Светоносный эфир

В рамках ньютоновской системы невозможно ни установить абсолютный центр Вселенной, ни убедиться в том, что этот центр неподвижен. Идея абсолютного и неподвижного пространства, возможно, наглядна и удобна, однако такое пространство оказывается принципиально ненаблюдаемым. Между тем уравнения электричества, магнетизма и распространения света, полученные Максвеллом, не остаются неизменными при переходе от одной инерциальной системы к другой.

Это означает по крайней мере то, что можно найти систему отсчета, которая покоится относительно «световой среды» (эфира), а, следовательно, является выделенной.

Нее материальные волны, т. е. волны, с помощью которых нам удалось создать абстрактное понятие волны, представляют собой возмущения, распространяющиеся в какой-нибудь среде. Человеку девятнадцатого века было трудно согласиться с мыслью, что свет, или электромагнитная волна, может быть некой абстрактной сущностью, распространяющейся через ничто. В статье, опубликованной в «Британской энциклопедии», Максвелл писал:

«Доказательства в пользу существования светоносного эфира получили прочную опору, когда были открыты новые явления света и других излучений; и свойства этой среды, выведенные на основании явлений света, оказались совершенно такими же, какие требуются для объяснения электромагнитных явлений… С какими бы трудностями в наших попытках выработать состоятельное представление о строении эфира ни приходилось нам сталкиваться, но несомненно, что межпланетное и межзвездное пространства не суть пространства пустые, но заняты материальной субстанцией, или телом, самым обширным и, нужно думать, самым однородным, какое только нам известно».

Дебаты, касающиеся светоносного эфира и нашего к нему отношения, непрерывно ширились, и к концу девятнадцатого века они достигли, если можно так выразиться, лихорадочной стадии. Причина была не только в том, что чувствовалась (как чувствовал и Максвелл) потребность в какой-то среде, через которую распространяются электромагнитные и световые волны. Пока хотели понять, нужен ли эфир пли же можно обойтись без него, и пока он служил в качестве наглядной модели или помогал механической интерпретации распространения света, ажиотаж не возникал. Интерес к эфиру чрезвычайно возрос к концу девятнадцатого века, когда стало ясно, что созданная Максвеллом электромагнитная теория, оказавшаяся поразительно успешной, свидетельствует как будто о том, что эфир можно наблюдать.

Суть многих опытов, проведенных во второй половине девятнадцатого века, сводилась к следующему. Согласно теории электромагнитных волн Максвелла, свет распространяется со скоростью с=3*10¹⁰см/с. Спрашивается, относительно чего свет движется с такой скоростью? Когда в обыденной жизни нам приходится определять скорость, мы относим ее к какой-нибудь системе отсчета. Скорости самолета относительно воздуха и земли различны. Если самолет летит по ветру, скорость которого 100 км/ч, а его собственная скорость относительно воздуха 500 км/ч, значит, относительно земли самолет летит со скоростью 600 км/ч. То же можно сказать и о скорости корабля, плывущего по течению, о скорости крысы, бегущей по ленте транспортера, и т. д. Относительно чего же тогда движется свет со скоростью с?

Ответ на этот вопрос фактически не содержится ни в теории Максвелла, ни в теории Юнга и Френеля. По-видимому, если свет — волна и если волна распространяется в среде, то свет движется со скоростью с относительно среды. Следовательно, если электромагнитные волны действительно тождественны свету, то свет, или электромагнитные волны, распространяется со скоростью с относительно светоносного эфира.

Из этого рассуждения вытекают различные интересные следствия. Предположим, например, что мы сами перемещаемся относительно эфира. Спрашивается, повлияет ли наше движение относительно эфира (относительно которого свет распространяется со скоростью с) на наши наблюдения оптических явлений? К концу девятнадцатого столетия подобный вопрос задавался неоднократно. И всякий раз никакого влияния обнаружить не удавалось; создавалось впечатление, будто Земля неподвижна относительно эфира. Максвелл пророчески заметил:

«Весь вопрос о состоянии светоносной среды возле Земли и об ее отношении к обыкновенной материи еще далеко не решен опытом».