¿Qué significa "éter"?
En la antigua Grecia, el éter se refería al cielo azul o atmósfera superior. En cosmología, a veces se utiliza para referirse a la materia que ocupa el espacio celeste. Descartes en el siglo XVII fue un filósofo que tuvo una influencia significativa en el desarrollo del pensamiento científico. Fue el primero en introducir el Tai en la ciencia y le dio algunas propiedades mecánicas.
En opinión de Descartes, todas las fuerzas entre objetos deben transmitirse a través de alguna sustancia intermedia, y no existe ningún efecto de distancia. Así pues, el espacio no puede estar vacío, sino que está lleno del medio éter. Aunque el éter no puede ser sentido por los sentidos humanos, puede transmitir los efectos de fuerzas, como el magnetismo y el efecto de la luna sobre las mareas.
Posteriormente, el uso del éter como carga de ondas luminosas estuvo relacionado en gran medida con la teoría ondulatoria de la luz. La teoría de las fluctuaciones de la luz fue propuesta por primera vez por Hooke y desarrollada posteriormente por Huygens. Durante mucho tiempo (hasta principios del siglo XX), la comprensión humana de las ondas se limitó a la vibración mecánica de un determinado medio. Este medio se llama carga de ondas. Por ejemplo, el aire es la carga de ondas sonoras.
Dado que la luz puede propagarse en el vacío, Huygens propuso que la sustancia media (éter) que transporta ondas de luz debería llenar todo el espacio, incluido el vacío, y penetrar en la materia ordinaria. Además de servir como carga para las ondas luminosas, Huygens también la utilizó para ilustrar el fenómeno de la gravedad.
Newton no estaba de acuerdo con la teoría de las ondas luminosas de Hooke, pero al igual que Descartes, también se oponía a la acción a distancia y reconocía la existencia del éter. A su juicio, el éter no es necesariamente una sustancia única, por lo que puede transmitir diversas funciones, como producir electricidad, magnetismo, gravedad y otros fenómenos diferentes. Newton también creía que el éter podía propagar vibraciones, pero las vibraciones del éter no eran luz, porque la teoría ondulatoria de la luz en ese momento no podía explicar la polarización de la luz, ni podía explicar por qué la luz se propagaba en línea recta.
El siglo XVIII fue el período de decadencia del eterismo. Debido a que el francés Descartes rechazó la ley de la gravedad del cuadrado inverso, los seguidores de Newton se levantaron contra el sistema filosófico de Descartes y se unieron a la oposición con su teoría del éter.
Con el éxito de la ley de la gravedad del cuadrado inverso en la mecánica celeste y el fracaso de los experimentos para explorar el éter para lograr resultados prácticos, la idea de la acción a distancia se hizo popular. La teoría ondulatoria de la luz también fue abandonada y la teoría de partículas obtuvo una amplia aceptación. A finales del siglo XVIII se demostró que las fuerzas entre cargas (y entre polos magnéticos) también eran inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia. Por lo tanto, se abandonó el concepto de éter electromagnético y la visión de la acción a distancia también ocupó una posición dominante en la electricidad.
En el siglo XIX d.C., la teoría del éter revivió y se desarrolló. Comenzó con la óptica y fue principalmente el resultado del trabajo de Thomas Young y Fresnel. Yang utilizó la interferencia de las ondas de luz para explicar los anillos de Newton. Inspirado por el experimento, propuso una nueva visión en 1817 de que las ondas de luz son ondas transversales, resolviendo el antiguo problema de que la teoría ondulatoria no puede explicar la polarización de la luz. Los científicos descubrieron gradualmente que la luz es un tipo de onda y que la mayoría de las ondas en la vida requieren un medio de propagación (por ejemplo, la propagación de ondas de sonido requiere la ayuda del aire, la propagación de ondas de agua requiere la ayuda del agua, etc.). Influenciados por el pensamiento mecánico tradicional, plantearon la hipótesis de que existe una sustancia llamada éter en todas partes del universo, y es esta sustancia la que desempeña el papel de medio en la propagación de la luz.
La hipótesis del éter en realidad representa la visión tradicional: la propagación de ondas electromagnéticas requiere un sistema de referencia "absolutamente estacionario". Cuando el sistema de referencia cambia, la velocidad de la luz también cambia.
Pero según las ecuaciones de Maxwell, la propagación de ondas electromagnéticas no requiere un marco de referencia "absolutamente estacionario". Debido a que los dos parámetros de la ecuación son escalares no dirigidos, la velocidad de la luz es constante en cualquier marco de referencia. . de.
Donde ε0 es la constante dieléctrica del vacío, μ0 es la permeabilidad magnética del vacío.
Este "sistema absolutamente estático" es el "sistema éter". La velocidad de la luz medida por observadores en otros sistemas inerciales debería ser la suma vectorial de la velocidad de la luz en el "sistema de éter" y la velocidad del observador en el "sistema de éter".
El éter está en todas partes, no tiene masa y es absolutamente estacionario. Según las conjeturas de la época, el éter llenaba todo el universo y en él podían propagarse ondas electromagnéticas. Supongamos que el Sol está estacionario en el sistema del éter. Dado que la Tierra gira alrededor del Sol, la velocidad relativa al éter es v. Si la velocidad de la luz se mide en la Tierra, los valores medidos en diferentes direcciones deberían ser diferentes. El valor máximo es c + v y el valor mínimo es c + v. El valor es cv.
Si el Sol no está estacionario en el sistema etéreo, entonces la velocidad de la luz medida en diferentes direcciones en la Tierra debería ser diferente.
Fresnel explicó con éxito el fenómeno de difracción de la luz mediante la teoría pasiva. Su método teórico (ahora llamado a menudo principio de Huygens-Fresnel) puede calcular correctamente el patrón de difracción y explicar la propagación lineal de la luz. Fresnel explicó además la birrefringencia de la luz con gran éxito.
En 1823, basándose en la teoría de Young de que las ondas de luz son ondas transversales, y su propia suposición en 1818 de que la densidad del éter en sustancias transparentes es proporcional al cuadrado de su índice de refracción, en un cierto límite bajo De las condiciones se derivaron las famosas fórmulas para la amplitud de la luz reflejada y refractada, que explicaron bien los resultados medidos por Brewster en el experimento hace varios años.
Uno de los trabajos teóricos importantes de Fresnel sobre el éter es derivar la fórmula para la velocidad de la luz en un objeto transparente que se mueve con respecto al sistema de referencia del éter. En 1818, para explicar los experimentos de Arago sobre la refracción de la luz de las estrellas, propuso que la densidad del éter en sustancias transparentes es proporcional al cuadrado del índice de refracción de la sustancia. También asumió que cuando un objeto se mueve con respecto al sistema de referencia del éter. , sólo su interior La parte del éter más allá del vacío es impulsada por el objeto (la hipótesis de la atracción parcial del éter). Utilizando la teoría de Fresnel, es fácil obtener la velocidad de la luz en objetos en movimiento.
A mediados del siglo XIX, se llevaron a cabo algunos experimentos para mostrar el impacto del movimiento de la Tierra en relación con el sistema de referencia del éter y para medir la velocidad de la Tierra en relación con el sistema de referencia del éter, pero todos arrojaron resultados negativos. Estos resultados experimentales pueden explicarse mediante la teoría de Fresnel. Según la fórmula de Fresnel para la velocidad de la luz en medios en movimiento, cuando la precisión experimental sólo alcanza un cierto orden de magnitud, la velocidad de la Tierra en relación con el sistema de referencia del éter no estará representada en estos experimentos, pero ninguno de los experimentos en ese tiempo alcanzó esta precisión.
Tras los trabajos de Yang y Fresnel, la teoría ondulatoria de la luz estableció su posición en la física. Posteriormente, el éter también ganó un lugar en el electromagnetismo, debido principalmente a los aportes de Faraday y Maxwell.
La idea de que las funciones se transmiten gradualmente tiene un lugar muy sólido en el pensamiento de Faraday. Introdujo líneas de fuerza para describir los efectos magnéticos y eléctricos. En su opinión, las líneas de fuerza existen en la realidad, el espacio está lleno de líneas de fuerza y la luz y el calor pueden ser vibraciones transversales de las líneas de fuerza. Una vez propuso que las líneas de fuerza reemplazaban al éter y creía que los átomos de la materia pueden ser campos de líneas de fuerza reunidos cerca de un punto. En 1851, escribió: "Si aceptamos la existencia del éter ligero, puede ser la carga de líneas de fuerza". Pero la opinión de Faraday no fue aceptada por los físicos teóricos de la época.
A principios de la década de 1860, Maxwell propuso el concepto de corriente de desplazamiento y luego propuso un conjunto de ecuaciones diferenciales que describen las leyes universales de los campos electromagnéticos, más tarde conocidas como ecuaciones de Maxwell. Según las ecuaciones de Maxwell, se puede concluir que la perturbación del campo electromagnético se propaga en forma de ondas. La velocidad de las ondas electromagnéticas en el aire es de 310.000 kilómetros por segundo, lo que concuerda con la velocidad conocida de la luz en el aire. ese momento y está dentro del alcance del error experimental.
Tras señalar que la propagación de las perturbaciones electromagnéticas es similar a la propagación de la luz, Maxwell escribió: “La luz es la vibración transversal del medio (refiriéndose al éter) que produce los fenómenos electromagnéticos”. Posteriormente, Hertz confirmó experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas. La teoría electromagnética de la luz explicó con éxito las propiedades de las ondas luminosas, de modo que el éter no sólo adquirió un estatus en el electromagnetismo, sino que también se unificaron el éter electromagnético y el éter luminoso.
Maxwell también imaginó el uso de un movimiento mecánico excesivo para explicar los fenómenos electromagnéticos. En su artículo de 1855, comparó la intensidad de la inducción magnética con la velocidad del éter. Más tarde, aceptó el punto de vista de Tang Musun y cambió el campo magnético a rotación y el campo eléctrico a traslación.
Creía que el éter gira alrededor de las líneas del campo magnético para formar elementos de vórtice, y hay una capa de partículas cargadas entre los elementos de vórtice adyacentes. También planteó la hipótesis de que cuando estas partículas se desvían de su posición de equilibrio, es decir, hay un desplazamiento, ejercerán una fuerza sobre el material en el elemento del vórtice y provocarán la deformación del elemento del vórtice, lo que representa un fenómeno electrostático.
Existe una cierta relación correspondiente entre el campo eléctrico y el desplazamiento. Esta no es una idea nueva. Tang Musun comparó una vez el campo eléctrico con el desplazamiento del éter. Además, Faraday había propuesto anteriormente que cuando se coloca una sustancia aislante en un campo eléctrico, las cargas que contiene se desplazarán. La diferencia entre Maxwell y Faraday es que él creía que independientemente de si hay material aislante o no, mientras exista un campo eléctrico, habrá un desplazamiento de partículas cargadas de éter, y el desplazamiento es proporcional a la intensidad de la campo eléctrico. Cuando el desplazamiento de una partícula cargada cambia con el tiempo, se forma una corriente eléctrica, a la que llama corriente de desplazamiento.
Para Maxwell, la corriente de desplazamiento era una corriente real, pero ahora sabemos que sólo una parte de ella (la corriente de polarización) es una corriente real.
Durante este período, se construyeron otros modelos de éter, pero el eterismo también encontró algunos problemas. En primer lugar, si las ondas de luz son ondas transversales, entonces el éter debería ser un medio sólido elástico. Entonces, ¿por qué los cuerpos celestes se mueven sin resistencia? Se ha sugerido una explicación: el éter puede ser una sustancia plástica como la cera o el asfalto. Es lo suficientemente elástico como para vibrar a la velocidad de la luz como un sólido, pero se mueve lentamente como un cuerpo celeste como un fluido.
Además, en los medios elásticos debería haber ondas longitudinales además de ondas transversales, pero los experimentos demuestran que no hay ondas longitudinales. Cómo eliminar las ondas longitudinales del éter y cómo obtener las condiciones límite necesarias para derivar la fórmula de intensidad de reflexión son debates a largo plazo en varios modelos de éter.
Para satisfacer las necesidades de la óptica, se ha planteado la hipótesis de algunas propiedades extraordinarias del éter, como el modelo de Michael Cora de 1839 y el modelo de Cauchy. Además, dado que el índice de refracción de diferentes frecuencias de luz es diferente, los coeficientes de tracción de diferentes frecuencias también son diferentes. Así, cada frecuencia de luz debe tener su propio éter, y así sucesivamente. Estas propiedades aparentemente contradictorias del éter están más allá de la comprensión humana.
En 1881-1884, Albert Michelson y Edward Morley realizaron el famoso experimento de Michelson-Morley para medir la velocidad relativa entre la Tierra y el éter. Los resultados experimentales muestran que no hay diferencia en la velocidad de la luz en diferentes direcciones. En realidad, esto prueba el principio de que la velocidad de la luz es constante, es decir, la velocidad de la luz en el vacío tiene el mismo valor en cualquier sistema de referencia, independientemente de la velocidad relativa del sistema de referencia, y el éter en realidad no existe. Posteriormente, muchos experimentos respaldaron la conclusión anterior.
La teoría del éter ha estado profundamente arraigada en el corazón de la gente durante un período histórico y ha afectado profundamente el pensamiento de los físicos. El famoso físico Lorenz derivó la fórmula de transformación de Lorentz que se ajusta a las condiciones covariantes del electromagnetismo, pero no pudo abandonar la visión del éter.
En los años 90, Lorenz propuso un nuevo concepto: atribuyó las propiedades electromagnéticas de la materia a la acción de los electrones asociados a los átomos. En cuanto al éter en la materia, no hay diferencia en densidad y elasticidad con respecto al éter en el vacío. También postuló que cuando un objeto se mueve, no mueve el éter que contiene. Pero cuando los electrones en el objeto se mueven con el objeto, no solo se ven afectados por la fuerza del campo eléctrico, sino también por la fuerza del campo magnético. Cuando el objeto se mueve, habrá una corriente dieléctrica en movimiento en él, por lo que. la velocidad de las ondas electromagnéticas en la materia en movimiento es la misma que en la materia estacionaria. Las velocidades son diferentes.
Después de considerar los efectos anteriores, Lorenz también dedujo la fórmula de Fresnel para la velocidad de la luz en la materia en movimiento. Sin embargo, la teoría de Fresnel encontró dificultades (la luz de diferentes frecuencias tiene diferentes cuadrados de éter) y ya no existe. Lorentz podría derivar el cambio en el índice de refracción con la frecuencia de las vibraciones forzadas de los electrones ligados. La teoría de Lorenz, conocida como teoría del electrón, fue un gran éxito.
Se puede decir que el final de 2019 es el apogeo del eterismo. Sin embargo, en la teoría de Lorenz, el éter no tiene otros movimientos ni cambios excepto la vibración electromagnética, por lo que casi degenera en algún símbolo abstracto. Además de ser la carga de ondas electromagnéticas y el marco de referencia absoluto, ha perdido todos los demás atributos físicos concretos y vívidos, lo que crea las condiciones para su declive.
Como se mencionó anteriormente, para medir el movimiento de la Tierra en relación con el sistema de referencia etérico, la precisión experimental debe alcanzar un orden de magnitud muy alto. En la década de 1980, en 65438+2009, los experimentos realizados por Michelson y Morey alcanzaron esta precisión por primera vez, pero el resultado aún fue negativo, es decir, la Tierra no se movía con respecto al éter. Desde entonces, otros experimentos han obtenido los mismos resultados, por lo que el éter ha perdido aún más su calidad de marco de referencia absoluto. Este resultado hizo que el principio de la relatividad fuera generalmente reconocido y extendido a todo el campo de la física.
Aunque se hicieron algunos esfuerzos para salvar el éter a finales del siglo XIX y principios del XX, finalmente fue abandonado por los físicos después de que se estableció la teoría especial de la relatividad. Se acepta que el campo electromagnético en sí mismo es una forma de materia y que el campo puede propagarse en forma de ondas en el vacío.
El establecimiento de la mecánica cuántica ha reforzado esta visión, porque se descubrió que el movimiento de los átomos de la materia y los electrones, protones, neutrones y otras partículas que los componen también tienen propiedades ondulatorias. La fluctuación se ha convertido en una de las propiedades básicas del movimiento material, y se ha roto por completo la visión estrecha que sólo entiende las ondas como vibraciones mecánicas de algún material medio.
Sin embargo, la comprensión humana está en constante desarrollo.
Después de mediados del siglo XX, la gente se dio cuenta gradualmente de que el vacío no es absoluto, sino que tiene un proceso de fluctuación constante (la generación y posterior aniquilación de partículas virtuales). Esta fluctuación del vacío es un efecto cuántico del campo que interactúa.
Hoy en día, los físicos teóricos han descubierto además que el vacío tiene propiedades más complejas. El estado de vacío representa el estado fundamental del campo y es degenerado. El vacío real es un estado específico entre estos estados degenerados. Muchas de las rupturas de simetría que se observan actualmente en la física de partículas son causadas por esta "orientación" especial del vacío. Partiendo de este punto de vista, la teoría unificada de la interacción débil y la interacción electromagnética logró un gran éxito.
Pero Einstein abandonó audazmente la teoría del éter, creyendo que la velocidad constante de la luz era el principio básico, y basándose en ella fundó la teoría especial de la relatividad. Aunque los hechos posteriores demostraron que no existe el éter, la hipótesis del éter todavía dejó huellas en nuestras vidas, como el éter.
Desde esta perspectiva, aunque el eterismo mecánico está muerto, parte del espíritu del concepto de éter (sin efectos de distancia y sin el vacío en el sentido de vacío absoluto) todavía está vivo y tiene una fuerte vitalidad.
Mi Éter
El éter es una sustancia que puede ser controlada por el magnetismo y existe en todo el universo. Se mueve con el movimiento del campo magnético. ¿Falló el experimento anterior porque el éter de la Tierra controla el movimiento de la Tierra? Es estacionario en relación con la Tierra. El éter es algo así como el agua. Sólo funciona con magnetismo. Sólo el magnetismo puede cambiar su forma de moverse. Cuando la velocidad de la fuerza magnética no es alta, el éter se mueve con la fuerza magnética. Cuando la velocidad alcanza un cierto nivel, el éter provocará un movimiento rápido del cuerpo rígido. A través de esta característica, creo que se pueden explicar algunos fenómenos actuales. En el pasado la gente tenía razón acerca de muchas propiedades del éter. Lo que está mal es que el éter es estacionario.
La palabra éter ha recibido una nueva definición en la película "Everything About Zhou Lili".
1. Un medio pensado por primera vez por los filósofos griegos antiguos. Después del siglo XVII, los físicos la propusieron nuevamente para explicar la propagación de la luz y la interacción del electromagnetismo y la gravedad. En aquella época se creía que la luz era una onda elástica mecánica, pero como podía propagarse en el vacío, se debe suponer que existía un éter que aún no se había descubierto experimentalmente como medio para propagar la luz. Este medio está en todas partes, es ingrávido y "absolutamente estacionario". Sus efectos mecánicos especiales son los efectos electromagnéticos y gravitacionales. El concepto de éter fue generalmente aceptado en el siglo XIX, pero los científicos nunca pudieron probar experimentalmente su existencia. A principios del siglo XX, con el establecimiento de la teoría de la relatividad y posteriores investigaciones sobre campos, se determinó que la propagación de la luz y todas las interacciones pasan a través de diversos campos, en lugar de a través de medios mecánicos, y se abandonó el éter como medio. viejo concepto.
2. Los términos filosóficos utilizados por Kang Youwei, Tan Sitong, Sun Yat-sen, etc. en los tiempos modernos, todos tomaron prestados términos físicos. Kang Youwei equiparó el éter con conceptos morales como "benevolencia" y "corazón insoportable" en "Meng Wei Zi". En "La teoría del éter Ren Xue", Tan Sitong describió el éter como una sustancia incolora, insonora e insípida omnipresente en el universo, pero al mismo tiempo también hizo varias explicaciones espirituales, incluidas Ren, Yuan y la naturaleza de Confucio. el amor universal, la compasión budista, el alma de Cristo, etc. En la teoría de Sun Wen, Sun Yat-sen consideraba al éter como la fuente del mundo material, creyendo que "se mueve para producir electrones, los electrones se condensan en elementos, los elementos se combinan para formar materia y la materia se acumula en la tierra" y no tiene espiritualidad.