Именно в силу своего философского содержания теория относительности получила широкое распространение. Чтобы полнее представить, как философская идея стала физической теорией, следует обратиться к истории становления этой идеи.
8. Эфирная теории света
Основанная на наблюдениях и опытах теория о природе света впервые была выдвинута И.Ньютоном в конце XVII века, в ней свет рассматривался как поток частиц, корпускул, испускаемых источником света и распространяющихся прямолинейно в однородной среде. Отражение от зеркала сравнивалось с отскакиванием упругого шарика от стенки, преломление объяснялось притяжением корпускулы при переходе из одной среды в другую. Определение Рёмером величины скорости света, несомненно, повлияло на Ньютона при создании им корпускулярной теории света, из которой следует, что скорость света подчиняется принципу относительности Галилея.
Одновременно с теорией Ньютона существовала волновая теория, изложенная X.Гюйгенсом в работе «Трактат о свете», где свет определялся как упругий импульс, распространяющийся в особой среде — эфире, заполняющем пространство, то есть волновая теория рассматривала свет как волны эфира и уподобляла его волнам в воздухе.
В XIX столетии развитию представлений эфирной природы света способствовали работы А. Френеля. Изучение электрических и магнитных явлений М. Фарадеем, построение Д. Максвеллом теории, в которой было показано, что свет имеет электромагнитную природу. И, наконец, экспериментальное изучение Г. Герцем считавшегося волнами электромагнитного излучения, привели к тому, что гипотеза механического эфира была заменена гипотезой электромагнитного эфира — всепроникающей среды, способной передавать электромагнитные сигналы, являющейся носителем электрического и магнитного полей и электромагнитных колебаний. Электромагнитное поле, предполагалось, — это форма движения эфира. Существование всепроникающего эфира делало инерциальные системы при изучении электромагнитных явлений не изолированными от него, поэтому принцип относительности Галилея становился в этих случаях неприменимым. В рамках теории электромагнитного эфира ньютоновское абсолютное пространство было отождествлено с Мировым эфиром, в связи с чем была предпринята попытка обнаружить «эфирный ветер», то есть обнаружить движение относительно эфира, это и было бы абсолютным движением.
Для определения абсолютного движения Майкельсоном был поставлен опыт по следующей схеме (рис. 22). Свет от источника И на полупрозрачном зеркале З3 разделяется на два луча 1 и II, которые попадают на зеркала З1 и З2 и отражаются от них. Луч 1, прошедший путь З3З1З3, и луч II, прошедший путь З3З2З3, встречаясь, дают интерференционную картину, видимую наблюдателем Н. Пусть интерферометр движется относительно эфира со скоростью v вдоль плеча Н — З2 и в приборе наблюдается интерференция. При повороте интерферометра на 900 относительно первоначального движения в эфире путь, проходимый лучами 1 и II, при наличии «эфирного ветра» будет иной, чем в первом случае, и интерференционная картина изменится.
Рис. 22
Опыт А. Майкельсона показал, что интерференционная картина своего вида не меняет, то есть, эфирного ветра нет, принцип относительности Галилея оказался справедливым для электромагнитных явлений, следовательно, эфир как таковой отсутствует. В последующем эксперимент А. Майкельсона повторялся неоднократно в различных вариантах и во всех случаях с тем же результатом.