ყველაფერი სპილენძზე

მეცნიერება მუდმივად ვითარდება. ზოგი თეორია ისტორიას ბარდება, ზოგი კი მოულოდნელად, ახალი ფორმით ბრუნდება. დღეს შევეხებით „ეთერის“ კონცეფციას - იდეაზე, რომელიც მე-19 საუკუნეში ფიზიკის ქვაკუთხედი იყო, შემდეგ უარყვეს, მაგრამ მისი „აჩრდილი“ დღესაც არსებობს.

ეთერის იდეა როგორც უხილავი საშუალება, რომლის საშუალებითაც სინათლე და ელექტრომაგნიტური ტალღები ვრცელდებიან - ისტორიულად მრავალი დიდი მეცნიერისათვის იყო სერიოზული თეორია, სანამ აინშტაინის სპეციალურმა ფარდობითობის თეორიამ არ შეცვალა მიდგომა.

აი, იმ ცნობილი მეცნიერების ჩამონათვალი, ვისაც განსხვავებულ ფორმებში ეთერის არსებობა სწამდა ან ეჭვი არ ეპარებოდა:

1. იუენ ჰარისონი იანგი (Thomas Young) – ეთერზე დაფუძნებული ინტერფერენციის მოდელი ჰქონდა.

2. ოაგუსტენ ფრესნელი (Augustin-Jean Fresnel) – ეთერის მექანიკური მოდელი შემოიტანა, ნაწილობრივ მოძრავი საშუალებით.

3. ჯეიმს კლერკ მაქსველი (James Clerk Maxwell) – თავის ელექტრომაგნიტურ თეორიაში ეთერს ხედავდა როგორც ველის მატარებელს.

4. ლორდ კელვინი (William Thomson) – დეტალური მექანიკური მოდელებიც კი ააწყო ეთერის სტრუქტურის შესახებ.

5. ჯოზეფ ლამორი (Joseph Larmor) – ეთერზე დაფუძნებული ელექტრონის თეორია ჰქონდა.

6. ჯორჯ ფიცჯერალდი (George FitzGerald) – ეთერის გამო აჩენდა სიგრძის შეკუმშვის ჰიპოთეზას (მიკელსონ-მორლის შედეგის ასახსნელად).

7. ჰენდრიკ ლორენცი (Hendrik Lorentz) – ლორენცის ტრანსფორმაციები სწორედ ეთერის თეორიიდან მოდის.

8. ოლივერ ჰევისაიდი (Oliver Heaviside) – მხარს უჭერდა ეთერის იდეას როგორც ველის მატარებელს.

9. ალბერტ აინშტაინი (Albert Einstein) – ახალგაზრდობაში უარყო ეთერი, მაგრამ მოგვიანებით (1920 წლის ლაიდენის ლექციაში) თქვა, რომ „ფარდობითობის თეორიაც საჭიროებს რაღაცის არსებობას, რაც სივრცეს ფიზიკურ თვისებებს ანიჭებს” - ამით ნაწილობრივ აღადგინა „ეთერის” ცნება სხვა გაგებით.

შევეცდები, დავიკავო ეთერის არსებობის თეორიის მხარდამჭერის პოზიცია.

20-ე საუკუნის დასაწყისამდე ეთერის არსებობის იდეა ლოგიკური ჩანდა, მაგრამ მას ერთი პრობლემა ჰქონდა: მისი აღმოჩენა ვერ ხერხდებოდა. თუ დედამიწა ეთერის ოკეანეში მოძრაობს, მაშინ ჩვენ უნდა შეგვეძლოს „ეთერის ქარის“ დაფიქსირება - სინათლის სიჩქარის მცირე ცვლილება მოძრაობის მიმართულების მიხედვით.

1887 წელს, ფიზიკოსებმა ალბერტ მაიკელსონმა და ედვარდ მორლიმ ჩაატარეს გენიალურად ზუსტი ექსპერიმენტი. მათ ინტერფერომეტრის გამოყენებით სცადეს ამ „ეთერის ქარის“ დაფიქსირება, მაგრამ შედეგი ნულოვანი აღმოჩნდა. სინათლის სიჩქარე ყველა მიმართულებით აბსოლუტურად მუდმივი იყო. ამან დაამტკიცა, რომ ფოტონს გავრცელებისთვის არანაირი გარემო არ სჭირდება.

ვაკუუმის პარადოქსი

და „ახალი ეთერი“

თანამედროვე ფიზიკის თანახმად, ვაკუუმი სულაც არ არის ცარიელი. ის სავსეა მუდმივად ცვალებადი ენერგეტიკული ველებით, სადაც სპონტანურად წარმოიქმნება და ქრება ვირტუალური ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების წყვილები. ამ მოვლენას კვანტური ფლუქტუაცია ეწოდება. ეს არ არის თეორიული მოდელი, არამედ ექსპერიმენტულად დადასტურებული ფაქტი (მაგალითად, კაზიმირის ეფექტი).

ამრიგად, გამოდის, რომ კოსმოსი მოცულია ფუნდამენტური ველით, რომელიც არ არის „არაფერი“. დავარქმევთ მას ეთერს, კვანტურ ველს თუ სხვა სახელს, ფაქტია, სივრცე არ არის ცარიელი.

ეთერი უარყვეს, მაგრამ კითხვა დარჩა: თუ კოსმოსი ცარიელია, რა არის ვაკუუმი? თანამედროვე კვანტური ველის თეორია გვეუბნება, რომ ვაკუუმი სულაც არ არის სიცარიელე. ის სავსეა კვანტური ფლუქტუაციებით - ვირტუალური ნაწილაკებისა და ანტინაწილაკების წყვილები მუდმივად ჩნდებიან და ქრებიან. ეს ნიშნავს, რომ „ცარიელ“ სივრცესაც კი აქვს ენერგია და სტრუქტურა.

აინშტაინის თეორიის მიხედვით, ვერაფერი, რასაც მასა აქვს, სინათლის სიჩქარეს ვერ მიაღწევს. მაგრამ თეორიულ ფიზიკაში არსებობს ჰიპოთეზა ტაქიონების შესახებ - ნაწილაკებისა, რომლებიც მუდმივად სინათლეზე სწრაფად მოძრაობენ. ეს ერთი შეხედვით არღვევს ფარდობითობის პრინციპებს.

ახლა კი გადავიდეთ ყველაზე საინტერესო, თუმცა ჰიპოთეტურ ნაწილზე. რა მოხდება, თუ:

1. სინათლის სიჩქარე (c) არ არის სამყაროს აბსოლუტური ზღვარი, არამედ უბრალოდ ფოტონის, როგორც ნაწილაკის, „ტერმინალური სიჩქარე“ ამ კვანტურ ველში (მოდით, პირობითად, ისევ „ეთერი“ ვუწოდოთ)? შესაძლოა, ფოტონი ურთიერთქმედებს ამ ველთან, რაც ზღუდავს მის მაქსიმალურ სიჩქარეს.

2. ტაქიონები, ჰიპოთეტური ნაწილაკები, რომლებიც თეორიულად სინათლეზე სწრაფად მოძრაობენ, სწორედ იმიტომ არღვევენ ამ ბარიერს, რომ არ ურთიერთქმედებენ ამ ფუნდამენტურ ველთან? ამ შემთხვევაში, ისინი არ განიცდიან იმ „წინააღმდეგობას“, რასაც ფოტონი.

ეს არღვევს თუ არა აინშტაინის თეორიას? პირდაპირი მნიშვნელობით - კი, რადგან ფარდობითობის თეორიის ერთ-ერთი პოსტულატი სინათლის სიჩქარის ინვარიანტულობა და მისი, როგორც ზღვრული სიჩქარის, სტატუსია. თუმცა, ფიზიკა მუდმივად ვითარდება. შესაძლოა, აინშტაინის თეორია არის უნივერსალური კანონის ბრწყინვალე, მაგრამ არასრული მიახლოება, რომელიც მუშაობს ჩვენთვის დაკვირვებად სამყაროში.

იქნებ ფოტონები სინათლის სიჩქარით იმიტომ მოძრაობენ და არა უფრო სწრაფად, რომ ისინი ურთიერთქმედებენ კვანტურ ველთან (ჩვენს „ახალ ეთერთან“), რომელიც მათ მოძრაობას ზღუდავს?

ხოლო ჰიპოთეტური ტაქიონები, შესაძლოა, ამ ველთან საერთოდ არ ურთიერთქმედებენ და ამიტომ თავისუფლად მოძრაობენ სინათლეზე სწრაფად?

მიუხედავად იმისა, რომ კლასიკური „ეთერი“ ისტორიას ჩაბარდა, კვანტური ფიზიკა გვიჩვენებს, რომ სივრცე გაცილებით რთული და „სავსე“ სტრუქტურაა, ვიდრე გვეგონა. იდეა, რომ ეს კვანტური ველი შესაძლოა გავლენას ახდენდეს ნაწილაკების მოძრაობაზე და განსაზღვრავდეს სინათლის სიჩქარის ლიმიტს, წარმოადგენს მომხიბვლელ თეორიულ შესაძლებლობას და ფიზიკოსთა კვლევის აქტიურ სფეროს.