Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
§ 10. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЭФИР
Начиная с этого момента остался только один эфир — носитель всех электрических, магнитных и оптических явлений. Мы знаем его законы — максвелловские уравнения поля, но мы очень мало знаем о его строении. Из чего на самом деле состоят электромагнитные поля и что именно осуществляет колебания в световых волнах?
Вспомним, что Максвелл в основу своих рассуждений положил понятие смещения. В наглядной интерпретации, которую 186 Г л. V. Фундаментальные законы электродинамики
мы дали выше, это понятие означало, что в мельчайших частицах или молекулах эфира так же, как в молекулах вещества, имеет место действительное смещение и разделение электрических (или магнитных) жидкостей. Постольку, поскольку это представление относится к электрической поляризации вещества, оно весьма хорошо обосновано. Принято оно и в современной модификации максвелловской теории — теории электронов, ибо многочисленные эксперименты бесспорно доказали, что вещество имеет молекулярную структуру и что каждая молекула несет заряды, смещение которых возможно. Но это ни в коей мере не относится к свободному эфиру: здесь максвелловская идея смещения оказывается чисто гипотетической, и единственная ее ценность состоит в том, что она позволяет построить понятную для нашего воображения картину, отражающую абстрактные законы поля.
Эти законы утверждают, что каждому изменению смещения во времени отвечает свое электромагнитное поле сил. Можно ли построить механическую картину этой взаимосвязи?
Сам Максвелл изобрел несколько механических моделей строения эфира и с известным успехом применял их. В этом направлении особенно изобретательным был лорд Кельвин, неустанно делавший попытки истолковать электромагнитные явления как действие скрытых механизмов и сил.
Вихревой характер соотношения между электрическими токами и магнитными полями и свойства его симметрии наводят на мысль рассматривать электрическое состояние эфира как линейное смещение, а магнитное состояние — как вращение вокруг некоторой оси, либо наоборот. По этому пути мы приходим к идеям, близким к теории эфира, предложенной Мак-Кэллагом. Согласно последней, эфир должен был не создавать упругие сопротивления, действующие против возмущений в обычном смысле слова, а оказывать сопротивление абсолютному вращению элементов его объема. Мы отклонились бы слишком далеко, если бы взялись перечислять все многочисленные и иногда довольно фантастические гипотезы, которые выдвигались относительно внутреннего строения эфира. Если принимать их все буквально, то эфир оказался бы чудовищным механизмом невидимых шестерен, гироскопов и зубчатых передач, сцепившихся самым запутанным образом, и из всего этого нагромождения не вытекало бы ничего доступного наблюдению, кроме немногих относительно простых свойств, которые проявляются в форме электромагнитного поля.
Существуют, кроме того, менее неуклюжие, иногда даже остроумные теории, согласно которым эфир представляет собой жидкость, скорость потока которой определяет, скажем, электрическое поле, а вихри — магнитное. Бьеркнес набросал схему § 10. Электромагнитный эфир
187
теории, в которой электрические заряды представляются как пульсирующие сферы в массе эфира; он показал, что такие сферы должны действовать друг на друга посредством сил, имеющих довольно много общего с электромагнитными силами.
Анализируя смысл и ценность таких теорий, мы должны отдать им должное, в том отношении, что они наводили экспериментаторов (хотя и довольно редко) на идеи новых экспериментов и тем самым стимулировали открытия новых явлений. Однако более часто искусные и трудоемкие экспериментальные исследования проводились лишь для того, чтобы решить вопрос о выборе между двумя теориями эфира, одинаково невероятными и фантастическими. На этом пути было бесплодно затрачено много усилий. Даже в наши дни встречаются люди, считающие механическое истолкование эфира необходимым с точки зрения здравого смысла. Подобные теории продолжают произрастать и, естественно, становятся более и более смутными по мере того, как изобилие требующих объяснения фактов увеличивается, а трудность задачи поэтому неумолимо возрастает.
Генрих Герц сознательно отказался от всяких механистических спекуляций. Изложим суть его собственными словами: «Внутреннее состояние всех тел, в том числе свободного эфира, которому первоначально присущ покой, может испытывать некие возмущения, которые мы называем электрическими, и другие, которые мы называем магнитными. Мы не знаем природы этих изменений состояния, но лишь явления, к которым приводит их существование». Это окончательное отречение от механического толкования играет чрезвычайно важную роль с методической точки зрения. Оно открывает путь к великим достижениям, которых добился своими исследованиями Эйнштейн. Механические свойства твердых и жидких тел известны нам по опыту, однако этот опыт связан лишь с их поведением в грубом смысле. Современные молекулярные исследования показали, что эти видимые грубые свойства представляют собой своеобразную видимость, некую иллюзию, обязанную нашим неуклюжим методам наблюдения, тогда как истинное поведение мельчайших элементов структуры этих тел, поведение атомов, молекул и электронов следует совершенно иным законам. Поэтому наивно предполагать, что каждая континуальная среда, подобная эфиру, должна вести себя по внешней видимости как континуальная жидкость или твердое тело из грубого мира, доступного нашим неуклюжим чувствам. Нет, свойства эфира следует установить, изучая явления, происходящие в нем, независимо от всяких иных данных опыта.
