Беседа 5. Эфир и классическая картина мира
.Тема беседы – проблема эфира, оказавшаяся очень острой на ключевом этапе становления классической электродинамики Максвелла. Как было сказано в беседе 4, интерпретация уравнений ведет к представлению о среде, состояние которой описывается волновыми уравнениями. Познавательная тонкость проблемы в том, что за этими мысленными действиями скрывается общая проблема наложения математических абстракций на физическую реальность. В нашем случае для офизичивания уравнений Максвелла использован теоретический конструкт «эфир», известный еще со времени античной натурфилософии, в частности, он присутствует в «физике» Аристотеля. Максвелл интерпретирует свои уравнения как описание состояний несжимаемой текучей среды (жидкости). Появляется и ряд других механических моделей эфира, объясняющих передачу электромагнитного взаимодействия. Для естествознания появляется принципиально важная задача экспериментального обнаружения эфира, который никакими другими свойствами, кроме передачи электромагнитного взаимодействия, себя не обнаруживал. Неудивительно, что это свойство было использовано в экспериментах А. Майкельсона и его помощника Э. Морли. Предполагалось, что эфир заполняет все космическое пространство. В таком случае возникала возможность обнаружить его присутствие через фиксацию относительного движения тела (системы отсчета) и эфира через изменение относительной скорости света как электромагнитных возмущения эфира и системы отсчета. Многократно и тщательно повторенная схема прецизионного опыта Майкельсона давала и дает отрицательный результат. Относительное движение эфира и той или иной системы отсчета не обнаруживается в пределах точности поставленных опытов. В этой ситуации нужно было либо отказаться от концепции эфира (и полевого подхода вместе с ним), либо искать дополнительные гипотезы для объяснения отрицательных результатов эксперимента Майкельсона. По второму пути пошел Г. Лоренц наиболее авторитетный теоретик в области электродинамики в конце 19 века. Он следовал эфмрно-полевым представлениям, но предположил, что движение относительно эфира приводит к деформации движущегося тела, так что плечи интерферометра сокращаются в направлении движения системы, что компенсирует изменение относительных скоростей света в системе интерферометра. Эфир как субстанция оставался неуловимым, но его присутствие можно было определить по косвенным проявлениям (в том числе по «изменению массы электрона», обнаруженного в экспериментах В. Кауфмана). Ключевую роль на этом этапе теоретических исследований Г. Лоренца сыграл А. Пуанкаре, гносеологическая позиция которого выражалась в числе прочего в утверждении, что законы физики суть уравнения анализа. Такую установку можно истолковать как признание преобладающей роли феноменологического описания явлений без проникновения в сущность («не важно знать, что такое сила, важно, что мы можем ее измерить»). Применительно к электродинамике, которая изначально строилась как теория феноменологическая, это означало, что уравнения анализа (уравнения Максвелла) остаются независимыми от тех или иных концепций эфира. При этом Пуанкаре включал в числе оснований физики принцип относительности, сформулированный в свое время Галилеем и вошедший в механику И. Ньютона. А. Пуанкаре дает свое толкование принципа относительности, которое можно назвать математическим. Суть его в том, что сутью принципа относительности является инвариантность уравнений, описывающих соответствующие процессы. Лоренц прислушался к этому утверждению и в 1904 году опубликовал статью, давшую основание для построения релятивистской электродинамики. При помощи преобразования координат, получивших с подачи А. Пуанкаре название преобразования Лоренца, достигалась инвариантность уравнений поля при переходе от покоящейся к движущейся системе координат. Главное математическое средство для построения электродинамики как математически-феноменологической теории было найдено. Последующее закрепление этого пути было связано с именем А. Эйнштейна.
.Тема беседы – проблема эфира, оказавшаяся очень острой на ключевом этапе становления классической электродинамики Максвелла. Как было сказано в беседе 4, интерпретация уравнений ведет к представлению о среде, состояние которой описывается волновыми уравнениями. Познавательная тонкость проблемы в том, что за этими мысленными действиями скрывается общая проблема наложения математических абстракций на физическую реальность. В нашем случае для офизичивания уравнений Максвелла использован теоретический конструкт «эфир», известный еще со времени античной натурфилософии, в частности, он присутствует в «физике» Аристотеля. Максвелл интерпретирует свои уравнения как описание состояний несжимаемой текучей среды (жидкости). Появляется и ряд других механических моделей эфира, объясняющих передачу электромагнитного взаимодействия. Для естествознания появляется принципиально важная задача экспериментального обнаружения эфира, который никакими другими свойствами, кроме передачи электромагнитного взаимодействия, себя не обнаруживал. Неудивительно, что это свойство было использовано в экспериментах А. Майкельсона и его помощника Э. Морли. Предполагалось, что эфир заполняет все космическое пространство. В таком случае возникала возможность обнаружить его присутствие через фиксацию относительного движения тела (системы отсчета) и эфира через изменение относительной скорости света как электромагнитных возмущения эфира и системы отсчета. Многократно и тщательно повторенная схема прецизионного опыта Майкельсона давала и дает отрицательный результат. Относительное движение эфира и той или иной системы отсчета не обнаруживается в пределах точности поставленных опытов. В этой ситуации нужно было либо отказаться от концепции эфира (и полевого подхода вместе с ним), либо искать дополнительные гипотезы для объяснения отрицательных результатов эксперимента Майкельсона. По второму пути пошел Г. Лоренц наиболее авторитетный теоретик в области электродинамики в конце 19 века. Он следовал эфмрно-полевым представлениям, но предположил, что движение относительно эфира приводит к деформации движущегося тела, так что плечи интерферометра сокращаются в направлении движения системы, что компенсирует изменение относительных скоростей света в системе интерферометра. Эфир как субстанция оставался неуловимым, но его присутствие можно было определить по косвенным проявлениям (в том числе по «изменению массы электрона», обнаруженного в экспериментах В. Кауфмана). Ключевую роль на этом этапе теоретических исследований Г. Лоренца сыграл А. Пуанкаре, гносеологическая позиция которого выражалась в числе прочего в утверждении, что законы физики суть уравнения анализа. Такую установку можно истолковать как признание преобладающей роли феноменологического описания явлений без проникновения в сущность («не важно знать, что такое сила, важно, что мы можем ее измерить»). Применительно к электродинамике, которая изначально строилась как теория феноменологическая, это означало, что уравнения анализа (уравнения Максвелла) остаются независимыми от тех или иных концепций эфира. При этом Пуанкаре включал в числе оснований физики принцип относительности, сформулированный в свое время Галилеем и вошедший в механику И. Ньютона. А. Пуанкаре дает свое толкование принципа относительности, которое можно назвать математическим. Суть его в том, что сутью принципа относительности является инвариантность уравнений, описывающих соответствующие процессы. Лоренц прислушался к этому утверждению и в 1904 году опубликовал статью, давшую основание для построения релятивистской электродинамики. При помощи преобразования координат, получивших с подачи А. Пуанкаре название преобразования Лоренца, достигалась инвариантность уравнений поля при переходе от покоящейся к движущейся системе координат. Главное математическое средство для построения электродинамики как математически-феноменологической теории было найдено. Последующее закрепление этого пути было связано с именем А. Эйнштейна.