6. Наконец свету определили корпускулярно-волновую природу.
Самой главной предпосылкой для создания СТО стали опыты по обнаружению эфира (той самой выше упомянутой светонесущей среды). Необходимость её существования следовала из принятия волновой природы света, по аналогии с уже изученными волнами в реальных средах.
Кроме того, как мне видится, существование неподвижного эфира, позволяло объяснять годовую звездную аберрацию – периодическое смещение наблюдаемого положения звезд в течении года.
Объяснения этого явления с учетом волновой теории света, как раз и согласовывались с существованием неподвижного эфира, в котором распространялся свет от звезд, а из-за движения Земли по орбите вокруг Солнца суммарный вектор скорости света смещался от направления на звезду в зависимости от направления движения Земли, что и приводило к смещению изображение звезды.
Для обнаружения влияния на свет движения Земли сквозь этот неподвижный эфир была проведена серия опытов, известных как опыты Майкельсона-Морли. В этих опытах свет делился на два луча и распространялся во взаимно перпендикулярных направлениях и после лучи встречались. При этом, если один из лучей будет двигаться перпендикулярно движению Земли в эфире, второй будет двигаться вместе и против «эфирного ветра». Это должно вызвать разницу в пройденном пути и появление определенной интерференционной картины. Для попадания в такое положение интерферометр свободно поворачивался.
Однако эфирный ветер так и не был обнаружен, это могло бы соответствовать тому, что Земля полностью увлекает эфир в своем движении.
К этому необходимо добавить и опыты Физо по обнаружению влияния движения среды, в которой распространяется свет, на его скорость. В этих опытах получалось, что влияние есть, но оно гораздо меньше ожидаемого. Это стали объяснять частичным увлечением эфира средой.
Также обнаружилась явная неинвариантность уравнений электромагнетизма Максвелла в преобразованиях Галилея, использовавшихся для пересчета параметров при переходах между инерциальными системами отсчета. В результате чего, при переходах от неподвижной системы отсчета к подвижной и наоборот, скорость света изменялась.
Кроме того, обнаружились отдельные, необъяснимые на тот момент, парадоксы в экспериментах с электромагнетизмом. Например, парадокс Фарадея, когда вращение медного диска относительно неподвижного магнитного диска, находящегося на одной оси с первым, давало разность потенциалов между ободом диска и его центром, а вращение магнитного диска при неподвижном металлическом – нет. Хотя, ранее, в опытах с магнитным полем и проводящим контуром, обнаружено, что независимо от того, что магнитное поле перемещалось относительно неподвижного контура, или контур перемещался относительно неподвижного магнитного поля, в контуре появлялся электрический ток.
Итак, на лицо явные противоречия результатов эмпирических данных и теоретических представлений, актуальных в научной среде.
Самым главным считаю разногласия, обусловленные существованием аберрации звезд и отсутствием влияния «эфирного ветра» на Земной источник. Получалось, что в случае аберрации эфир неподвижный, а в опытах Майкельсона-Морли он полностью увлекается Землей, а в опытах Физо он увлекался средой частично. Так как одна и та же среда не может одновременно и полностью увлекаться, и быть неподвижной, и частично увлекаться, сделано первое утверждение-предположение о том, что эфира не существует (полностью эфир был отвергнут уже в теории СТО, как и всякое абсолютное и неподвижное пространство).
Но объяснение должно ведь быть! И вдобавок, из-за всеобщего убеждения в постоянстве скорости света, просто необходимо было решить проблему неинвариантности уравнений Максвелла.
Хотелось бы конечно проследить полностью путь образных размышлений (именно образных, а не математических, потому, что, по моему мнению, невозможность найти решение проблемы на уровне интуитивного объектного моделирования и дает толчок для развития теоретического и математического аппарата), приведший теоретиков к известным выводам, из которых наиболее известны преобразования Лоренца и Пуанкаре. Но кратко это, на мой взгляд, выглядит так:
НАЧАЛО ПУТИ
При рассмотрении явления аберрации, в системе отсчета связанной с телескопом, свет приходящий от звезд (для простоты представления примем направление на звезду нормальным к плоскости орбиты Земли), из-за движения системы телескопа относительно системы внешнего пространства, проходит путь, отклоненный от вертикали, по которой он продолжает двигаться в собственной системе. Тогда получается, что в разных системах свет проходит разные по длине пути. В неподвижной системе астронома путь света длиннее. Но если скорость света не меняется от системы к системе, значит в системе телескопа время прохождения светом пути от источника до приемника должно быть больше чем в системе света – явная проблема.