Αιθέρας και Θεωρία της Σχετικότητας
by Άλμπερτ Αϊνστάιν
http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Extras/Einstein_ether.html
Ομιλία στις 5 Μαΐου 1920 στο Πανεπιστήμιο του Leiden
Εκδόθηκε από την Methuen &; Co. Ltd, Λονδίνο 1922
Πώς προκύπτει ότι παράλληλα με την ιδέα της στοχαστικής ύλης, η οποία προέρχεται από την αφαίρεση από την καθημερινή ζωή, οι φυσικοί θέτουν την ιδέα της ύπαρξης ενός άλλου είδους ύλη, ο αιθέρας; Η εξήγηση πρέπει πιθανώς να αναζητηθεί σε εκείνα τα φαινόμενα που έχουν δημιουργήσει τη θεωρία της δράσης από απόσταση, και στις ιδιότητες του φωτός που έχουν οδηγήσει στην κυματοειδής θεωρία. Ας αφιερώσουμε λίγο χρόνο στην εξέταση αυτών των δύο θεμάτων.
Έξω από τη φυσική δεν γνωρίζουμε τίποτα για δράση από απόσταση. Όταν προσπαθούμε να συνδέσουμε την αιτία και το αποτέλεσμα στις εμπειρίες που μας προσφέρουν τα φυσικά αντικείμενα, φαίνεται αρχικά σαν να μην υπήρχε άλλη αμοιβαίες ενέργειες από εκείνες της άμεσης επαφής, π.χ. η μετάδοση κίνησης με κρούση, ώθηση και έλξη, θέρμανση ή πρόκληση καύσης μέσω φλόγας κ.λπ. Είναι αλήθεια ότι ακόμη και σε Το βάρος της καθημερινής εμπειρίας, το οποίο είναι κατά μία έννοια δράση από απόσταση, παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Αλλά επειδή στην καθημερινή εμπειρία το βάρος των σωμάτων μας συναντά ως κάτι σταθερό, κάτι όχι Συνδεδεμένοι με οποιαδήποτε αιτία που είναι μεταβλητή στο χρόνο ή στον τόπο, δεν κάνουμε στην καθημερινή ζωή εικασίες ως προς την αιτία της βαρύτητας, και επομένως δεν συνειδητοποιούμε τον χαρακτήρα της ως δράση σε μια απόσταση. Ήταν η θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα που πρώτος όρισε μια αιτία για τη βαρύτητα ερμηνεύοντάς την ως δράση από απόσταση, που προέρχεται από μάζες. Η θεωρία του Νεύτωνα είναι πιθανώς η Το μεγαλύτερο βήμα που έγινε ποτέ στην προσπάθεια προς το αιτιώδες πλέγμα των φυσικών φαινομένων. Και όμως αυτή η θεωρία προκάλεσε μια ζωντανή αίσθηση δυσφορίας μεταξύ των συγχρόνων του Νεύτωνα, επειδή φαινόταν να να έρχεται σε σύγκρουση με την αρχή που πηγάζει από την υπόλοιπη εμπειρία, ότι μπορεί να υπάρξει αμοιβαία δράση μόνο μέσω της επαφής και όχι μέσω άμεσης δράσης από απόσταση.
Μόνο με απροθυμία η επιθυμία του ανθρώπου για γνώση υπομένει έναν δυϊσμό αυτού του είδους. Πώς έπρεπε να διατηρηθεί η ενότητα στην κατανόηση των δυνάμεων της φύσης; Είτε προσπαθώντας να κοιτάξετε Οι δυνάμεις επαφής ήταν οι ίδιες μακρινές δυνάμεις που ομολογουμένως είναι παρατηρήσιμες μόνο σε πολύ μικρή απόσταση και αυτός ήταν ο δρόμος που οι οπαδοί του Νεύτωνα, οι οποίοι ήταν εξ ολοκλήρου κάτω από το ξόρκι του δόγματός του, ως επί το πλείστον προτιμούσε να πάρει? ή υποθέτοντας ότι η νευτώνεια δράση από απόσταση είναι μόνο φαινομενικά άμεση δράση από απόσταση, αλλά στην πραγματικότητα μεταφέρεται από ένα μέσο διαπερνώντας το χώρο, είτε με κινήσεις είτε με ελαστική παραμόρφωση αυτού του μέσου. Έτσι, η προσπάθεια προς μια ενοποιημένη άποψη της φύσης των δυνάμεων οδηγεί στην υπόθεση ενός αιθέρα. Αυτό Η υπόθεση, βεβαίως, δεν έφερε αρχικά μαζί της καμία πρόοδο στη θεωρία της βαρύτητας ή στη φυσική γενικά, έτσι ώστε έγινε συνηθισμένο να αντιμετωπίζεται ο νόμος της δύναμης του Νεύτωνα ως αξίωμα όχι περαιτέρω μειώσιμη. Αλλά η υπόθεση του αιθέρα ήταν επόμενο να παίζει πάντα κάποιο ρόλο στη φυσική επιστήμη, ακόμα κι αν αρχικά ήταν μόνο ένας λανθάνων ρόλος.
Όταν στο πρώτο μισό του δέκατου ένατου αιώνα αποκαλύφθηκε η εκτεταμένη ομοιότητα που υπάρχει μεταξύ των ιδιοτήτων του φωτός και εκείνων των ελαστικών κυμάτων σε βαρέα σώματα, ο αιθέρας Η υπόθεση βρήκε νέα υποστήριξη. Φαινόταν πέρα από κάθε αμφιβολία ότι το φως πρέπει να ερμηνευτεί ως μια δονητική διαδικασία σε ένα ελαστικό, αδρανές μέσο που γεμίζει τον συμπαντικό χώρο. Φαινόταν επίσης να είναι ένα αναγκαία συνέπεια του γεγονότος ότι το φως είναι ικανό για πόλωση ότι αυτό το μέσο, ο αιθέρας, πρέπει να έχει τη φύση ενός στερεού σώματος, επειδή τα εγκάρσια κύματα δεν είναι δυνατά σε ένα ρευστό, αλλά μόνο σε ένα στερεό. Έτσι, οι φυσικοί ήταν υποχρεωμένοι να φτάσουν στη θεωρία του «οιονεί άκαμπτου» φωτεινού αιθέρα, τα μέρη του οποίου δεν μπορούν να πραγματοποιήσουν καμία κίνηση σχετικά μεταξύ τους εκτός από τις μικρές κινήσεις παραμόρφωσης που αντιστοιχούν στα κύματα φωτός.
Αυτή η θεωρία - που ονομάζεται επίσης θεωρία του στατικού φωτεινού αιθέρα - βρήκε επιπλέον μια ισχυρή υποστήριξη σε ένα πείραμα που είναι επίσης θεμελιώδους σημασίας στην ειδική θεωρία του σχετικότητα, το πείραμα του Fizeau, από το οποίο κάποιος ήταν υποχρεωμένος να συμπεράνει ότι ο φωτεινός αιθέρας δεν συμμετέχει στις κινήσεις των σωμάτων. Το φαινόμενο της εκτροπής ευνόησε επίσης την Θεωρία του οιονεί άκαμπτου αιθέρα.
Η ανάπτυξη της θεωρίας του ηλεκτρισμού κατά μήκος του μονοπατιού που άνοιξαν οι Maxwell και Lorentz έδωσε στην ανάπτυξη των ιδεών μας σχετικά με τον αιθέρα μια αρκετά περίεργη και απροσδόκητη στροφή. Για Ο ίδιος ο Μάξγουελ ο αιθέρας πράγματι είχε ακόμα ιδιότητες που ήταν καθαρά μηχανικές, αν και πολύ πιο περίπλοκου είδους από τις μηχανικές ιδιότητες των απτών στερεών σωμάτων. Αλλά ούτε και Ο Μάξγουελ ούτε οι οπαδοί του κατάφεραν να επεξεργαστούν ένα μηχανικό μοντέλο για τον αιθέρα που θα μπορούσε να παρέχει μια ικανοποιητική μηχανική ερμηνεία των νόμων του Μάξγουελ για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Οι νόμοι ήταν σαφείς και απλοί, οι μηχανικές ερμηνείες αδέξιες και αντιφατικές. Σχεδόν ανεπαίσθητα οι θεωρητικοί φυσικοί προσαρμόστηκαν σε μια κατάσταση η οποία, από την Η άποψη του μηχανικού προγράμματός τους, ήταν πολύ καταθλιπτική. Επηρεάστηκαν ιδιαίτερα από τις ηλεκτροδυναμικές έρευνες του Heinrich Hertz. Διότι, ενώ προηγουμένως είχαν απαιτούσε από μια συμπερασματική θεωρία να αρκεστεί στις θεμελιώδεις έννοιες που ανήκουν αποκλειστικά στη μηχανική (π.χ. πυκνότητες, ταχύτητες, παραμορφώσεις, τάσεις) Σταδιακά συνήθισαν να παραδέχονται την ηλεκτρική και μαγνητική δύναμη ως θεμελιώδεις έννοιες δίπλα-δίπλα με εκείνες της μηχανικής, χωρίς να απαιτείται μηχανική ερμηνεία γι 'αυτές. Έτσι Η καθαρά μηχανική άποψη της φύσης σταδιακά εγκαταλείφθηκε. Αλλά αυτή η αλλαγή οδήγησε σε έναν θεμελιώδη δυϊσμό ο οποίος μακροπρόθεσμα ήταν ανυπόφορος. Ένας τρόπος διαφυγής αναζητήθηκε τώρα αντίστροφα κατεύθυνση, ανάγοντας τις αρχές της μηχανικής σε εκείνες του ηλεκτρισμού, και αυτό ειδικά καθώς η εμπιστοσύνη στην αυστηρή εγκυρότητα των εξισώσεων της μηχανικής του Νεύτωνα κλονίστηκε από την Πειράματα με ακτίνες Β και ταχείες καθοδικές ακτίνες.
Αυτός ο δυϊσμός εξακολουθεί να μας αντιμετωπίζει σε απεριόριστη μορφή στη θεωρία του Hertz, όπου η ύλη εμφανίζεται όχι μόνο ως φορέας ταχυτήτων, κινητικής ενέργειας και μηχανικών πιέσεων, αλλά και ως φορέας ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Δεδομένου ότι τέτοια πεδία εμφανίζονται επίσης στο κενό - δηλαδή στον ελεύθερο αιθέρα - ο αιθέρας εμφανίζεται επίσης ως φορέας ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Ο αιθέρας φαίνεται δυσδιάκριτος στο λειτουργίες από τη συνηθισμένη ύλη. Μέσα στην ύλη συμμετέχει στην κίνηση της ύλης και στον κενό χώρο έχει παντού μια ταχύτητα. έτσι ώστε ο αιθέρας να έχει μια σαφώς καθορισμένη ταχύτητα σε όλο το χώρο. Δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά μεταξύ του αιθέρα του Hertz και της μελετώμενης ύλης (η οποία εν μέρει υπάρχει στον αιθέρα).
Η θεωρία Hertz υπέφερε όχι μόνο από το ελάττωμα της απόδοσης στην ύλη και τον αιθέρα, αφενός μηχανικές καταστάσεις, και αφετέρου ηλεκτρικές καταστάσεις, οι οποίες δεν στέκονται σε καμία πιθανή σχέση μεταξύ τους. ήταν επίσης σε αντίθεση με το αποτέλεσμα του σημαντικού πειράματος του Fizeau σχετικά με την ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε κινούμενα ρευστά, και με άλλα καθιερωμένα πειραματικά αποτελέσματα.
Αυτή ήταν η κατάσταση των πραγμάτων όταν ο H.A. Lorentz μπήκε στη σκηνή. Έφερε τη θεωρία σε αρμονία με την εμπειρία μέσω μιας θαυμάσιας απλοποίησης των θεωρητικών αρχών. Πέτυχε Αυτή, η πιο σημαντική πρόοδος στη θεωρία του ηλεκτρισμού μετά τον Maxwell, παίρνοντας από τον αιθέρα τις μηχανικές του και από την ύλη τις ηλεκτρομαγνητικές του ιδιότητες. Όπως στον κενό χώρο, έτσι και στο Το εσωτερικό των υλικών σωμάτων, ο αιθέρας, και όχι η ύλη ιδωμένη ατομικιστικά, ήταν αποκλειστικά η έδρα των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Σύμφωνα με τον Lorentz, μόνο τα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης είναι: ικανός να εκτελεί κινήσεις. Η ηλεκτρομαγνητική τους δραστηριότητα περιορίζεται εξ ολοκλήρου στη μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων. Έτσι, ο Lorentz κατάφερε να μειώσει όλα τα ηλεκτρομαγνητικά συμβάντα σε Οι εξισώσεις του Maxwell για ελεύθερο χώρο.
Όσο για τη μηχανική φύση του Λορεντζιανού αιθέρα, μπορούμε να πούμε γι' αυτόν, με ένα κάπως παιγνιώδες πνεύμα, ότι η ακινησία είναι η μόνη μηχανική ιδιότητα από την οποία δεν έχει στερηθεί από το H A Λόρεντζ. Μπορούμε να προσθέσουμε ότι η όλη αλλαγή στη σύλληψη του αιθέρα, την οποία επέφερε η ειδική θεωρία της σχετικότητας, συνίστατο στο να αφαιρεθεί από τον αιθέρα η τελευταία μηχανική του ποιότητα, δηλαδή την ακινησία του. Ο τρόπος με τον οποίο θα γίνει αυτό κατανοητό θα εξηγηθεί αμέσως.
Η χωροχρονική θεωρία και η κινηματική της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας μοντελοποιήθηκαν με βάση τη θεωρία Maxwell-Lorentz του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Επομένως, αυτή η θεωρία ικανοποιεί την συνθήκες της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, αλλά όταν εξετάζεται από την τελευταία αποκτά μια νέα πτυχή. Γιατί αν το Κ είναι ένα σύστημα συντεταγμένων σε σχέση με το οποίο βρίσκεται ο Λορεντζιανός αιθέρας υπόλοιπο, οι εξισώσεις Maxwell-Lorentz ισχύουν κυρίως σε σχέση με το K. Αλλά με την ειδική θεωρία της σχετικότητας οι ίδιες εξισώσεις χωρίς καμία αλλαγή νοήματος ισχύουν επίσης σε σχέση με οποιαδήποτε νέο σύστημα συντεταγμένων Κ' το οποίο κινείται σε ομοιόμορφη μετάφραση σε σχέση με το Κ. Τώρα έρχεται το αγωνιώδες ερώτημα:- Γιατί πρέπει στη θεωρία να διακρίνω το σύστημα Κ πάνω από όλα τα συστήματα Κ', τα οποία είναι φυσικά ισοδύναμα με αυτό από κάθε άποψη, υποθέτοντας ότι ο αιθέρας είναι σε ηρεμία σχετικά με το σύστημα K; Για τον θεωρητικό μια τέτοια ασυμμετρία στη θεωρητική δομή, με Καμία αντίστοιχη ασυμμετρία στο σύστημα της εμπειρίας δεν είναι ανυπόφορη. Αν υποθέσουμε ότι ο αιθέρας βρίσκεται σε ηρεμία σε σχέση με το Κ, αλλά σε κίνηση σε σχέση με το Κ', η φυσική ισοδυναμία του Κ και του Κ' Μου φαίνεται από λογική άποψη, όχι πράγματι εντελώς λανθασμένη, αλλά παρόλα αυτά απαράδεκτη.
Η επόμενη θέση που ήταν δυνατόν να υιοθετηθεί ενόψει αυτής της κατάστασης πραγμάτων φαινόταν να είναι η ακόλουθη. Ο αιθέρας δεν υπάρχει καθόλου. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία δεν είναι καταστάσεις ενός μέσο, και δεν συνδέονται με κανέναν φορέα, αλλά είναι ανεξάρτητες πραγματικότητες που δεν μπορούν να αναχθούν σε τίποτα άλλο, ακριβώς όπως τα άτομα της βαριάς ύλης. Αυτή η αντίληψη προτείνει τόσο πιο εύκολα καθώς, σύμφωνα με τη θεωρία του Lorentz, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως και η μελετήσιμη ύλη, φέρνει μαζί της ώθηση και ενέργεια, και καθώς, σύμφωνα με την ειδική θεωρία της Η σχετικότητα, τόσο η ύλη όσο και η ακτινοβολία δεν είναι παρά ειδικές μορφές κατανεμημένης ενέργειας, η υπολογίσιμη μάζα χάνει την απομόνωσή της και εμφανίζεται ως ειδική μορφή ενέργειας.
Ο προσεκτικότερος στοχασμός μας διδάσκει, ωστόσο, ότι η ειδική θεωρία της σχετικότητας δεν μας υποχρεώνει να αρνηθούμε τον αιθέρα. Μπορούμε να υποθέσουμε την ύπαρξη ενός αιθέρα. Μόνο πρέπει να σταματήσουμε να αποδίδουμε ένα καθορισμένη κατάσταση κίνησης σε αυτό, δηλαδή πρέπει με αφαίρεση να πάρουμε από αυτό το τελευταίο μηχανικό χαρακτηριστικό που ο Λόρεντζ είχε αφήσει ακόμα. Θα δούμε αργότερα ότι αυτή η άποψη, η Η νοητότητα, την οποία θα προσπαθήσω αμέσως να καταστήσω πιο κατανοητή με μια κάπως συγκρατημένη σύγκριση, δικαιολογείται από τα αποτελέσματα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας.
Σκεφτείτε τα κύματα στην επιφάνεια του νερού. Εδώ μπορούμε να περιγράψουμε δύο εντελώς διαφορετικά πράγματα. Είτε μπορούμε να παρατηρήσουμε πώς μεταβάλλεται η κυματοειδής επιφάνεια που σχηματίζει το όριο μεταξύ νερού και αέρα την πορεία του χρόνου. Ή αλλιώς - με τη βοήθεια μικρών πλωτήρων για παράδειγμα - μπορούμε να παρατηρήσουμε πώς μεταβάλλεται η θέση των ξεχωριστών σωματιδίων νερού με την πάροδο του χρόνου. Εάν η ύπαρξη τέτοιων Οι πλωτήρες για την παρακολούθηση της κίνησης των σωματιδίων ενός ρευστού ήταν μια θεμελιώδης αδυναμία στη φυσική - αν, στην πραγματικότητα, τίποτα άλλο δεν ήταν παρατηρήσιμο από το σχήμα του χώρου που καταλαμβάνεται από Το νερό καθώς μεταβάλλεται στο χρόνο, δεν πρέπει να έχουμε έδαφος για την υπόθεση ότι το νερό αποτελείται από κινητά σωματίδια. Ωστόσο, θα μπορούσαμε να το χαρακτηρίσουμε ως μέσο.
Έχουμε κάτι τέτοιο στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Γιατί μπορούμε να φανταστούμε το πεδίο για τον εαυτό μας σαν να αποτελείται από γραμμές δύναμης. Αν θέλουμε να ερμηνεύσουμε αυτές τις γραμμές δύναμης στον εαυτό μας ως εξής: Κάτι υλικό με τη συνηθισμένη έννοια, μπαίνουμε στον πειρασμό να ερμηνεύσουμε τις δυναμικές διαδικασίες ως κινήσεις αυτών των γραμμών δύναμης, έτσι ώστε κάθε ξεχωριστή γραμμή δύναμης να παρακολουθείται μέσα από την πορεία του χρόνου. Είναι γνωστό, ωστόσο, ότι αυτός ο τρόπος θεώρησης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου οδηγεί σε αντιφάσεις.
Γενικεύοντας πρέπει να πούμε το εξής:- Μπορεί να υποτεθεί ότι υπάρχουν εκτεταμένα φυσικά αντικείμενα στα οποία η ιδέα της κίνησης δεν μπορεί να εφαρμοστεί. Δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελούνται από σωματίδια τα οποία επιτρέπουν στον εαυτό τους να παρακολουθούνται ξεχωριστά μέσα στο χρόνο. Στο ιδίωμα του Minkowski αυτό εκφράζεται ως εξής:- Δεν μπορεί να θεωρηθεί κάθε εκτεταμένη διαμόρφωση στον τετραδιάστατο κόσμο ως που αποτελείται από παγκόσμια νήματα. Η ειδική θεωρία της σχετικότητας μας απαγορεύει να υποθέσουμε ότι ο αιθέρας αποτελείται από σωματίδια παρατηρήσιμα μέσα στο χρόνο, αλλά η υπόθεση του αιθέρα από μόνη της δεν είναι σύγκρουση με την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Μόνο εμείς πρέπει να είμαστε σε επιφυλακή ενάντια στο να αποδώσουμε μια κατάσταση κίνησης στον αιθέρα.
Σίγουρα, από την άποψη της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, η αιθερική υπόθεση φαίνεται αρχικά να είναι μια κενή υπόθεση. Στις εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου συμβαίνουν, σε Εκτός από τις πυκνότητες του ηλεκτρικού φορτίου, μόνο τις εντάσεις του πεδίου. Η σταδιοδρομία των ηλεκτρομαγνητικών διεργασιών στο κενό φαίνεται να καθορίζεται πλήρως από αυτές τις εξισώσεις, ανεπηρέαστο από άλλες φυσικές ποσότητες. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία εμφανίζονται ως απόλυτες, μη αναγώγιμες πραγματικότητες, και στην αρχή φαίνεται περιττό να υποθέσουμε μια ομοιογενή, ισοτροπική αιθέρα-μέσο, και να οραματιστούν τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία ως καταστάσεις αυτού του μέσου.
Αλλά από την άλλη πλευρά υπάρχει ένα βαρύ επιχείρημα που πρέπει να προβληθεί υπέρ της υπόθεσης του αιθέρα. Το να αρνούμαστε τον αιθέρα είναι τελικά να υποθέτουμε ότι ο κενός χώρος δεν έχει καθόλου φυσικές ιδιότητες. Τα θεμελιώδη γεγονότα της μηχανικής δεν εναρμονίζονται με αυτή την άποψη. Γιατί η μηχανική συμπεριφορά ενός σωματικού συστήματος που αιωρείται ελεύθερα στον κενό χώρο δεν εξαρτάται μόνο από τις σχετικές θέσεις (αποστάσεις) και σχετικές ταχύτητες, αλλά και στην κατάσταση περιστροφής του, η οποία φυσικά μπορεί να ληφθεί ως χαρακτηριστικό που δεν σχετίζεται με το ίδιο το σύστημα. Για να μπορέσω να κοιτάξω Κατά την περιστροφή του συστήματος, τουλάχιστον τυπικά, ως κάτι πραγματικό, ο Νεύτωνας αντικειμενικοποιεί τον χώρο. Δεδομένου ότι ταξινομεί τον απόλυτο χώρο του μαζί με πραγματικά πράγματα, γι 'αυτόν περιστροφή σε σχέση με ένα Ο απόλυτος χώρος είναι επίσης κάτι πραγματικό. Ο Νεύτωνας δεν θα μπορούσε λιγότερο καλά να ονομάσει τον απόλυτο χώρο του "Αιθέρα". Αυτό που είναι ουσιώδες είναι απλώς ότι εκτός από τα παρατηρήσιμα αντικείμενα, ένα άλλο πράγμα, το οποίο δεν είναι αντιληπτό, πρέπει να θεωρείται πραγματικό, ώστε να επιτρέπει την επιτάχυνση ή την περιστροφή να θεωρείται ως κάτι πραγματικό.
Είναι αλήθεια ότι ο Mach προσπάθησε να αποφύγει να δεχτεί ως πραγματικό κάτι που δεν είναι παρατηρήσιμο, προσπαθώντας να αντικαταστήσει στη μηχανική μια μέση επιτάχυνση σε σχέση με το σύνολο του μάζες στο σύμπαν στη θέση μιας επιτάχυνσης σε σχέση με τον απόλυτο χώρο. Αλλά η αδρανειακή αντίσταση σε αντίθεση με τη σχετική επιτάχυνση των μακρινών μαζών προϋποθέτει δράση από απόσταση. Και καθώς ο σύγχρονος φυσικός δεν πιστεύει ότι μπορεί να δεχτεί αυτή τη δράση από απόσταση, επιστρέφει για άλλη μια φορά, αν ακολουθήσει τον Mach, στον αιθέρα, ο οποίος πρέπει να χρησιμεύσει ως μέσο για τα αποτελέσματα αδράνειας. Αλλά αυτή η αντίληψη του αιθέρα στην οποία οδηγούμαστε από τον τρόπο σκέψης του Mach διαφέρει ουσιαστικά από τον αιθέρα όπως τον συνέλαβαν ο Νεύτωνας, ο Fresnel και ο Lorentz. Ο αιθέρας του Mach δεν Μόνο ρυθμίζει τη συμπεριφορά των αδρανών μαζών, αλλά επίσης ρυθμίζεται στην κατάστασή της από αυτές.
Η ιδέα του Mach βρίσκει την πλήρη ανάπτυξή της στον αιθέρα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, οι μετρικές ιδιότητες του συνεχούς του χωροχρόνου διαφέρουν στο περιβάλλον διαφορετικών σημείων του χωροχρόνου, και εξαρτώνται εν μέρει από την ύλη που υπάρχει εκτός της υπό εξέταση περιοχής. Αυτή η χωροχρονική μεταβλητότητα των αμοιβαίων σχέσεων του πρότυπα χώρου και χρόνου, ή, ίσως, η αναγνώριση του γεγονότος ότι ο «κενός χώρος» στη φυσική του σχέση δεν είναι ούτε ομοιογενής ούτε ισοτροπικός, αναγκάζοντάς μας να περιγράψουμε την κατάστασή του με δέκα συναρτήσεις (τα βαρυτικά δυναμικά gmn), έχει, νομίζω, απορρίψει τελικά την άποψη ότι ο χώρος είναι φυσικά άδειος. Αλλά με αυτό η σύλληψη του αιθέρα έχει αποκτήσει και πάλι ένα κατανοητό περιεχόμενο αν και αυτό το περιεχόμενο διαφέρει πολύ από αυτό του αιθέρα της μηχανικής κυματιστής θεωρίας του φωτός. Ο αιθέρας της γενικής θεωρίας της σχετικότητας είναι ένα μέσο που στερείται όλων των μηχανικών και κινηματικών ιδιοτήτων, αλλά βοηθά στον προσδιορισμό μηχανικών (και ηλεκτρομαγνητικών) γεγονότων.
Αυτό που είναι θεμελιωδώς νέο στον αιθέρα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας σε αντίθεση με τον αιθέρα του Lorentz συνίσταται στο ότι η κατάσταση του πρώτου καθορίζεται σε κάθε μέρος από συνδέσεις με την ύλη και την κατάσταση του αιθέρα σε γειτονικά μέρη, τα οποία υπόκεινται σε νόμο με τη μορφή διαφορικών εξισώσεων. λαμβάνοντας υπόψη ότι η κατάσταση του Λορεντζιανού αιθέρα στην Η απουσία ηλεκτρομαγνητικών πεδίων δεν εξαρτάται από τίποτα έξω από τον εαυτό της και είναι παντού η ίδια. Ο αιθέρας της γενικής θεωρίας της σχετικότητας μεταλλάσσεται εννοιολογικά στον αιθέρα του Lorentz αν αντικαταστήσουμε τις σταθερές με τις συναρτήσεις του χώρου που περιγράφουν τις πρώτες, αγνοώντας τις αιτίες που καθορίζουν την κατάστασή του. Έτσι μπορούμε επίσης να πούμε, νομίζω, ότι ο αιθέρας του Η γενική θεωρία της σχετικότητας είναι το αποτέλεσμα του Λορεντζιανού αιθέρα, μέσω της σχετικοποίησης.
Όσον αφορά το ρόλο που θα παίξει ο νέος αιθέρας στη φυσική του μέλλοντος, δεν είμαστε ακόμη σαφείς. Γνωρίζουμε ότι καθορίζει τις μετρικές σχέσεις στο χωροχρονικό συνεχές, π.χ. το διαμορφωτικές δυνατότητες στερεών σωμάτων καθώς και βαρυτικών πεδίων. Αλλά δεν γνωρίζουμε αν έχει ουσιαστικό μερίδιο στη δομή των ηλεκτρικών στοιχειωδών σωματιδίων που συνιστούν ύλη. Ούτε γνωρίζουμε αν μόνο κοντά σε σημαντικές μάζες η δομή του διαφέρει ουσιαστικά από εκείνη του Λορεντζιανού αιθέρα. αν η γεωμετρία του Οι χώροι κοσμικής έκτασης είναι περίπου Ευκλείδειοι. Αλλά μπορούμε να ισχυριστούμε λόγω των σχετικιστικών εξισώσεων της βαρύτητας ότι πρέπει να υπάρχει μια απόκλιση από τις ευκλείδειες σχέσεις, με χώρους κοσμικής τάξης μεγέθους, αν υπάρχει θετική μέση πυκνότητα, ανεξάρτητα από το πόσο μικρή, της ύλης στο σύμπαν.
Στην περίπτωση αυτή, το σύμπαν πρέπει αναγκαστικά να είναι χωρικά απεριόριστο και πεπερασμένου μεγέθους, το μέγεθός του να καθορίζεται από την τιμή αυτής της μέσης πυκνότητας.
Αν εξετάσουμε το βαρυτικό πεδίο και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο από την άποψη της υπόθεσης του αιθέρα, βρίσκουμε μια αξιοσημείωτη διαφορά μεταξύ των δύο. Δεν μπορεί να υπάρχει χώρος ούτε χώρος μέρος του διαστήματος χωρίς βαρυτικά δυναμικά. Γιατί αυτά προσδίδουν στο χώρο τις μετρικές του ιδιότητες, χωρίς τις οποίες δεν μπορεί να φανταστεί κανείς. Η ύπαρξη του βαρυτικού πεδίου είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την ύπαρξη του χώρου. Από την άλλη ένα μέρος του διαστήματος μπορεί κάλλιστα να φανταστεί κανείς χωρίς ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Έτσι, σε αντίθεση με το βαρυτικό πεδίο, το Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο φαίνεται να συνδέεται μόνο δευτερευόντως με τον αιθέρα, ενώ η τυπική φύση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου δεν καθορίζεται ακόμη με κανέναν τρόπο από εκείνη του βαρυτικού αιθέρα. Από το Παρούσα κατάσταση της θεωρίας Φαίνεται ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, σε αντίθεση με το βαρυτικό πεδίο, στηρίζεται σε ένα εντελώς νέο τυπικό μοτίβο, λες και η φύση θα μπορούσε κάλλιστα να έχει προικίσει Ο βαρυτικός αιθέρας με πεδία εντελώς άλλου τύπου, για παράδειγμα, με πεδία βαθμωτού δυναμικού, αντί για πεδία ηλεκτρομαγνητικού τύπου.
Δεδομένου ότι σύμφωνα με τις παρούσες αντιλήψεις μας τα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης δεν είναι επίσης, στην ουσία τους, τίποτα άλλο από συμπυκνώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, η σημερινή μας άποψη για το Το σύμπαν παρουσιάζει δύο πραγματικότητες που είναι εντελώς διαχωρισμένες μεταξύ τους εννοιολογικά, αν και συνδέονται αιτιατά, δηλαδή, βαρυτικός αιθέρας και ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, ή - όπως θα μπορούσαν Ονομάζεται επίσης - χώρος και ύλη.
Φυσικά, θα ήταν μεγάλη πρόοδος αν μπορούσαμε να καταφέρουμε να κατανοήσουμε το βαρυτικό πεδίο και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μαζί ως μία ενιαία διαμόρφωση. Στη συνέχεια, για πρώτη φορά το Η εποχή της θεωρητικής φυσικής που ιδρύθηκε από τους Faraday και Maxwell θα έφτανε σε ένα ικανοποιητικό τέλος. Η αντίθεση μεταξύ αιθέρα και ύλης θα ξεθωριάσει και, μέσω της γενικής θεωρίας της σχετικότητα, ολόκληρη η φυσική θα γίνει ένα πλήρες σύστημα σκέψης, όπως η γεωμετρία, η κινηματική και η θεωρία της βαρύτητας. Μια εξαιρετικά έξυπνη προσπάθεια προς αυτή την κατεύθυνση ήταν από τον μαθηματικό H Weyl. αλλά δεν πιστεύω ότι η θεωρία του θα κρατήσει τη θέση της σε σχέση με την πραγματικότητα. Επιπλέον, αναλογιζόμενοι το άμεσο μέλλον της θεωρητικής φυσικής οφείλουμε Όχι άνευ όρων να απορρίψουμε την πιθανότητα ότι τα γεγονότα που περιλαμβάνονται στην κβαντική θεωρία μπορούν να θέσουν όρια στη θεωρία πεδίου πέρα από τα οποία δεν μπορεί να περάσει.
Ανακεφαλαιώνοντας, μπορούμε να πούμε ότι σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας ο χώρος είναι προικισμένος με φυσικές ιδιότητες. Με αυτή την έννοια, επομένως, υπάρχει ένας αιθέρας. Σύμφωνα με τον γενικό Η θεωρία της σχετικότητας του χώρου χωρίς αιθέρα είναι αδιανόητη. Γιατί σε ένα τέτοιο χώρο όχι μόνο δεν θα υπήρχε διάδοση του φωτός, αλλά ούτε και δυνατότητα ύπαρξης για τα πρότυπα του χώρου και του χρόνου (ράβδοι μέτρησης και ρολόγια), ούτε επομένως χωροχρονικά διαστήματα με τη φυσική έννοια. Αλλά αυτός ο αιθέρας δεν μπορεί να θεωρηθεί προικισμένος με την ποιότητα που χαρακτηρίζει τα βαρέα μέσα, όπως αποτελείται από μέρη που μπορούν να παρακολουθούνται μέσα στο χρόνο. Η ιδέα της κίνησης μπορεί να μην εφαρμοστεί σε αυτό.
**Τό ιστολόγιο δέν συμφωνει απαραίτητα με τις απόψεις των αρθρογράφων
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου