Книга: Химия - просто

Глава 11. Эфир и таблица Менделеева

Глава 11. Эфир и таблица Менделеева

У науки есть и тёмная сторона. Её редко вспоминают, но о ней часто говорят, а порой и кричат разномастные шарлатаны, утверждающие, что официальная наука ложна, что она сфальсифицирована и что весь мир сговорился против них, в истину посвящённых.

Мы уже видели, как долго в научном мире жила введённая Лавуазье теория флогистона, низвергнутая впоследствии. Столь же долго в научном мире существовала и концепция эфира. О ней сейчас и поговорим, поскольку с помощью этой концепции, от которой здравомыслящие люди отказались ещё в начале XX века, современные шарлатаны продолжают пудрить мозги обывателям.

Когда появилось понятие эфира, никто не знает. Древнегреческие учёные считали, что нигде не может быть пустоты и поэтому существует такое небесное вещество — эфир, — которое заполняет пустоту. Даже выдающийся философ того времени Платон утверждал, что Бог создал мир из эфира.

Аристотель тоже считал, что планеты и другие небесные тела состоят из эфира, и называл эфир «пятым элементом» природы. Он писал: «Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир во время обращения вокруг Земли».

Да, в те времена вопросы о том, что такое свет и что такое огонь, были ещё неразрешимы. Люди также не понимали, как происходит распространение света. Считалось, что для этого требуется какая-то среда, ведь в пустоте ничто не может распространяться, на то она и пустота.

Французский философ Рене Декарт был уверен, что Вселенная состоит из бесконечно протяжённой материи, способной принимать различные формы. Он отрицал пустоту и считал, что всё пространство заполнено «первоматерией» либо её производными. Невидимый эфир, по мнению Декарта, заполнял всё свободное от материи пространство Вселенной, однако не оказывал сопротивления движению в нём вещественных тел.

Рене Декарт

С помощью теории эфира Рене Декарт пробовал объяснить сущность света и других явлений. Причину тяжести он видел в давлении эфирных частиц, окружавших Землю. Магнетизм связан с циркуляцией вокруг магнита двух встречных потоков мельчайших винтообразных частиц с противоположной резьбой, поэтому два магнита могут не только притягиваться, но и отталкиваться друг от друга.

Учение Декарта о свете получило развитие в работах нидерландского физика Х. Гюйгенса, рассматривавшего свет как волны в эфире и даже разработавшего математические основы волновой оптики. В конце XVII века были открыты такие оптические явления, как дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин; изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер). И их необходимо было согласовать с моделью светоносного эфира. Тут-то и появились две модели, объясняющие, что такое свет:

1. Эмиссионная (или корпускулярная) теория. Она подразумевала, что свет — это поток частиц. Об этом говорила прямолинейность распространения света, на которой основывается геометрическая оптика. Но явления дифракции и интерференции в эту теорию не укладывались.

2. Волновая теория. Она гласила, что свет — это всплеск в эфире.

Концепция светоносного эфира стала в науке общепринятой, и даже когда была выдвинута атомистическая теория строения вещества, учёные от неё не отказались.

Для примера процитирую английского физика Джона Тиндаля из его «Очерков естественных наук» от 1876 года, где он говорит о концепции эфира и о причинах её принятия научным сообществом.

Джон Тиндаль

«Область, в которой происходит это световое движение, лежит совершенно вне сферы наших чувств. Световые волны требуют некоторую среду для своего образования и распространения, но эту среду, не имеющую ни вкуса, ни запаха, мы не можем также ни видеть, ни осязать. Каким же образом вообще доказано её существование? — Таким образом, что принятие неподлежащего нашим чувствам эфира объясняет все явления оптики с таким совершенством, отчётливостью и полнотою, что разум наш вполне им удовлетворяется. Что делал Ньютон, когда закон тяготения впервые проник в его ум? — Он сначала исследовал, объясняет ли этот закон все факты. Он представлял пути планет; он вычислял скорость падения луны на землю, и обнаружил, что всё это объясняется законом тяготения. На основании этого он считал закон вполне установленным; и наука подтвердила его заключение. На подобные, если ещё не более прочные, основы опирается наша вера в существование мирового эфира. Это принятие объясняет более разнообразные и сложные факты, чем те, на которых Ньютон основал свой закон. Если бы можно было указать хоть на одно явление, не согласующееся с принятием эфира, то мы должны были бы отступить от этого предположения; но до сих пор подобного явления не оказалось. Поэтому по крайней мере настолько же верно то, что пространство наполнено средой, посредством которой солнце и звёзды распространяют свою световую силу, как и то, что в нём действует та сила, которая связывает не только нашу планетную систему, но и неизмеримые небесные пространства.

Эфир, распространяющий импульсы света и теплоты, наполняет не только небесные пространства, облегает не только поверхность солнца и планет, но окружает также атомы, из которых состоят солнце и планеты. Эфир передаёт движение этих атомов, а не движение видимых частей какого — нибудь тела, и это колебание атомов есть объективная причина того, что мы ощущаем как свет и теплоту. Следовательно, атом, посылающий свои пульсации по беспредельному эфиру, подобен камертону, пересылающему свои колебания через воздух».

Логика была проста: раз звуку для распространения требуется определённая среда, значит, и свету требуется такая же среда. Космос заполнен вакуумом, в котором осутствуют атомы, точнее говоря, есть, но их очень мало. Поэтому для распространения света требуется какая-то другая среда. Вот так и придумали эфир, который якобы присутствует абсолютно везде.

В XIX веке интерес к концепции эфира резко возрос. Теория света, рассматривавшая свет как волны в эфире, одержала верх над эмиссионной теорией. Английский учёный Томас Юнг разработал в 1800 году волновую теорию интерференции и по результатам своих опытов довольно точно определил длины волн света для каждого цвета. Вплоть до начала XX века волновая оптика успешно развивалась во всех областях. Классическая волновая оптика пришла к логическому завершению, но успела поставить перед учёными труднейший вопрос: что же всё-таки собой представляет этот эфир?

Томас Юнг

Набросок Томаса Юнга двухслойной интерференции, основанный на наблюдениях волн воды

Пытаясь ответить на данный вопрос, учёные выдвигали множество гипотез, но всегда всплывала какая — нибудь теория из волновой оптики, совершенно не укладывающаяся в концепцию светоносного эфира. Некоторые учёные (в том числе, кстати, и наш соотечественник Дмитрий Менделеев) всё же придерживались теории эфира, другие же (как, например, Майкл Фарадей) относились к эфиру скептически и выражали сомнения в его существовании.

Если заглянуть в самую первую периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, можно увидеть, что на нулевом месте у него стоит эфир. (Между прочим, в Санкт — Петербурге даже есть памятник этой, самой первой, его таблице.) Д. И. Менделеев руководствовался тогда тем, что если отвакуумировать сосуд, то есть создать в нём сильное разрежение воздуха, то можно будет обнаружить «эфир» или новый неизвестный наилегчайший инертный газ. Он считал так: «При нулевом давлении у воздуха есть некоторая плотность, это и есть эфир!» Однако инертные газы, открытые в конце XIX века, вновь вернули вопрос о химической сущности мирового эфира на повестку дня.

По предложению Уильяма Рамзая Д. И. Менделеев включил в свою периодическую таблицу нулевую группу, оставив место для более лёгких, чем водород, элементов. Менделеев считал, что группа инертных газов может пополниться коронием и легчайшим, пока ещё неизвестным элементом (он назвал его ньютонием), который и станет мировым эфиром.

Но, как мы уже не раз убеждались, даже великие умы способны иногда ошибаться и заблуждаться. Давай же посмотрим, как научное сообщество пришло в конце концов к отказу от концепции эфира.

В 1905 году гениальный физик-теоретик Альберт Эйнштейн опубликовал статью, в которой рассмотрел два постулата: всеобщий принцип относительности и постоянство скорости света. Также он указал в ней на ненужность эфира, поскольку никаких разумных физических атрибутов приписать ему не удалось, а всё то, что ранее считалось динамическими свойствами эфира, взяла в себя кинематика специальной теории относительности (СТО). С этого момента электромагнитное поле стали рассматривать не как энергетический процесс в эфире, а как самостоятельный физический объект.

Альберт Эйнштейн

Однако некоторые физики ещё достаточно долго пытались восстановить доверие к концепции эфира. Например, в 1924 году американский физик-акустик Дейтон Миллер объявил, что якобы обнаружил «эфирный ветер». Разумеется, его результат не подтвердился: более точные измерения вновь доказали, что никакого «эфирного ветра» не существует.

Эфирные вихри в представлении Декарта

В статье «Принцип относительности и его следствия в современной физике» Эйнштейн объяснил, почему концепция светоносного эфир а не совместима с принципом относительности. Давай вместе рассмотрим пример: возьмём магнит, который движется поперёк замкнутого проводника. При этом движении в проводнике возникает электрический ток. То, что мы наблюдаем, зависит только от относительного движения магнита и проводника.

Светящиеся электромагнитные поля плазмы в пространстве. Компьютерная модель к статье «Принцип относительности и его следствия в современной физике»

Однако с точки зрения теории эфира то, что мы должны наблюдать, будет отличаться в разных системах отсчёта. То есть всё будет зависеть от конкретно выбранной нами точки отсчёта. В системе отсчёта, связанной с проводником, при перемещении магнита меняется напряжённость магнитного поля в эфире, из — за чего создаётся электрическое поле, которое создаёт ток в проводнике. В системе же отсчёта, связанной с магнитом, электрическое поле не возникает, а ток создаётся прямым действием изменения магнитного поля на электроны движущегося проводника. Таким образом, процессы в эфире зависят лишь от точки наблюдения, а это в физике, как и в любой другой науке, недопустимо.

Эфир пал. За полной своей ненадобностью он был исключён и из периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Тем не менее в повседневной жизни мы продолжаем слышать термин «эфир» в составе таких, например, слов, как «радиоэфир», «телеэфир» и др. Почему? Да просто радио появилось задолго до того, как термин «эфир» был вычеркнут из научного употребления. Вот до наших дней и дошла профессиональная термино логия медиаиндустрии, связанной с так называемым «эфиром»: «программа вышла в эфир», «прямой эфир» и т. д.