οὐκ ἔστι κενόν κεχωρισμένον
— Ἀριστοτέλους Φυσικά, Δ
Становление
В физике есть понятие «мирового эфира» — гипотетической среды, заполняющей пространство и являющейся носителем фундаментальных взаимодействий. Оно известно с античности и имеет корни в метафизике. В античной философии эфир считался «пятым элементом» (квинтэссенцией) — божественной, неизменной субстанцией, из которой состоят небесные тела, в отличие от четырёх земных стихий. Концепция мирового эфира была сформулирована Аристотелем. В новое время общепринятого определения выработано не было, но в работах физиков прослеживается два взгляда. Ниже приведены самые известные представления классиков об эфире.
Взгляд 1: Эфир как светоносная среда (пассивная «сцена»)
В этой модели эфир — это среда распространения света (электромагнитных волн). Вещество (атомы) и эфир здесь — разные сущности. Атомы движутся сквозь эфир.
Христиан Гюйгенс (XVII в.): Создатель первой волновой теории света. Он считал эфир средой, состоящей из плотно прижатых друг к другу твёрдых, упругих микро-частиц. Свет в его понимании — это импульсы давления, передающиеся от одной частицы эфира к другой.
Огюстен Френель (начало XIX в.): Доказал, что световые волны — поперечные. Чтобы передавать поперечные колебания, эфир должен был обладать свойствами твёрдого тела (как желе или сталь). Сгущением эфира Френель объяснял преломление света и уменьшение скорости света в среде. Он также предположил, что внутри движущихся тел эфир частично увлекается ими (становится гуще).
Джеймс Клерк Максвелл (вторая половина XIX в.): Объединил электричество, магнетизм и свет в единую теорию. Он построил сложные механические модели эфира из шестеренок, молекулярных вихрей и роликов, чтобы объяснить, как в этой среде текут токи и передаются магнитные силы. Для Максвелла электромагнитное поле было напряжением и деформацией самого эфира.
Хендрик Лоренц (конец XIX в.): Создал «электронную теорию». Он максимально упростил эфир, лишив его механических свойств. У Лоренца эфир — это абсолютно неподвижное, жёсткое «пространство», в котором свет всегда летит с одной скоростью, а атомы и электроны парят внутри него.
Взгляд 2: Эфир как субстрат материи (активная субстанция)
В этой модели отдельного от эфира вещества нет. Всё вокруг — это сам эфир, находящийся в разных состояниях. Частицы вещества — это локальные устойчивые структуры (вихри, сгущения) этой среды.
Рене Декарт (XVII в.): Считал, что мир заполнен сплошной «тонкой материей». Пытаясь объяснить, почему планеты крутятся вокруг Солнца, он утверждал, что вся первоматерия закручена в гигантские космические вихри, которые увлекают за собой небесные тела.
Уильям Томсон / Лорд Кельвин (XIX в.): Математически развил гидродинамическую теорию эфира. Он уподобил эфир идеальной (несжимаемой и не имеющей трения) жидкости. По его теории, атомы — это кольцевые вихри (тороиды) в этой жидкости. Поскольку трения нет, эти вихри могут существовать вечно, пружинить при столкновениях и связываться в сложные узлы, формируя разные химические элементы.
Дмитрий Менделеев (начало XX в.): Написал труд «Попытка химического понимания мирового эфира». Менделеев рассматривал эфир как газ, состоящий из легчайшего химического элемента ньютоний, который он поместил в начало «нулевого ряда» своей таблицы. Этот газ, по его мнению, равномерно распределен во Вселенной.
Отказ от эфира
В начале XX века произошёл драматический процесс отказа от концепции эфира в научной среде, длившийся около 30 лет. Причиной стали логические противоречия во взглядах учёных на эфир и результаты экспериментов, которые классическая физика согласовать тогда не смогла. Проблемы концепции мирового эфира можно разделить на экспериментальные и теоретические.
Экспериментальные проблемы
1. Поиск «эфирного ветра»
Если эфир материален и неподвижно заполняет Вселенную, то Земля, летя по орбите, должна нестись сквозь него. Возникает встречный «эфирный ветер». Скорость света, пущенного по ходу движения Земли и против него, должна отличаться.
Опыт Альберта Майкельсона и Эдварда Морли (1887 год). Был проведён знаменитый эксперимент с использованием точного интерферометра. Учёные пытались поймать «эфирный ветер». Результат оказался однозначным: скорость света была одинаковой во всех направлениях. Никакого «эфирного ветра» обнаружить не удалось.
Опыты Дейтона Миллера (1920-е годы). Этот физик повторил опыты Майкельсона на дирижабле и вершине горы Маунт-Вилсон. Он сообщил, что обнаружил слабый эфирный ветер. По его мнению, у поверхности Земли эфир «увлекается» планетой, поэтому в горах эфирный ветер сильнее. Позднее его коллеги (включая самого Майкельсона) перепроверили данные и объяснили наблюдавшийся эффект температурной погрешностью приборов.
Опыт Траутона — Нобла (1903 год). Эксперимент из области электродинамики. Учёные подвесили заряженный плоский конденсатор на тонкой нити. По теории неподвижного эфира, из-за движения Земли сквозь него на конденсатор должна была действовать механическая сила (крутящий момент), стремящаяся развернуть его пластины параллельно «эфирному ветру». Никакого поворота или мизерного смещения обнаружить не удалось.
2. Увлечение эфира (Опыты Физо)
В 1851 году Арман Физо измерил скорость света в движущейся воде. Оказалось, что вода частично «увлекает» за собой свет. Физики истолковали это так: движущееся вещество частично засасывает и увлекает эфир внутри себя.
Если вещество увлекает эфир, то Земля должна полностью увлекать эфир вокруг себя, и «эфирного ветра» на поверхности быть не должно. При этом ломалось имеющееся объяснение звездной аберрации (изменения видимого положения звезд из-за движения Земли) — для него требовалось, чтобы эфир вокруг Земли оставался неподвижным.
3. Опыты Рэлея — Брейса
Из теории Лоренца следовало, что если эфир сжимает движущиеся тела, то в этих телах должно возникать внутреннее напряжение, приводящее к двойному лучепреломлению света. Рэлей и Брейс в 1902–1904 г. попытались обнаружить этот эффект в движущихся сквозь эфир кусках стекла и воды. Результат оказался нулевым.
4. Аномальная прецессия орбиты Меркурия
В 1859 году Урбен Леверье обнаружил, что перигелий орбиты Меркурия смещается на 8 % быстрее, чем предсказывает закон Ньютона (аномалия составляла около 43 угловых секунд за столетие).
Учёные (включая Хуго фон Зелигера) предположили, что вокруг Солнца находится облако космической пыли или сгущенного межпланетного эфира — так называемый «зодиакальный свет». Ожидалось, что Меркурий, двигаясь сквозь этот плотный субстрат, испытывает его сопротивление или гравитационное притяжение, что и разворачивает его орбиту. Если бы среда была достаточно плотной, чтобы сдвинуть Меркурий на 43 секунды, она тормозила бы его и влияла на орбиты Венеры и Земли. Астрономические наблюдения тогда этого не зафиксировали. В 1915 году Эйнштейн в своей теории искривленного пространства-времени выдал нужное число — 43 секунды, что закрыло вопрос для большинства учёных.
Резюме экспериментального тупика
К началу XX века ученые оказались в трудной ситуации:
Чтобы объяснить опыт Майкельсона, эфир должен быть полностью увлекаемым (или тела должны сжиматься).
Чтобы объяснить опыт Физо, эфир должен быть частично увлекаемым.
Чтобы объяснить аберрацию звезд, эфир должен быть неподвижным.
Чтобы объяснить движение Меркурия, эфир должен быть плотным и вязким у Солнца.
Материальная среда не может обладать всеми этими свойствами одновременно. Эти противоречивые интерпретации экспериментов вынудили научное сообщество признать концепцию эфира несостоятельной.
Теоретические проблемы
Учёные пытались спасти теорию, придумывая эфиру необычные свойства: он должен был быть тверже стали, но при этом невесомым и не тормозящим планеты. В итоге новые, базирующиеся на ещё более необычных положениях теории упразднили его.
Хендрик Лоренц и Анри Пуанкаре (1890–1904 годы): Чтобы объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона, Лоренц предположил, что эфир физически сжимает все движущиеся сквозь него предметы (эффект сокращения длины). Математика Лоренца и Пуанкаре работала отлично, но эфир в их уравнениях стал «абсолютно необнаружимым». У теоретиков возник вопрос: зачем нужна материальная среда, которую нельзя потрогать или измерить?
Альберт Эйнштейн (1905 год): Создал специальную теорию относительности (СТО). Шаг был революционным — он вообще убрал эфир из уравнений. Постулировал, что скорость света постоянна сама по себе, а пространство и время относительны (меняются в зависимости от скорости наблюдателя). В представлении Эйнштейна электромагнитное поле — это самостоятельная физическая сущность, которой не нужна механическая среда для распространения.
Поль Дирак и Вернер Гейзенберг (1920–1930-е годы): Создатели квантовой механики и квантовой теории поля. Они изложили физику микромира на языке вероятностных квантовых полей. Вакуум у них перестал быть пустым пространством, обретя квантовые свойства и заменив старое понятие эфира.
Перерождение
Анализируя экспериментальные проблемы эфира можно заметить, что они сводятся к отсутствию непротиворечивой физической концепции, которая могла бы реалистично объяснить опытные данные. Это спровоцировало занятие опустевшей ниши революционными теориями, манипулирующими физическими понятиями о пространстве, времени, массе, скорости и среде так, будто это математические объекты. Это позволило их искажать, придумывать взаимозависимости, скрывать незнание устройства микрообъектов за неопределенностями и вероятностями. Эфирную среду же оказалось возможным удалить за ненадобностью. Однако, результаты экспериментов, укладывающиеся в современные теории без эфира, не гарантируют корректности положений в их фундаменте. В логике этот феномен называется «Ex falso sequitur quodlibet» (истинность следствия не гарантирует истинность посылки»). Данная статья способствует перерождению оставленной концепции мирового эфира в новом виде, с разрешением имеющихся противоречий.
КТП
Возврат мирового эфира в науку отчасти произошёл в середине XX века, при разработке квантовой теории поля (КТП). В ней вакуум представляется не пустым, а наполненным «виртуальными частицами», появляющимися и исчезающими при «нулевых колебаниях». Наличием этих короткоживущих частиц (возмущений) объясняют ряд физических эффектов: сдвиг Лэмба, эффект Казимира, спонтанное излучение атомов, аномальный магнитный момент лептонов, силы Ван-Дер-Ваальса, излучение Хокинга. Эффекты реальные, а возмущения их вызывающие, неудачно именуются «нулевыми».
Помимо «виртуальных» частиц «квантовый вакуум» наполнен электрическими, магнитными напряжениями и электромагнитными волнами разных частот и направлений. Возмущения, напряжения, волны есть... а среды — нет? Нонсенс. При этом термин «поле», взятый из математики, постепенно подменил ту самую, фундаментальную среду в первом смысле (пассивная «сцена»). Барионы (протоны, нейтроны) в КТП описываются в виде скирмионов — устойчивых конфигураций мезонных полей (топологических солитонов). До вещественности «поля» и элементарных «квазичастиц эфира» КТП не дошла.
SVT
С середины XX века разрабатывается теория сверхтекучего вакуума (Superfluid Vacuum Theory, SVT), в которой неустранимый «квантовый фон» рассматривается в виде квантовой жидкости, находящейся в состоянии сверхтекучести (конденсата Бозе — Эйнштейна). Эта концепция зародилась ещё в работах Поля Дирака (1951 год) и по сей день активно развивается физиками-теоретиками: Григорием Воловиком, Кристианом Швайцером, Константином Злощастьевым и др. Она призвана объединить квантовую механику с гравитацией.
Теория сверхтекучего вакуума согласуется со вторым взглядом на эфир — как активный субстрат материи (гидродинамическая модель Лорда Кельвина).
Как и Кельвин, авторы SVT утверждают:
Пространство заполнено идеальной, несжимаемой, невязкой жидкостью.
Элементарные частицы не чужеродны вакууму: они представляют собой локализованные возбуждения, квазичастицы наподобие фононов и ротонов или квантованные вихри в этой жидкости.
Главное отличие SVT от идей XIX века заключается в том, что вместо классической жидкости Кельвина используется «квантовая» жидкость, подчиняющаяся законам макроскопической квантовой когерентности (как сверхтекучий гелий-4 при абсолютном нуле).
Классические опыты в рамках SVT
SVT показала, что «тупик» классической физики возник потому, что учёные считали эфир обычной (ньютоновской) средой. При переходе к квантовому конденсату многие парадоксы исчезают.
Отсутствие «эфирного ветра»
Суть проблемы: В опыте Майкельсона — Морли и подобных опытах с интерферометрами скорость света относительно установки не зависит от направления хода лучей.
Объяснение SVT: В теории сверхтекучего вакуума (SVT) свет — это не внешняя волна, запущенная в среду, а акустическое возмущение (фонон) самого конденсата. Любой материальный прибор (интерферометр) сам состоит из вихрей и возбуждений этой среды. С точки зрения уравнений SVT, «эфирный ветер» (движение прибора относительно конденсата) физически существует. Однако, из-за сжатия квазичастиц среды (интерферометра) он маскируется, и внутренняя измеренная скорость света всегда равна константе c. Объяснение близко к лоренцевому.
Проблема «твердого желе» Френеля
Суть проблемы: Свет — поперечная волна, а жидкости передают только продольные волны (звук). Чтобы переносить свет, эфир должен быть твердым как сталь, но планеты сквозь сталь лететь не могут.
Объяснение SVT: В квантовых сверхтекучих конденсатах поведение волн сложнее, чем в классической жидкости. Магнитные и электрические поля в SVT моделируются как спиновые или фазовые флуктуации конденсата. В определенных квантовых режимах коллективные возбуждения Бозе-Эйнштейновского конденсата (БЭК) могут вести себя как поперечные калибровочные бозоны (фотоны), решая вековой парадокс Френеля без введения «твёрдости».
Опыт Физо и эфир Френеля
Суть проблемы: Свет в движущейся воде увлекается ею лишь частично, пропорционально коэффициенту Френеля (1 - 1/n2). Классический эфир должен был «сгущаться» внутри воды и частично проскальзывать.
Объяснение SVT: Опыт Физо в SVT рассчитывается методами физики конденсированного состояния, аналогично распространению звука в движущемся жидком гелии. Вода — это макроскопическая среда, состоящая из атомов (которые в SVT являются вихревыми возмущениями вакуума). Когда вода движется, её атомы меняют локальные свойства вакуумного конденсата вокруг себя с переносом плотности энергии. Расчёт распространения фононов (света) через такую движущуюся возмущенную квантовую среду математически дает ту же формулу Френеля, но без гипотезы о «механическом засасывании» или трении эфира. Это эффект изменения локального эффективного показателя преломления квантовой жидкости.
Абберация звёзд
Суть проблемы: Телескоп приходится наклонять по ходу движения Земли для получения изображения звёзд. Это доказывало, что Земля летит сквозь неподвижный эфир, что противоречит опыту Майкельсона, где эфир казался полностью увлеченным Землей.
Объяснение SVT: Вокруг массивной Земли, движущейся по орбите, сверхтекучий Бозе-конденсат обтекает её как идеальная жидкость без образования турбулентных вихрей (до достижения критической скорости). Свет от далекой звезды, входя в область обтекания Земли, испытывает преломление на эффективной «акустической метрике» этого потока. Математическое моделирование такого обтекания (в рамках аналоговой гравитации Воловика) показывает, что угловое смещение волнового фронта в точности соответствует классической формуле аберрации Брэдли. Квантовый вакуум является локально «не увлечённым», сохраняя аберрацию. В опыте Майкельсона поток квантового вакуума через интерферометр нивелируется лоренцевым сокращением длины.
Прецессия орбиты Меркурия
Суть проблемы: Аномально большая прецессия орбиты Меркурия. Классические попытки объяснить сдвиг орбиты трением о межпланетную среду провалились, так как трение должно было уменьшать радиусы орбиты планеты.
Объяснение SVT: В SVT гравитация — это градиент плотности и давления квантового вакуумного конденсата. Когда Меркурий движется в этой неоднородной среде, уравнения его движения определяются эффективной метрикой квантовой жидкости. Поскольку это сверхтекучая среда, вязкого механического торможения (трения) планета не испытывает. Однако, из-за нелинейности квантового уравнения распределения плотности вакуума вокруг Солнца (логарифмический или степенной закон), закон притяжения на микроуровне отличается от ньютоновского 1/r2. Этот квантовый вклад при интегрировании уравнений орбиты дает релятивистские 43 угловые секунды, дублируя результаты ОТО Эйнштейна, но исходя из гидродинамики БЭК.
«Релятивистские эффекты» в рамках SVT
Если убрать постулаты СТО и посмотреть на исходные данные «релятивистских» экспериментов (отсутствие следов эфирного ветра, рост времени жизни мезонов и замедление хода часов, рост энергии для разгона околосветовых частиц), то в рамках SVT они объясняются не искажением абстрактного пространства-времени, а гидродинамикой на критических скоростях (Марко Феди, Валерий Сбитнев — модель Superfluid Quantum Space, SQS).
В физике сверхтекучих сред (и в теории SVT) аналогом скорости света является критическая скорость Ландау vc — скорость, выше которой в сверхтекучей жидкости начинают массово рождаться элементарные возбуждения (разрушается сверхтекучесть).
Вот как объясняются основные «релятивистские» эффекты без привлечения СТО:
Эффект «сокращения длины»
Данные: Прямых макроскопических измерений сплющивания движущейся линейки (приборов) нет, но какой-то эффект необходим для объяснения нулевого результата поисков эфирного ветра в интерферометрах.
Объяснение SVT: По Феди, классическое лоренцево сокращение — это «оптико-измерительный» эффект, порождённый замедлением времени. Но есть и реальное физическое уплотнение тела, которое высчитывается через гидродинамическое сопротивление вакуумной среды. Фактор Лоренца — это реограмма вакуума, отражающая, как растет его вязкое сопротивление движению частиц материи с ростом скорости. На малых скоростях (интерферометры вблизи Земли) это сопротивление и сжатие ничтожно малы, но они реальны и отличны от нуля. Элементарная частица в сверхтекучей среде представляет собой волну (солитон). Из-за динамики обтекания этой волны квантовым пространством, собственное электромагнитное поле частицы деформируется, сплющиваясь в блин (известный из классической электродинамики эллипсоид Хевисайда). На околосветовых скоростях атомы и частицы сжимаются практически в плоский диск. Формула динамического продольного уплотнения тел не приводится.
Эффект «замедления времени»
Данные: Нестабильные частицы (например, мюоны в атмосфере), двигаясь с огромной скоростью, «живут» дольше и распадаются медленнее, чем неподвижные. Ход часов замедляется при их движении или перемещении ближе к центру гравитации.
Объяснение SVT: Элементарная частица — это стабильный вихревой узел в квантовой жидкости. Когда этот узел движется сквозь среду со скоростью, близкой к критической vc, внутренние гидродинамические процессы в нем (включая колебания, приводящие к распаду) замедляются из-за инерции окружающей жидкости. Процесс распада — это внутреннее «взаимодействие» вихря со средой. Чем ближе скорость к критической, тем «неохотнее» среда позволяет вихрю менять свою внутреннюю конфигурацию. Время «замедляется» механически, как замедляются процессы в перегруженном гидродинамическом узле. Кинематическое и гравитационное замедление хода часов объясняются аналогично — влиянием на период колебаний атомов часов потока среды через них. Релятивистская формула замедления времени справедлива с учётом того, что скорость часов в ней приводится относительно среды. Согласно принципу флюидной эквивалентности (FEP) Феди, эта же формула (с небольшим уточнением) используется для расчета гравитационного замедления времени.
Эффект «роста массы» при ускорении
Данные: Чем ближе скорость частицы в ускорителе к скорости света, тем больше энергии требуется для ее дальнейшего разгона. Масса будто бы резко растёт.
Объяснение SVT: Это классический эффект присоединенной массы из гидродинамики. Для перемещения объекта в жидкости нужно разгонять не только сам объект, но и увлекаемый им слой жидкости. В SVT, когда вихрь (частица) приближается к критической скорости звука в среде vc, плотность конденсата вокруг него резко возрастает. Возникает «ударная волна» или градиент плотности. Среда начинает оказывать большое гидродинамическое сопротивление. Чтобы ускорить вихрь еще сильнее, нужно приложить колоссальную энергию, что экспериментаторы регистрируют как «рост массы».
Модель гидродинамического электромагнетизма
Это направление внутри SVT, касающееся электромагнетизма. Уравнения Максвелла и квантовые эффекты в нём переводятся на язык физических свойств невязкой жидкости (эфира). Основные авторы - Марко Феди, Константин Злощастьев, Григорий Воловик, Роберт Лафлин.
Резюме: Пространство трехмерно и заполнено материальным квантовым конденсатом. Электрический заряд — это топологический дефект (точка стока или источника среды). Магнитное поле — это локальное вращение (вихрь) этой среды. Скорость света — это скорость распространения поперечной акустической волны в этом конденсате. Теория относительности здесь объявляется не свойством космоса, а следствием того, что мы пытаемся измерить среду с помощью приборов, сделанных из волн этой же среды.
Эфир Франко Селлери
Итальянский физик Франко Селлери (Franco Selleri) в конце XX века разработал математический аппарат, который позволяет рассчитывать «релятивистские» поправки в системе GPS без теории относительности. Селлери полагал, что в окрестности каждого источника гравитации существует одна локальная, физически выделенная система координат. В его преобразованиях время абсолютно, а одновременность событий истинна для всех (как у Ньютона). Он рассматривал эфир как фундаментальную фоновую среду в рамках концепции «местного эфира» (Local Ether). Согласно ней физический вакуум — это иерархическая структура динамических областей эфира во Вселенной. Подробнее его взгляды освещены ниже.
Солнечный эфир: В масштабах Солнечной системы доминирует гравитационное поле Солнца. Свет в этой системе отсчета летит со скоростью c во все стороны вдали от планет.
Земной эфирный «карман» (ECI-frame): Земля своей колоссальной массой удерживает собственный гравитационный «карман» эфира. Этот карман движется вместе с Землей по орбите вокруг Солнца. Поэтому Земля не ощущает орбитального эфирного ветра в 30 км/с, и опыт Майкельсона-Морли даёт ноль.
Вращение Земли: Внутри собственного гравитационного кармана Земля свободно вращается вокруг своей оси. Локальный эфир у Земли при этом не вращается вместе с корой планеты. Он жёстко привязан к центру массы Земли и ориентирован по далеким звездам.
Плотность эфира у небесных тел: Согласно Селлери, плотность и энергетическое состояние эфира увеличивается вблизи массивных тел. Любое небесное тело (Земля, Солнце) удерживает вокруг себя «облако» или градиент этой среды. Эфир вблизи Земли качественно отличается от эфира в межгалактическом пространстве.
Гравитация: Это не искривление четырехмерного пространства-времени, а физическое поле в трёхмерном пространстве.
Гравитационное замедление времени: Селлери склонялся к идее, что градиент плотности эфира напрямую влияет на внутреннюю динамику элементарных частиц. В более плотном эфире у поверхности Земли квантовые процессы (колебания электронов в атомах) замедляются.
Гравитомагнетизм (эффект Лензе — Тиринга): Для Селлери это не механическое вращение самого эфира, а проявление индукции. Масса, движущаяся или вращающаяся в эфире, возмущает эту среду. Вращение Земли порождает в эфире специфическое вихревое возмущение. Это возмущение математически эквивалентно гравитомагнитному полю ОТО и действует на гироскопы.
Электрическое поле — это состояние статического напряжения или поляризации частиц эфира вокруг заряда.
Магнитное поле — это кинематические вихри или микро-токи внутри самой структуры эфира, возникающие при движении зарядов.
Преобразования Селлери сформулированы так, чтобы уравнения Максвелла оставались справедливыми в выделенной системе отсчета.
Квантовая среда Феди и Сбитнева
Другой итальянский физик, Марко Феди в 2015 г. сформулировал основные принципы модели SQS. Совместно с Валерием Сбитневым теория SQS была разработана к 2017 гг. В ней «квантовое пространство» представляется в виде сверхтекучего БЭК. Ниже описана часть физических явлений, связанных с мировым эфиром, согласно этой теории.
Гравитация — это сила гидродинамического давления. Плотность квантового пространства вблизи массивных тел уменьшается. Причина в том, что элементарные частицы вещества непрерывно поглощают кванты пространства. Массивное тело работает как космический «пылесос» или сток жидкости. Поскольку Земля всасывает квантовое пространство, возникает постоянный направленный вниз поток этой сверхтекучей жидкости. Этот поток увлекает за собой все материальные тела. Чем ближе к центру Земли или Солнца, тем сильнее разрежен эфир и тем выше скорость его течения «внутрь» планеты.
Гравитомагнетизм (эффект Лензе-Тирринга): Так как вакуум — это реальная жидкость, вращающаяся Земля из-за сил трения и всасывания слегка закручивает окружающее пространство в вихрь. Этот макроскопический вихрь вакуума есть гравитомагнитное поле, которое механически поворачивает оси гироскопов на спутниках (эксперимент Gravity Probe B). При этом для GPS этот вихрь незаметен, так как скорость этого вращения ничтожно мала (миллиметры в секунду). Сверхтекучесть эфира, согласно Феди, может нарушаться при движении объектов на больших скоростях вблизи центров гравитации, позволяя передавать вращение своим спутникам. Эфир ведёт себя как дилатантная жидкость.
Геодезическая прецессия (эффект Де Ситтера): Когда гироскоп летит по орбите, разные его стороны движутся в потоке вакуума с разной относительной скоростью, что создает гидродинамический крутящий момент (аналог эффекта Магнуса или подъемной силы), который постоянно разворачивает ось.
Прецессия орбит: Планета (Меркурий) движется в спирально текущей среде. Поскольку орбита Меркурия вытянута, его скорость постоянно меняется. В афелии планета движется медленнее, и вязкое сопротивление вакуума близко к нулю. Но в перигелии скорость Меркурия достигает пика, из-за чего дилатантный вакуум локально «густеет» и оказывает максимальное тормозящее действие. Это кратковременное вязкое торможение в точке максимального сближения с Солнцем даёт микроскопический тормозной импульс. Из-за него планета не успевает вовремя выйти на расчетную ньютоновскую траекторию. Каждый раз, проходя через это локальное сопротивление в перигелии, Меркурий смещается по дуге чуть дальше, что приводит к постоянному повороту самой оси орбитального эллипса в направлении движения планеты. Вязкость вакуума на скорости Меркурия (47 км/с) мала для существенного торможения планеты. Энергия орбиты теряется настолько медленно, что Меркурий может остаться на стабильной орбите в течение миллиардов лет.
Электрический заряд — это микроскопический источник или сток (в зависимости от знака заряда) вакуумной жидкости от элементарных частиц.
Электрическое поле — это радиальное поле давлений вакуумной жидкости вокруг заряженной частицы.
Магнитное поле — это микровихри вакуумной жидкости, возникающие, когда заряды (микронасосы) начинают двигаться и создавать направленные токи.
Фотон — это солитон (одиночная упругая волна сдвига) в сверхтекучем квантовом пространстве.
Сильное взаимодействие — это прямой обмен квантами пространства (SQ) между близко расположенными вихрями (кварками). Когда два вихря находятся рядом, они начинают напрямую «перекачивать» и делить между собой элементы среды, образуя связывающую их вихревую трубку (глюонное поле в стандартной физике).
Слабое взаимодействие (в частности, бета-распад) — это следствие энергетического дисбаланса при поглощении квантов пространства вихрем. Поскольку частицы постоянно всасывают вакуум, для стабильности они должны компенсировать этот приток излучением (например, виртуальных фотонов). Если баланс нарушается и компенсации не происходит, вихрь становится нестабильным и распадается.
Сток эфира: Всасываемая массами квантовая жидкость пространства внутри элементарных частиц сжимается до критического состояния и конденсируется в новую материю (рождение виртуальных частиц, подпитка массы покоя). Материя — это просто «затвердевшее» или завихрённое пространство.
Исток эфира: На краях Вселенной (или в межгалактических пустотах) происходит обратный процесс. Расширение Вселенной в модели Феди — это не растяжение пустоты, а непрерывное рождение (испарение) новых квантов пространства из энергетического фона Вселенной. Вакуум «кипит» и постоянно восполняет себя в пустоте, устремляясь потоками к галактикам и звездам, которые его пожирают.
Тёмная материя: не существует. Галактика — это гигантское скопление миллиардов звезд. Каждая звезда всасывает пространство. Вся галактика целиком работает как колоссальный космический сток (водоворот). Этот сток заставляет огромные объемы квантового пространства вокруг галактики вращаться и течь к центру. Звезды на периферии галактики вращаются быстро не потому, что их притягивает скрытая масса, а потому что их несёт течение квантового пространства, закрученного галактическим водоворотом.
Красное смещение: Во Вселенной нет абсолютно идеальной сверхтекучести, и квантовое пространство (вакуум) обладает исчезающе малой, но ненулевой динамической вязкостью. Для небесных тел эта вязкость ничтожна. А вот для безмассовых и микроскопических фотонов эта микровязкость заметна. Феди утверждает, что летящий сквозь космос свет миллиарды лет трется о вязкий квантовый вакуум, теряя энергию и «краснея». Он использует эту микровязкость, чтобы возродить гипотезу «старения света» и заявить, что закон Хаббла (красное смещение далеких галактик) вызван трением света о вакуум, а не расширением Вселенной после Большого взрыва.
Кристаллический эфир
В отличие от жидкостных моделей (SVT), где вихри рискуют затухнуть из-за турбулентности или критических скоростей, кристаллическая модель опирается на физику твёрдого тела. Физические взаимодействия здесь объясняются классическими законами Ньютона и термодинамики, примененными к упругой деформации кристаллической решётки.
Теорию «мирового кристалла» создал немецкий физик Хаген Клейнерт в 1987 году. Идеи о кристаллическом эфире в дальнейшем развивали Ян Заанен, Эрс Мартон и другие учёные. Основные представления этой теории приведены ниже.
Пространство — это жёсткая, сверхплотная кристаллическая решётка из гипотетических субэлементарных частиц. Ближайший аналог в нашем мире — кристаллическая решетка алмаза или металла.
Электрический заряд — характеризует локальное радиальное натяжение или сжатие решётки вокруг дефекта. Положительный заряд — решётка растянута, отрицательный — сжата.
Электрическое поле — это статическое поле упругих напряжений (деформаций) кристалла вокруг дефекта. Одноименные дефекты отталкиваются, разноименные притягиваются, чтобы снять внутреннее напряжение решётки.
Магнитное поле — это динамический сдвиг (скорость деформации) элементов кристалла при движении дефекта.
Свет — это поперечная звуковая волна в кристалле. Поскольку кристалл жёсткий и неподвижный, «эфирного ветра» в виде перемещения кусков пространства нет.
Элементарные частицы — это стабильные дефекты кристаллической решетки (дислокации), которые могут перемещаться по ней, как «дырки» в полупроводниках.
Гравитация: Когда в кристалле эфира создается топологический дефект (материя), вокруг него возникает остаточная деформация решетки, меняющая её локальную плотность и жесткость. Гравитационное притяжение — это стремление дефектов двигаться в области, где решетка деформирована, чтобы минимизировать общую упругую энергию кристалла. Геометрия общей теории относительности здесь оказывается математическим описанием поля напряжений упругого кристалла.
Гравитомагнетизм: Из-за упругости кристалла, вращение массивного скопления дефектов (например, планеты) порождает круговые волны сдвига в решётке эфира. Этот механический сдвиг увлекает за собой другие мелкие дефекты, что в астрономии наблюдается как гравитомагнитный эффект (Лензе — Тирринга).
Сильное взаимодействие: Объясняется зацеплением и переплетением ядер дислокаций (дефектов) на экстремально малых расстояниях (порядка шага решетки кристалла). Когда дефекты подходят вплотную, упругие поля сливаются, создавая колоссальное усилие удержания (конфайнмент), которое невозможно разорвать, не разрушив саму структуру узла.
Слабое взаимодействие: Связано с т. н. скалярным зарядом кристалла (зарядом кривизны). При движении и перестройке сложных узлов решетки (например, при распаде дефекта) происходит локальное микроскопическое изменение топологии. Это искажение решетки, сопровождающееся выделением избыточной упругой энергии, фиксируется как слабое взаимодействие и радиоактивный распад.
Сокращение длины и замедление времени: Вещество состоит из дефектов решетки эфирного кристалла. По законам теории упругости, когда дефект (частица) перемещается по решетке со скоростью, близкой к скорости звука в этой решетке c, поле его упругих напряжений сплющивается вдоль оси движения (эффект, аналогичный деформации волнового фронта). Поскольку сами приборы наблюдателя состоят из таких же дефектов, их продольные размеры уменьшаются, а внутренние колебания (время) замедляются.
Тёмная материя: не существует. На краях галактик кристалл эфира имеет масштабные зоны деформации и кручения. Так как гравитация в этой теории — это градиент упругой энергии решетки, эти масштабные космические «изгибы» кристалла создают дополнительное тяготение.
Красное смещение: Энергия фотонов падает из-за растяжения ткани эфира по которой бежит световая волна.
Теории дискретного эфира
Альтернативные теории газоподобного эфира. Никола Тесла описывал эфир как разреженный идеальный газ, обладающий колоссальной кинетической энергией и свойствами сверхтекучести. В русскоязычной научной среде теорию эфирного газа разрабатывали Дмитрий Менделеев, Александр Пархомов, Владимир Ацюковский. Она развилась в т. н. «эфиродинамику».
Резюме: Эфир представляется реальным газом, состоящим из мельчайших частиц (амеров), который обладает массой, плотностью и вязкостью. Элементарные частицы (протоны, электроны) — это тороидальные газовые вихри. СТО отвергается полностью. Эффекты замедления времени у мезонов объясняются тем, что в плотных слоях эфира (например, в атмосфере Земли) вихри дольше сохраняют свою устойчивость. Рост массы при ускорении объясняется тем, что вихрь на высоких скоростях начинает вбирать в себя дополнительную массу окружающего эфирного газа из-за термодинамического охлаждения его стенок.
Кристаллизация эфирной концепции
Описанные квантовые теории и альтернативные модели эфира пытаются объяснить одни и те же явления. Однако, представления об эфире в них существенно разнятся. SVT, по сути эфирная теория, базируется на модели Бозе-Эйнштейновского конденсата. При этом Бозе и Эйнштейн исключили эфир из своих теорий. Иногда новое вырастает из хорошо забытого старого…
Теория SQS Марко Феди базируется на БЭК, который является сверхтекучей жидкостью (superliquid) и ближе прочих подходит для описания свойств эфирной среды. Однако, она не даёт убедительного объяснения появления потоков среды и их пропажи в трёхмерном пространстве. Парадокс можно разрешить введением 4-го измерения, но лучше обойтись без новой сущности. Теория кристаллического вакуума подходит с другой стороны, но исключает сгущение и течения вакуумной среды. Неподвижным кристаллическим эфиром не объяснить многие оптические эффекты.
Попробуем представить непротиворечивую концепцию мирового эфира, используя бритву Оккама и опираясь на опытные данные. Отметим, что эфирная среда не обязана копировать свойства какого-то вида атомарной материи или её агрегатное состояние. Но параллели и аналогии должны быть, ибо они наблюдаются в нашем мире повсеместно.
Начнём со света. В физике хорошо изучены эффекты, связанные с поляризацией и двойным лучепреломлением. Они показывают нам поперечный характер световых волн. Для слабо затухающих поперечных колебаний требуется упругая среда. Вблизи поверхности Земли эфирный ветер обнаружен не был, а измеренная во многочисленных экспериментах скорость света постоянна и изотропна. Можно объяснить это лоренцевым сокращением длины. Но формула Лоренца, которая в точности компенсирует теоретический сдвиг интерференционных полос, выглядит как подгонка под расчёты опытов с интерферометрами. Анри Пуанкаре называл эту компенсацию «заговором природы». Можно упомянуть тут ещё нулевые результаты опытов Рэлея-Брэйса, Троутона-Рэнкина и Кеннеди-Торндайка. Альтернативное объяснение нулевых результатов поиска эфирного ветра имеется в гипотезе локального эфира — это участие светоносной среды в локальных космических движениях (вокруг Солнца, центра Млечного Пути и т. д.) совместно с Землёй (приборами). При этом вращение Земли регистрируется с использованием эффекта Саньяка в оптических гироскопах. Также в системе GPS используются поправки Саньяка для учета изменения скорости света (времени его прихода) относительно движущегося приемника на Земле из-за её вращения. Лоренцево сокращение длины не может объяснить поправки Саньяка, ибо между спутником GPS и наземной станцией нет сжимаемого плеча интерферометра, и большую часть пути свет идёт через вакуум (локальный эфир без воздуха). Объяснимо это тем, что светоносная среда не участвует во вращении Земли.
Имеются нереализованные проекты экспериментов по поиску сдвига резонансной частоты в оптических резонаторах, летящих по орбитам Земли (программы STAR и BOOST). Их результаты могли бы дать больше информации. Эфир может частично увлекаться движущимися телами, что для прозрачных тел давно наблюдается (коэффициент Френеля в формуле Физо). Внутри непрозрачных движущихся кожухов (интерферометров, резонаторов) эффект увлечения также возможен. При этом эфир должен быть невязким, чтобы не увлекаться вращением тел. Этим объясняется наличие эффекта Саньяка и нулевой результат в опыте Лоджа, где свет идёт в зазоре двух быстро вращающихся дисков, без контакта с ними. Минимальное сокращение продольных размеров атомов из-за сопротивления проникающему эфирному ветру возможно, но оно не обязано быть лоренцевым. В ускорителях, при приближении скорости элементарных частиц к световой сопротивление эфира резко растёт, объясняя рост энергии, затрачиваемой на ускорение. Частицы при этом могут существенно сплющиваться.
А что насчёт аберрации изображений звезд в наземных телескопах? Увлечение эфира вблизи Земли этому не противоречит. На границах земного «кокона» эфира внутри солнечного «кокона» может происходить динамическое преломление светового фронта. Поток увлеченного эфира «сносит» волновой фронт падающего света. Направление преломленного света от далекой звезды определяется направлением движения земного эфира относительно звезды.
По поводу упругости (жёсткости) эфира — она должна быть высокой для дальнего переноса света, но вряд ли идеальной. Минимальное вязкое трение должно быть, как и у других волн. Формула для интенсивности излучения далекой звезды может включать такой эффект старения света, помимо красного смещения. Механические волны снижают амплитуду из-за вязкого трения, но не частоту (не красное смещение). Энергия фотона, помимо частоты, может заключать в себе и амплитуду, которая не наблюдается в земных экспериментах. Амплитуда кванта света определяется стабильными размерами элементарных источников (атомов), но может отличаться для неатомарных источников.
Жёсткая среда, способная образовывать течения, растягиваться, увлекаться и протекать сквозь тела, сжимать элементарные частицы … Наиболее близкий известный нам аналог — это сверхтекучее твёрдое тело (supersolid). В нём вещество одновременно обладает упорядоченной кристаллической структурой твёрдого тела и свойством сверхтекучести. Атомы или частицы выстроены в чёткую пространственную периодическую решетку, как в обычном кристалле. Часть из них может двигаться сквозь эту решетку без сопротивления и потерь энергии.
Эфирный ветер, проникающий в атомные часы на спутниках, может замедлять темп процессов в атомах часов, объясняя регистрируемые отклонения времени. Влияние увлечение эфира (при наличии) в кожухах приборов и корпусах летающих спутников с атомными часами на борту на ход часов не выявлено.
Два вида эфирной среды
В нашем мире имеется иерархия сред. Можно классифицировать среды по наукам, изучающим соответствующие мировые явления: физические → химические → биологические → социальные. На физическом уровне имеется своя иерархия сред по структурной сложности, которую можно представить так: гравитоносная среда → светоносная среда → сверхплотное вещество (ЧД, ядра нейтронных звёзд) → нейтронная жидкость → ядерная среда → атомарные среды. Под понятием «мирового эфира», таким образом, может скрываться две среды: гравитоносная и светоносная. При этом возможно существование и более «тонких» сред на нижних ступенях иерархии.
Почему два вида эфира? Во-первых, два основных взаимодействия, электрическое и гравитационное, имеют схожие потенциалы действия. При этом напрямую они не влияют друг на друга. Аналогичная ситуация для магнитного и гравитомагнитного взаимодействий. Эти взаимодействия схожи и не сочетаются в одной несущей среде. Электромагнитные и гравитационные волны также похожи и независимы. В теории гравитационных волн они являются поперечными и включают связанные гравитационную и гравитомагнитную составляющие. Их скорость считается близкой к световой. Во-вторых, разными свойствами эфирных сред лучше описываются трудно согласуемые эффекты, в частности, вероятное уплотнение эфира из-за увлечения небесными телами с растяжением вблизи них для объяснения гравитационного притяжения. В-третьих, выделение двух видов эфира согласуется с двумя классическими взглядами на эфир, приведенными в начале статьи.
Гравитоносная среда самая «тонкая» в иерархии, т. к. она может быть субстратом известной нам материи. Как носитель массы и гравитации, она не увлекается массивными телами. Частицы светоносной среды же, вероятно, гравитацией увлекаются (концепция local ether). Как и светоносная среда, гравитоносная может быть подобна сверхтекучему кристаллу. Светоносную среду можно представить более растяжимым, подвижным и увлекаемым суперкристаллом. Гравитоносную — более жёстким и стабильным. Кванты (частицы) светоносной среды могут быть простейшими структурами гравитоносной. Ниже даны возможные объяснения физических объектов и явлений, касающихся мирового эфира, на основе предположения о наличии двух supersolid-подобных эфирных сред.
Электрический заряд — величина, характеризующее свойство элементарных частиц создавать радиальные напряжения светоносной среды вблизи себя.
Электрическое поле — поле радиальных напряжений светоносной среды вокруг зарядов.
Магнитный момент — величина, характеризующая способность движущихся зарядов (элементарных частиц) создавать тангенциальные (сдвиговые) напряжения светоносной среды вблизи себя.
Магнитное поле — поле тангенциальных напряжений светоносной среды вокруг магнитных моментов.
Электромагнитные волны (свет) — поперечные волны из взаимосвязанных радиальных и тангенциальных колебаний светоносной среды.
Оптические эффекты: объяснимы сгущением и частичным увлечением светоносной среды + см. раздел «кристаллизация эфирной концепции» выше.
Электрические/магнитные волны (колеблющиеся отдельно «квазистационарные поля») — волны радиальных/тангенциальных возмущений светоносной среды в ближней зоне.
Элементарные частицы — устойчивые вихревые деформации решётки (топологические дефекты) гравитоносной или светоносной среды.
Спин — величина, характеризующая закрученность угловой ориентации ячеек светоносной среды вблизи элементарной частицы.
Сильное взаимодействие — сильное сцепление близко расположенных микровихрей адронов из-за отрицательного напряжения гравитоносной среды между ними. Если рассматривать нейтрон в виде смеси протона с электроном, в ядрах атомов добавляется обменное (слабое) взаимодействие протонов посредством ядерных электронов.
Слабое взаимодействие — слабые сцепления близко расположенных вихревых структур разных видов элементарных частиц (лептонные, полулептонные, адронные).
Масса — мера инертности структурных образований гравитоносного эфира.
Гравитация — притяжение совокупностей элементарных вихрей (тел), вызванное радиальным градиентом напряжения решётки гравитоносной среды вокруг них. На ядерных масштабах вырождается в сильное взаимодействие.
Гравитомагнетизм — эффект влияния закрученной гравитоносной среды вблизи вращающегося источника гравитации (небесного тела) на поступательное движение (прецессия орбит) и вращение (прецессия осей гироскопов) тел вблизи него. Эффект больше вблизи источника.
Геодезическая прецессия — разворот оси гироскопа из-за его движения по изогнутым слоям гравитоносного эфира разной кривизны.
Гравитационные волны — поперечные волны взаимосвязанных гравитационной и гравитомагнитной составляющих упругих деформаций в гравитоносной среде.
Замедление хода движущихся часов — эффект замедления процессов в атомах часов из-за увеличения времени хода волновых возбуждений светоносной среды внутри них при движении (из-за удлинения пути).
Гравитационное замедление хода часов — эффект замедления процессов в атомах часов из-за уплотнения светоносной среды внутри них вблизи центра гравитации.
Красное смещение — эффект увеличения длины волны света дальних звёзд из-за их разлёта (эффект Доплера). Относительная скорость звёзд может превышать скорость света, т.к. разлёт происходит вместе с локальными областями светоносного эфира. Дополнительный вклад в красное смещение может давать уменьшение плотности светоносной среды вдали от небесных тел из-за расширения Вселенной.
Гравитационное красное смещение — эффект увеличения длины волны света при его распространении в направлении уменьшения локальной плотности светоносной среды, сгущающейся вблизи центров гравитации (небесных тел).
Гравитационное линзирование — явление рефракции света вблизи центров гравитации из-за его движения в области градиента плотности светоносной среды. Свет загибается в сторону большей плотности (к центру небесного тела), подобно движению в собирающей линзе.
Задержка Шапиро — слабый эффект уменьшения скорости света вблизи центров гравитации из-за увеличения плотности светоносной среды вблизи них.
Тёмная материя — ненаблюдаемые из-за слабости свечения, компактные и массивные небесные тела, присутствующие в большинстве (но не во всех) галактиках (гипотеза MACHO). Слабое влияние могут оказывать уплотнённые галактиками области светоносной среды.
Горизонт событий ЧД — воображаемая поверхность вокруг чёрной дыры (ЧД), попадая внутрь которой светоносная среда вместе с волнами поглощается ЧД.
Большой взрыв — взрыв сверхмассивной ЧД, достигшей критической массы. В момент взрыва гигантское натяжение поверхности ЧД могло привести к коллапсу структуры сверхтекучего гравитоносного кристалла. Скопившаяся внутри упругая энергия и вещество при этом не смогли удерживаться разрушенной средой. Произошло взрывное, лавинообразное расширение первичной плазмы. Родилась «белая дыра», которая для внутренних наблюдателей является «большим взрывом». Взрыв сопровождался образованием и разлётом возмущённого светоносного эфира, э/м возмущений и вихревых образований (элементарных частиц) с дальнейшим усложнением разлетающейся материи.
Реликтовое излучение — усреднённое тепловое излучение из разных областей вселенной, существующее от момента её рождения.
Космологическая выделенная ось — ось симметрии температурных узоров на карте реликтового излучения вселенной. Может указывать направление оси вращения родительской ЧД.
Барионная асимметрия — отсутствие антивещества в обозримой части вселенной. Объясняется подавлением рождения античастиц из-за спин-вращательного взаимодействия формирующихся вихрей (элементарных частиц) во вращающемся гравитоносном эфире «первичного бульона», образовавшегося после взрыва ЧД.
Границы вселенной — воображаемая поверхность, заключающая в себе всю материю нашей вселенной. Вне этой поверхности может существовать гравитоносный эфир и другие вселенные.
Тёмная энергия — упругая энергия светоносной среды вселенной. Ускоренное расширение вселенной объяснимо внутренним давлением и разрежением светоносной среды на границах.
Мультивселенная — гипотетическая совокупность всех вселенных в космосе. Вселенные могут рождаться из сверхмассивных ЧД, которые формируются в областях столкновений предковых вселенных при их расширении там, где плотность энергии и массы достаточно велика.
Заключение
Мировому эфиру для существования необходимы время и пространство. Поэтому последние два понятия более фундаментальны. С позиции принципа Оккама, искажение классического пространства-времени или добавление измерений в угоду опытным данным менее оправдано, нежели уточнение свойств сред, его наполняющих. Неопределённости и вероятности в квантовой теории не фундаментальны, а отражают неполноту информации об объектах микромира у наблюдателей. Механистическое описание микрообъектов более определённо и может стать точнее при развитии измерительной техники в будущем.
В статье сделан аналитический обзор имеющихся взглядов на эфир. Предпринята попытка создания непротиворечивой классической концепции на их основе, без привлечения новых сущностей. Приведённая в итоге концепция тонких сред основана на текущих представлениях автора о мировом эфире и связанных с ним явлениях. Она неточна и может содержать ошибки. Изложенные взгляды — не постулаты, а пища для размышления интересующимся темой читателям. Надеюсь, мне удалось обозначить путь к согласованному описанию основных физических явлений с обходом противоречий популярных ныне теорий.
P. S. Статья написана в соавторстве с Gemini. Могут быть неточности.
