Эфир
Эфир (светоносный эфир, от др.-греч. αἰθήρ, верхний слой воздуха; лат. aether) — гипотетическая всепроникающая среда, колебания которой проявляют себя как электромагнитные волны (в том числе как видимый свет). Концепция светоносного эфира была выдвинута в XVII веке Рене Декартом и получила подробное обоснование в XIX веке в рамках волновой оптики и электромагнитной теории Максвелла. Эфир рассматривался также как материальный аналог ньютоновского абсолютного пространства. Существовали и другие варианты теории эфира.
В конце XIX века в теории эфира возникли непреодолимые трудности, вынудившие физиков отказаться от понятия эфира и признать электромагнитное поле самодостаточным физическим объектом, не нуждающимся в дополнительном носителе. Абсолютная система отсчета была упразднена специальной теорией относительности. Неоднократные попытки отдельных учёных возродить концепцию эфира в той или иной форме (например, связать эфир с физическим вакуумом) успеха не имели.
Опыт, поставленный впервые А. Майкельсоном в 1881 с целью измерения влияния движения Земли на скорость света. Отрицательный результат М. о. был одним из основных экспериментальных фактов, легших в основу относительности теории (См. Относительности теория). В физике конца 19 века предполагалось, что свет распространяется в некоторой универсальной мировой среде — Эфире. При этом ряд явлений (Аберрация света, Физо опыт) приводил к заключению, что эфир неподвижен или частично увлекается телами при их движении. Согласно гипотезе неподвижного эфира, можно наблюдать «эфирный ветер» при движении Земли сквозь эфир и скорость света по отношению к Земле должна зависеть от направления светового луча относительно направления её движения в эфире. М. о. проводился с помощью Интерферометра Майкельсона с равными плечами; одно плечо направлялось по движению Земли, другое — перпендикулярно к нему. При повороте всего прибора на 90° разность хода лучей должна менять знак, вследствие чего должна смещаться интерференционная картина. Расчёт показывает, что такое смещение, выраженное в долях ширины интерференционной полосы, равно Δ = (2l/ λ)(v2/ c2), где l — длина плеча интерферометра, λ — длина волны применявшегося света (жёлтая линия Na), с — скорость света в эфире, v — орбитальная скорость Земли. Так как величина v/c для орбитального движения Земли порядка 10-4, то ожидавшееся смещение очень мало и в первом М. о. составляло всего 0,04. Тем не менее уже на основе этого опыта Майкельсон пришёл к убеждению о неверности гипотезы неподвижного эфира. В дальнейшем М. о. неоднократно повторялся. В опытах Майкельсона и Э. У. Морли (1885—87) интерферометр устанавливался на массивной плите, плавающей в ртути (для плавного вращения). Оптическая длина пути с помощью многократных отражений от зеркал была доведена до 11 м. При этом ожидавшееся смещение D » 0,4. Измерения подтвердили отрицательный результат М. о. В 1958 в Колумбийском университете (США) было ещё раз продемонстрировано отсутствие неподвижного эфира.— БСЭ
Опыт Майкельсона-Морли сначала установил отсутствие эфира, а потом сжатие линейных размеров и замедление времени в движущейся ИСО.
В статье 1905 года Эйнштейн рассмотрел два постулата: всеобщий принцип относительности и постоянство скорости света. Из этих постулатов сразу вытекали преобразования Лоренца (уже не только для электродинамики), сокращение длины и относительность одновременности событий. Эйнштейн указал в этой же статье на ненужность эфира, поскольку никаких разумных физических атрибутов приписать ему не удалось, а всё то, что считалось динамическими свойствами эфира, вобрала в себя кинематика специальной теории относительности (СТО). С этого момента электромагнитное поле стало рассматриваться не как энергетический процесс в эфире, а как самостоятельный физический объект.
Новые представления победили не сразу, ряд физиков ещё несколько десятилетий после 1905 года делали попытки восстановить доверие к эфирной модели. Дейтон Миллер в 1924 году объявил, что обнаружил «эфирный ветер». Результат Миллера не подтвердился, а намного более точные измерения (различными методами) вновь показали, что «эфирный ветер» отсутствует. Другие физики пытались использовать для доказательства существования эфира эффект Саньяка, однако это явление полностью объясняется в рамках теории относительности. Исследуются также возможные границы применимости теории относительности.
Главной причиной, по которой физическое понятие эфира было отвергнуто, стал тот факт, что это понятие после разработки специальной теории относительности оказалось излишним. Из других причин можно назвать противоречивые атрибуты, приписываемые эфиру — неощутимость для вещества, поперечная упругость, немыслимая по сравнению с газами или жидкостями скорость распространения колебаний и др. Дополнительным аргументом стало доказательство дискретной (квантовой) природы электромагнитного поля, несовместимое с гипотезой непрерывного эфира.
В своей статье «Принцип относительности и его следствия в современной физике» (1910) Альберт Эйнштейн детально объяснил, почему концепция светоносного эфира несовместима с принципом относительности. Рассмотрим, например, магнит, движущийся поперёк замкнутого проводника. Наблюдаемая картина зависит только от относительного движения магнита и проводника и включает появление в последнем электрического тока. Однако с точки зрения теории эфира в разных системах отсчёта картина существенно разная. В системе отсчёта, связанной с проводником, при перемещении магнита меняется напряжённость магнитного поля в эфире, вследствие чего создаётся электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями, в свою очередь создающее ток в проводнике. В системе отсчёта, связанной с магнитом, электрическое поле не возникает, а ток создаётся прямым действием изменения магнитного поля на электроны движущегося проводника. Таким образом, реальность процессов в эфире зависит от точки наблюдения, что в физике недопустимо.
Позже, после создания общей теории относительности (ОТО), Эйнштейн предложил возобновить применение термина, изменив его смысл, а именно — понимать под эфиром физическое пространство ОТО.[1]
В отличие от светоносного эфира, физическое пространство не субстанционально (например, нельзя приписать точкам пространства собственное движение и самоидентичность), поэтому для пространства, в отличие от эфира Лоренца — Пуанкаре, не возникает трудностей с принципом относительности.— [2]
Вакуум
Если можете, покажите, что при регистрации так называемого эффекта Казимира полезный сигнал превышал шум установки.
Отношение сигнал/шум — безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума:— [3]
Эйнштейновский вакуум — иногда встречающееся название для решений уравнений Эйнштейна в общей теории относительности для пустого, без материи, пространства-времени. Синоним — пространство Эйнштейна. Вакуумные решения этих уравнений получаются при отсутствии материи, то есть при тождественном равенстве нулю тензора энергии-импульса в рассматриваемой области пространства-времени.— [4]
Рождение электрон-позитронных пар в электрическом поле. Чтобы эффект был заметным, необходимы очень большие напряжённости поля Ek p ∼10 16 В/см— [5]
Напряженность электрического поля в ускорительной трубке не превышает 10 кВ/см.— [6]
Таким образом для растаскивания, согласно теории из вакуума электронно-позитронной пары нужна напряжённость электрического поля 1016 В/см (Вольт на метр), в то время, как существующие мощности ускорителей находятся на уровне 10 кВ/см, то есть в 1013 меньше необходимой мощности.
Примечания
- ↑ Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. — М.: Наука, 1965—1967. Том I, стр. 682—689.
- ↑ Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1980. — С. 211—213, 531.
- ↑ [1]
- ↑ [2]
- ↑ [3]
- ↑ Физика высоких энергий, ускорителей и высокотемпертаурной плазмы. Исследование параметров мощного электронного пучка промышленного ускорителя ЭЛВ
