1
ЭФИР - ЗИГЗАГИ ПУТИ
Владимир Демиденко
С 3 по 8 января 1979 года в Москве проходила VI Всесоюзная неделя науки, техники и производства для детей и юношества. Со всех концов страны съехались в столицу школьники, чтобы познакомиться с творчеством ровесников. Работали секции юных физиков, химиков, радиотехников». Старшеклассник из Душанбе Андрей Онищенко представил доклад по теме «Новые возможности эфира», и он был оценен жюри как самый интересный по секции физики.
Сегодня о сути доклада душанбинского школьника рассказывает нам один из наставников Андрея, научный сотрудник кафедры общей физики Таджикского сельскохозяйственного института Владимир Демиденко.
В один из майских дней 1749 года молодой преподаватель математики и физики Георг Луи Лесаж объяснял своим воспитанникам теорию тяготения по Ньютону. Посыпались вопросы.
-- Как, господин учитель, вы можете объяснить причину тяготения?
-- Никак, -- сказал смущённый Лесаж.
Вечером этого дня и ночью мучительная бессонница томила молодого учёного. Что ответить маленьким слушателям? Вспоминались слова Декарта: «Мы считаем сосуд пустым, когда в нём нет воды, но на самом деле в таком сосуде остаётся воздух. Если из «пустого» сосуда убрать и воздух, в нём опять что-то должно остаться, но это «что-то» мы уже просто не чувствуем!»
Внезапно вспыхнула мысль. Тела не притягиваются, а подталкиваются друг к другу!
Омрачённая радость
После Лесажа подобная мысль приходила в голову десяткам других учёных, и они были на первых порах счастливы своим открытием. Суть его в следующем: если пространство вокруг Земли и Солнца заполнено горячим газом из частиц, которые летают во всех направлениях, то эти частицы могут подталкивать Землю и Солнце друг к другу (рис. 1 на 4-й стр. обложки). Свойства их удивительны. Они обладают сверхсветовыми скоростями. Могут пробегать колоссальные расстояния, не сталкиваясь с себе подобными частицами, роящимися в пространстве. Солнце и Земля представляют для этих частиц экраны, лишь слегка задерживающие их, подобно ситу. Было рассчитано, что в таком газе должен выполняться закон всемирного тяготения Ньютона. Сила «тяготения - подталкивания» прямо пропорциональна массам Солнца и Земли и обратно пропорциональна квадрату расстояния.
Однако радости омрачались сомнениями. Если Земля движется вокруг Солнца, то в таком газе она должна тормозиться, подобно войлочному пыжу в воздухе!
Попробуем помочь Георгу Луи Лесажу.
По современным понятиям, частицы микромира имеют не только массу и скорость в движении. Они обладают полем, то есть свойством взаимодействия с себе подобными на расстоянии (электроны и протоны -- электростатическим и магнитным, нейтроны и протоны в составе ядра -- ядерными). Есть и ещё один механизм. Быстрые электроны, например, полученные от ускорителя, пронизывают любую преграду на своём пути, подобно пуле, летящей сквозь лист бумаги. Импульс электрона велик, а взаимодействие с преградой малое, малым будет и импульс, который электрон передаст преграде-мишени (рис. 2 на 4-й стр. обложки). Почему?
Пуля, выпущенная в лист бумаги, оставит ничтожное отверстие в листе, а сам лист при этом не шелохнётся. Если эту же пулю бросить, допустим, рукой с небольшой скоростью, то она лист не пробьёт, а увлечёт его за собой. Следовательно, иногда тела, летящие с малой скоростью, сообщают преграде больший импульс, чем тела, движущиеся с большой скоростью. Такое же действие должны оказывать заряженные монады Лесажа на Землю, чего Лесаж не мог в своё время знать! Частички, летящие навстречу движению Земли, будут обладать большими скоростями и меньшим взаимодействием. А частицы, которые догоняют Землю в её движении по орбите, будут обладать меньшими относительными скоростями, но зато передают Земле больший импульс.
Расчёты показывают, что Земля в газе Лесажа не только не будет тормозиться, но и может получить орбитальное ускорение. Правда, только если считать, что частички Лесажа заряжены и обладают свойством полевого взаимодействия, увлекая за собой при столкновении неподвижные частицы. (Расчёты можно сделать по формуле Резерфорда для рассеяния быстрых заряженных частиц на неподвижных частицах.)
Итак, если газ быстрых частиц Лесажа заполняет открытый космос, вселенную, то Земля и Солнце должны состоять из таких же частиц, только неподвижных, сконденсированных в виде электронов и протонов.
И если теперь исчислить, какой импульс передаст частица Лесажа «электрону-сгустку», то по формуле Резерфорда получается, что при малых скоростях падающих частиц электрон будет полностью тормозить такие частицы и отбирать у них весь импульс. При стрельбе «пулями» с большими скоростями в электроне появляются просветы между «составляющими» электрон неподвижными частицами Лесажа, а следовательно, часть быстрых «лесажонов» пройдёт сквозь электрон не задерживаясь. Если же скорость увеличить ещё больше, то электрон становится как бы всё «прозрачнее» и «прозрачнее» для летящих частиц.
Лесажу не стоило бы огорчаться.
Эфир и фотон
Звук переносится в воздухе. А где должен жить свет? Не в эфире ли?
Был задуман прибор, основанный на следующем теоретическом предположении: если свет в приборе пустить по двум направлениям, составляющим между собой прямой угол, то при движении устройства в эфире скорость распространения света вдоль первого и второго пути будет разной. Интерферометр Майкельсона так и устроен (рис. 1). Два плеча расположены под прямым углом друг к другу и имеют одинаковую длину. Источник света общий для обоих плеч. Вдоль первого пути свет распространяется до зеркала М1 и, возвращаясь обратно, попадает в окуляр телескопа. Вдоль второго плеча свет идёт от того же источника, только отразившись от полупрозрачной пластинки Р. Дойдя до зеркала М2 и отразившись от него, второй луч тоже попадает в окуляр телескопа. Одно из зеркал (либо М1, либо М2) слегка наклонено, поэтому лучи света в окуляре телескопа интерферируют между собой. Наблюдатель видит слегка размытую интерференционную полосу.
Рис. 1. Интерферометр Майкельсона.
Слева -- ход лучей в приборе, справа -- схема сложного движения фотонов в эфире. Два фотона, испущенные источником одновременно, не могут встретиться. На самом деле в окуляре встретятся два фотона, испущенные источником в разные моменты времени t1 и t2.
Если построить график прохождения двух лучей в эфире, то получается картинка, изображённая на рисунке 1. Из неё видно, что первый луч отходит в точке t1, а второй луч, чтобы встретиться с первым в окуляре телескопа и проинтерферировать с ним, должен отойти по второму пути несколько позже, в момент времени t2. Между этими двумя моментами времени источник испускает второй луч уже с другой фазой, что и должно обнаружиться в окуляре. Если теперь прибор медленно поворачивать в плоскости листа, то точки t1 и t2 будут регулярно сходиться и расходиться. В такт этому и должна перемещаться центральная полоса в окуляре телескопа.
Майкельсон с замиранием сердца следил за интерференционной полосой, медленно поворачивая тщательно сделанный своими руками интерферометр. Но линия не перемещалась (1881 г.).
Сделав второй интерферометр, с большей длиной пробега лучей, Майкельсон привлёк для исследований своего друга Морли. Но смещения так и не обнаружили (1887 г.).
Морли привлекает своего лучшего сотрудника Миллера и ещё раз увеличивает длину плеч интерферометра. Опять нет смещения, Миллер конструирует прибор на стальной крестовине и впервые получает небольшое смещение интерференционной линии (1921 г.).
Сторонники эфира торжествуют. Опыты повторяются. Но странное дело! Стоит заменить стальную крестовину на бетонную плиту, которая плавает в ртути, как полено в воде, эффект исчезает.
Майкельсон совместно с Гейлем строит гигантский замкнутый интерферометр. Рамка прибора охватывает 20 га площади и уверенно регистрирует вращение Земли относительно эфира. Но почему только вращение и почему первый майкельсоновский интерферометр не реагировал на «эфир»?
Немецкий физик Иосс решил положить конец неопределённости. Прибор, построенный фирмой «Цейс», имел основание, полностью отлитое из плавленого кварца, и рекордную точность. Эффект нулевой (1930 г.).
Потрачено много лет, много сил. Всё неясно, и всё трагично. Неудача везде, кроме прибора со стальной крестовиной и опыта Майкельсона - Гейля. Где же разгадка? Да, физики верно рассчитали ход лучей, но они не подозревали, что сам фотон, главное действующее лицо в интерферометре, значительно сложнее по своей структуре, чем его аналог - звуковая волна.
Кто вращает Землю?
После Пуанкаре гипотезой Лесажа уже никто не занимался всерьёз. Вернее, не появлялось в печати серьёзных работ по этой теме. Но мысль о «сверхмировых тельцах» приходила и приходит в голову физикам регулярно и настойчиво, как наваждение. Кантор проверяет эмиссионную гипотезу Ритца. Рудерфер строит теорию нейтринного моря - эфира. Академик Яноши защищает эфир с философских позиций. Болгарский учёный Маринов, а затем Колоколов выводят новые формулы для эффекта Доплера. Веселов развивает гипотезу Лесажа применительно к геофизике.
Сорок эффектов объясняет советский инженер Отточек на основе гипотезы Лесажа, в том числе существование океанских течений и вихревых циклонов в атмосфере.
Какие силы движут массами воды? Ветры? Но тогда какие силы заставляют ветры кружиться постоянно из года в год в одном направлении? М. Ф. Отточек полагает, что океанскими течениями так же, как и постоянством пассатов, управляют потоки частиц Лесажа.
Для демонстрации эффекта Отточек изобрёл специальный прибор (рис. 3 на 4-й стр. обложки). Воздух от компрессора поступает по двум трубкам на края диска, ось которого закреплена в подшипниках. Если диск привести во вращение вправо, он и далее будет вращаться вправо, и это вращение поддерживается потоками воздуха (одновременно по двум трубкам). Если же диску придать левое вращение, то и оно будет постоянным. Парадокс? Дело объясняется просто: частички воздуха лучше прилипают к той стороне диска, движение которой совпадает с направлением движения воздуха.
Прибор может служить хорошей иллюстрацией следующей мысли: потоки частиц Лесажа, «обдувающие» Землю с двух сторон, поддерживают её суточное вращение! На рисунке, который мы уже обсудили, показано, что, по Резерфорду, медленные, сопутствующие движению преграды (то есть оболочки Земли) частицы сильнее увлекают преграду, чем быстрые частицы, у которых относительная скорость движения больше. Прибор Отточека и демонстрирует это явление. Все материальные тела и частицы имеют вращение - звёзды, планеты, атомные оболочки, электроны, протоны и нейтроны. Вращает их эфир Лесажа. «Материя неба вращает Землю», - сказал Рене Декарт. Он знал это раньше нас!
...Остановим мгновение. Пусть пространство заполнено неподвижными частицами Лесажа, только что народившимися. В одних местах их будет больше, в других меньше. Физики в таких случаях говорят, что в пространстве существуют флюктуации плотности частиц. Если наши новорожденные обладают свойством притягиваться друг к другу, то в местах, где их больше, образуются сгустки, которые начнут сжиматься и разогреваться.
В процессе сжатия «лесажоны» приобретут какие-то скорости, направленные к центру. Из-за взаимных столкновений в пределах каждого такого «шарика» установится некоторое распределение скоростей, возможно, максвелловское. Быстрые «лесажоны» -- хвостик скоростного распределения -- покинут пределы собственного образования и начнут пронизывать соседние, образуя тем самым общую «полевую атмосферу» (рис. 2).
Рис. 2. Образование сгустков "лесажонов" в пространстве. Сжимаясь, сгустки выбрасывают быстрые частицы, пронизывающие соседние ячейки. Формируются зародыши элементарных частиц и полевая атмосфера.
Если сгусток велик, то быстрые полевые частицы, оставшиеся от соседних скоплений, начнут рассеивать его вещество, маленькие же «шарики» будут копить какое-то количество медленных «лесажонов» до такого уровня, когда количество выбиваемых сравняется с числом конденсирующихся из окружающего пространства. Произойдёт как бы калибровка образований по массе.
Рис. 3. Раскручивание шарового зародыша элементарной частицы в эфире Лесажа потоками А, сопутствующими вращению. Потоки Б направлены против вращения сгустка и имеют малое сечение, неспособное противодействовать вращению.
Если мы примемся внимательно рассматривать такое шаровое скопление в потоках быстрых полевых частиц, то увидим, что оно очень неустойчиво во вращении (рис. 3). Получив случайный небольшой толчок от внешних потоков и начав вращаться, оно будет раскручиваться до тех пор, пока не приобретёт некоторую скорость вращения. Сам процесс раскручивания произойдёт из-за уже рассмотренной способности летящих частиц Лесажа поддерживать и ускорять движение преграды. Встречные потоки «лесажонов» будут иметь меньшие скорости относительно края «шарика», если они сопутствуют его вращению, а если они движутся против вращения, то скорость их будет больше, а взаимодействие -- меньше.