–Morley experiment, to try to detect the motion of Earth through the aether, but no drag was detected. A range of proposed aether dragging theories could explain the null result but these were more complex, and tended to use arbitrary looking coefficients and physical assumptions. Joseph Larmor discussed the aether in terms of a moving magnetic field caused by the acceleration of electrons. Hendrik Lorentz and George Francis FitzGerald offered, within the framework of Lorentz ether theory, an explanation of how the Michelson–Morley experiment could have failed to detect motion through the aether. However, the initial Lorentz theory predicted that motion through the aether would create a birefringence effect, which Rayleigh and Brace tested and failed to find (Experiments of Rayleigh and Brace). All of those results required the full application of the Lorentz transformation by Lorentz and Joseph Larmor in 1904. Summarizing the results of Michelson, Rayleigh and others, Hermann Weyl would later write that the aether had "betaken itself to the land of the shades in a final effort to elude the inquisitive search of the physicist". In addition to possessing more conceptual clarity, Albert Einstein's 1905 special theory of relativity could explain all of the experimental results without referring to an aether at all. This eventually led most physicists to conclude that the earlier notion of a luminiferous aether was not a useful concept.
Механикалық гравитациялық эфир
XVI ғасырдан бастап XIX ғасырдың соңына дейін гравитациялық әсерлер де эфир арқылы модельдендірілді. "Электромагниттік өрістің динамикалық теориясы" еңбегінің соңында Максвелл электромагниттік өріс үшін қолданған ортаға ұқсас гравитация моделін талқылады. Ол ортаның "құбылысқа келтіретін зор ішкі энергияға" ие болады және масса аймақтарында міндетті түрде азаюы керек деген қорытындыға келді. Ол "медиумның мұндай қасиеттерге қалай ие болатынын түсіне алмады", сондықтан оны одан әрі зерттемеді. Ең белгілі тұжырымдама – Ле Сейджтің гравитация теориясы, бірақ осы идеяның түрленулерін Исаак Ньютон, Бернхард Риман және Лорд Кельвин де қарастырған. Мысалы, Кельвин 1873 жылы Ле Сейдж моделі туралы жазба жариялады, онда ол Ле Сейджтің ұсынысын термодинамикалық тұрғыдан кемшіліктері бар деп тапты және оны атомның сол кездегі танымал вихрьтік теориясын пайдаланып түзетудің мүмкін жолын ұсынды. Кейін Кельвин, осы тұжырымдамалардың ешқайсысы бүгінгі ғылыми қауымдастық тарапынан қолдау таппайды деген қорытындыға келді.
From the 16th until the late 19th century, gravitational effects had also been modeled using an aether. In a note at the end of his work "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Maxwell discussed a model for gravity based on a medium similar to the one he used for the electromagnetic field. He concluded that the medium would have "an enormous intrinsic energy" and would necessarily have to be diminished in areas of mass. He could not "understand in what way a medium can possess such properties" so he did not pursue it further. The most well known formulation is Le Sage's theory of gravitation, although variations on the idea were entertained by Isaac Newton, Bernhard Riemann, and Lord Kelvin. For example, Kelvin published a note on Le Sage's model in 1873, in which he found Le Sage's proposal thermodynamically flawed and suggested a possible way to salvage it using the then popular vortex theory of the atom. Kelvin later concluded,
None of those concepts are considered to be viable by the scientific community today.
Жалпы салыстырмалылық теориясы
Альберт Эйнштейн кейде жалпы салыстырмалылық теориясы шеңберінде гравитациялық өріс үшін эфир сөзін қолданды, бірақ бұл релятивистік эфир тұжырымдамасының классикалық эфир модельдерімен жалғыз ұқсастығы – кеңістікте физикалық қасиеттердің болуы, олар геодезиялықтар арқылы анықталады. Джон Стачел сияқты тарихшылардың пікірінше, Эйнштейннің «жаңа эфир» туралы көзқарастары 1905 жылы эфирден бас тартуымен қақтығыс тудырмайды. Эйнштейннің өзі атап көрсеткендей, бұл жаңа эфирге ешқандай «зат» пен қозғалыс күйін жатқызуға болмайды. Эйнштейннің «эфир» сөзін қолдануы ғылыми қауымдастықта қолдау таппады және қазіргі заманғы физиканың дамуында ешқандай рөл атқармады.
Albert Einstein sometimes used the word aether for the gravitational field within general relativity, but the only similarity of this relativistic aether concept with the classical aether models lies in the presence of physical properties in space, which can be identified through geodesics. As historians such as John Stachel argue, Einstein's views on the "new aether" are not in conflict with his abandonment of the aether in 1905. As Einstein himself pointed out, no "substance" and no state of motion can be attributed to that new aether. Einstein's use of the word "aether" found little support in the scientific community, and played no role in the continuing development of modern physics.
Кванттық вакуум
Кванттық механика кеңістік-уақытты ең кішкентай масштабта бос емес, құбылып тұратын және өте жылдам пайда болып, жоғалатын бөлшектер жұбын жасайтын ретінде сипаттауға мүмкіндік береді. Пауль Дирак сияқтылар осы кванттық вакуумның қазіргі физикада бөлшектік эфирге балама болуы мүмкін екенін ұсынды. Алайда, Дирактың эфир гипотезасы кванттық электродинамикаға наразылығынан туындады және ол ғылыми қауымдастықтың басым бөлігінен қолдау алмады. Физик Роберт Б. Лафлин былай деп жазды:
Quantum mechanics can be used to describe spacetime as being non empty at extremely small scales, fluctuating and generating particle pairs that appear and disappear incredibly quickly. It has been suggested by some such as Paul Dirac that this quantum vacuum may be the equivalent in modern physics of a particulate aether. However, Dirac's aether hypothesis was motivated by his dissatisfaction with quantum electrodynamics, and it never gained support from the mainstream scientific community. Physicist Robert B. Laughlin wrote:
Пилоттық толқындар
Луи де Бройль былай деді: "Кез келген бөлшек, тіпті толығымен оқшауланған болса да, жасырын ортамен үздіксіз "энергиялық байланыста" екендік деп ойша ұстау керек". Алайда, де Бройль атап көрсеткендей, бұл орта "жалпы анықтамалық орта ретінде пайдалана алмайды, себебі бұл қатысу теориясына қайшы келер еді".
Louis de Broglie stated, "Any particle, ever isolated, has to be imagined as in continuous "energetic contact" with a hidden medium." However, as de Broglie pointed out, this medium "could not serve as a universal reference medium, as this would be contrary to relativity theory."