กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 19 นาที

อีเธอร์เรืองแสง

อีเธอร์เรืองแสงหรืออีเธอร์ ( เรือง แสงหมายถึง 'นำพาแสง') คือสื่อ ที่เคย ตั้งสมมติฐานไว้ สำหรับการแพร่กระจายของแสง มีการอ้างถึงความสามารถของแสงที่ดูเหมือนจะ เป็น...

อีเธอร์เรืองแสง

อีเธอร์ที่เป็นตัวนำแสง: มีการตั้งสมมติฐานว่าโลกเคลื่อนที่ผ่าน "ตัวกลาง" ของอีเธอร์ซึ่งเป็นตัวนำแสง

อีเธอร์เรืองแสงหรืออีเธอร์[ 1 ] ( เรือง แสงหมายถึง 'นำพาแสง') คือสื่อ ที่เคย ตั้งสมมติฐานไว้ สำหรับการแพร่กระจายของแสง[ 2 ] มีการอ้างถึงความสามารถของแสงที่ดูเหมือนจะ เป็น คลื่นในการแพร่กระจายผ่านพื้นที่ว่างเปล่า ( สุญญากาศ ) ซึ่งเป็นสิ่งที่คลื่นไม่น่าจะทำได้ สมมติฐานของพื้นที่ที่เต็มไปด้วยสสาร (พื้นที่ที่เต็มไปด้วยสสาร) ของอีเธอร์เรืองแสง แทนที่จะเป็นสุญญากาศ ได้ให้สื่อทางทฤษฎีที่จำเป็นสำหรับทฤษฎีคลื่นของแสง

สมมติฐานเรื่องอีเธอร์เป็นหัวข้อถกเถียงกันอย่างมากตลอดประวัติศาสตร์ เพราะมันต้องการการมีอยู่ของสสารที่มองไม่เห็นและไม่มีที่สิ้นสุด โดยไม่มีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุทางกายภาพใดๆ เมื่อมีการสำรวจธรรมชาติของแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในศตวรรษที่ 19 คุณสมบัติทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับอีเธอร์ก็เริ่มขัดแย้งกันมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 การมีอยู่ของอีเธอร์จึงถูกตั้งคำถาม แม้ว่าจะไม่มีทฤษฎีทางกายภาพใดมาแทนที่ก็ตาม

ผลลัพธ์เชิงลบจากการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ (ค.ศ. 1887) ชี้ให้เห็นว่าอีเธอร์ไม่มีอยู่จริง ซึ่งได้รับการยืนยันในการทดลองต่อมาในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1920 สิ่งนี้ทำให้เกิดงานวิจัยเชิงทฤษฎีมากมายเพื่ออธิบายการแพร่กระจายของแสงโดยปราศจากอีเธอร์ ความก้าวหน้าครั้งสำคัญคือทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าทำไมการทดลองจึงไม่พบอีเธอร์ แต่ในวงกว้างแล้วตีความได้ว่าไม่จำเป็นต้องมีอีเธอร์ การทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ ร่วมกับการทดลองเกี่ยวกับตัวแผ่รังสีของวัตถุดำและปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกเป็นการทดลองสำคัญในการพัฒนาฟิสิกส์สมัยใหม่ซึ่งรวมถึงทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพและทฤษฎีควอนตัมซึ่งทฤษฎีหลังนี้อธิบายถึงธรรมชาติของแสงที่มีลักษณะคล้ายอนุภาค

ประวัติศาสตร์ของแสงและอีเธอร์

อนุภาคกับคลื่น

ในศตวรรษที่ 17 โรเบิร์ต บอยล์เป็นผู้สนับสนุนสมมติฐานเรื่องอีเธอร์ ตามที่บอยล์กล่าว อีเธอร์ประกอบด้วยอนุภาคละเอียด อนุภาคชนิดหนึ่งอธิบายถึงการไม่มีสุญญากาศและปฏิสัมพันธ์เชิงกลระหว่างวัตถุ และอนุภาคอีกชนิดหนึ่งอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น แม่เหล็ก (และอาจรวมถึงแรงโน้มถ่วง) ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้หากอาศัยเพียงปฏิสัมพันธ์เชิงกลของวัตถุขนาดใหญ่ “แม้ว่าในอีเธอร์ของคนโบราณจะไม่มีอะไรที่ถูกสังเกตเห็นนอกจากสารที่กระจายตัวและละเอียดอ่อนมาก แต่ในปัจจุบันเราก็พอใจที่จะยอมรับว่าในอากาศมีกลุ่มของกระแสที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่แน่นอนระหว่างขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้เสมอ” [ 3 ]

คริสเตียน ฮุยเกนส์ในตำราว่าด้วยแสง (ค.ศ. 1690) ตั้งสมมติฐานว่าแสงเป็นคลื่นที่แพร่กระจายผ่านอีเธอร์ เขาและไอแซค นิวตันมองเห็นคลื่นแสงได้เพียงว่าเป็น คลื่น ตามยาวแพร่กระจายเหมือนเสียงและคลื่นกล อื่นๆ ในของเหลวอย่างไรก็ตาม คลื่นตามยาวจำเป็นต้องมีรูปแบบเดียวสำหรับทิศทางการแพร่กระจายที่กำหนด ไม่ใช่สองโพลาไรเซชันเหมือนคลื่นตามขวางดังนั้น คลื่นตามยาวจึงไม่สามารถอธิบายการหักเหสองทิศทาง ได้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่แสงสองโพลาไรเซชันหักเหแตกต่างกันโดยผลึก นอกจากนี้ นิวตันยังปฏิเสธว่าแสงเป็นคลื่นในตัวกลาง เพราะตัวกลางดังกล่าวจะต้องแผ่ขยายไปทั่วอวกาศ และจะ "รบกวนและชะลอการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดใหญ่เหล่านั้น" (ดาวเคราะห์และดาวหาง) และดังนั้น "เนื่องจากตัวกลางของแสงไม่มีประโยชน์ และขัดขวางการทำงานของธรรมชาติ และทำให้ธรรมชาติอ่อนแอลง จึงไม่มีหลักฐานการมีอยู่ของมัน และด้วยเหตุนี้จึงควรถูกปฏิเสธ" [ 4 ]

ไอแซค นิวตันแย้งว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก ซึ่งสามารถอธิบายคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความสามารถของแสงในการเดินทางเป็นเส้นตรงและสะท้อนจากพื้นผิว นิวตันจินตนาการถึงอนุภาคของแสงว่าเป็น "อนุภาค" ที่ไม่เป็นทรงกลม โดยมี "ด้าน" ที่แตกต่างกันซึ่งทำให้เกิดการหักเหสองทิศทาง แต่ทฤษฎีอนุภาคของแสงไม่สามารถอธิบายการหักเหและการเลี้ยวเบนได้ อย่างน่าพอใจ [ 5 ] เพื่ออธิบายการหักเห หนังสือ ออปติกส์เล่มที่สามของนิวตัน(ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1 ปี 1704 ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 4 ปี 1730) ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับ "ตัวกลางอีเธอร์" ที่ส่งผ่านการสั่นสะเทือนเร็วกว่าแสง ซึ่งเมื่อแสงถูกแซงหน้า จะทำให้เกิด "การสะท้อนและการส่งผ่านที่ง่าย" ซึ่งทำให้เกิดการหักเหและการเลี้ยวเบน นิวตันเชื่อว่าการสั่นสะเทือนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีความร้อน:

ความร้อนของห้องที่อบอุ่นนั้นไม่ได้ถูกส่งผ่านสุญญากาศโดยการสั่นสะเทือนของตัวกลางที่ละเอียดกว่าอากาศมากนักหรือ ซึ่งหลังจากอากาศถูกดูดออกไปแล้ว ตัวกลางนั้นก็ยังคงอยู่ในสุญญากาศ? และตัวกลางนี้ไม่ใช่ตัวกลางเดียวกันกับที่แสงหักเหและสะท้อน และโดยการสั่นสะเทือนของตัวกลางนั้น แสงจึงส่งผ่านความร้อนไปยังวัตถุ และทำให้เกิดการสะท้อนและการส่งผ่านได้ง่ายหรือ? [ A 1 ] : 349

ตรงกันข้ามกับความเข้าใจสมัยใหม่ที่ว่าการแผ่รังสีความร้อนและแสงต่างก็เป็นการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้านิวตันมองว่าความร้อนและแสงเป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันสองอย่าง เขาเชื่อว่าการสั่นสะเทือนของความร้อนจะเกิดขึ้น "เมื่อรังสีของแสงตกกระทบลงบนพื้นผิวของวัตถุโปร่งใสใดๆ" [ A 1 ] : 348 เขาเขียนว่า "ฉันไม่รู้ว่าอีเธอร์นี้คืออะไร" แต่ถ้ามันประกอบด้วยอนุภาคแล้ว อนุภาคเหล่านั้นจะต้องเป็น

เล็กกว่าอนุภาคของอากาศอย่างมาก หรือแม้แต่เล็กกว่าอนุภาคของแสง: ความเล็กจิ๋วของอนุภาคเหล่านี้อาจส่งผลให้แรงที่อนุภาคเหล่านั้นผลักออกจากกันมีมาก และทำให้ตัวกลางนั้นเบาบางและยืดหยุ่นกว่าอากาศอย่างมาก และด้วยเหตุนี้จึงต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ถูกยิงได้น้อยลงอย่างมาก และสามารถกดทับวัตถุขนาดใหญ่ได้มากขึ้นอย่างมาก โดยพยายามขยายตัวออก[ A 1 ] : 352

แบรดลีย์เสนออนุภาค

ในปี ค.ศ. 1720 เจมส์ แบรดลีย์ได้ทำการทดลองหลายชุดเพื่อพยายามวัดพารัลแลกซ์ของดาวฤกษ์โดยการวัดดาวฤกษ์ในช่วงเวลาต่างๆ ของปี เนื่องจากโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ มุมปรากฏไปยังจุดที่อยู่ไกลออกไปจึงเปลี่ยนแปลงไป การวัดมุมเหล่านั้นทำให้สามารถคำนวณระยะทางไปยังดาวฤกษ์ได้โดยอาศัยเส้นรอบวงโคจรของโลกที่ทราบรอบดวงอาทิตย์ เขาไม่สามารถตรวจพบพารัลแลกซ์ใดๆ จึงทำให้มีการกำหนดขีดจำกัดล่างของระยะทางไปยังดาวฤกษ์[ 6 ]

ในระหว่างการทดลองเหล่านี้ แบรดลีย์ยังค้นพบผลกระทบที่เกี่ยวข้องอีกด้วย ตำแหน่งที่ปรากฏของดาวฤกษ์เปลี่ยนแปลงไปตลอดทั้งปี แต่ไม่เป็นไปตามที่คาดไว้ แทนที่จะให้มุมที่ปรากฏมีค่าสูงสุดเมื่อโลกอยู่ที่ปลายวงโคจรด้านใดด้านหนึ่งเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ มุมกลับมีค่าสูงสุดเมื่อโลกมีความเร็วด้านข้างที่เร็วที่สุดเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ ผลกระทบนี้ปัจจุบันเรียกว่าการเบี่ยงเบนของดาวฤกษ์[ 6 ]

แบรดลีย์อธิบายปรากฏการณ์นี้ในบริบทของทฤษฎีอนุภาคแสง โดยแสดงให้เห็นว่ามุมเบี่ยงเบนได้มาจากการบวกเวกเตอร์อย่างง่ายของความเร็ววงโคจรของโลกและความเร็วของอนุภาคแสง เช่นเดียวกับที่เม็ดฝนที่ตกลงมาในแนวดิ่งกระทบวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ในมุมหนึ่ง การทราบความเร็วของโลกและมุมเบี่ยงเบนทำให้เขาสามารถประมาณความเร็วของแสงได้[ B 1 ] : 94

ทฤษฎีคลื่นได้รับชัยชนะ

หนึ่งศตวรรษต่อมาโทมัส ยัง[ a ]และออกัสติน-ฌอง เฟรสเนลได้ฟื้นฟูทฤษฎีคลื่นของแสงขึ้นมาใหม่ โดยชี้ให้เห็นว่าแสงอาจเป็นคลื่นตามขวางมากกว่าคลื่นตามยาว การโพลาไรเซชันของคลื่นตามขวาง (เช่นเดียวกับ "ด้าน" ของแสงของนิวตัน) สามารถอธิบายการหักเหสองทิศทางได้ และหลังจากชุดการทดลองเกี่ยวกับการเลี้ยวเบน แบบจำลองอนุภาคของนิวตันก็ถูกละทิ้งในที่สุดนักฟิสิกส์ยังสันนิษฐานอีกว่า เช่นเดียวกับคลื่นกล คลื่นแสงต้องการตัวกลางในการแพร่กระจายและด้วยเหตุนี้จึงต้องอาศัยแนวคิดของฮุยเกนส์เกี่ยวกับ "ก๊าซ" อีเธอร์ที่แทรกซึมไปทั่วอวกาศ

อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าคลื่นตามขวางต้องการให้ตัวกลางที่แพร่กระจายมีพฤติกรรมเหมือนของแข็ง ไม่ใช่ของเหลว แนวคิดของของแข็งที่ไม่ทำปฏิกิริยากับสสารอื่นดูแปลกๆ และออกัสติน-หลุยส์ โคชีเสนอว่าบางทีอาจมี "การดึง" หรือ "การดึงดูด" บางอย่าง แต่สิ่งนี้ทำให้การวัดความคลาดเคลื่อนเข้าใจยาก เขายังเสนอว่าการไม่มีคลื่นตามยาวบ่งชี้ว่าอีเธอร์มีค่าการอัดตัวเป็นลบจอร์จ กรีนชี้ให้เห็นว่าของเหลวเช่นนั้นจะไม่เสถียรจอร์จ กาเบรียล สโตกส์ กลายเป็นผู้สนับสนุนการตีความแบบดึงดูด โดยพัฒนารูปแบบที่อีเธอร์อาจเป็นเหมือนยางสน คือขยายตัวได้ (เป็นของเหลวที่ความเร็วต่ำและแข็งตัวที่ความเร็วสูง) ดังนั้นโลกจึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านมันได้อย่างค่อนข้างอิสระ แต่ก็จะมีความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะรองรับแสงได้

แม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี พ.ศ. 2399 วิลเฮล์ม เอดูอาร์ด เวเบอร์และรูดอล์ฟ โคห์ลเราช์ได้วัดค่าตัวเลขของอัตราส่วนระหว่างหน่วยประจุไฟฟ้าสถิตกับหน่วยประจุแม่เหล็กไฟฟ้า พวกเขาพบว่าอัตราส่วนระหว่างหน่วยประจุไฟฟ้าสถิตกับหน่วยประจุแม่เหล็กไฟฟ้าคือความเร็วแสงc [ 8 ]ในปีต่อมากุสตาฟ เคิร์ชฮอฟฟ์ ได้เขียนบทความที่แสดงให้เห็นว่าความเร็วของสัญญาณตามสายไฟฟ้า นั้นเท่ากับความเร็วแสง[ 9 ]นี่คือความเชื่อมโยงทางประวัติศาสตร์ที่บันทึกไว้ครั้งแรกระหว่างความเร็วแสงและปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์เริ่มทำงานเกี่ยวกับเส้นแรงของไมเคิล ฟาราเดย์ในบทความเรื่อง "ว่าด้วยเส้นแรงทางกายภาพ" ในปี 1861 เขาได้จำลองเส้นแรงแม่เหล็กเหล่านี้โดยใช้กลุ่มของกระแสน้ำวนโมเลกุล ซึ่งเขาพิจารณาว่าประกอบด้วยอีเธอร์บางส่วนและสสารธรรมดาบางส่วน เขาได้หาค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและค่าสภาพซึมผ่านของแม่เหล็กโดยพิจารณาจากความยืดหยุ่นตามขวางและความหนาแน่นของตัวกลางยืดหยุ่นนี้ จากนั้นเขาก็เทียบอัตราส่วนของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่อค่าสภาพซึมผ่านของแม่เหล็กกับผลลัพธ์ของเวเบอร์และโคลเราช์ในปี 1856 ที่ปรับปรุงให้เหมาะสม และแทนที่ผลลัพธ์นี้ลงในสมการของนิวตันสำหรับความเร็วเสียง เมื่อได้ค่าที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสงที่วัดโดยฮิปโปลิต ฟิโซ แม็กซ์เวลล์จึงสรุปว่าแสงประกอบด้วยการกระเพื่อมของตัวกลางเดียวกันกับที่เป็นสาเหตุของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก[ B 1 ] [ B 2 ] [ B 3 ] [ B 4 ]

อย่างไรก็ตาม แม็กซ์เวลล์ได้แสดงความไม่แน่ใจบางประการเกี่ยวกับลักษณะที่แท้จริงของกระแสน้ำวนโมเลกุลของเขา ดังนั้นเขาจึงเริ่มใช้แนวทางพลศาสตร์ล้วนๆ ในการแก้ปัญหา เขาเขียนบทความอีกฉบับในปี 1864 ในชื่อ " ทฤษฎีพลศาสตร์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า " ซึ่งรายละเอียดของตัวกลางเรืองแสงนั้นไม่ชัดเจนนัก[ A 2 ]แม้ว่าแม็กซ์เวลล์จะไม่ได้กล่าวถึงทะเลของกระแสน้ำวนโมเลกุลอย่างชัดเจน แต่การพิสูจน์กฎวงจรของแอมแปร์ของ เขานั้น ได้มาจากบทความปี 1861 และเขาใช้แนวทางพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบหมุนภายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเขาเปรียบเทียบกับการทำงานของล้อหมุน การใช้แนวทางนี้เพื่อพิสูจน์สมการแรงเคลื่อนไฟฟ้า (ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของ สมการ แรงลอเรนซ์ ) เขาได้สมการคลื่นจากชุดสมการแปดสมการที่ปรากฏในบทความ ซึ่งรวมถึงสมการแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกฎวงจรของแอมแปร์[ A 2 ]แม็กซ์เวลล์ใช้ผลการทดลองของเวเบอร์และโคลเราช์อีกครั้งเพื่อแสดงให้เห็นว่าสมการคลื่นนี้แสดงถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายด้วยความเร็วแสง ซึ่งสนับสนุนมุมมองที่ว่าแสงเป็นรูปแบบหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี พ.ศ. 2430–2432 ไฮน์ริช เฮิรตซ์ได้สาธิตการทดลองว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีลักษณะเหมือนกับคลื่นแสง การรวมกันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและทัศนศาสตร์นี้บ่งชี้ว่ามีอีเธอร์เรืองแสงเพียงชนิดเดียว แทนที่จะมีสื่ออีเธอร์หลายชนิดที่แตกต่างกัน[ 10 ]

ความจำเป็นที่เห็นได้ชัดของตัวกลางในการแพร่กระจายของคลื่นเฮิรตซ์ (ซึ่งต่อมาเรียกว่าคลื่นวิทยุ ) สามารถเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นเหล่านี้ประกอบด้วยคลื่นไฟฟ้า (E) และคลื่นแม่เหล็ก (B หรือ H) ที่ตั้งฉากกัน คลื่น E ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าแบบไดโพลที่แกว่งไปมา และไดโพลทั้งหมดดังกล่าวดูเหมือนจะต้องการประจุไฟฟ้าที่แยกจากกันและมีทิศทางตรงข้าม ประจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติที่แยกไม่ออกของสสารดังนั้นจึงดูเหมือนว่าจำเป็นต้องมีสสารบางรูปแบบเพื่อให้กระแสสลับซึ่งดูเหมือนจะต้องมีอยู่ ณ จุดใด ๆ ตามเส้นทางการแพร่กระจายของคลื่น การแพร่กระจายของคลื่นในสุญญากาศที่แท้จริงจะหมายถึงการมีอยู่ของสนามไฟฟ้าโดยไม่มีประจุไฟฟ้า ที่เกี่ยวข้อง หรือประจุไฟฟ้าโดยไม่มีสสารที่เกี่ยวข้อง แม้ว่าจะเข้ากันได้กับสมการของแม็กซ์เวลล์ แต่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าไม่สามารถแสดงให้เห็นได้ในสุญญากาศ เนื่องจากวิธีการตรวจจับสนามไฟฟ้าทั้งหมดต้องใช้สสารที่มีประจุไฟฟ้า

นอกจากนี้ สมการของแม็กซ์เวลล์ยังกำหนดให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดในสุญญากาศต้องแพร่กระจายด้วยความเร็วคงที่cเนื่องจากสิ่งนี้เกิดขึ้นได้เฉพาะในกรอบอ้างอิง เดียว ในฟิสิกส์แบบนิวตัน (ดูทฤษฎีสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ ) จึงมีการตั้งสมมติฐานว่าอีเธอร์เป็นกรอบอ้างอิงสัมบูรณ์และเป็นเอกลักษณ์ที่สมการของแม็กซ์เวลล์ใช้ได้ กล่าวคือ อีเธอร์ต้อง "นิ่ง" อยู่เสมอ มิฉะนั้นcจะแปรผันไปตามการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นในตัวกลางที่รองรับมัน แม็กซ์เวลล์เองได้เสนอแบบจำลองเชิงกลของอีเธอร์หลายแบบโดยใช้ล้อและเฟือง และจอร์จ ฟรานซิส ฟิตซ์เจอรัลด์ยังได้สร้างแบบจำลองที่ใช้งานได้จริงของแบบจำลองหนึ่งในนั้น แบบจำลองเหล่านี้ต้องสอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวางแต่ไม่ใช่คลื่นตามยาว

ปัญหา

ณ จุดนี้ คุณสมบัติเชิงกลของอีเธอร์ได้กลายเป็นสิ่งมหัศจรรย์มากขึ้นเรื่อยๆ: มันต้องเป็นของเหลวเพื่อเติมเต็มพื้นที่ แต่ต้องเป็นของเหลวที่มีความแข็งแกร่งมากกว่าเหล็กหลายล้านเท่าเพื่อรองรับความถี่สูงของคลื่นแสง นอกจากนี้ มันต้องไม่มีมวลและไม่มีความหนืดมิฉะนั้นมันจะส่งผลกระทบต่อวงโคจรของดาวเคราะห์อย่างเห็นได้ชัด ยิ่งไปกว่านั้น ดูเหมือนว่ามันจะต้องโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ ไม่กระจายตัว ไม่สามารถบีอัดได้และต่อเนื่องในระดับที่เล็กมาก[ 11 ]แม็กซ์เวลล์เขียนไว้ในสารานุกรมบริแทนนิกาว่า : [ A 3 ]

อีเธอร์ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อให้ดาวเคราะห์ลอยอยู่ในนั้น เพื่อสร้างชั้นบรรยากาศไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เพื่อส่งผ่านความรู้สึกจากส่วนหนึ่งของร่างกายเราไปยังอีกส่วนหนึ่ง และอื่นๆ อีกมากมาย จนกระทั่งอวกาศทั้งหมดถูกเติมเต็มด้วยอีเธอร์ถึงสามหรือสี่เท่า ... อีเธอร์เพียงชนิดเดียวที่ยังคงหลงเหลืออยู่คืออีเธอร์ที่ฮุยเกนส์คิดค้นขึ้นเพื่ออธิบายการแพร่กระจายของแสง

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีอีเธอร์ประสบปัญหา การทดลองที่ซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆหลายชุดได้ถูกดำเนินการในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เพื่อพยายามตรวจจับการเคลื่อนที่ของโลกผ่านอีเธอร์ แต่ก็ล้มเหลว ทฤษฎีการลากอีเธอร์ที่เสนอขึ้นมาหลายทฤษฎีสามารถอธิบายผลลัพธ์ที่เป็นศูนย์ได้ แต่ทฤษฎีเหล่านั้นซับซ้อนกว่า และมักใช้สัมประสิทธิ์ที่ดูเหมือนไม่มีเหตุผลและสมมติฐานทางฟิสิกส์ ลอเรนซ์และฟิตซ์เจอรัลด์ได้เสนอวิธีแก้ปัญหาที่สง่างามกว่าภายในกรอบของทฤษฎีอีเธอร์ของลอเรน ซ์ เกี่ยวกับวิธีที่การเคลื่อนที่ของอีเธอร์สัมบูรณ์ไม่สามารถตรวจจับได้ (การหดตัวของความยาว) แต่ถ้าสมการของพวกเขาถูกต้องทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ใหม่ (1905) ก็สามารถสร้างคณิตศาสตร์เดียวกันได้โดยไม่ต้องอ้างถึงอีเธอร์เลย อีเธอร์จึงตกอยู่ภายใต้หลักการของอ็อกแคม[ B 1 ] [ B 2 ] [ B 3 ] [ B 4 ]

การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างโลกและอีเธอร์

แอธึมแดร็ก

แบบจำลองที่สำคัญที่สุดสองแบบ ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโลกและอีเธอร์ได้แก่ แบบจำลองของออกัสติน-ฌอง เฟรสเนล (1818) เกี่ยวกับอีเธอร์ที่ (เกือบ) อยู่กับที่ ซึ่งรวมถึงแรงต้านของอีเธอร์บางส่วนที่กำหนดโดยสัมประสิทธิ์แรงต้านของเฟรสเนล [ A 4 ]และ แบบจำลองของ จอร์จ กาเบรียล สโตกส์ (1844) [ A 5 ] เกี่ยวกับแรงต้านของอีเธอร์อย่างสมบูรณ์ ทฤษฎีหลังนี้ไม่ถือว่าถูกต้อง เนื่องจากไม่สอดคล้องกับการเบี่ยงเบนของแสงและสมมติฐานเสริมที่พัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายปัญหานี้ก็ไม่น่าเชื่อถือ นอกจากนี้ การทดลองในภายหลัง เช่นปรากฏการณ์ซาญัก (1913) ก็แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองนี้ใช้ไม่ได้ อย่างไรก็ตาม การทดลองที่สำคัญที่สุดที่สนับสนุนทฤษฎีของเฟรสเนลคือการทดลอง ของ ฟิโซในปี 1851 ที่ยืนยันคำทำนาย ของเฟรสเนลในปี 1818 ว่าตัวกลางที่มีดัชนีหักเหnที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วvจะทำให้ความเร็วของแสงที่เดินทางผ่านตัวกลางในทิศทางเดียวกับv เพิ่มขึ้น จากc / nเป็น: [ E 1 ] [ E 2 ]

กล่าวคือ การเคลื่อนที่เพิ่มความเร็วของแสงเพียงเศษส่วนเล็กน้อยของความเร็วของตัวกลาง (ซึ่งเฟรสเนลได้ทำนายไว้เพื่อให้กฎของสเนลล์ใช้ได้ในทุกกรอบอ้างอิง สอดคล้องกับการเบี่ยงเบนของแสงดาว) ในตอนแรกนั้นตีความได้ว่า ตัวกลางดึงอีเธอร์ไปด้วย โดยมี ความเร็วเป็น ส่วนหนึ่งของตัวกลาง แต่ความเข้าใจนั้นกลายเป็นปัญหาอย่างมากหลังจากที่วิลเฮล์ม เวลท์มันน์ได้แสดงให้เห็นว่าดัชนีnในสูตรของเฟรสเนลขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง ดังนั้นอีเธอร์จึงไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ไม่ขึ้นกับความยาวคลื่นได้ ซึ่งหมายความว่าต้องมีอีเธอร์แยกต่างหากสำหรับแต่ละความถี่ที่มีอยู่มากมายนับไม่ถ้วน

การทดลองการเคลื่อนที่ของอีเธอร์เชิงลบ

ความยากลำบากที่สำคัญของสมมติฐานอีเธอร์ของเฟรสเนลเกิดขึ้นจากการนำทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างดีสองทฤษฎีมาวางเคียงข้างกัน ได้แก่ พลศาสตร์แบบนิวตันและแม่เหล็กไฟฟ้าของแม็กซ์เวลล์ ภายใต้การแปลงแบบกาลิเลียนสมการของพลศาสตร์แบบนิวตันจะ ไม่เปลี่ยนแปลงในขณะที่สมการของแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลง โดยพื้นฐานแล้วหมายความว่า ในขณะที่ฟิสิกส์ควรจะยังคงเหมือนเดิมในการทดลองที่ไม่เร่งความเร็ว แสงจะไม่ปฏิบัติตามกฎเดียวกันเพราะมันเดินทางใน "กรอบอีเธอร์" สากล ผลกระทบบางอย่างที่เกิดจากความแตกต่างนี้ควรจะตรวจจับได้

ตัวอย่างง่ายๆ เกี่ยวกับแบบจำลองที่ใช้สร้างอีเธอร์ในตอนแรก คือ เสียง ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นกล หรือความเร็วของเสียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางกลของตัวกลาง เสียงเดินทางเร็วกว่าในน้ำ 4.3 เท่าเมื่อเทียบกับในอากาศ นี่อธิบายได้ว่าทำไมคนที่ได้ยินเสียงระเบิดใต้น้ำและขึ้นมาบนผิวน้ำอย่างรวดเร็วจึงสามารถได้ยินเสียงนั้นอีกครั้ง เนื่องจากเสียงที่เดินทางช้ากว่าจะมาถึงในอากาศ ในทำนองเดียวกัน ผู้โดยสารบนเครื่องบินยังคงสามารถสนทนากับผู้โดยสารคนอื่นได้ เพราะเสียงของคำพูดเดินทางไปพร้อมกับอากาศภายในเครื่องบิน ผลกระทบนี้เป็นพื้นฐานของพลศาสตร์แบบนิวตันทั้งหมด ซึ่งกล่าวว่าทุกสิ่งตั้งแต่เสียงไปจนถึงวิถีการเคลื่อนที่ของลูกเบสบอลที่ถูกขว้างควรคงที่เหมือนเดิมในเครื่องบินที่กำลังบินอยู่ (อย่างน้อยก็ด้วยความเร็วคงที่) ราวกับว่ายังคงจอดอยู่บนพื้นดิน นี่คือพื้นฐานของการแปลงแบบกาลิเลียน และแนวคิดของกรอบอ้างอิง

แต่สิ่งเดียวกันนี้ไม่น่าจะเป็นจริงสำหรับแสง เนื่องจากคณิตศาสตร์ของแม็กซ์เวลล์ต้องการความเร็วสากลเดียวสำหรับการแพร่กระจายของแสง โดยไม่ได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขในท้องถิ่น แต่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่วัดได้สองประการ คือ ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าและค่าสภาพซึมผ่านทางแม่เหล็กของพื้นที่ว่าง ซึ่งถือว่าเหมือนกันทั่วทั้งจักรวาล[ 12 ]

ดังนั้น ณ จุดใด ๆ ควรจะมีระบบพิกัดพิเศษเพียงระบบเดียว "ซึ่งอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับอีเธอร์" แม็กซ์เวลล์ตั้งข้อสังเกตในช่วงปลายทศวรรษ 1870 ว่าการตรวจจับการเคลื่อนที่เมื่อเทียบกับอีเธอร์นี้ควรทำได้ง่ายพอสมควร แสงที่เดินทางไปพร้อมกับการเคลื่อนที่ของโลกจะมีความเร็วที่แตกต่างจากแสงที่เดินทางย้อนกลับ เนื่องจากทั้งสองจะเคลื่อนที่สวนทางกับอีเธอร์ที่อยู่นิ่ง แม้ว่าอีเธอร์จะมีกระแสไหลเวียนโดยรวมในระดับสากล การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งในระหว่างวงจรกลางวัน/กลางคืน หรือในช่วงฤดูกาลต่างๆ ก็ควรจะช่วยให้สามารถตรวจจับการเคลื่อนตัวได้

การทดลองอันดับแรก

แม้ว่าตามทฤษฎีของเฟรสเนล อีเธอร์จะเกือบอยู่นิ่ง แต่ทฤษฎีของเขากลับทำนายผลลัพธ์เชิงบวกของการทดลองการเคลื่อนที่ของอีเธอร์ได้เพียงลำดับที่สอง เท่านั้น เนื่องจากสัมประสิทธิ์การลากของเฟรสเนลจะทำให้ผลลัพธ์เชิงลบของการทดลองทางแสงทั้งหมดที่สามารถวัดผลกระทบได้ถึงลำดับแรกซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลองลำดับแรกต่อไปนี้ ซึ่งทั้งหมดให้ผลลัพธ์เชิงลบ รายการต่อไปนี้อ้างอิงจากคำอธิบายของWilhelm Wien (1898) โดยมีการเปลี่ยนแปลงและการทดลองเพิ่มเติมตามคำอธิบายของEdmund Taylor Whittaker (1910) และJakob Laub (1910): [ B 5 ] [ B 1 ] [ B 6 ]

  • การทดลองของFrançois Arago (1810) เพื่อยืนยันว่าการหักเหของแสง และการเบี่ยงเบนของแสงนั้น ได้รับอิทธิพลจากการเคลื่อนที่ของโลกหรือไม่ การทดลองที่คล้ายกันนี้ได้ดำเนินการโดยGeorge Biddell Airy (1871) โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ที่บรรจุน้ำ และÉleuthère Mascart (1872) [ E 3 ] [ E 4 ] [ E 5 ]
  • การทดลองของฟิโซ (1860) เพื่อหาว่าการหมุนของระนาบโพลาไรเซชันผ่านเสาแก้วเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของโลกหรือไม่ เขาได้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก แต่ลอเรนซ์สามารถแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์นั้นขัดแย้งกันเดวิตต์ บริสตอล เบรซ (1905) และสแตรสเซอร์ (1907) ได้ทำการทดลองซ้ำด้วยความแม่นยำที่ดียิ่งขึ้น และได้ผลลัพธ์ที่เป็นลบ[ E 6 ] [ E 7 ] [ E 8 ]
  • การทดลองของมาร์ติน ฮุก (1868) การทดลองนี้เป็นการดัดแปลงที่แม่นยำยิ่งขึ้นของการทดลองของฟิโซ (1851) โดยส่งลำแสงสองลำไปในทิศทางตรงกันข้าม ลำหนึ่งเดินทางผ่านเส้นทางที่เต็มไปด้วยน้ำนิ่ง อีกลำหนึ่งเดินทางผ่านอากาศ สอดคล้องกับสัมประสิทธิ์แรงต้านของเฟรสเนล เขาได้ผลลัพธ์เป็นลบ[ E 9 ]
  • การทดลองของWilhelm Klinkerfues (1870) ตรวจสอบว่าการเคลื่อนที่ของโลกมีอิทธิพลต่อเส้นดูดกลืนของโซเดียมหรือไม่ เขาได้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก แต่ต่อมาพบว่าเป็นข้อผิดพลาดในการทดลอง เนื่องจากการทดลองซ้ำโดยHaga (1901) ให้ผลลัพธ์ที่เป็นลบ[ E 10 ] [ E 11 ]
  • การทดลองของ Ketteler (1872) ซึ่งส่งรังสีสองเส้นจากอินเตอร์เฟอโรเมตรไปในทิศทางตรงกันข้ามผ่านท่อสองท่อที่เอียงเข้าหากันซึ่งบรรจุน้ำไว้ ไม่พบการเปลี่ยนแปลงของแถบการแทรกสอด ต่อมา Mascart (1872) แสดงให้เห็นว่าแถบการแทรกสอดของแสงโพลาไรซ์ในแคลไซต์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเช่นกัน[ E 12 ] [ E 13 ]
  • การทดลองของÉleuthère Mascart (1872) เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงการหมุนของระนาบโพลาไรเซชันในควอตซ์ ไม่พบการเปลี่ยนแปลงการหมุนเมื่อรังสีแสงมีทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของโลกแล้วเปลี่ยนเป็นทิศทางตรงกันข้ามลอร์ดเรย์ลีย์ได้ทำการทดลองที่คล้ายกันด้วยความแม่นยำที่ดียิ่งขึ้น และได้ผลลัพธ์ที่เป็นลบเช่นกัน[ E 5 ] [ E 13 ] [ E 14 ]

นอกจากการทดลองทางแสงเหล่านั้นแล้ว ยังมีการทดลองทางไฟฟ้าพลศาสตร์ลำดับที่หนึ่งซึ่งควรจะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่เป็นบวกตามทฤษฎีของเฟรสเนล อย่างไรก็ตามเฮนดริก แอนทูน ลอเรนซ์ (1895) ได้ปรับเปลี่ยนทฤษฎีของเฟรสเนลและแสดงให้เห็นว่าการทดลองเหล่านั้นสามารถอธิบายได้ด้วยอีเธอร์แบบอยู่กับที่เช่นกัน: [ A 6 ]

  • การทดลองของวิลเฮล์ม รอนต์เกน (1888) เพื่อหาว่าตัวเก็บประจุที่มีประจุจะสร้างแรงแม่เหล็กเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโลกหรือไม่[ E 15 ]
  • การทดลองของธีโอดอร์ เดส์ กูเดรส (1889) เพื่อหาว่าผลเหนี่ยวนำของลวดสองเส้นที่พันกันบนลวดเส้นที่สามนั้นได้รับอิทธิพลจากทิศทางการเคลื่อนที่ของโลกหรือไม่ ลอเรนซ์แสดงให้เห็นว่าผลนี้ถูกหักล้างในลำดับแรกโดยประจุไฟฟ้าสถิต (ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของโลก) บนตัวนำ[ E 16 ]
  • การทดลองของ Königsberger (1905) แผ่นตัวนำของตัวเก็บประจุตั้งอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง เนื่องจากการเคลื่อนที่ของโลก แผ่นตัวนำควรจะมีประจุ แต่ไม่พบผลเช่นนั้น[ E 17 ]
  • การทดลองของเฟรเดอริค โทมัส ทรูตัน (1902) ตัวเก็บประจุถูกต่อขนานกับการเคลื่อนที่ของโลก และสันนิษฐานว่าโมเมนตัมจะเกิดขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จ ผลลัพธ์ที่เป็นลบสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีของลอเรนซ์ ซึ่งกล่าวว่าโมเมนตัมแม่เหล็กไฟฟ้าจะชดเชยโมเมนตัมที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของโลก ลอเรนซ์ยังสามารถแสดงให้เห็นได้ว่าความไวของอุปกรณ์นั้นต่ำเกินไปที่จะสังเกตเห็นผลกระทบดังกล่าวได้[ E 18 ]

การทดลองลำดับที่สอง

การทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์เปรียบเทียบเวลาที่แสงสะท้อนจากกระจกในสองทิศทางที่ตั้งฉากกัน

ในขณะที่ การทดลองอันดับ แรกสามารถอธิบายได้ด้วยอีเธอร์แบบอยู่กับที่ที่ได้รับการดัดแปลง การทดลอง อันดับสอง ที่แม่นยำกว่านั้น คาดว่าจะให้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก อย่างไรก็ตาม ไม่พบผลลัพธ์ดังกล่าว

การทดลอง Michelson–Morleyที่มีชื่อเสียงได้เปรียบเทียบแสงจากแหล่งกำเนิดกับตัวมันเองหลังจากถูกส่งไปในทิศทางต่างๆ และมองหาการเปลี่ยนแปลงของเฟสในลักษณะที่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำสูงมาก ในการทดลองนี้ เป้าหมายของพวกเขาคือการกำหนดความเร็วของโลกผ่านอีเธอร์[ E 19 ] [ E 20 ]การตีพิมพ์ผลลัพธ์ของพวกเขาในปี 1887 ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่เป็นศูนย์เป็นการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเป็นครั้งแรกว่ามีบางอย่างผิดปกติอย่างร้ายแรงกับสมมติฐานอีเธอร์ (การทดลองครั้งแรกของ Michelson ในปี 1881 ไม่ได้สรุปผลอย่างสมบูรณ์) ในกรณีนี้ การทดลอง MM ให้ผลลัพธ์เป็นการเลื่อนของรูปแบบแถบประมาณ 0.01 ของแถบซึ่งสอดคล้องกับความเร็วเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม มันไม่สอดคล้องกับผลกระทบของลมอีเธอร์ที่คาดไว้เนื่องจากความเร็วของโลก (ที่เปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล) ซึ่งจะต้องมีการเลื่อน 0.4 ของแถบ และข้อผิดพลาดนั้นเล็กพอที่ค่าอาจจะเป็นศูนย์จริงๆ ดังนั้นสมมติฐานว่างซึ่งก็คือสมมติฐานที่ว่าไม่มีลมอีเธอร์ จึงไม่สามารถถูกปฏิเสธได้ การทดลองที่ทันสมัยกว่าในภายหลังได้ลดค่าที่เป็นไปได้ลงเหลือตัวเลขที่ใกล้เคียงกับศูนย์มาก ประมาณ10 −17

จากสิ่งที่กล่าวมาข้างต้น เห็นได้ชัดว่าการพยายามหาคำตอบของคำถามเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของระบบสุริยะโดยอาศัยการสังเกตปรากฏการณ์ทางแสงบนพื้นผิวโลกนั้นเป็นเรื่องที่ไร้ประโยชน์

— A. Michelson และ E. Morley. "เกี่ยวกับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของโลกและอีเธอร์เรืองแสง" วารสารปรัชญา S. 5. เล่มที่ 24. ฉบับที่ 151. ธันวาคม พ.ศ. 2430. [ 13 ]

การทดลองหลายชุดโดยใช้อุปกรณ์ที่คล้ายกันแต่มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ต่างก็ให้ผลลัพธ์เป็นศูนย์เช่นกัน การทดลองที่แตกต่างกันในเชิงแนวคิดที่พยายามตรวจจับการเคลื่อนที่ของอีเธอร์ ได้แก่การทดลองของ Trouton–Noble  (1903) [ E 21 ]ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจจับ ผลกระทบของ การบิดตัวที่เกิดจากสนามไฟฟ้าสถิต และการทดลองของ Rayleigh และ Brace (1902, 1904) [ E 22 ] [ E 23 ]เพื่อตรวจจับการหักเหสองชั้นในตัวกลางต่างๆ อย่างไรก็ตาม การทดลองทั้งหมดได้ผลลัพธ์เป็นศูนย์ เช่นเดียวกับการทดลองของ Michelson–Morley (MM) ก่อนหน้านี้

การทดลอง "ลมอีเธอร์" เหล่านี้ นำไปสู่ความพยายามอย่างมากมายที่จะ "รักษา" อีเธอร์ไว้ โดยการกำหนดคุณสมบัติที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นให้กับมัน และมีเพียงนักวิทยาศาสตร์ไม่กี่คน เช่นเอมิล โคห์นหรืออัลเฟรด บูเชอเรอร์ เท่านั้น ที่พิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการละทิ้งสมมติฐานเรื่องอีเธอร์ สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือความเป็นไปได้ของ "การดึงดูดของอีเธอร์" หรือ "แรงดึงของอีเธอร์" ซึ่งจะลดขนาดของการวัดลง อาจมากพอที่จะอธิบายผลลัพธ์ของการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ได้ อย่างไรก็ตาม ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ แรงดึงของอีเธอร์ก็มีปัญหาของตัวเองอยู่แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งความคลาดเคลื่อน นอกจากนี้ การทดลองการรบกวนของลอดจ์ (1893, 1897) และลุดวิก เซห์นเดอร์ (1895) ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อแสดงว่าอีเธอร์ถูกดึงโดยมวลที่หมุนต่างๆ หรือไม่ ก็ไม่แสดงแรงดึงของอีเธอร์[ E 24 ] [ E 25 ] [ E 26 ]การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกิดขึ้นในการทดลองของ Hammar (1935) ซึ่งทำการทดลอง MM อย่างสมบูรณ์โดยวาง "ขา" ข้างหนึ่งไว้ระหว่างบล็อกตะกั่วขนาดใหญ่สองก้อน[ E 27 ]หากอีเธอร์ถูกดึงด้วยมวล การทดลองนี้จะสามารถตรวจจับแรงดึงที่เกิดจากตะกั่วได้ แต่ผลลัพธ์ที่ได้กลับเป็นศูนย์อีกครั้ง ทฤษฎีนี้ได้รับการแก้ไขอีกครั้ง คราวนี้เพื่อเสนอว่าการดึงดูดจะเกิดขึ้นได้เฉพาะกับมวลขนาดใหญ่มากหรือมวลที่มีสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่เท่านั้น ซึ่งการทดลองของ Michelson–Gale–Pearson ก็แสดงให้เห็นว่าไม่ถูกต้องเช่นกัน โดย ตรวจพบปรากฏการณ์ Sagnac อันเนื่องมาจากการหมุนของโลก (ดูสมมติฐานแรงดึงของอีเธอร์ )

ความพยายามที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงอีกประการหนึ่งในการรักษา "อีเธอร์สัมบูรณ์" เกิดขึ้นในสมมติฐานการหดตัวของ Lorentz–FitzGeraldซึ่งตั้งสมมติฐานว่าทุกสิ่งได้รับผลกระทบจากการเดินทางผ่านอีเธอร์ ในทฤษฎีนี้ เหตุผลที่การทดลอง Michelson–Morley "ล้มเหลว" คืออุปกรณ์หดตัวในแนวยาวในทิศทางการเดินทาง กล่าวคือ แสงได้รับผลกระทบในลักษณะ "ธรรมชาติ" จากการเดินทางผ่านอีเธอร์ตามที่คาดการณ์ไว้ แต่อุปกรณ์เองก็ได้รับผลกระทบเช่นกัน ทำให้ความแตกต่างใดๆ เมื่อวัดแล้วหายไป FitzGerald ได้อนุมานสมมติฐานนี้จากบทความของOliver Heavisideโดยไม่ต้องอ้างอิงถึงอีเธอร์ การตีความทางกายภาพของผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพนี้ได้รับการยอมรับโดย Kennedy และ Thorndikeในปี 1932 เมื่อพวกเขาสรุปว่าแขนของอินเตอร์เฟอโรเมตรหดตัว และความถี่ของแหล่งกำเนิดแสงก็ "เกือบ" เปลี่ยนแปลงไปในลักษณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพต้องการ[ E 28 ] [ 14 ]

ในทำนองเดียวกันปรากฏการณ์ Sagnacที่ G. Sagnac สังเกตพบในปี 1913 ได้รับการพิจารณาว่าสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอย่างสมบูรณ์ในทันที[ E 29 ] [ E 30 ]อันที่จริงการทดลอง Michelson–Gale–Pearsonในปี 1925 ได้รับการเสนอขึ้นโดยเฉพาะเพื่อทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพ แม้ว่าจะได้รับการยอมรับว่าการทดสอบดังกล่าวซึ่งวัดเพียงการหมุนสัมบูรณ์ก็สอดคล้องกับทฤษฎีที่ไม่ใช่สัมพัทธภาพเช่นกัน[ 15 ]

ในช่วงทศวรรษ 1920 การทดลองที่ริเริ่มโดยมิเชลสันได้รับการทำซ้ำโดยเดย์ตัน มิลเลอร์ซึ่งประกาศผลลัพธ์ที่เป็นบวกต่อสาธารณะหลายครั้ง แม้ว่าผลลัพธ์เหล่านั้นจะไม่มากพอที่จะสอดคล้องกับทฤษฎีอีเธอร์ใด ๆ ที่รู้จักกันก็ตาม อย่างไรก็ตาม นักวิจัยคนอื่น ๆ ไม่สามารถทำซ้ำผลลัพธ์ที่มิลเลอร์อ้างได้ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ความแม่นยำในการวัดเชิงทดลองดังกล่าวเพิ่มขึ้นหลายเท่า และไม่พบร่องรอยของการละเมิดความไม่แปรผันของลอเรนซ์ (การวิเคราะห์ผลลัพธ์ของมิลเลอร์ใหม่ในภายหลังสรุปว่าเขาประเมินความแปรผันเนื่องจากอุณหภูมิต่ำเกินไป)

นับตั้งแต่การทดลองของมิลเลอร์และผลลัพธ์ที่ไม่ชัดเจน มีความพยายามทดลองตรวจจับอีเธอร์อีกมากมาย นักทดลองหลายคนอ้างว่าได้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้รับความสนใจจากวิทยาศาสตร์กระแสหลักมากนัก เนื่องจากขัดแย้งกับการวัดที่มีความแม่นยำสูงจำนวนมาก ซึ่งผลลัพธ์ทั้งหมดสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ[ 16 ]

ทฤษฎีอีเธอร์ของลอเรนซ์

ระหว่างปี ค.ศ. 1892 ถึง 1904 เฮนดริก ลอเรนซ์ได้พัฒนาทฤษฎีอิเล็กตรอน-อีเธอร์ โดยหลีกเลี่ยงการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับอีเธอร์ ในแบบจำลองของเขา อีเธอร์นั้นอยู่นิ่งสนิท ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถทำให้เคลื่อนที่ได้ในบริเวณใกล้เคียงกับสสารที่มีน้ำหนัก ตรงกันข้ามกับแบบจำลองอิเล็กตรอนก่อนหน้านี้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของอีเธอร์ปรากฏเป็นตัวกลางระหว่างอิเล็กตรอน และการเปลี่ยนแปลงในสนามนี้ไม่สามารถแพร่กระจายได้เร็วกว่าความเร็วแสง แนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีของลอเรนซ์ในปี ค.ศ. 1895 คือ "ทฤษฎีบทสถานะที่สอดคล้องกัน" สำหรับเทอมลำดับ v/c [ A 6 ]ทฤษฎีบทนี้ระบุว่าผู้สังเกตการณ์ที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีเธอร์จะทำการสังเกตการณ์เช่นเดียวกับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่กับที่ หลังจากเปลี่ยนตัวแปรอย่างเหมาะสม ลอเรนซ์สังเกตเห็นว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนตัวแปรของกาลอวกาศเมื่อเปลี่ยนกรอบอ้างอิง และได้นำเสนอแนวคิดต่างๆ เช่นการหดตัวของความยาว ทางกายภาพ (1892) [ A 7 ]เพื่ออธิบายการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ และแนวคิดทางคณิตศาสตร์ของเวลาท้องถิ่น (1895) เพื่ออธิบายการเบี่ยงเบนของแสงและการทดลองของฟิโซ ส่งผลให้เกิดการกำหนดสูตรของ การแปลงลอเรนซ์ที่เรียกว่าโดยโจเซฟ ลาร์มอร์ (1897, 1900) [ A 8 ] [ A 9 ]และลอเรนซ์ (1899, 1904) [ A 10 ] [ A 11 ] ซึ่ง (ลาร์มอร์ได้ตั้งข้อสังเกตไว้) การกำหนดเวลาท้องถิ่นอย่างสมบูรณ์นั้นมาพร้อมกับ การยืดเวลาบางอย่างของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในอีเธอร์ ดังที่ลอเรนซ์ได้กล่าวไว้ในภายหลัง (1921, 1928) เขาถือว่าเวลาที่ระบุโดยนาฬิกาที่อยู่ในอากาศเป็นเวลา "จริง" ในขณะที่เวลาท้องถิ่นนั้นเขาเห็นว่าเป็นสมมติฐานการทำงานเชิงอนุมานและเป็นกลวิธีทางคณิตศาสตร์[ A 12 ] [ A 13 ]ดังนั้น นักเขียนสมัยใหม่จึงมองว่าทฤษฎีบทของลอเรนซ์เป็นการแปลงทางคณิตศาสตร์จากระบบ "จริง" ที่อยู่ในอากาศไปสู่ระบบ "สมมติ" ที่เคลื่อนที่[ B 7 ] [ B 3 ] [ B 8 ]

งานของลอเรนซ์ได้รับการปรับปรุงทางคณิตศาสตร์ให้สมบูรณ์โดยอองรี ปวงกาเรผู้ซึ่งได้กำหนดหลักการสัมพัทธภาพ ในหลายโอกาส และพยายามประสานหลักการนี้กับพลศาสตร์ไฟฟ้า เขาประกาศว่าความพร้อมกันเป็นเพียงข้อตกลงที่สะดวกซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วของแสง โดยที่ความคงที่ของความเร็วของแสงจะเป็นสมมติฐาน ที่มีประโยชน์ สำหรับการทำให้กฎของธรรมชาติง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในปี 1900 และ 1904 [ A 14 ] [ A 15 ]เขาได้ตีความเวลาท้องถิ่นของลอเรนซ์ในเชิงกายภาพว่าเป็นผลมาจากการซิงโครไนซ์นาฬิกาด้วยสัญญาณแสง ในเดือนมิถุนายนและกรกฎาคม 1905 [ A 16 ] [ A 17 ]เขาประกาศว่าหลักการสัมพัทธภาพเป็นกฎทั่วไปของธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงแรงโน้มถ่วงด้วย เขาได้แก้ไขข้อผิดพลาดบางประการของลอเรนซ์และพิสูจน์ความแปรผันร่วมของลอเรนซ์ของสมการแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เขาใช้แนวคิดเรื่องอีเธอร์เป็นสื่อกลางที่ตรวจจับไม่ได้อย่างสมบูรณ์ และแยกแยะความแตกต่างระหว่างเวลาที่ปรากฏและเวลาจริง ดังนั้นนักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงโต้แย้งว่าเขาไม่ได้คิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ[ B 7 ] [ B 9 ] [ B 3 ]

จุดจบของอีเธอร์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

ทฤษฎีอีเธอร์ได้รับผลกระทบอีกครั้งเมื่อการแปลงแบบกาลิเลียนและพลศาสตร์แบบนิวตันถูกปรับเปลี่ยนโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์ส ไตน์ ทำให้คณิตศาสตร์ของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบลอเรนซ์มีบริบทใหม่ที่ "ไม่ใช่อีเธอร์" [ A 18 ]แตกต่างจากการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญส่วนใหญ่ในความคิดทางวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์อย่างรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง สอดคล้องกับความคิดเห็นของไอน์สไตน์ในภายหลังที่ว่ากฎของฟิสิกส์ที่อธิบายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้น "พร้อมสำหรับการค้นพบ" ในปี 1905 [ B 10 ]การสนับสนุนทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในช่วงแรกของแม็กซ์ พลังค์ พร้อมกับการกำหนดสูตรที่สง่างามโดยเฮอร์มันน์ มินคอฟสกีมีส่วนอย่างมากต่อการยอมรับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอย่างรวดเร็วในหมู่นักวิทยาศาสตร์

ไอน์สไตน์สร้างทฤษฎีของเขาบนพื้นฐานของงานก่อนหน้าของลอเรนซ์ แทนที่จะเสนอว่าคุณสมบัติทางกลของวัตถุเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ผ่านอีเธอร์ที่ตรวจจับไม่ได้ ไอน์สไตน์เสนอให้สรุปคุณลักษณะที่ทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จใดๆ ต้องมีเพื่อให้สอดคล้องกับหลักการพื้นฐานและมั่นคงที่สุด โดยไม่ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของอีเธอร์ในเชิงสมมติ เขาพบว่าการแปลงลอเรนซ์ต้องก้าวข้ามความเชื่อมโยงกับสมการของแม็กซ์เวลล์ และต้องแสดงถึงความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างพิกัดอวกาศและเวลาของกรอบอ้างอิงเฉื่อยในลักษณะนี้ เขาแสดงให้เห็นว่ากฎของฟิสิกส์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับการแปลงกาลิเลียน แต่แสงก็ไม่เปลี่ยนแปลงเช่นกัน

ด้วยการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ความจำเป็นในการอธิบายกรอบอ้างอิง สากลเดียว จึงหายไป และการยอมรับทฤษฎีอีเธอร์เรืองแสงในศตวรรษที่ 19 ก็หายไปด้วยเช่นกัน สำหรับไอน์สไตน์ การแปลงลอเรนซ์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงทางแนวคิด กล่าวคือ แนวคิดเรื่องตำแหน่งในอวกาศหรือเวลาไม่ได้เป็นสิ่งสัมบูรณ์ แต่สามารถแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับตำแหน่งและความเร็วของผู้สังเกต

นอกจากนี้ ในบทความอีกฉบับที่ตีพิมพ์ในเดือนเดียวกันในปี 1905 ไอน์สไตน์ได้ทำการสังเกตหลายประการเกี่ยวกับปัญหาที่ยุ่งยากในขณะนั้น นั่นคือปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกในงานนี้เขาได้แสดงให้เห็นว่าแสงสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นอนุภาคที่มี "ลักษณะคล้ายคลื่น" อนุภาคไม่จำเป็นต้องมีตัวกลางในการเดินทาง ดังนั้นแสงก็เช่นกัน นี่เป็นก้าวแรกที่จะนำไปสู่การพัฒนาอย่างเต็มรูปแบบของกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งลักษณะคล้ายคลื่นและลักษณะคล้ายอนุภาคของแสงต่างก็ถือเป็นคำอธิบายที่ถูกต้องของแสง บทสรุปความคิดของไอน์สไตน์เกี่ยวกับสมมติฐานอีเธอร์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ และควอนตัมของแสงสามารถพบได้ในปาฐกถาของเขาในปี 1909 (ต้นฉบับเป็นภาษาเยอรมัน) เรื่อง "การพัฒนามุมมองของเราเกี่ยวกับองค์ประกอบและสาระสำคัญของรังสี" [ A 19 ]

ลอเรนซ์ยังคงใช้สมมติฐานเรื่องอีเธอร์ต่อไป ในการบรรยายของเขาราวปี 1911 เขาชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพกล่าวไว้...สามารถดำเนินการได้อย่างอิสระจากสิ่งที่เราคิดเกี่ยวกับอีเธอร์และเวลา" เขาแสดงความคิดเห็นว่า "ไม่ว่าจะมีอีเธอร์หรือไม่ก็ตาม สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่จริงอย่างแน่นอน และพลังงานของการสั่นทางไฟฟ้าก็มีอยู่จริงเช่นกัน" ดังนั้น "ถ้าเราไม่ชอบชื่อ 'อีเธอร์' เราก็ต้องใช้คำอื่นเป็นตัวยึดเพื่อแขวนสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด" เขาสรุปว่า "เราไม่สามารถปฏิเสธสาระสำคัญบางอย่างของผู้ที่นำแนวคิดเหล่านี้มาใช้ได้" [ 17 ] [ B 7 ]

อย่างไรก็ตาม ในปี 1920 ไอน์สไตน์ได้กล่าวสุนทรพจน์ที่มหาวิทยาลัยไลเดนโดยเขาแสดงความคิดเห็นว่า "การไตร่ตรองอย่างรอบคอบมากขึ้นสอนเราว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้บังคับให้เราปฏิเสธอีเธอร์ เราอาจสมมติว่ามีอีเธอร์อยู่จริง เพียงแต่เราต้องละทิ้งการกำหนดสถานะการเคลื่อนที่ที่แน่นอนให้กับมัน กล่าวคือ เราต้องแยกคุณลักษณะเชิงกลสุดท้ายที่ลอเรนซ์ยังคงทิ้งไว้ให้ออกไป เราจะเห็นในภายหลังว่ามุมมองนี้ ซึ่งฉันจะพยายามทำให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นโดยการเปรียบเทียบที่ค่อนข้างติดขัดนั้น ได้รับการพิสูจน์แล้วจากผลลัพธ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป" เขาสรุปสุนทรพจน์ของเขาโดยกล่าวว่า "ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป พื้นที่นั้นมีคุณสมบัติทางกายภาพ ดังนั้นในแง่นี้จึงมีอีเธอร์อยู่จริง ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป พื้นที่ที่ปราศจากอีเธอร์นั้นคิดไม่ถึง" [ 18 ]

รุ่นอื่นๆ

ในช่วงหลายปีต่อมา มีบุคคลไม่กี่คนที่สนับสนุนแนวทางฟิสิกส์แบบนีโอ-ลอเรนซ์ ซึ่งเป็นลอเรนซ์ในแง่ของการตั้งสมมติฐานสถานะหยุดนิ่งที่แท้จริงสัมบูรณ์ซึ่งตรวจจับไม่ได้และไม่มีบทบาทในการทำนายของทฤษฎี (ไม่เคยมีการตรวจพบการละเมิดความแปรผันร่วมของลอเรนซ์เลย แม้จะมีความพยายามอย่างหนักก็ตาม) ดังนั้นทฤษฎีเหล่านี้จึงคล้ายกับทฤษฎีอีเธอร์ในศตวรรษที่ 19 เพียงแค่ชื่อเท่านั้น ตัวอย่างเช่นพอล ดิแรก ผู้ก่อตั้งทฤษฎีสนามควอนตัมกล่าวในปี 1951 ในบทความใน Nature ที่ชื่อว่า "มีอีเธอร์หรือไม่?" ว่า "เราค่อนข้างถูกบังคับให้มีอีเธอร์" [ 19 ] [ A 20 ]อย่างไรก็ตาม ดิแรกไม่เคยสร้างทฤษฎีที่สมบูรณ์ ดังนั้นการคาดการณ์ของเขาจึงไม่ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์

ทัศนะของไอน์สไตน์เกี่ยวกับอีเธอร์

เมื่อไอน์สไตน์ยังเป็นนักศึกษาอยู่ที่สถาบันโพลีเทคนิคซูริคในปี ค.ศ. 1900 เขาสนใจแนวคิดเรื่องอีเธอร์เป็นอย่างมาก ข้อเสนอเบื้องต้นของวิทยานิพนธ์วิจัยของเขาคือการทำการทดลองเพื่อวัดความเร็วที่โลกเคลื่อนที่ผ่านอีเธอร์[ 20 ] "ความเร็วของคลื่นเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของแรงยืดหยุ่นที่ทำให้เกิดการแพร่กระจาย และเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของอีเธอร์ที่เคลื่อนที่โดยแรงเหล่านี้" [ 21 ]

ในปี ค.ศ. 1916 หลังจากที่ไอน์สไตน์ได้ทำผลงานพื้นฐานเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เสร็จ สมบูรณ์ ลอเรนซ์ได้เขียนจดหมายถึงเขา โดยตั้งข้อสันนิษฐานว่าภายในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้น อีเธอร์ได้ถูกนำกลับมาใช้อีกครั้ง ในคำตอบของไอน์สไตน์ เขาเขียนว่า จริงๆ แล้วเราสามารถพูดถึง "อีเธอร์ใหม่" ได้ แต่เราไม่สามารถพูดถึงการเคลื่อนที่ที่สัมพันธ์กับอีเธอร์นั้นได้ ไอน์สไตน์ได้อธิบายเพิ่มเติมในบทความกึ่งยอดนิยมบางฉบับ (ค.ศ. 1918, 1920, 1924, 1930) [ A 21 ] [ A 22 ] [ A 23 ] [ A 24 ] [ B 11 ] [ B 12 ] [ B 13 ]

ในปี 1918 ไอน์สไตน์ได้กล่าวถึงนิยามใหม่นั้นเป็นครั้งแรกต่อสาธารณะ[ A 21 ]จากนั้น ในช่วงต้นทศวรรษ 1920 ในการบรรยายที่เขาได้รับเชิญให้ไปบรรยายที่มหาวิทยาลัยของลอเรนซ์ในเมืองไลเดน ไอน์สไตน์พยายามที่จะประสานทฤษฎีสัมพัทธภาพกับอีเธอร์แบบลอเรนซ์ในการบรรยายนี้ ไอน์สไตน์เน้นย้ำว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้ตัดคุณสมบัติเชิงกลสุดท้ายของอีเธอร์ออกไป นั่นคือ การหยุดนิ่ง อย่างไรก็ตาม เขากล่าวต่อว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้ตัดอีเธอร์ออกไปโดยสิ้นเชิง เพราะอีเธอร์สามารถนำมาใช้เพื่อให้ความเป็นจริงทางกายภาพแก่การเร่งความเร็วและการหมุนได้ แนวคิดนี้ได้รับการขยายความอย่างสมบูรณ์ภายในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งคุณสมบัติทางกายภาพ (ซึ่งถูกกำหนดบางส่วนโดยสสาร) ถูกกำหนดให้กับอวกาศ แต่ไม่มีสารหรือสถานะของการเคลื่อนที่ใดที่สามารถกำหนดให้กับ "อีเธอร์" นั้นได้ (ซึ่งเขาหมายถึงกาลอวกาศโค้ง) [ B 13 ] [ A 22 ] [ 22 ]

ในบทความอีกฉบับหนึ่งในปี 1924 ชื่อ "เกี่ยวกับอีเธอร์" ไอน์สไตน์ได้โต้แย้งว่า พื้นที่สัมบูรณ์ของนิวตัน ซึ่งความเร่งเป็นสัมบูรณ์นั้น คือ "อีเธอร์แห่งกลศาสตร์" และในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแม็กซ์เวลล์และลอเรนซ์ เราสามารถพูดถึง "อีเธอร์แห่งไฟฟ้าพลศาสตร์" ซึ่งอีเธอร์มีสถานะการเคลื่อนที่สัมบูรณ์ สำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้น ความเร่งก็เป็นสัมบูรณ์เช่นเดียวกับในกลศาสตร์ของนิวตัน อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างจากอีเธอร์แม่เหล็กไฟฟ้าของแม็กซ์เวลล์และลอเรนซ์อยู่ที่ว่า "เนื่องจากไม่สามารถพูดถึงสถานะพร้อมกันในตำแหน่งต่างๆ ในอีเธอร์ได้ในแง่สัมบูรณ์อีกต่อไป อีเธอร์จึงกลายเป็นเหมือนสี่มิติ เพราะไม่มีวิธีจัดลำดับสถานะของมันโดยอาศัยเวลาเพียงอย่างเดียวอย่างเป็นรูปธรรม" แต่ "อีเธอร์แห่งทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" ยังคง "สัมบูรณ์" อยู่ เพราะสสารได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติของอีเธอร์ แต่ตัวอีเธอร์เองไม่ได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของสสาร ความไม่สมมาตรนี้ได้รับการแก้ไขภายในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไอน์สไตน์อธิบายว่า "อีเธอร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป" ไม่ใช่สิ่งสัมบูรณ์ เพราะสสารได้รับอิทธิพลจากอีเธอร์ เช่นเดียวกับที่สสารมีอิทธิพลต่อโครงสร้างของอีเธอร์[ A 23 ]

ความคล้ายคลึงกันเพียงอย่างเดียวของแนวคิดอีเธอร์เชิงสัมพัทธภาพนี้กับ แบบจำลอง อีเธอร์แบบคลาสสิกอยู่ที่การมีอยู่ของคุณสมบัติทางกายภาพในอวกาศ ซึ่งสามารถระบุได้ผ่านเส้นทาง จีโอเดสิก ดังที่นักประวัติศาสตร์อย่างจอห์น สตาเชลได้โต้แย้ง มุมมองของไอน์สไตน์เกี่ยวกับ "อีเธอร์ใหม่" ไม่ได้ขัดแย้งกับการที่เขาละทิ้งแนวคิดเรื่องอีเธอร์ในปี 1905 ดังที่ไอน์สไตน์เองได้ชี้ให้เห็น ไม่มี "สาร" และไม่มีสถานะการเคลื่อนที่ใดที่สามารถกำหนดให้กับอีเธอร์ใหม่นั้นได้ การใช้คำว่า "อีเธอร์" ของไอน์สไตน์ไม่ได้รับการสนับสนุนมากนักในชุมชนวิทยาศาสตร์ และไม่มีบทบาทในการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของฟิสิกส์สมัยใหม่[ B 11 ] [ B 12 ] [ B 13 ]

แนวคิดเรื่องอีเธอร์

ดูเพิ่มเติม

  • Harry Bateman (1915) โครงสร้างของอีเธอร์วารสารของสมาคมคณิตศาสตร์อเมริกัน 21(6):299–309
  • Decaen, Christopher A. (2004), "Aristotle's Aether and Contemporary Science" , The Thomist , 68 (3): 375– 429, doi : 10.1353/tho.2004.0015 , S2CID  171374696 , เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2012-03-05 , เรียกดูเมื่อ 2011-03-05 .
  • อีเธอร์แห่งอวกาศถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 13 กันยายน 2017 ที่Wayback Machine – ที่อยู่ของลอร์ดเรย์ลีย์
  • ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก ScienceWeek: เกี่ยวกับอีเธอร์และสมมาตรที่แตกหัก
  • เอกสารอ้างอิงสำหรับนักศึกษาใหม่/อีเธอร์
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Luminiferous_aether&oldid=1358454470 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ อีเธอร์เรืองแสง

อีเธอร์เรืองแสงหรืออีเธอร์ ( เรือง แสงหมายถึง 'นำพาแสง') คือสื่อ ที่เคย ตั้งสมมติฐานไว้ สำหรับการแพร่กระจายของแสง มีการอ้างถึงความสามารถของแสงที่ดูเหมือนจะ เป็น...

อนุภาคกับคลื่น

ในศตวรรษที่ 17 โรเบิร์ต บอยล์ เป็นผู้สนับสนุนสมมติฐานเรื่องอีเธอร์ ตามที่บอยล์กล่าว อีเธอร์ประกอบด้วยอนุภาคละเอียด อนุภาคชนิดหนึ่งอธิบายถึงการไม่มีสุญญากาศและปฏิสัมพันธ์เชิงกลระหว่างวัตถุ และอนุภาคอีกชนิดหนึ่งอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น แม่เหล็ก...

แบรดลีย์เสนออนุภาค

ในปี ค.ศ. 1720 เจมส์ แบรดลีย์ ได้ทำการทดลองหลายชุดเพื่อพยายามวัด พารัลแลกซ์ ของดาวฤกษ์โดยการวัดดาวฤกษ์ในช่วงเวลาต่างๆ ของปี เนื่องจากโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ มุมปรากฏไปยังจุดที่อยู่ไกลออกไปจึงเปลี่ยนแปลงไป...

ทฤษฎีคลื่นได้รับชัยชนะ

หนึ่งศตวรรษต่อมา โทมัส ยัง [ a ] และ ออกัสติน-ฌอง เฟรสเนล ได้ฟื้นฟูทฤษฎีคลื่นของแสงขึ้นมาใหม่ โดยชี้ให้เห็นว่าแสงอาจเป็นคลื่นตามขวางมากกว่าคลื่นตามยาว การโพลาไรเซชันของคลื่นตามขวาง (เช่นเดียวกับ "ด้าน" ของแสงของนิวตัน) สามารถอธิบายการหักเหสองทิศทางได้...