Введение
Ранняя попытка объяснить постоянную скорость света
В XIX веке широко обсуждалась теория светоносного эфира как гипотетической среды для распространения световых волн. Гипотеза эфира возникла, поскольку физики той эпохи не могли представить распространение световых волн без физической среды, в которой это происходило бы. Когда эксперименты не смогли обнаружить гипотетический светоносный эфир, физики предложили объяснения неудач этих экспериментов, сохраняющие существование гипотетического эфира. Гипотеза увлечения эфира предполагала, что светоносный эфир увлекается движущейся материей или перемещается вместе с ней. Согласно одной из версий этой гипотезы, между Землей и эфиром отсутствует относительное движение. Согласно другой версии, Земля движется относительно эфира, и измеренная скорость света должна зависеть от скорости этого движения («эфирный ветер»), который должен быть измерим приборами, находящимися в состоянии покоя на поверхности Земли. В 1818 году Огюстен Жан Френель предположил, что эфир частично увлекается материей. В 1845 году Джордж Стокс предположил, что эфир полностью увлекается внутри или вблизи материи. Хотя почти неподвижная теория Френеля, по-видимому, была подтверждена экспериментом Физо (1851), теория Стокса, по-видимому, была подтверждена экспериментом Майкельсона-Морли (1881, 1887). Хендрик Лоренц разрешил эту противоречивую ситуацию в своей собственной эфирной теории, исключив любую форму увлечения эфира. Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна (1905) исключает эфир как механическую среду.
In the 19th century, the theory of the luminiferous aether as the hypothetical medium for the propagation of light waves was widely discussed. The aether hypothesis arose because physicists of that era could not conceive of light waves propagating without a physical medium in which to do so. When experiments failed to detect the hypothesized luminiferous aether, physicists conceived explanations for the experiments' failure which preserved the hypothetical aether's existence. The aether drag hypothesis proposed that the luminiferous aether is dragged by or entrained within moving matter. According to one version of this hypothesis, no relative motion exists between Earth and aether. According to another version, the Earth does move relative to the aether and the measured speed of light should depend on the speed of this motion ("aether wind"), which should be measurable by instruments at rest on Earth's surface. In 1818, Augustin Jean Fresnel proposed that the aether is partially entrained by matter. In 1845, George Stokes proposed that the aether is completely entrained within or in the vicinity of matter. Although Fresnel's almost stationary theory was apparently confirmed by the Fizeau experiment (1851), Stokes' theory was apparently confirmed by the Michelson–Morley experiment (1881, 1887). Hendrik Lorentz resolved this contradictory situation in his own aether theory, which banished any form of aether dragging. Albert Einstein's special theory of relativity (1905) excludes aether as a mechanical medium.
Проблемы частичного перетаскивания эфира
Коэффициент увлечения Френеля был непосредственно подтвержден экспериментом Физо и его повторениями. В целом, с помощью этого коэффициента можно объяснить отрицательный результат всех оптических экспериментов по обнаружению дрейфа эфира, достаточно чувствительных для регистрации эффектов первого порядка (таких как эксперименты Араго, Физо, Хока, Эйри, Маскара). Представление о (почти) неподвижном эфире также согласуется с явлением звездной аберрации. Однако эта теория считается опровергнутой по следующим причинам:
Ответы Стоукса на эти проблемы
В 1845 году Стокс внёс ряд дополнительных предположений, чтобы согласовать свою теорию с результатами экспериментов. Для объяснения аберрации он предположил, что его несжимаемый эфир также не имеет вихревого движения, что, в сочетании с его специфической моделью сопротивления эфира, привело бы к правильному закону аберрации.
Гравитационное сопротивление эфира
Другая версия модели Стоукса была предложена Теодором де Кудре и Вильгельмом Виеном (1900). Они предположили, что увлечение эфира пропорционально гравитационной массе. То есть, эфир полностью увлекается Землей, а меньшие объекты на Земле увлекают его лишь частично. Чтобы сохранить объяснение аберрации, предложенное Стоуксом, Макс Планк (1899) в письме к Лоренцу предположил, что эфир может быть не несжимаемым, а сжиматься под действием гравитации вблизи Земли, что создало бы условия, необходимые для теории Стоукса ("теория Стоукса-Планка"). По сравнению с описанными выше экспериментами, эта модель объясняет положительные результаты экспериментов Физо и Сагнака, поскольку небольшая масса этих приборов может лишь частично (или вовсе не) увлекать эфир, и по той же причине она объясняет отрицательный результат экспериментов Лоджа. Она также согласуется с экспериментом Хаммара и экспериментом Майкельсона-Морли, так как эфир полностью увлекается большой массой Земли. Однако эта теория была непосредственно опровергнута экспериментом Микельсона — Гейла — Пирсона (1925). Главное отличие этого эксперимента от обычных экспериментов Сагнака заключается в том, что в нем измерялось вращение самой Земли. Если бы эфир полностью увлекался гравитационным полем Земли, следовало бы ожидать отрицательный результат, но результат оказался положительным.
Гипотеза Эфира Аллея
Морис Алле в 1959 году предложил гипотезу эфира, предполагающую скорость эфирного ветра около 8 км/с, что значительно ниже стандартного значения в 30 км/с, принятого учеными девятнадцатого века, и согласуется с экспериментами Майкельсона-Морли и Дейтона Миллера, а также с его собственными экспериментами, касающимися спорного эффекта Алле, который не может быть предсказан общей теорией относительности. Несмотря на то, что он выступал за необходимость разработки новой теории гравитации, его гипотеза не получила широкого признания в научном сообществе.
Резюме
В современной физике (которая основана на теории относительности и квантовой механике), эфир как "материальное вещество" с "состоянием движения" больше не играет никакой роли. Поэтому вопросы, касающиеся возможного "увлечения эфиром", больше не считаются значимыми научным сообществом. Однако, перетаскивание системы отсчета, предсказанное общей теорией относительности, существует: вращающиеся массы искажают пространственно-временную метрику, вызывая прецессию орбит близлежащих частиц. Но этот эффект на много порядков слабее, чем любое "увлечение эфиром", обсуждаемое в этой статье.