Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В физике , теории эфира (также известный как эфирных теорий ) предположить существование среды, заполняющей пространство вещества или поля, считается необходимым в качестве среды передачи для распространения электромагнитных или гравитационных сил. С появлением специальной теории относительности теории, использующие эфирный эфир, вышли из употребления в современной физике и теперь к ним добавляются более абстрактные модели. [1]

Этот эфир раннего Нового времени имеет мало общего с эфиром классических элементов, у которого было заимствовано название. Различные теории воплощают различные концепции этой среды и субстанции .

Нестандартные интерпретации в современной физике [ править ]

Общая теория относительности [ править ]

Основная статья: взгляды Эйнштейна на эфир

Альберт Эйнштейн иногда использовал слово эфир для обозначения гравитационного поля в рамках общей теории относительности , но эта терминология так и не получила широкой поддержки. [2]

Мы можем сказать, что согласно общей теории относительности пространство наделено физическими качествами; Следовательно, в этом смысле эфир существует. Согласно общей теории относительности пространство без эфира немыслимо; поскольку в таком пространстве не было бы не только распространения света, но также не было бы возможности существования стандартов пространства и времени (измерительных стержней и часов), а следовательно, и каких-либо пространственно-временных интервалов в физическом смысле. Но этот эфир нельзя рассматривать как наделенный качественными характеристиками весомой среды, как состоящий из частей, которые можно отслеживать во времени. К нему неприменима идея движения. [3]

Квантовый вакуум [ править ]

См. Также: Состояние вакуума

Квантовая механика может использоваться для описания пространства-времени как непустого в чрезвычайно малых масштабах, флуктуирующего и генерирующего пары частиц, которые появляются и исчезают невероятно быстро. Некоторые, например, Поль Дирак [4] , предположили, что этот квантовый вакуум может быть эквивалентом в современной физике эфира из твердых частиц. Однако гипотеза эфира Дирака была мотивирована его неудовлетворенностью квантовой электродинамикой и никогда не получала поддержки со стороны основного научного сообщества. [5]

Роберт Б. Лафлин , лауреат Нобелевской премии по физике, заведующий кафедрой физики Стэнфордского университета, так сказал об эфире в современной теоретической физике:

Парадоксально, что самая творческая работа Эйнштейна, общая теория относительности, сводилась к концептуализации пространства как среды, тогда как его первоначальная предпосылка [в специальной теории относительности] заключалась в том, что такой среды не существовало [...] Слово «эфир» чрезвычайно отрицательные коннотации в теоретической физике из-за ее прошлой ассоциации с противостоянием теории относительности. Это прискорбно, потому что, лишенное этих коннотаций, оно довольно хорошо отражает то, как большинство физиков на самом деле думают о вакууме. . . . На самом деле теория относительности ничего не говорит о существовании или несуществовании материи, пронизывающей вселенную, только о том, что любая такая материя должна иметь релятивистскую симметрию. [..] Оказывается, такая материя существует. Примерно в то время, когда относительность была принята,Исследования радиоактивности начали показывать, что пустой космический вакуум имеет спектроскопическую структуру, аналогичную структуре обычных квантовых твердых тел и жидкостей. Последующие исследования с использованием больших ускорителей частиц теперь привели нас к пониманию того, что пространство больше похоже на кусок оконного стекла, чем на идеальную ньютоновскую пустоту. Он заполнен «материалом», который обычно прозрачен, но его можно сделать видимым, ударив по нему с достаточной силой, чтобы выбить часть. Современная концепция космического вакуума, ежедневно подтверждаемая экспериментом, - это релятивистский эфир. Но мы не называем это так, потому что это табу.Он заполнен «материалом», который обычно прозрачен, но его можно сделать видимым, ударив по нему с достаточной силой, чтобы выбить часть. Современная концепция космического вакуума, ежедневно подтверждаемая экспериментом, - это релятивистский эфир. Но мы не называем это так, потому что это табу.Он заполнен «материалом», который обычно прозрачен, но его можно сделать видимым, ударив по нему с достаточной силой, чтобы выбить часть. Современная концепция космического вакуума, ежедневно подтверждаемая экспериментом, - это релятивистский эфир. Но мы не называем это так, потому что это табу.[6]

Пилотные волны [ править ]

Основные статьи: Пилотная волна и теория де Бройля – Бома

Луи де Бройль заявил: «Любую частицу, когда-либо изолированную, нужно представить как находящуюся в непрерывном« энергетическом контакте »со скрытой средой». [7] [8]

Исторические модели [ править ]

Светоносный эфир [ править ]

Основные статьи: Светоносный эфир и История специальной теории относительности

Исаак Ньютон предполагает существование эфира в Третьей книге Оптики (1-е изд. 1704 г .; 2-е изд. 1718 г.): "Не выходит ли эта эфирная среда из воды, стекла, кристалла и других компактных и плотных тел в пустом пространстве". пространства, становятся все плотнее и плотнее постепенно, и тем самым преломляют лучи света не в одной точке, а постепенно изгибая их по кривым линиям? ... Разве эта среда не встречается гораздо реже в плотных телах Солнца, звезд , планет и комет, чем в пустом небесном пространстве между ними? И, переходя от них на большие расстояния, не становится ли оно постоянно плотнее и плотнее, и тем самым не вызывает притяжения этих больших тел по отношению друг к другу, а их частей - к тела; каждое тело пытается перейти от более плотных частей среды к более редким? "[9]

В 19 веке светоносный эфир (или эфир), означающий светоносный эфир, был теоретически обоснованной средой для распространения света (электромагнитного излучения). Однако в конце 1800-х годов была проведена серия все более сложных экспериментов, таких как эксперимент Майкельсона-Морли, в попытке обнаружить движение Земли в эфире, но это не удалось. Ряд предложенных теорий перетаскивания эфира могли объяснить нулевой результат, но они были более сложными и, как правило, использовали произвольно выглядящие коэффициенты и физические предположения. Джозеф Лармор обсуждал эфир в терминах движущегося магнитного поля, вызванного ускорением электронов.

Джеймс Клерк Максвелл сказал об эфире: «В нескольких частях этого трактата была сделана попытка объяснить электромагнитные явления с помощью механического воздействия, передаваемого от одного тела к другому посредством среды, занимающей пространство между ними. Волновая теория свет также предполагает существование среды. Теперь мы должны показать, что свойства электромагнитной среды идентичны свойствам светоносной среды ». [10]

Хендрик Лоренц и Джордж Фрэнсис Фицджеральд предложили в рамках теории эфира Лоренца более элегантное решение того, как движение абсолютного эфира может быть необнаружимым (сокращение длины), но если бы их уравнения были правильными, специальная теория относительности Альберта Эйнштейна 1905 г. может генерировать ту же математику, вообще не обращаясь к эфиру. Это привело большинство физиков к выводу, что это раннее современное представление о светоносном эфире не было полезным. Однако Эйнштейн заявил, что это соображение было слишком радикальным и слишком упреждающим, и что его теория относительности по-прежнему требует наличия среды с определенными свойствами.

Механический гравитационный эфир [ править ]

Основная статья: Механические объяснения гравитации

С 16 до конца 19 века гравитационные явления также моделировались с использованием эфира. Наиболее известной формулировкой является теория гравитации Лесажа , хотя другие модели были предложены Исааком Ньютоном , Бернхардом Риманом и лордом Кельвином . Сегодня научное сообщество не считает ни одну из этих концепций жизнеспособной.

Домыслы и предложения [ править ]

Согласно философской точке зрения Эйнштейна, Дирака, Белла, Полякова, 'т Хофта, Лафлина, де Бройля, Максвелла, Ньютона и других теоретиков, может существовать среда с физическими свойствами, заполняющая «пустое» пространство, эфир, позволяющий наблюдаемые физические процессы.

Альберт Эйнштейн в 1894 или 1895 году: «Скорость волны пропорциональна квадратному корню из упругих сил, которые вызывают [ее] распространение, и обратно пропорциональна массе эфира, перемещаемого этими силами». [11]

Альберт Эйнштейн в 1920 году: «Мы можем сказать, что согласно общей теории относительности пространство наделено физическими качествами; в этом смысле, следовательно, существует эфир. Согласно общей теории относительности пространство без эфира немыслимо, ибо в в таком пространстве не только не было бы распространения света, но также не было бы возможности существования стандартов пространства и времени (измерительных стержней и часов), и, следовательно, каких-либо пространственно-временных интервалов в физическом смысле. Но этот эфир не может быть мысли как наделенные качественными характеристиками весомой среды, состоящие из частей, которые можно проследить во времени. Идея движения к нему неприменима ». [12]

Поль Дирак писал в 1951 году: [4] «Физические знания значительно продвинулись с 1905 года, в частности, с появлением квантовой механики, и ситуация [относительно научной правдоподобности эфира] снова изменилась. Если рассмотреть вопрос в свете современные знания, можно обнаружить, что эфир больше не исключается относительностью, и теперь можно выдвинуть веские причины для постулирования эфира ... Теперь у нас есть скорость во всех точках пространства-времени, играющая фундаментальную роль в электродинамика. Естественно рассматривать ее как скорость какой-то реальной физической вещи. Таким образом, с новой теорией электродинамики [вакуум, заполненный виртуальными частицами], мы скорее вынуждены иметь эфир ».

Джон Белл в 1986 году, опрошенный Полом Дэвисом в книге «Призрак в атоме», предположил, что теория эфира может помочь разрешить парадокс ЭПР, создав систему отсчета, в которой сигналы движутся быстрее света. Он предполагает, что сжатие Лоренца совершенно когерентно, не противоречит теории относительности и может дать теорию эфира, полностью совместимую с экспериментом Майкельсона – Морли.. Белл предполагает, что эфир был ошибочно отвергнут по чисто философским причинам: «то, что ненаблюдаемо, не существует» [стр. 49]. Эйнштейн нашел неэфирную теорию более простой и элегантной, но Белл предполагает, что это не исключает этого. Помимо аргументов, основанных на его интерпретации квантовой механики, Белл также предлагает воскресить эфир, потому что это полезный педагогический прием. То есть многие проблемы легче решить, вообразив существование эфира. [ необходима цитата ]

Эйнштейн заметил, что «Бог не играет в кости со Вселенной». И те, кто согласен с ним, ищут классическую детерминированную теорию эфира, которая предполагала бы квантово-механические предсказания как статистическое приближение, теорию скрытых переменных . В частности, Джерард т Хофт [13]предположил, что: «Мы не должны забывать, что квантовая механика на самом деле не описывает, какого рода динамические явления на самом деле происходят, но скорее дает нам вероятностные результаты. Мне кажется чрезвычайно правдоподобным, что любая разумная теория динамики в масштабе Планка приведет к процессам, которые настолько сложно описать, что следует ожидать явно стохастических флуктуаций в любой теории приближения, описывающей эффекты всего этого в гораздо более крупных масштабах. Кажется вполне разумным сначала попробовать классическую детерминированную теорию для области Планка Тогда можно было бы предположить, что то, что мы сегодня называем квантовой механикой, может быть не чем иным, как гениальной техникой для статистической обработки этой динамики ». В своей статье Бласоне, Джизба и Кляйнерт »попытались обосновать недавнее предложение Дж. т Хоофта, в котором квантовая теория рассматривается не как законченная теория поля, а как фактически возникающее явление, возникающее на более глубоком уровне динамики. Основная динамика считается классической механикой с сингулярными лагранжианами, снабженными соответствующими условиями потери информации. Показано, что с правдоподобными предположениями о фактической природе динамики ограничений квантовая теория возникает, когда классический алгоритм Дирака-Бергмана для динамики ограничений применяется к классическому интегралу по путям [...] ».Основная динамика считается классической механикой с сингулярными лагранжианами, снабженными соответствующими условиями потери информации. Показано, что с правдоподобными предположениями о фактической природе динамики ограничений квантовая теория возникает, когда классический алгоритм Дирака-Бергмана для динамики ограничений применяется к классическому интегралу по путям [...] ».Основная динамика считается классической механикой с сингулярными лагранжианами, снабженными соответствующими условиями потери информации. Показано, что с правдоподобными предположениями о фактической природе динамики ограничений квантовая теория возникает, когда классический алгоритм Дирака-Бергмана для динамики ограничений применяется к классическому интегралу по путям [...] ».[14]

Луи де Бройль : «Если предположить наличие скрытой субквантовой среды, то знание ее природы может показаться желательным. Она определенно носит довольно сложный характер. Она не может служить универсальной эталонной средой, поскольку это противоречит теории относительности. " [7]

В 1982 году , Ioan-Iovitz Попеску , румынский физик, писал , что эфир является «формой существования материи, но она качественно отличается от обычной (атомной и молекулярной) вещества или излучения (фотонов)». Эфир жидкость является «регулируется принципом инерции , и его присутствие приводит к модификации геометрии пространства-времени». [15] Построенная на ультра-земных корпускулах Ле Сажа , теория Попеску постулирует конечную Вселенную, «заполненную некоторыми частицами чрезвычайно малой массы, хаотически движущимися со скоростью света», и материальные тела, «состоящие из таких частиц, называемых эфиронами ». [16]

Сид Дойч, профессор электротехники и биоинженерии, догадки , что «сферическая, спиннинг» Эфир частица должна существовать, чтобы «нести электромагнитные волны» и выводит его диаметр и массу , используя плотность от темной материи . [17]

См. Также [ править ]

  • Эфир (классический элемент)
  • Абсолютное пространство и время
  • Апейрон (космология)
  • История специальной теории относительности
  • Перетаскивание кадра
  • Светоносный эфир
  • Тесты специальной теории относительности
  • Тесты общей теории относительности

Ссылки [ править ]

  1. ^ Борн, Макс (1964), Теория относительности Эйнштейна , Dover Publications, ISBN 978-0-486-60769-6
  2. ^ Kostro, L. (1992), «Очерк истории релятивистской концепции эфира Эйнштейна», в Жан Eisenstaedt; Энн Дж. Кокс (ред.), Исследования по истории общей теории относительности , 3 , Бостон-Базель-Берлин: Биркхойзер, стр. 260–280, ISBN 978-0-8176-3479-7
  3. ↑ Эйнштейн, Альберт: « Эфир и теория относительности » (1920), переизданный в « Обзор теории относительности» (Метуэн, Лондон, 1922)
  4. ^ a b Дирак, Поль: «Есть ли эфир?», Nature 168 (1951), стр. 906.
  5. ^ Краг, Хельге (2005). Дирак. Научная биография . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. С. 200–203. ISBN 978-0-521-01756-5.
  6. ^ Лафлин, Роберт Б. (2005). Другая вселенная: переосмысление физики снизу вниз . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Основные книги. С.  120–121 . ISBN 978-0-465-03828-2.
  7. ^ a b Анналы фонда Луи де Бройля, том 12, номер 4, 1987 г.
  8. ^ Петрони, Никола Куфаро; Вижье, Жан-Пьер (1983). «Эфир Дирака в релятивистской квантовой механике». Основы физики . 13 (2): 253. Bibcode : 1983FoPh ... 13..253P . DOI : 10.1007 / BF01889484 . Показано, что волны де Бройля можно вывести как реальные коллективные марковские процессы на вершине эфира Дирака.
  9. Перейти ↑ Isaac Newton , The Third Book of Opticks (2nd ed. 1718).
  10. ^ Джеймс Клерк Максвелл: " Трактат об электричестве и магнетизме / Часть IV / Глава XX "
  11. ^ Первая статья Альберта Эйнштейна (1894 или 1895), http://www.straco.ch/papers/Einstein%20First%20Paper.pdf
  12. ↑ Эйнштейн, Альберт: « Эфир и теория относительности » (1920), переизданный в « Обзор теории относительности» (Метуэн, Лондон, 1922)
  13. ^ Р. Брунетти и А. Цайлингер (ред.), Quantum (Un) говорящие , Springer, Berlin (2002), гл. 22
  14. ^ Бласоне, Массимо; Джизба, Петр; Кляйнерт, Хаген (2005). «Интегральный подход к выводу 'т Хоофта квантовой физики из классической физики». Физический Обзорный . 71 (5): 052507. Arxiv : колич-фот / 0409021 . Bibcode : 2005PhRvA..71e2507B . DOI : 10.1103 / PhysRevA.71.052507 .
  15. ^ Duursma, Эгберт (ред.) (2015-04-24). Эфироны, предсказанные Иоаном-Иовицем Попеску в 1982 году . Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN 978-1511906371.CS1 maint: extra text: authors list (link)
  16. ^ де Климон, Жан (2016-05-24). Всемирный список альтернативных теорий и критиков. Ранее: Всемирный список ученых-диссидентов . Editions d'Assailly. ISBN 978-2902425174.
  17. ^ Дойч, Сид (2006). «Глава 9: Частица эфира (AP)». Величайшая ошибка Эйнштейна: отказ от эфира . iUniverse. ISBN 978-0-595-37481-6.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Уиттакер, Эдмунд Тейлор (1910), История теорий эфира и электричества (1-е изд.), Дублин: Longman, Green and Co.
  • Шаффнер, Кеннет Ф. (1972), теории эфира девятнадцатого века , Oxford: Pergamon Press, ISBN 978-0-08-015674-3
  • Дарриголь, Оливье (2000), Электродинамика от Ампера до Эйнштейна , Оксфорд: Clarendon Press, ISBN 978-0-19-850594-5
  • Максвелл, Джеймс Клерк (1878), «Эфир» , Encyclopdia Britannica, девятое издание , 8 : 568–572
  • Харман, PH (1982), Энергия, сила и материя: концептуальное развитие физики девятнадцатого века , Кембридж: Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-28812-5
  • Decaen, Кристофер А. (2004), "Эфирный Аристотеля и современная наука" , Thomist , 68 (3): 375-429, DOI : 10,1353 / tho.2004.0015 , архивируются с оригинала на 2012-03-05 , извлекаться 2011 -03-05 .
  • Лармор, Джозеф (1911). «Эфир»  . Encyclopdia Britannica . 1 (11-е изд.). С. 292–297.
  • Оливер Лодж , «Эфир», Британская энциклопедия , тринадцатое издание (1926 г.).
  • « Смешно краткая история электричества и магнетизма ; в основном из« Истории теорий эфира и электричества » Э. Уиттекера ». (В формате PDF )
  • Эппл, М. (1998) "Топология, материя и пространство, I: Топологические понятия в естественной философии XIX века", Архив истории точных наук 52: 297–392.