В. Новаторский эксперимент и революционная теория

Если мы хотим понять, что все это значит для теории светоносного эфира, нужно вернуться к одному научному заблуждению: ученые относились к свету точно так же, как к любой другой условной движущейся системе, для которой можно складывать или вычитать векторы движения. Они полагали, что если бы могли расщепить луч света и послать одну его часть по направлению вращения Земли, а другую в противоположную сторону, то сумели бы зафиксировать эфир с помощью простого процесса — сложения векторов.

Это требует некоторого объяснения. Эфир считался очень тонкой структурой, занимавшей стационарное положение в пространстве. Таким образом, считалось, что, когда луч света движется по направлению вращения Земли, эфир будет «дуть» над поверхностью планеты. Ученые назвали данный феномен «эфирным ветром». Этот ветер должен был замедлить световой луч, движущийся в обратном направлении, и ускорить луч, движущийся в том же направлении. Поддающаяся измерению разница скоростей света между двумя лучами, какой бы малой она ни оказалась, подтвердила бы существование эфира.

Два американских физика разработали, наверное, самый знаменитый эксперимент в физике XX века, так называемый «эксперимент Майкельсона-Морли». Для того чтобы правильно понять его, следует помнить о другом убеждении физиков в дорелятивистскую эпоху: они думали о свете, как о звуке.

Большинству людей известно о доплеровском эффекте, даже если они не понимают сути этого феномена. Представьте себе, что вы стоите у железной дороги, поезд быстро приближается к вам, непрерывно подавая звуковой сигнал. Поскольку векторы скорости звука и скорости звуковых волн складываются, звуковые волны сжимаются и тон звука кажется более высоким. В тот момент, когда поезд проходит мимо, векторы начинают вычитаться, волны растягиваются и звук кажется более низким. Частота звуковых волн — по крайней мере для наземного наблюдателя — ощутимо изменяется. Это называется «фазовым сдвигом».

Теперь мы можем понять эксперимент Майкельсона-Морли. На рис. 1 из книги Стэна Дейо «Космический заговор» дана схема эксперимента. Дейо сопровождает ее следующим комментарием:

Предполагалось разделить луч света (F) на две части и послать одну из них назад в направлении орбитальной траектории Земли (к зеркалу А) от наполовину посеребренного зеркала (G), а другую под прямым углом к орбитальной траектории Земли (к зеркалу В) через наполовину посеребренное зеркало (G) и стеклянную пластину (D). После рекомбинации этих двух лучей в интерферометре (Е) можно будет определить фазовый сдвиг обоих лучей по отношению друг к другу[193].

Обратите внимание, что эксперимент был организован в соответствии с принципом сложения векторов и допплеровского эффекта. Стрелка справа, обозначающая направление эфирного ветра, играла роль железнодорожного поезда, приближающегося к наблюдателю, т. е. интерферометру. Теперь обратите внимание, что луч света, отражающийся от зеркала В, совмещается с лучом света, отраженного от зеркала А. Если продолжить аналогию со звуком, этот эксперимент был организован так, чтобы позволять наблюдателю одновременно слышать звуковую волну, движущуюся к нему и от него. Разница «звуков», представляющая собой фазовый сдвиг, позволяет наблюдателю слышать два разных тона или видеть два немного различных цвета. Если различие уловимо, значит, произошел фазовый сдвиг и существование эфирного ветра можно считать подтвержденным, как и существование эфира.

Но заметьте, что сам экспериментальный аппарат движется вместе с Землей. Таким образом, на рисунках 2а и 2б показана фактическая траектория лучей света.

Сейчас результаты эксперимента хорошо известны. Никакого фазового сдвига обнаружить не удалось, поэтому скорость света парадоксальным образом оставалась одинаковой в обоих направлениях. За этим последовала смена парадигмы в теоретической физике, отголоски которой доносятся до современной теории суперструн, основанной на тех же предпосылках, которые Эйнштейн использовал для интерпретации результатов эксперимента.

Для понимания произошедшего математика имеет менее важное значение, чем предпосылки, на которых были основаны расчеты. Читателю, который встает в тупик перед математическими выкладками, рекомендуется понять, что интерпретация уравнений сама по себе имеет не математическую, но более глубокую философскую природу и здесь реальное значение эксперимента расходится с теорией Эйнштейна.

Поскольку результаты эксперимента противоречили теоретическим ожиданиям, продиктованным парадигмой «светоносного эфира», два физика, Лоренс и Фитцджеральд, разработали ряд уравнений, известных как преобразования Лоренса, предназначенных для согласования результатов эксперимента и гипотетических ожиданий[194]. Из уравнений следовало, что «при движении тела через эфир его длина уменьшается, масса возрастает, а локальное время замедляется» и таким образом можно установить существование эфира[195].

Преобразования Лоренса вошли в специальную теорию относительности Эйнштейна. Эйнштейн истолковал результаты эксперимента таким образом, что скорость света является постоянной для любого наблюдателя. После этого концепция эфира в том смысле, который она имела ранее, была отвергнута по той простой причине, что в ней больше не было необходимости. В теории Эйнштейна сохранилось «растяжение» времени и «сжатие» длины, которое теперь интерпретировалось как результат ускорения любой массы до околосветовой скорости. Более того, преобразования Лоренса были необходимы для того, чтобы Эйнштейн смог вывести свою знаменитую формулу Е = mc2[196].

В этом месте Дейо дает поразительный комментарий:

Ошибка Эйнштейна заключалась в том, что он объявил скорость света наблюдаемым пределом скорости любой массы, в то время как она должна была являться лишь пределом скорости любой наблюдаемой электромагнитной волны в эфире. Скорость света является предельной лишь в пространственной среде, где она наблюдается. Если энергия-плотность пространства в другой его области оказывается большей или меньшей, то релятивистская скорость света поднимается выше или опускается ниже скоростного барьера референсной световой волны — если таковая существует.

…Когда среда с постоянной плотностью приводится в гармоническое движение вокруг центральной точки (sic!), количество масс, проходящих через неподвижную точку соотношения за единицу времени, можно наблюдать как возрастание массы (или сосредоточение энергии), хотя плотность (масса на единицу объема) остается постоянной, сочетание массы и скорости создает иллюзию большего количества массы на единицу объема за единицу времени[197].

Иными словами, пользуясь преобразованиями Лоренса, которые сами были следствием парадигмы, основанной на вере в существование эфира, Эйнштейн не устранил саму концепцию; он полагался на нее, но забыл, что делает это. Ошибка заключалась не в математике, а в логике его интерпретации. В результате скорость света была неправильно истолкована как постоянная верхняя граница скорости для любой массы, а не как пограничное состояние между разными типами пространственной среды, сосуществующими в одной и той же системе.