Теории эфира - Aether theories

В физика, теории эфира (также известен как теории эфира) предполагают существование среды, вещества или поля, заполняющего пространство, которые считаются необходимыми в качестве среда передачи для распространения электромагнитных или гравитационных сил. С момента развития специальная теория относительности, теории, использующие существенный эфир, вышли из употребления в современная физика, и теперь к ним присоединяются более абстрактные модели.[1]

Этот ранний модерн эфир имеет мало общего с эфир классических элементов, из которых было заимствовано название. Различные теории воплощают различные концепции этого средний и вещество.

Нестандартные интерпретации в современной физике

Общая теория относительности

Основная статья: Взгляды Эйнштейна на эфир

Альберт Эйнштейн иногда использовал слово эфир для гравитационного поля внутри общая теория относительности, но эта терминология так и не получила широкого распространения.[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 (измерительные стержни и часы), 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

Смотрите также: Состояние вакуума

Квантовая механика можно использовать для описания пространство-время как непустые в очень малых масштабах, колеблющиеся и генерирующие пары частиц которые появляются и исчезают невероятно быстро. Это было предложено некоторыми, такими как Поль Дирак[4] что это квантовый вакуум может быть эквивалентом в современной физике эфира из твердых частиц. Однако гипотеза эфира Дирака была мотивирована его неудовлетворенностью квантовая электродинамика, и он никогда не получал поддержки со стороны основного научного сообщества.[5]

Роберт Б. Лафлин Нобелевский лауреат 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 теория относительности стала общепринятой, 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.[6]

Пилотные волны

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

Светоносный эфир

Основные статьи: Светоносный эфир и История специальной теории относительности

Исаак Ньютон предполагает существование эфира в Третьей книге Opticks (1-е изд. 1704 г .; 2-е изд. 1718 г.): «Не превращается ли эта эфирная среда, выходя из воды, стекла, кристалла и других компактных и плотных тел в пустые пространства, все плотнее и плотнее постепенно и тем самым преломляет лучи света не в точке, а путем их постепенного изгиба в кривые линии? ... Разве эта среда не намного реже в плотных телах Солнца, звезд, планет и комет, чем в пустом небесном пространстве между ними? И, переходя от них на большие расстояния, он не становится все плотнее и плотнее постоянно, и тем самым не вызывает притяжения этих больших тел по отношению друг к другу, а их частей - к телам; каждое тело стремится выйти из более плотных частей тела. средний к более редкому? "[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 через эфир, но не смог этого сделать. Диапазон предлагаемых теории увлечения эфиром могли объяснить нулевой результат, но они были более сложными и, как правило, использовали произвольно выглядящие коэффициенты и физические предположения. Джозеф Лармор обсуждали эфир с точки зрения движущегося магнитного поля, вызванного ускорением электронов.

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

Хендрик Лоренц и Джордж Фрэнсис Фицджеральд предлагается в рамках Теория эфира Лоренца более элегантное решение того, как движение абсолютного эфира могло быть необнаружимым (сокращение длины), но если бы их уравнения были правильными, Альберт Эйнштейн 1905 год специальная теория относительности 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

Основная статья: Механические объяснения гравитации

С 16 до конца 19 века гравитационные явления также моделировались с использованием эфира. Самая известная формулировка: Теория гравитации Ле Сажа, хотя другие модели были предложены Исаак Ньютон, Бернхард Риманн, и Лорд Кельвин. Сегодня научное сообщество не считает ни одну из этих концепций жизнеспособной.

Домыслы и предложения

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, вызывающих [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), а следовательно, и 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 отследить 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 [с научной правдоподобностью эфира] снова изменилась. Если рассмотреть вопрос в свете современных знаний, можно обнаружить, что Эфир больше не исключается относительностью, и теперь можно выдвинуть веские основания для постулирования эфира ... Теперь у нас есть скорость во всех точках пространства-времени, играющая фундаментальную роль в электродинамике. Естественно рассматривать ее как скорость некоторой реальной физической вещи. Таким образом, с новой теорией электродинамики [вакуум, заполненный виртуальными частицами] мы скорее вынуждены иметь эфир ».

Джон Белл в 1986 г., интервью Пол Дэвис в «Призраке в атоме» предположил, что теория эфира может помочь разрешить Парадокс ЭПР разрешив система отсчета в котором сигналы идут быстрее света. Он предлагает Лоренцево сокращение совершенно согласован, не противоречит теории относительности и может дать теорию эфира, полностью согласующуюся с Эксперимент 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.[нужна цитата ]

Эйнштейн заметил, что «Бог не играет в кости со Вселенной». И те, кто соглашается с ним, ищут классическую детерминированную теорию эфира, которая предполагала бы квантово-механические предсказания в качестве статистического приближения, теория скрытых переменных. Особенно, Жерар 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. В основе динамики лежит классическая механика с сингулярными лагранжианами, снабженными соответствующим условием потери информации. Показано, что квантовая теория возникает с правдоподобными предположениями о фактической природе динамики ограничений, когда применяется классический алгоритм Дирака-Бергмана для динамики с ограничениями. к классическому интегралу по путям [...] ".[14]

Луи де Бройль «Если предположить, что существует скрытая субквантовая среда, 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 г. Иоан-Иовиц Попеску, а румынский физик писал, что эфир - это «форма существования материи, но она качественно отличается от обычного (атомарного и молекулярного) вещества или излучения (фотонов)». В жидкий эфир «управляется принципом инерции, и его присутствие приводит к модификации геометрии пространства-времени».[15] Построенный на Le Sage's сверхъестественные тельца, Теория Попеску постулирует конечную Вселенную, «заполненную некоторыми частицами чрезвычайно малой массы, хаотически движущимися со скоростью света» и материальными телами, «состоящими из таких частиц, называемых эфироны".[16]

Сид Дойч, профессор электротехники и биоинженерии, предполагает, что «сферический, вращающийся» частица эфира должен существовать, чтобы «переносить электромагнитные волны», и определяет его диаметр и массу, используя плотность из темная материя.[17]

А выродиться Ферми жидкость модель ", состоящая в основном из электроны и позитроныАллен Ротварф предположил, что "это имеет следствием уменьшение скорости света" со временем в масштабе возраста Вселенной.[18] В космологическое расширение то модель был "расширен, чтобы предсказать замедление расширения вселенной".[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Родился, Макс (1964), Теория относительности Эйнштейна, Dover Publications, ISBN  978-0-486-60769-6
  2. ^ Костро, Л. (1992), «Очерк истории концепции релятивистского эфира Эйнштейна», в работе Жана Эйзенштадта; Энн Дж. Кокс (ред.), Исследования по истории общей теории относительности, 3, Бостон-Базель-Берлин: Birkhäuser, стр. 260–280, ISBN  978-0-8176-3479-7
  3. ^ Эйнштейн, Альберт: "Эфир и теория относительности "(1920 г.), переиздано в Взгляд на теорию относительности (Метуэн, Лондон, 1922 г.)
  4. ^ а б 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. стр.120–121. ISBN  978-0-465-03828-2.
  7. ^ а б 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:1983ФоФ ... 13..253П. Дои:10.1007 / BF01889484. Показано, что волны де Бройля можно вывести как реальные коллективные марковские процессы на вершине эфира Дирака.
  9. ^ Исаак Ньютон, Третья книга из Opticks (2-е изд. 1718 г.).
  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 г.), переиздано в Взгляд на теорию относительности (Метуэн, Лондон, 1922 г.)
  13. ^ Р. Брунетти и А. Цайлингер (ред.), Квантовые (не) говорящие, Springer, Берлин (2002), гл. 22
  14. ^ Бласоне, Массимо; Джизба, Петр; Кляйнерт, Хаген (2005). «Интегральный подход к выводу 'т Хоофта квантовой физики из классической физики». Физический обзор A. 71 (5): 052507. arXiv:Quant-ph / 0409021. Bibcode:2005PhRvA..71e2507B. Дои:10.1103 / PhysRevA.71.052507.
  15. ^ Дуурсма, Эгберт (ред.) (2015-04-24). Эфироны, предсказанные Иоаном-Иовицем Попеску в 1982 г.. Независимая издательская платформа CreateSpace. ISBN  978-1511906371.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  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.
  18. ^ Ротварф А., «Эфирная модель Вселенной», Physics Essays, vol. 11, вып.3, с. 444 (1998), Семантический ученый.
  19. ^ https://www.arxiv.org/ftp/astro-ph/papers/0703/0703280.pdf

дальнейшее чтение