Возможность использования интерферометра Маха-Цендера для проверки некоторых эфирных гипотез.
    В настоящее время вопрос о природе света обсуждается мало. Предполагается, что световые волны распространяются посредством колебаний электрического и магнитного полей. Сами же поля являются первичными понятиями, и обсуждение их физической сущности является бессмысленным. Это приводит нас к тому, что мы вынуждены считать поля особым видом материи. Такой подход, очевидно, не дает нам путей проникать на более низкие уровни организации материи.
    Ученые прошлого века не сомневались в том, что пространство заполнено некой материальной средой (Мировым Эфиром), колебания которой воспринимаются нами как свет. Некоторые считали, что Эфир это идеальная, абсолютно упругая среда (твердое тело), однако для этого приходилось наделять эту среду способностью свободно проникать сквозь все материальные объекты. К числу ученых поддерживающих такие воззрения относился Генрих Антуан Лоренц. Но были и другие мнения. Например, Стокс считал, что Эфир это вязкая жидкость или газ, и что эта среда взаимодействует с веществом. Опыты Физо по определению скорости света в движущейся воде, казалось, подтверждали гипотезу Стокса. Однако существование самого Эфира еще не было доказано?
Основная идея поиска Эфира была предложена Джеймсом Клерком Максвеллом в письме, опубликованном после его смерти. Максвелл полагал, что его уравнения электродинамики (уравнения Максвелла) верны только в одной системе отсчета: а именно в такой, где эфир покоится. Поскольку Земля участвует во множестве космических движений с различными скоростями и направлениями, то вероятность того, что планета покоится по отношению к Эфиру ничтожно мала. Поэтому на поверхности Земли должен существовать "Эфирный Ветер". Так как скорость света постоянна относительно Эфира, то по отношению к земному наблюдателю эта скорость будет зависеть от направления благодаря наличию "Эфирного Ветра". Все что нужно сделать для обнаружения "Ветра" это измерить скорость света в различных направлениях. Но все методы определения скорости света требуют возвращения луча света в точку наблюдения. По пути на встречу "Ветру" свет как бы отстает, но по пути обратно он опять догоняет, некий гипотетический луч который не подвержен влиянию "Ветра". За весь путь туда и обратно съедается почти весь эффект вызванный движением сквозь Эфир. Однако остается ничтожный эффект пропорциональный квадрату отношений скорости Эфира к скорости света. Если считать, что скорость Эфира примерно равна орбитальной скорости Земли (30 км/с), а скорость света 300000 км/с, то квадрат этого отношения будет примерно равен  - это, по мнению Максвелла, слишком малая величина, чтобы ее можно было обнаружить.
    В 1881 году Альберт Майкельсон изобрел замечательный прибор, с помощью которого этот эффект можно было легко измерить несмотря на его малость - Интерферометр Майкельсона (Рис. 1).

Рис. 1
 Принципиальная схема (вверху) и общий вид Интерферометра Майкельсона.
 
    Сразу же в 1881 г. эксперимент был поставлен, но ... не дал ожидаемого результата. Майкельсон заявил, что влияния ориентации прибора на скорость света не обнаружено. Однако, интерферометр чувствительнейший прибор и лабораторные помехи (такие как температурные флуктуации, вибрация и т.п.), могли оказывать очень сильное влияние на результат. По словам самого Майкельсона, карета проезжавшая в 100 метрах от подвала, в котором производились наблюдения, вызывала полное исчезновение интерференционной картины, и наблюдения можно было проводить только ночью. Позже Майкельсон создал прибор на каменном основании, плавающем в ртути. Путем многократного отражения оптические пути были увеличены до 11 метров. Наблюдения показали наличие слабого периодического эффекта. Скорость, определенная в этом эксперименте, составляла от 4 до 6 км/с, что более чем в 5 раз меньше орбитальной скорости Земли. Это привело к некоторому замешательству в кругах ученых. Лоренц и Фицжеральд независимо друг от друга предположили, что вследствие движения сквозь Эфир размеры прибора сокращаются как раз на столько, чтобы полностью компенсировать положительный эффект. Однако из эксперимента следовало, что эффект полностью не компенсируется, так как наблюдался малый положительный результат. Из электронной теории Лоренца следовало, что сокращение размеров должнозависеть от материала прибора. Для проверки этой гипотезы в 1904 г. Дайтоном Миллером был изготовлен интерферометр из дерева. Эксперимент показал тот же малый эффект, что и в предыдущем опыте Майкельсона. Миллер сделал вывод, что если сокращение и есть, то оно не зависит от материала.
    В 1905 г. Альберт Эйнштейн сформулировал свой принцип относительности, в соответствии с которым эффект в интерферометре Майкельсона должен быть точно равен нулю просто потому, что Эфир в природе отсутствует. Теория относительности дала физикам новую пищу для размышлений, она смогла просто и наглядно, хотя и при помощи далеко не очевидных предположений, объяснить то, что всевозможные теории Эфира объяснить не могли. Проверка общей теории относительности еще больше укрепило веру в правильность этой теории.
    Однако оставалось одно но... Результаты Эфирных опытов НИКОГДА НЕ БЫЛИ НУЛЕВЫМИ !!! Миллер до 1933 продолжал поиски "Эфирного Ветра". За период с 1921 по 1926 гг. он провел множество экспериментов со специально построенным для этой цели интерферометром. Длина оптических путей в этом приборе составляла 65 метров, рама прибора была сделана из стали. Изо дня в день в течение 5-ти лет Миллер производил измерения, и ВСЕГДА ПОЛУЧАЛ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ !!! Большое количество данныхпозволило Миллеру заметить, что наблюдаемый эффект не связан с орбитальным движением Земли. За годы наблюдений удалось установить, что положительный результат не является лабораторной причиной ( такой как влияние температурных эффектов, магнитострикции, радиационного нагрева, положения наблюдателя и др.) Миллер обратил внимание на тот факт, что в подвальных помещениях эффект был всегда меньше чем на возвышенностях (основная часть наблюдений была проведена в Маунт Вилсон 1860 метров над уровнем моря). В деревянных строениях эффект всегда был больше, чем в бетонных при прочих равных условиях. Тот факт, что эффект не связан с орбитальным движением Земли, Миллер объяснял космическим движением всей солнечной системы, с большой скоростью (200 км/с или более). Такая большая скорость возникала из предположения, что Эфир обтекает землю как идеальная жидкость и скорость течения у поверхности Земли гораздо меньше, чем в свободном пространстве. Точность измерений соответствовала скорости 1.5 км/с, но орбитальный эффект не был замечен, значит скорость уменьшается по крайней мере в 20 раз. Постоянно наблюдавшийся эффект соответствовал скорости 10 км/с, значит реальная скорость движения должна составлять не менее 200 км/с. В то время как Миллер ставил свои эксперименты теория относительности настолько овладела умами людей, что большинство физиков не придали им большого значения , но не все (профессор Московского Университета А.К. Тимирязев полагал, что эксперименты Миллера можно рассматривать как решающие в споре между конкурирующими в то время теориями). Более точные эксперименты поставленные в то время как правило давали результат близкий к нулю, им и придали большое значение не останавливаясь на анализе условий этих опытов.
    А анализировать было что ? Как правило те опыты которые давали нулевой результат проводились в подвалах, приборы были заключены в металлические коробки, что по мнению Миллера и аннулировало эффект.

Итак из всего сказанного можно сделать следующие разумные предположения:

  1. Эфир существует в природе.
  2. Эфир движется относительно Земли (существует "Эфирный Ветер").
  3. Эфир взаимодействует с веществом.
Для проверки этих гипотез можно использовать прибор в котором луч света делится на два параллельных друг другу луча, а затем пройдя так некоторое расстояние вновь соединяются и интерферируют. Если один из лучей закрыть металлическим экраном, то скорость движения Эфира внутри экрана может быть отлична от его скорости вдоль "свободного" луча. Такой прибор давно изобретен. Он называется Интерферометр Маха-Цендера (Рис.

Рис. 2

Принципиальная схема интерферометра Маха-Цендера.

 

    Пусть скорость движения Эфира относительно прибора равна V, тогда внутри металлической трубы эта скорость будет меньше ~a V, где 0<a<1некий коэффициэнт экранировки, скорость света c, угол поворота прибора по отношению к азимуту Эфирного Ветра j , длина оптического пути D. Найдем зависимость разности фаз двух лучей в зависимости от угла поворота. Для свободного луча скорость относительно аппарата составит c-Vcosj, для луча в трубе с-aVcosj, время задержки одного луча по отношению к другому (пренебрегая членами второго и более высокого порядков) равно:


Или переходя к разности хода:
    То есть это эффект первого порядка !!! То что D(j ) вобщем то является функцией 2-х переменных V/c и (1-a), кажется что возникает неопределенность результата данного эксперимента. Однако само наличие эффекта в этом приборе однозначно будет указывать на наличие "Эфирного Ветра" и экранировки. К тому же можно после выхода лучей из прибора отразить их обратно и наблюдать интерференционную картину с другой стороны, в этом случае будет наблюдаться эффект второго порядка. Если потом разрешить систему двух уравнений с двумя неизвестными, получим отдельно и скорость и коэффициент увлечения. Таким образом интерферометр Маха-Цендера является прибором вполне пригодным для такого рода измерений. Идея этого эксперимента родилась у автора давно. Около 2-х лет собственными силами создавался прибор и скоро можно будет начинать предварительные наблюдения.