Dark Matter and Ether
Об эфире и Тёмной материи
Эфир (Светоносный эфир) — гипотетическая всепроникающая среда, колебания которой проявляют себя как свет / электромагнитные волны.
В античные времена эфир понимался как «заполнитель пустоты», см. Эфир (стихия). Гипотеза о существовании светоносного эфира была выдвинута в 1618 году Рене Декартом.
В течение развития науки нового времени гипотеза эфира и его модели совершенствовались, сыграв немаловажную роль в открытии Максвеллом уравнений (классической) электродинамики. Затем до конца XIX века развитие и проработанность различных механических (в том числе гидродинамических) моделей эфира достигли апогея. Достаточно популярными были как очень квалифицированные теоретические работы, так и разного рода качественные рассуждения. Концепция эфира была к концу XIX века столь популярна, что даже эксперименты, в итоге подорвавшие ее господство (такие, как эксперимент Майкельсона) изначально ставились с целью выявить лучшую из различающихся моделей в рамках теории эфира (например, чтобы прояснить вопрос об «увлечении эфира» материальными телами, в частности, Землей).
В течение развития науки нового времени гипотеза эфира и его модели совершенствовались, сыграв немаловажную роль в открытии Максвеллом уравнений (классической) электродинамики. Затем до конца XIX века развитие и проработанность различных механических (в том числе гидродинамических) моделей эфира достигли апогея. Достаточно популярными были как очень квалифицированные теоретические работы, так и разного рода качественные рассуждения. Концепция эфира была к концу XIX века столь популярна, что даже эксперименты, в итоге подорвавшие ее господство (такие, как эксперимент Майкельсона) изначально ставились с целью выявить лучшую из различающихся моделей в рамках теории эфира (например, чтобы прояснить вопрос об «увлечении эфира» материальными телами, в частности, Землей).
В числе других учёных, занимаясь исследованием газов, попытки обнаружения мирового эфира делал и Д. И. Менделеев. В 1904 году он опубликовал труд «Опыт химической концепции мирового эфира».
Уже в начале XX века Пуанкаре сделал революционное предположение, что (электромагнитный) эфир, быть может, принципиально необнаружим, а механика должна быть исправлена так, чтобы обеспечить эту необнаружимость (полную реализацию принципа относительности), и даже в одной из своих лекций сформулировал вопрос: «А есть ли он вообще, наш эфир?».
Вслед за ним Эйнштейн (в 1905 году) предложил вовсе отказаться от рассмотрения эфира как излишней для теории сущности. После же окончания формулировки специальной теории относительности стало ясно, что предположение о существовании эфира вовсе не обязательно, поскольку никаких разумных физических атрибутов, позволяющих физически отличить теорию, в которой эфир есть, от теории, где его нет (а только постулированы уравнения Максвелла и принцип относительности), приписать эфиру не удавалось. Позже, после создания общей теории относительности (ОТО), Эйнштейн предлагал возобновить применение термина, хотя и несколько изменив его смысл, понимая отныне под эфиром физическое пространство ОТО, так как, очевидно, увидел некоторое родство между старой концепцией эфира и концепцией ОТО (действительно, ведь гравитационное поле в ОТО — это тензор метрики, однако он не просто постулирован и существует не сам по себе, а имеет носитель — физическое пространство, у которого есть определенная реальность и атрибуты и помимо самого метрического тензора, то есть гравитационного поля; точно так же в теории электромагнитного эфира электромагнитное поле существовало не само по себе, а как свойство определенного носителя и механизма порождения поля — эфира, хотя там, в отличие от физического пространства ОТО, дополнительные атрибуты существования электромагнитного эфира и не удалось сделать физически явными). Эйнштейн, таким образом, высказал надежду на некое возвращение идеи эфира, хотя и в новом виде. Однако большинство физиков в то время предпочло не возвращаться к использованию уже упраздненного в мейнстриме термина. Часть учёных, впрочем, продолжали поддерживать концепцию светоносного эфира, выдвигали различные теории и пытались доказать их экспериментально. Однако неизменно оказывалось, что теория относительности и теории, на ней основанные, находятся в согласии с результатами всех наблюдений и экспериментов, в то время как многие эфирные теории не могли описать всю эту совокупность фактов, а те, которые были согласны с фактами, не отличались чем-либо наблюдаемым от теории относительности, и поэтому также не вызывали особого интереса.
Вслед за ним Эйнштейн (в 1905 году) предложил вовсе отказаться от рассмотрения эфира как излишней для теории сущности. После же окончания формулировки специальной теории относительности стало ясно, что предположение о существовании эфира вовсе не обязательно, поскольку никаких разумных физических атрибутов, позволяющих физически отличить теорию, в которой эфир есть, от теории, где его нет (а только постулированы уравнения Максвелла и принцип относительности), приписать эфиру не удавалось. Позже, после создания общей теории относительности (ОТО), Эйнштейн предлагал возобновить применение термина, хотя и несколько изменив его смысл, понимая отныне под эфиром физическое пространство ОТО, так как, очевидно, увидел некоторое родство между старой концепцией эфира и концепцией ОТО (действительно, ведь гравитационное поле в ОТО — это тензор метрики, однако он не просто постулирован и существует не сам по себе, а имеет носитель — физическое пространство, у которого есть определенная реальность и атрибуты и помимо самого метрического тензора, то есть гравитационного поля; точно так же в теории электромагнитного эфира электромагнитное поле существовало не само по себе, а как свойство определенного носителя и механизма порождения поля — эфира, хотя там, в отличие от физического пространства ОТО, дополнительные атрибуты существования электромагнитного эфира и не удалось сделать физически явными). Эйнштейн, таким образом, высказал надежду на некое возвращение идеи эфира, хотя и в новом виде. Однако большинство физиков в то время предпочло не возвращаться к использованию уже упраздненного в мейнстриме термина. Часть учёных, впрочем, продолжали поддерживать концепцию светоносного эфира, выдвигали различные теории и пытались доказать их экспериментально. Однако неизменно оказывалось, что теория относительности и теории, на ней основанные, находятся в согласии с результатами всех наблюдений и экспериментов, в то время как многие эфирные теории не могли описать всю эту совокупность фактов, а те, которые были согласны с фактами, не отличались чем-либо наблюдаемым от теории относительности, и поэтому также не вызывали особого интереса.
В дальнейшем, при создании квантовой теории вещества и электромагнетизма (квантовой электродинамики), ситуация с практически исключительным применением абстрактно-полевого подхода не изменилась, и особой необходимости в привлечении понятия физического эфира не возникало, хотя некоторые предпосылки для возможного «возвращения эфира на новом уровне понимания», о котором говорил Эйнштейн, при этом незаметно и появились (не отразившись на терминологии). В частности, были сняты многие проблемы старой теории эфира XIX века в процессе понимания того, что вещество гораздо меньше отличается от электромагнитного поля, чем это казалось раньше. Таким образом были сняты как вопросы о «сопротивлении эфира» движущимся в нём телам (ведь «тела» теперь можно стало считать такими же возбуждениями полей «вещества», как электромагнитные волны — возбуждениями электромагнитного поля), так и проблема различного преобразования для электромагнитного поля и вещества при смене системы отсчёта, бывшую камнем преткновения дорелятивистской физики (теперь уравнения движения того и другого очень похожи и соответствующие величины, естественно, преобразуются одинаково, о чём трудно было даже подумать в XIX веке, так как тогда считалось надёжно установленным, что «вещество» и «частицы» подчиняются совсем другим уравнениям, чем «поле» и «излучение»). Возникло или по крайней мере наметилось также некоторое понимание механизма, который мог бы сделать эти уравнения соответствующими друг другу не только по виду, но и включая численное значение константы c, не требующего прямого постулирования или чисто геометрического подхода. С другой стороны, до настоящего времени каких-то наблюдаемых физических следствий применения концепции эфира (имея в виду те из них, которые наиболее близки к мейнстриму), отличающихся от следствий обычных («не-эфирных») теорий, насколько известно, не обнаружено (по крайней мере, с надёжностью, внушающей хоть сколько-то заметную надежду по общепринятым в физике критериям). Однако полезность эфирных концепций (то есть использования более конкретных моделей, чем это было принято раньше) в новейшей физике, быть может, действительно в заметно изменившемся смысле, уже сейчас (пусть иногда и в довольно своеобразном и абстрактном контексте) утверждают такие вполне признанные теоретики, как Александр Поляков, и в этом смысле предсказание Эйнштейна уже в какой-то, пусть пока не в очень большой степени, начало сбываться. Реабилитировано в этом контексте для многих современных физиков и само слово эфир.
Более подробно с историей эфира можно ознакомиться по книгам Терентьева и Уиттекера.
Попытки построить не противоречащую эксперименту теорию эфира не только не утихают, но и испытывают в последние годы бурный всплеск, причём встречаются работы, очень различающиеся по качеству (см. например эфирную теорию Ацюковского). Подавляющее большинство эфирных теорий, подразумевающих явные наблюдаемые отличия от обычных квантово-полевых теорий, пытается объяснить лишь небольшой набор экспериментальных фактов, игнорируя противоречие со многими другими фактами. Множество примеров современных эфирных теорий можно найти в Интернете. В рецензируемых научных журналах они практически не появляются в связи с тем, что изъяны теорий, если об этом говорить с точки зрения современной науки, обнаруживаются на стадии рецензирования. Те же варианты эфирных моделей или концепций, которые удовлетворяют обычным академическим критериям, видимо, как указано выше, не имеют на данный момент подтверждённых наблюдаемых отличий от обычного («не-эфирного») подхода.
Стоит отметить такую особенность многих эфирных теорий: видя их научную неконкурентоспособность (в описании экспериментальных фактов и математической непротиворечивости), их авторы пытаются вообще выходить из области науки, научного метода (см. подробнее статью Теоретическая физика), однако ценность их и там часто проблематична, особенно тех из них, которые содержат явные ошибки...
Более подробно с историей эфира можно ознакомиться по книгам Терентьева и Уиттекера.
Попытки построить не противоречащую эксперименту теорию эфира не только не утихают, но и испытывают в последние годы бурный всплеск, причём встречаются работы, очень различающиеся по качеству (см. например эфирную теорию Ацюковского). Подавляющее большинство эфирных теорий, подразумевающих явные наблюдаемые отличия от обычных квантово-полевых теорий, пытается объяснить лишь небольшой набор экспериментальных фактов, игнорируя противоречие со многими другими фактами. Множество примеров современных эфирных теорий можно найти в Интернете. В рецензируемых научных журналах они практически не появляются в связи с тем, что изъяны теорий, если об этом говорить с точки зрения современной науки, обнаруживаются на стадии рецензирования. Те же варианты эфирных моделей или концепций, которые удовлетворяют обычным академическим критериям, видимо, как указано выше, не имеют на данный момент подтверждённых наблюдаемых отличий от обычного («не-эфирного») подхода.
Стоит отметить такую особенность многих эфирных теорий: видя их научную неконкурентоспособность (в описании экспериментальных фактов и математической непротиворечивости), их авторы пытаются вообще выходить из области науки, научного метода (см. подробнее статью Теоретическая физика), однако ценность их и там часто проблематична, особенно тех из них, которые содержат явные ошибки...
Об использовании термина «эфир»
Термин «эфир» всегда оставался в быту, а также в применении к радиовещанию и телевидению и даже к сетевому соединению компьютеров («Ethernet» в котором Ether — эфир). В частности, термин «эфир» уже изредка встречается в научных работах в чётко оговоренном смысле, означающем, в более обычной терминологии, просто определённые особенности поведения обычных полей. Так, например, в работе Andre de Gouvea - "Can a CPT violating ether solve all electron (anti)neutrino", (2002) под «CPT-нарушающим эфиром» подразумевается лишь определённого вида члены в потенциале нейтринного лагранжиана. Иногда термин «эфир» используется в значении «физический вакуум» для того, чтобы подчеркнуть, что в рамках квантовой теории поля реальный физический вакуум не является абсолютной пустотой, но содержит так называемые нулевые колебания разнообразных полей. Также слово «эфир» может употребляться как эквивалент понятия, более традиционно обозначаемого термином «физическое поле» (или совокупность всех физических полей), при этом может подразумеваться потенциальная возможность обнаружения наблюдаемых отличий поведения такого поля от обычного (например, как описано в предыдущем параграфе), а может и не подразумевать; в последнем случае это практически полный синоним.
Впрочем, есть и достаточно специфическое применение слова эфир у современных физиков, достаточно хорошо соответствующее старому применению XIX века, хотя (пока) в несколько более абстрактном контексте (в том смысле, что теоретические результаты, получаемые с использованием «эфира», в этом случае подчас достаточно далеки еще от реальной возможности экспериментальной проверки). Речь идет о физических (по своему построению или происхождению) моделях, используемых для построения или продуктивной интерпретации фундаментальных теорий (или неких их измененных вариантов). Достаточно широко известным (но далеко не единственным) примером такого рода модели является модель Изинга (которую, впрочем, не все физики характеризуют с использованием слова 'эфир').
Подход построения моделей полей в целом соответствует подходу XIX века, но может очень сильно отличаться в деталях и области применимости, не говоря уж об учёте последующего развития физики в целом (прежде всего, имеется в виду необходимость, так или иначе, квантового подхода); предельный же случай каждой такой модели практически всегда соответствует обычным уравнениям поля, хотя в принципе (теоретически) могут появляться существенные нетривиальные отличия... ru.wikipedia.org
Термин «эфир» всегда оставался в быту, а также в применении к радиовещанию и телевидению и даже к сетевому соединению компьютеров («Ethernet» в котором Ether — эфир). В частности, термин «эфир» уже изредка встречается в научных работах в чётко оговоренном смысле, означающем, в более обычной терминологии, просто определённые особенности поведения обычных полей. Так, например, в работе Andre de Gouvea - "Can a CPT violating ether solve all electron (anti)neutrino", (2002) под «CPT-нарушающим эфиром» подразумевается лишь определённого вида члены в потенциале нейтринного лагранжиана. Иногда термин «эфир» используется в значении «физический вакуум» для того, чтобы подчеркнуть, что в рамках квантовой теории поля реальный физический вакуум не является абсолютной пустотой, но содержит так называемые нулевые колебания разнообразных полей. Также слово «эфир» может употребляться как эквивалент понятия, более традиционно обозначаемого термином «физическое поле» (или совокупность всех физических полей), при этом может подразумеваться потенциальная возможность обнаружения наблюдаемых отличий поведения такого поля от обычного (например, как описано в предыдущем параграфе), а может и не подразумевать; в последнем случае это практически полный синоним.
Впрочем, есть и достаточно специфическое применение слова эфир у современных физиков, достаточно хорошо соответствующее старому применению XIX века, хотя (пока) в несколько более абстрактном контексте (в том смысле, что теоретические результаты, получаемые с использованием «эфира», в этом случае подчас достаточно далеки еще от реальной возможности экспериментальной проверки). Речь идет о физических (по своему построению или происхождению) моделях, используемых для построения или продуктивной интерпретации фундаментальных теорий (или неких их измененных вариантов). Достаточно широко известным (но далеко не единственным) примером такого рода модели является модель Изинга (которую, впрочем, не все физики характеризуют с использованием слова 'эфир').
Подход построения моделей полей в целом соответствует подходу XIX века, но может очень сильно отличаться в деталях и области применимости, не говоря уж об учёте последующего развития физики в целом (прежде всего, имеется в виду необходимость, так или иначе, квантового подхода); предельный же случай каждой такой модели практически всегда соответствует обычным уравнениям поля, хотя в принципе (теоретически) могут появляться существенные нетривиальные отличия... ru.wikipedia.org
Тёмная материя в астрономии и космологии — это гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемым ею гравитационным эффектам. Обнаружение тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально быстрой скорости вращения внешних областей галактик... ru.wikipedia.org
--------------------------------------------------
Сайт академика Николая Левашова
www.levashov.info