อีเทอร์และทฤษฎีสัมพัทธภาพ ตอนที่ 3

Written by on . Posted in ทั่วไป, ฟิสิกส์




หน้าที่ 1 - อีเทอร์และทฤษฎีสัมพัทธภาพ ตอนที่ 3

แปลโดยคุณราชัย  ประกอบการ
แปลมาจากการบรรยายของไอน์สไตน์ที่ชื่อ " ether and relativity " 


                มันเกิดขึ้นได้อย่างไรที่ว่าเคียงข้างความคิดเกี่ยวกับวัตถุที่มีน้ำหนัก ซึ่งได้โดยการสกัดออกมาจากชีวิตประจำวัน นักฟิสิกส์กำหนดความคิดเกี่ยวกับการมีอยู่จริงของวัตถุอีกประเภทหนึ่งอีเทอร์? อาจจะต้องค้นหาคำอธิบายในปรากฏการณ์เหล่านั้น ซึ่งทำให้เกิดทฤษฏีเกี่ยวกับกิริยาจากที่ไกลๆ และในคุณสมบัติของแสง ซึ่งนำไปสู่ทฤษฎีมีลักษณะเป็นคลื่น  เรามาลองสละเวลาสักครู่ให้กับการพิจารณาเกี่ยวกับสองประเด็นนี้

                นอกเหนือฟิสิกส์เราไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับกิริยาจากที่ไกลๆ  เมื่อเราพยายามที่จะเชื่อมโยงสาเหตุและผลกระทบในประสบการณ์ ซึ่งวัตถุตามธรรมชาติสามารถให้เราได้ ตอนแรกมันดูเหมือนว่าไม่มีกิริยาร่วมกันทั้งสองฝ่ายอย่างอื่นอีก นอกจากกิริยาของการสัมผัสกันที่เกิดตามมาในทันที เช่น การติดต่อสื่อสารกันของการเคลื่อนที่โดยการชน การดันและการดึง การทำให้ร้อนหรือทำให้เกิดการเผาไหม้ด้วยการใช้เปลวไฟ เป็นต้น มันเป็นจริงที่ว่า แม้แต่น้ำหนักในประสบการณ์ประจำวัน ซึ่งในความหมายหนึ่ง เป็นกิริยาจากที่ไกลๆ เข้าไปมีบทบาทสำคัญมาก  แต่เนื่องจากในประสบการณ์ประจำวัน เราพบว่าน้ำหนักของวัตถุเหมือนเป็นอะไรบางอย่างที่ไม่เปลี่ยนแปลง อะไรบางอย่างที่ไม่สัมพันธ์กับสาเหตุใดๆ ซึ่งเปลี่ยนแปลงในเวลาหรือสถานที่ ซึ่งในชีวิตประจำวันเราคาดเดาไม่ได้ในเรื่องที่เกี่ยวกับสาเหตุของความโน้มถ่วงและดังนั้นไม่ได้รู้ลักษณะเฉพาะของมันที่เป็นกิริยาจากที่ไกลๆ  เป็นทฤษฏีของความโน้มถ่วงของนิวตัน ที่เริ่มให้สาเหตุของความโน้มถ่วง โดยการตีความว่าเป็นกิริยาจากที่ไกลๆ ที่เดินทางจากมวล  ทฤษฎีของนิวตันอาจจะเป็นความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วที่สุดเท่าที่มีการทำมาในความพยายามไปสู่ความสัมพันธ์อันเป็นเหตุของปรากฏการณ์ธรรมชาติ  แต่ทฤษฎีนี้ก็ปลุกให้เกิดความรู้สึกอึดอัดใจอย่างจริงจังในหมู่คนร่วมสมัยของนิวตัน เพราะว่ามันดูเหมือนจะขัดกับหลักการที่เกิดจากประสบการณ์อื่นๆ ว่าจะมีกิริยาซึ่งกันและกันได้ผ่านการสัมผัสกันเท่านั้น และไม่ใช่ผ่านกิริยาที่เกิดตามมาในทันทีจากที่ไกลๆ

                ความปรารถนาความรู้ของมนุษย์ยอมทนรับอย่างลังเลเท่านั้นในทฤษฎีที่เชื่อว่าทุกอย่างในโลกนี้ประกอบด้วยสองด้านแบบนี้  จะรักษาความเป็นเอกภาพไว้ในความเข้าใจของเขาเกี่ยวกับแรงต่างๆ ของธรรมชาติได้อย่างไร?  โดยการพยายามที่จะลงความเห็นว่าแรงจากการสัมผัสกันเหมือนตัวพวกมันเองเป็นแรงที่ห่างไกลซึ่งจริงอยู่ สังเกตได้ในระยะทางที่น้อยมากเท่านั้น และนี่เป็นเส้นทางที่พรรคพวกของนิวตัน ซึ่งอยู่ในอำนาจเสน่ห์ของหลักการของเขาอย่างเต็มที่ โดยส่วนใหญ่ชอบที่จะไปตามเส้นทางนี้มากกว่า หรือโดยการทึกทักเอาว่ากิริยาระบบนิวตันจากที่ไกลๆ ดูเหมือนเป็นกิริยาจากที่ไกลๆ ที่เกิดตามมาในทันทีเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงถูกถ่ายทอดโดยอวกาศที่เป็นตัวกลางซึมซ่านไปทั่ว ไม่โดยการเคลื่อนที่ก็โดยการเปลี่ยนรูปร่างของตัวกลางนี้แบบยืดหยุ่น  ความเพียรพยายามไปสู่ทัศนะการรวมให้เป็นหนึ่งเดียวของธรรมชาติของแรงต่างๆ จึงนำไปสู่สมมติฐานเกี่ยวกับอีเทอร์  เมื่อมองในภาพรวมแล้วสมมติฐานนี้ แน่นอน ตอนแรกไม่ได้นำความก้าวหน้าใดๆ ในทฤษฎีเกี่ยวกับความโน้มถ่วงหรือในฟิสิกส์มากับมัน ดังนั้นมันกลายเป็นเรื่องปกติที่จะถือว่ากฎของแรงของนิวตันเป็นสัจพจน์ (ความจริงที่ไม่จำเป็นต้องพิสูจน์) ที่ตัดทอนลงไม่ได้อีก   แต่สมมติฐานเชิงอีเทอร์ถูกผูกมัดให้เข้าไปมีบทบาทในระดับหนึ่งในวิทยาศาสตร์เชิงกายภาพอยู่เสมอ แม้ว่าตอนแรกเพียงบทที่แฝงเร้นอยู่

                ครั้นในครึ่งแรกของศตวรรษที่สิบเก้า  ได้มีการเผยให้เห็นความเหมือนกันที่ส่งผลกระทบอย่างกว้างขวาง ซึ่งมีอยู่ระหว่างคุณสมบัติของแสงและคุณสมบัติของคลื่นยืดหยุ่นในวัตถุที่มีน้ำหนัก สมมติฐานเชิงอีเทอร์ได้การสนับสนุนใหม่ มันดูเหมือนไม่ต้องสงสัยว่าแสงจะต้องถูกตีความเหมือนเป็นกระบวนการการสั่นในตัวกลางยืดหยุ่นที่มีแรงเฉื่อย ซึ่งเติมเต็มอวกาศที่เป็นสากล  มันดูเหมือนจะเป็นผลลัพธ์ที่จำเป็นของข้อเท็จจริงที่ว่า แสงสามารถโพลาไรซ์ได้ด้วยที่ว่าตัวกลางนี้ อีเทอร์จะต้องมีธรรมชาติของวัตถุของแข็ง เพราะว่าคลื่นตามขวาจะไม่อาจเกิดขึ้นได้ในของไหล แต่ในของแข็งเท่านั้น  นักฟิสิกส์จึงถูกผูกมัดให้ได้ทฤษฏีของอีเทอร์เปล่งแสงที่  “ กึ่ง - แข็งเกร็ง”  ซึ่งส่วนต่างๆ ไม่สามารถเคลื่อนที่ สัมพัทธ์ซึ่งกันและกันได้ นอกจากการเคลื่อนที่เล็กน้อยของการเปลี่ยนรูปร่าง ซึ่งสอดคล้องกับคลื่น - แสง

                ทฤษฎีนี้ เรียกว่า ทฤษฎีอีเทอร์เปล่งแสงที่ไม่เคลื่อนที่ด้วย - ยิ่งกว่านั้น ได้การสนับสนุนอย่างเข้มแข็ง ในการทดลองซึ่งมีความสำคัญพื้นฐานในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ -  การทดลองของฟิโซ ซึ่งเราถูกบังคับให้สรุปว่า อีเทอร์เปล่งแสงไม่ได้มีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ของวัตถุ ปรากฏการณ์ความคลาดก็สนับสนุนทฤษฎีอีเทอร์กึ่งแข็งเกร็งนี้ด้วย

                การพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับไฟฟ้าไปตามแนวทางที่แมกซ์เวลล์และโลเร็นตซ์ได้เริ่มต้นได้พัฒนาความคิดของเราเกี่ยวกับอีเทอร์ ซึ่งเป็นการพลิกผันที่พิลึกและคาดไม่ถึงมากทีเดียว  สำหรับตัวแมกซ์เวลล์เอง อันที่จริงอีเทอร์ยังมีคุณสมบัติที่เป็นเชิงกลอย่างเดียวอยู่ ซึ่งแม้ว่าเป็นแบบที่ยุ่งยากมากกว่าคุณสมบัติเชิงกลของวัตถุของแข็งที่สัมผัสได้มาก  แต่ทั้งแมกซ์เวลล์และพรรคพวกของเขาไม่ประสบความสำเร็จในการให้รายละเอียดเรื่องแบบจำลองเชิงกลสำหรับอีเทอร์ ซึ่งอาจให้การอธิบายเชิงกลที่น่าพอใจในเรื่องกฎของแมกซ์เวลล์เกี่ยวกับสนามไฟฟ้า - แม่เหล็ก  กฎต่างๆ ชัดเจนและง่ายๆ แต่การอธิบายเชิงกลที่ยืดยาดเยิ่นเย้อและขัดกันเอง   พวกนักฟิสิกส์ทฤษฎีได้ปรับตัวเกือบจะค่อยเป็นค่อยไป ให้เข้ากับสถานการณ์ ซึ่งจากมุมมองของแผนปฏิบัติการเชิงกลของพวกเขานั้นน่าหดหู่มาก   การสืบสวนหาข้อเท็จจริงเชิงไฟฟ้า-พลศาสตร์ของไฮน์ริค  เฮิร์ตซ์มีอิทธิพลต่อพวกเขาเป็นพิเศษ    เนื่องจากในขณะที่ก่อนหน้านี้พวกเขาต้องการทฤษฎีที่ยืนยันได้อย่างแน่ชัดว่ามันควรจะพอใจกับแนวคิดพื้นฐานซึ่งเป็นของกลศาสตร์โดยเฉพาะ (เช่น ความหนาแน่น ความเร็ว การเปลี่ยนรูปร่าง ความเค้น) พวกเขาทำให้ตัวพวกเขาเองค่อยๆ เคยชินกับการจำใจยอมรับแรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก เหมือนเป็นแนวคิดพื้นฐานข้างๆ กันกับแนวคิดของกลศาสตร์โดยไม่ต้องการการอธิบายเชิงกลสำหรับพวกมัน   ทัศนะเชิงกลอย่างเดียวเกี่ยวกับธรรมชาติจึงค่อยๆ ถูกทิ้งไป    แต่การเปลี่ยนแปลงนี้นำไปสู่ทฤษฎีที่เชื่อว่าทุกอย่างในโลกนี้ประกอบด้วยสองด้านขั้นพื้นฐาน ซึ่งในระยะยาวจะไร้เหตุผลอ้างอิง   ตอนนี้ มีการพยายามหาทางหนีรอด  ในทิศทางตรงกันข้าม โดยการเปลี่ยนหลักการของกลศาสตร์ให้เป็นหลักการของไฟฟ้า และโดยเฉพาะอย่างยิ่งนี้เหมือนการทดลองเกี่ยวกับรังสี – บี และรังสี   คาโทด  ที่รวดเร็วสั่นคลอนความมั่นใจในความถูกต้องอย่างเด็ดขาดของสมการของกลศาสตร์ของนิวตัน

                ทฤษฎีที่เชื่อว่าทุกอย่างในโลกนี้ประกอบด้วยสองด้านนี้ยังรอให้พวกเราจัดการอยู่ ในรูปแบบที่ไม่บรรเทา  ในทฤษฎีของเฮิร์ตซ์ที่ซึ่งสสารแสดงตัวไม่เพียงเหมือนเป็นผู้นำส่งความเร็ว พลังงานจลน์และความดันเชิงกลเท่านั้น แต่ยังเหมือนเป็นผู้นำส่งสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย  เนื่องจากสนามเช่นนั้นเกิดขึ้นในสุญญากาศด้วย – คือในอีเทอร์ที่เป็นอิสระ – อีเทอร์นี้แสดงตัวเหมือนเป็นผู้นำส่งสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย  อีเทอร์นี้แสดงตัวอย่างไม่สามารถแยกความแตกต่างในหน้าที่ของมันจากสสารธรรมดาได้  ภายในสสารมันมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ของสสารและในอวกาศที่ว่างเปล่ามันมีความเร็วหนึ่งทุกหนทุกแห่ง ;  ดังนั้นอีเทอร์มีความเร็วที่กำหนดให้อย่างแน่นอนทั่วอวกาศทั้งหมด ไม่มีความแตกต่างขั้นพื้นฐานระหว่างอีเทอร์ของเฮิร์ตซ์ และสสารที่มีน้ำหนัก (ซึ่งบางส่วนมีอยู่ในอีเทอร์)

                ทฤษฏีของเฮิร์ตซ์นี้อยู่ในสถานการณ์ไม่ดีไม่เพียงจากข้อบกพร่องของการอ้างว่าเป็นผลจากสสารและอีเทอร์ ในทางหนึ่งสถานะเชิงกล และในอีกทางหนึ่งสถานะเชิงไฟฟ้า ซึ่งไม่ได้มีความสัมพันธ์ที่พอจะนึกภาพออกใดๆ กัน ; มันขัดกับผลของการทดลองที่สำคัญของฟิโซในเรื่องความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในของไหลที่เคลื่อนที่ และกับผลการทดลองที่มีชื่อเสียงยืนยงอื่นๆ
 นี่เป็นสภาพของสิ่งต่างๆ ขณะที่ เอช.เอ.โลเร็นตซ์เข้าสู่เหตุการณ์   เขานำทฤษฎีมาเข้ากันกับประสบการณ์ด้วยวิธีการทำให้หลักการทางทฤษฎีง่ายขึ้นอย่างวิเศษ   เขาบรรจุจุดหมายนี้ ซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุด ในทฤษฎีเกี่ยวกับไฟฟ้าหลังจากแมกซ์เวลล์ โดยการหยิบเชิงกลของมันมาจากอีเทอร์ และคุณสมบัติเชิงแม่เหล็กไฟฟ้าของมันจากสสาร   เหมือนในอวกาศที่ว่างเปล่า ดังนั้นส่วนที่อยู่ภายในตัววัตถุด้วย อีเทอร์นี้ และไม่ใช่สสาร ถ้าพิจารณาจากแง่มุมของทฤษฎีเชิงอะตอม  เป็นสถานที่เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเฉพาะ   ตามความเห็นของโลเร็นตซ์อนุภาคมูลฐานของสสารเท่านั้น สามารถเคลื่อนที่ได้ ;  กิจกรรมเชิงแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกมันถูกบังคับให้อยู่แต่การนำประจุไฟฟ้าไปอย่างเดียว  โลเร็นตซ์จึงประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนเหตุการณ์เชิงแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งมวลให้เป็นสมการของ  แมกซ์เวลล์สำหรับอวกาศอิสระ

                ในเรื่องที่เกี่ยวกับธรรมชาติเชิงกลของอีเทอร์ระบบโลเร็นตซ์ ซึ่งอาจจะพูดถึงมัน ด้วยเจตนาหยอกเล่นบ้าง  ว่าการไม่เคลื่อนที่ เป็นคุณสมบัติเชิงกลอย่างเดียวเท่านั้นที่ เอช. เอ. โลเร็นตซ์ไม่ได้ตัด เป็นไปได้ที่จะกล่าวเพิ่มเติมว่าการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ในแนวความคิดเกี่ยวกับอีเทอร์ ซึ่งทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษทำให้เกิดขึ้น เกิดจากการลบคุณสมบัติเชิงกลอันสุดท้ายของมันออกไปจากอีเทอร์ นั่นก็คือ การไม่เคลื่อนที่ของมัน  จะเข้าใจเรื่องนี้ได้อย่างไร จะอธิบายโดยไม่รีรอ

                ทฤษฎีเชิงอวกาศ – เวลา และเชิงจลนพลศาสตร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ถือเอาทฤษฎีแมกซ์เวลล์-โลเร็นตซ์ เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแบบอย่าง  ดังนั้นทฤษฎีนี้มีคุณสมบัติตรงตามเงื่อนไขของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แต่เมื่อมองจากทฤษฎีหลัง มันได้ลักษณะเฉพาะที่มีรูปแบบใหม่มา  เพราะถ้า   K  เป็นระบบพิกัดที่สัมพัทธกับระบบพิกัดที่อีเทอร์ระบบโลเร็นตซ์อยู่นิ่ง ในอันดับแรกสมการแมกซ์เวลล์ - โลเร็นตซ์  อ้างอิงกับ K แต่โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษสมการเดียวกันนี้ที่ปราศจากการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของความหมาย ใช้ได้ด้วยสัมพัทธ์กับระบบพิกัดใหม่ใดๆ K' ซึ่งกำลังเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอสัมพัทธ์กับ K ตอนนี้มาถึงคำถามที่น่าห่วง :- ทำไมในทฤษฎีนี้ฉันจะต้องแยกระบบ K อยู่เหนือระบบ K' ทั้งมวล ซึ่งเหมือนกับมันในเชิงกายภาพในทุกแง่มุม โดยการถือว่าอีเทอร์อยู่นิ่งสัมพัทธ์กับระบบ K ล่ะ?   สำหรับนักทฤษฎี อสมมาตรเช่นนั้นในโครงสร้างเชิงทฤษฎี โดยไม่มีอสมมาตรที่มีลักษณะเช่นเดียวกันในระบบของความเร็วจากประสบการณ์เป็นเรื่องสุดที่จะทนได้   ถ้าเราถือว่าอีเทอร์ที่จะอยู่นิ่งสัมพัทธ์กับ K แต่กำลังเคลื่อนที่ สัมพัทธ์กับ K' ซึ่งฉันว่าจากทัศนะทางตรรกะความเท่ากันเชิงกายภาพของ K และ K' ไม่ผิดโดยสิ้นเชิงอย่างแน่นอน แต่อย่างไรก็ตามยอมรับไม่ได้

                สถานการณ์ต่อไป ซึ่งเป็นไปได้ที่จะดำเนินต่อถึงแม้ว่าสถานะของสิ่งต่างๆ นี้ดูเหมือนจะเป็นดังต่อไปนี้  อีเทอร์ไม่มีอยู่จริงเลย  สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้เป็นสถานะของตัวกลาง  และไม่ได้ถูกผูกมัดให้ทำเหลือแค่ผู้นำส่งใดๆ  แต่พวกมันเป็นความความเป็นจริงที่แยกเป็นส่วนหนึ่งต่างหาก ซึ่งเปลี่ยนเป็นอย่างอื่นไม่ได้  เหมือนอะตอมของสสารที่มีน้ำหนักอย่างไม่ผิดเพี้ยน  แนวความคิดนี้ปรากฏอยู่ในใจอย่างง่ายดายขึ้น เช่น ตามทฤษฎีของโลเร็นตซ์ ที่มีรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเหมือนสสารที่มีน้ำหนัก นำการดลและพลังงานมากับมันด้วย และเช่น ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทั้งสสารและรังสี เป็นแค่รูปแบบพิเศษของพลังงานที่ถูกแบ่งแยก มวลที่มีน้ำหนักที่ไม่มีการแยกตัวออกและปรากฏตัวเหมือนเป็นรูปแบบพิเศษของพลังงาน

                อย่างไรก็ตามการครุ่นคิดอย่างละเอียดถี่ถ้วนมากขึ้น ส่วนพวกเราว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้บังคับพวกเราให้ปฏิเสธอีเทอร์    เป็นไปได้ที่เราจะถือว่าอีเทอร์มีอยู่จริง  ;  เพียงเราจะต้องเลิกอ้างว่าสถานะที่ชัดเจนแน่นอนของการเคลื่อนที่เป็นผลมาจากมัน นั่นคือโดยความคิดทางนามธรรมกว้างๆ เราจะต้องเอาลักษณะเฉพาะเชิงกลอันสุดท้าย ซึ่งโลเร็นตซ์ยังเหลือไว้อยู่ไปจากมัน     เราจะเห็นภายหลังว่าทัศนะนี้ซึ่งที่พอจะนึกภาพออก ฉันจะพยายามที่จะทำให้สามารถเข้าใจได้ง่ายขึ้นทันที โดยการเปรียบเทียบที่ค่อนข้างตะกุกตะกัก ที่มีเหตุผลยอมรับได้โดยผลลัพธ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

                เมื่อนึกถึงคลื่นบนพื้นผิวของน้ำ ตอนนี้เราสามารถอธิบายสิ่งที่ต่างกันอย่างเต็มที่สองอย่างได้   เราอาจสังเกตว่าพื้นผิวที่เป็นลูกคลื่นที่ประกอบเป็นขอบเขตระหว่างน้ำและอากาศ เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาที่ผ่านไปอย่างไร ;  หรือมิฉะนั้น - โดยอาศัยทุ่นลอยอันเล็กๆ ยกตัวอย่างเช่น -  เราสามารถสังเกตได้ว่าตำแหน่งของอนุภาคที่เป็นเอกเทศของน้ำเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาที่ผ่านไปอย่างไร ถ้าการมีอยู่จริงของทุ่นลอยเช่นนั้น เพื่อตามแกะรอยการเคลื่อนที่ของอนุภาคของของไหล เป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ พื้นฐานในฟิสิกส์ - ถ้าอันที่จริงถึงจะไม่ได้อื่นใดเลย อย่างน้อยไม่ว่าอะไรก็ตามที่สามารถเห็นได้ นอกจากรูปร่างของอวกาศที่น้ำครอบครองอยู่ ขณะที่มันเปลี่ยนแปลงในเวลา เราไม่น่าจะมีเหตุผลสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าน้ำประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนไหวได้  แต่ถึงอย่างไรเราสามารถอธิบายลักษณะมันว่าเป็นตัวกลาง
                                   
                เรามีอะไรบางอย่าง อย่างนี้ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า  เนื่องจากเราอาจนึกภาพสนามเหมือนประกอบด้วยเส้นของแรง    ถ้าเราต้องการจะตีความเส้นของแรงเหล่านี้เหมือนเป็นวัตถุบางอย่างตามความหมายปกติธรรมดา เรารู้สึกอยากตีความกระบวนการเชิงพลศาสตร์เหมือนเป็นการเคลื่อนที่ของเส้นของแรงเหล่านี้ ในลักษณะที่มีการแกะรอยเส้นของแรงที่เป็นเอกเทศแต่ละเส้นตลอดช่วงเวลาที่ผ่านไป  อย่างไรก็ตาม เป็นที่รู้กันดีว่าการมองสนามแม่เหล็กไฟฟ้าวิธีนี้นำไปสู่ความขัดแย้ง

                ถ้าสรุปอย่างกว้างๆ เราจะต้องพูดอย่างนี้ : -  อาจน่าจะมีวัตถุเชิงกายภาพที่กระจายออกไป ซึ่งไม่สามารถใช้ความคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ได้  อาจไม่นึกถึงพวกมันเหมือนประกอบด้วยอนุภาคซึ่งปล่อยตัวพวกมันเองให้ถูกแกะรอยแยกออกจากกันโดยผ่านเวลา    ในสำนวนโวหารของมินคอฟสกีสิ่งนี้เขียนออกมาได้ดังต่อไปนี้ :- ไม่ใช่ทุกๆ โครงสร้างที่กระจายออกไปในโลกสี่ – มิติ จะถูกมองว่าเข้ากันได้กับเส้น – โลกได้  ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษห้ามไม่ให้เราถือว่าอีเทอร์ประกอบด้วย อนุภาคที่สามารถเห็นได้ตลอดเวลา แต่สมมุติฐานเกี่ยวกับอีเทอร์ โดยเนื้อแท้แล้วไม่ได้ขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เพียงเราจะต้องระวังระไวเตรียมพร้อมที่จะรับมือการอ้างว่าภาวะของการเคลื่อนที่เป็นผลมาจากอีเทอร์

                แน่นอนจากมุมมองของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ สมมติฐานเชิงอีเทอร์ตอนแรกดูเหมือนจะเป็นสมมติฐานที่ปราศจากแก่นสาร  ในสมการของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า นอกเหนือจากความหนาแน่นของประจุไฟฟ้า ก็มีความเข้มของสนามเท่านั้น ความเร็วของการบวนการเชิงแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศดูเหมือนจะถูกกำหนดโดยสมการเหล่านี้โดยสิ้นเชิง ปริมาณเชิงกายภาพอื่นๆไม่ได้มีอิทธิพล    สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงตัวเหมือนเป็นความเป็นจริงที่พื้นฐานที่ลดไม่ได้และตอนแรกดูเหมือนไม่จำเป็นที่จะอ้าง  อีเทอร์ – ตัวกลางเอกพันธ์ที่มีคุณสมบัติเชิงฟิสิกส์เหมือนกัน และเพื่อจะนึกภาพสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนเป็นภาวะของตัวกลางนี้

                แต่ในทางตรงกันข้ามมีการให้เหตุผลที่สำคัญที่จะถูกอ้างเป็นหลักฐานสนับสนุนสมมติฐานเชิงอีเทอร์  การปฏิเสธอีเทอร์ในขั้นพื้นฐานต้องถือว่าอวกาศที่ว่างเปล่าไม่มีคุณสมบัติเชิงกายภาพเลย ข้อเท็จจริงพื้นฐานของกลศาสตร์ไม่ได้เข้ากันได้อย่างกลมกลืนกับทัศนะนี้    เนื่องจากพฤติกรรมเชิงกลของระบบเชิงวัตถุที่บินฉวัดเฉวียนอย่างเป็นอิสระในอวกาศที่ว่างเปล่าขึ้นอยู่กับไม่เพียง ตำแหน่ง (ระยะทาง) สัมพัทธ์ และความเร็วสัมพัทธ์เท่านั้น แต่กับสภาพของการหมุนของมันด้วย  ซึ่งโดยเนื้อแท้ในเชิงกายภาพอาจถือว่าเป็นลักษณะเฉพาะที่ไม่เกี่ยวข้องกับระบบนี้   เพื่อจะสามารถพิจารณาการหมุนของระบบได้ อย่างน้อยอย่างเป็นทางการ เป็นอะไรบางอย่างที่มีอยู่จริง นิวตันทำให้เป็นรูปธรรม - อวกาศ   เนื่องจากเขาจัดอวกาศสัมบูรณ์ของเขาอยู่ในประเภทรวมกับอะไรๆ ที่มีอยู่จริง    สำหรับเขาการหมุนสัมพัทธ์กับอวกาศสัมบูรณ์ เป็นอะไรบางอย่างที่มีอยู่จริงด้วย  นิวตันน่าจะเรียกอวกาศสัมบูรณ์ของเขาว่า  “อีเทอร์”  นั่นเอง ; สิ่งที่จำเป็นที่สุด คือแค่ว่านอกเหนือจากวัตถุที่สามารถเห็นได้ อีกสิ่งหนึ่ง ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ จะต้องได้รับการพิจารณาเหมือนมีอยู่จริง เพื่อจะทำให้สามารถพิจารณาความเร่งและการหมุนเหมือนเป็นอะไรบางอย่างที่มีอยู่จริง      

                เป็นความจริงที่ว่ามัคพยายามที่จะหลีกเลี่ยงการต้องยอมรับอะไรบางอย่างซึ่งไม่สามารถเห็นได้เหมือนมีอยู่จริง โดยการเพียรพยายามที่จะแทนความเร่งเฉลี่ยอ้างอิงกับผลรวมของมวลต่างๆ ใน เอกภพแทนความเร่งที่อ้างอิงกับอวกาศสัมบูรณ์-ในกลศาสตร์     แต่แรงต้านทานเฉื่อยซึ่งต่อต้านความเร่งสัมพัทธ์ของมวลที่ห่างไกลบอกเป็นนัยถึงกิริยาจากที่ไกลๆ ;  และขณะที่นักฟิสิกส์สมัยใหม่ไม่เชื่อว่า  เขาอาจจะยอมรับกิริยาจากที่ไกลๆ นี้ เขากลับมาอีกครั้งหนึ่ง ถ้าเขาทำตามมัคไปสู่อีเทอร์ ซึ่งจะต้องใช้เป็นตัวกลางสำหรับผลต่าง ๆ ของความเฉื่อย  แต่แนวความคิดเกี่ยวกับอีเทอร์นี้ซึ่งเราถูกชักนำโดยวิธีการคิดของมัคโดยเนื้อแท้แล้วต่างจากอีเทอร์อย่างที่นิวตัน เฟรสเนล และโลเร็นตซ์คิด อีเทอร์ของมัคไม่เพียงกำหนดพฤติกรรมของมวลเฉื่อยเท่านั้น แต่พวกมันกำหนดภาวะของมันด้วย

                ความคิดของมัคได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่ในอีเทอร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ตามทฤษฎีนี้คุณสมบัติเชิงเมตริกของคอนตินิวอัมอวกาศ- เวลาต่างกันในสภาพแวดล้อมของจุดที่ต่างกันของอวกาศ - เวลา และบางส่วนถูกกำหนดโดยสสารที่มีอยู่จริงภายนอกอาณาเขตที่กำลังพิจารณาอยู่  ความเปลี่ยนแปลงเชิงอวกาศ-เวลา ของความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันของกฎเกณฑ์เชิงอวกาศและเวลานี้ หรือ บางทีการยอมรับข้อเท็จจริงที่ว่า “อวกาศที่ว่างเปล่า” ในความสัมพันธ์เชิงกายภาพของมัน ทั้งไม่เป็นเอกพันธ์และมีคุณสมบัติทางฟิสิกส์เหมือนกัน ซึ่งบังคับเราให้อธิบายภาวะของมันโดยสิบฟังก์ชัน (ศักย์โน้มถ่วง gmn)  ซึ่งฉันคิดว่า ในที่สุดได้ทิ้งทัศนะที่ว่าอวกาศนั้นว่างเปล่าในเชิงกายภาพ  แต่ครั้นแล้วแนวความคิดเกี่ยวกับอีเทอร์ก็ได้เนื้อหาที่สามารถเข้าใจได้ง่ายอีกครั้ง แม้ว่าเนื้อหานี้แตกต่างมาจากเนื้อหาของอีเทอร์ของทฤษฎีที่มีลักษณะเป็นคลื่นเชิงกลของแสง อีเทอร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นตัวกลางซึ่งตัวมันเองปราศจากคุณสมบัติเชิงกลและเชิงจลนพลศาสตร์ทั้งมวล แต่ช่วยกำหนดเหตุการณ์เชิงกล (และเชิงแม่เหล็กไฟฟ้า)

                โดยหลักการสิ่งที่ใหม่ในอีเทอร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเมื่อเปรียบเทียบกับอีเทอร์ของโลเร็นตซ์อยู่ที่สิ่งนี้ ที่ว่าภาวะของอันแรกอยู่ที่ทุกๆ ที่ซึ่งถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์กับสสารและภาวะของอีเทอร์ในที่ที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งเป็นไปตามกฎในรูปแบบของสมการเชิงอนุพันธ์ ;  ในขณะที่ภาวะของอีเทอร์ระบบโลเร็นตซ์ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ถูกกำหนดโดยอะไรเลย ภายนอกตัวมันเอง และเหมือนกันทุกหนทุกแห่ง  ในหลักการอีเทอร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปถูกเปลี่ยนสภาพเป็นอีเทอร์ของ โลเร็นตซ์ ถ้าเราใช้จำนวนคงที่แทนฟังก์ชันของอวกาศซึ่งอธิบายอันแรก โดยไม่ใส่ใจสาเหตุซึ่งกำหนดภาวะของมัน  ฉันคิดว่า เราจึงอาจพูดด้วยว่าอีเทอร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นผลของอีเทอร์ระบบโลเร็นตซ์ เพราะการเปรียบเทียบกับสิ่งอื่น

                ในเรื่องที่เกี่ยวกับบทที่อีเทอร์แบบใหม่นี้จะต้องเล่นในฟิสิกส์แห่งอนาคต เรายังไม่ชัดเจน   เรารู้ว่ามันกำหนดความสัมพันธ์เชิงเมตริกในคอนตินิวอัมอวกาศ - เวลา เช่น ความเป็นไปได้เชิงรูปแบบการจัดวางของตัววัตถุของแข็งและสนามโน้มถ่วง  ;  แต่เราไม่รู้ว่ามันมีส่วนร่วมสำคัญในโครงสร้างของอนุภาคมูลฐานเชิงไฟฟ้าที่ประกอบขึ้นเป็นสสารหรือไม่  และเราไม่รู้ว่ามันเพียงอยู่ใกล้มวลที่มีน้ำหนัก ที่โดยเนื้อแท้แล้วโครงสร้างของมันต่างจากโครงสร้างของอีเทอร์ระบบโลเร็นตซ์หรือไม่ ;  เรขาคณิตของอวกาศของขอบเขตเชิงจักรวาลเป็นระบบยุคลิคโดยประมาณหรือไม่  แต่เราสามารถยืนยันได้ เนื่องจากสมการเชิงสัมพัทธภาพของความโน้มถ่วงที่จะต้องมีการเบี่ยงเบนจากความสัมพันธ์ระบบยุคลิค ในกรณีอวกาศในระดับขนาดจักรวาล ถ้ามีความหนาแน่นเฉลี่ยที่แน่นอนอยู่จริง ไม่ว่าสสารในเอกภพจะน้อยเพียงไร

                ในกรณีนี้เอกภพจะต้องไม่มีขอบเขตและมีขนาดจำกัดในเชิงอวกาศ  ไม่มีทางเลือกอย่างอื่น ซึ่งขนาดของมันถูกกำหนดโดยค่าของความหนาแน่นเฉลี่ยนั้น

                ถ้าเราพิจารณาสนามโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากทัศนะของสมมติฐานเชิงอีเทอร์ เราพบความแตกต่างอย่างน่าทึ่งระหว่างทั้งสอง ไม่สามารถมีอวกาศและส่วนใดๆ ของอากาศที่ปราศจากศักย์โน้มถ่วงได้ ; เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ให้คุณสมบัติเชิงเมตริกของมันแก่อวกาศ ซึ่งถ้าปราศจากมันจะไม่สามารถนึกภาพมันได้เล  การมีอยู่จริงของสนามโน้มถ่วงมีความเกี่ยวพันอย่างใกล้ชิดกับการมีอยู่จริงของอาวกาศอย่างแยกออกจากกันไม่ได้  แต่ในทางตรงกันข้ามน่าจะนึกภาพส่วนหนึ่งของอวกาศได้ โดยไม่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ; ด้วยเหตุนี้แตกต่างกับสนามโน้มถ่วง สนามแม่เหล็กไฟฟ้าดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับอีเทอร์โดยทางอ้อมเท่านั้น  ธรรมชาติแบบเป็นทางการของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จนบัดนี้ไม่ได้ถูกกำหนดโดยธรรมชาติแบบเป็นทางการของอีเทอร์เชิงความโน้มถ่วงอย่างแน่นอน  จากภาวะปัจจุบันของทฤษฎีมันดูเหมือนว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ใช่สนามโน้มถ่วง ขึ้นอยู่กับความคิดแบบเป็นทางการแบบใหม่อย่างเต็มที่ ประหนึ่งว่า  นับว่าโชคดีที่ธรรมชาติได้ประทานสนามอีกประเภทหนึ่งทีเดียวให้กับอีเทอร์เชิงความโน้มถ่วง ยกตัวอย่างเช่น ประทานสนามของศักย์สเกลาร์ แทนที่จะเป็นสนามประเภทแม่เหล็กไฟฟ้า

                เนื่องจากตามแนวความคิดปัจจุบันของเราอนุภาคมูลฐานของสสาร โดยเนื้อแท้แล้ว ไม่มีอะไรอื่นนอกจากการรวมตัวกันแน่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย ทัศนะปัจจุบันของเราเกี่ยวกับเอกภพก่อให้เกิดความเป็นจริงสองอย่างซึ่งแยกออกจากกันโดยในเชิงความคิด แม้ว่าสัมพันธ์กันโดยบังเอิญ กล่าวคือ อีเทอร์เชิงความโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ อย่างที่อาจจะเรียกพวกมันด้วยว่า - อวกาศและสสาร

                แน่ละมันจะเป็นความก้าวหน้ามากถ้าเราสามารถประสบความสำเร็จในการเข้าใจสนามโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมกันเหมือนเป็นโครงสร้างที่ถูกรวมให้เป็นหนึ่งเดียว ถ้าเช่นนั้นเป็นครั้งแรกที่ยุคสมัยของฟิสิกส์ทฤษฎีซึ่งได้รับการวางรากฐานโดยฟาราเดย์   และแมกซ์เวลล์จะได้ข้อสรุปที่น่าพอใจ ความแตกต่างอย่างมากระหว่างอีเทอร์และสสารจะค่อยๆ ลดน้อยลงจนหมดไป และเพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ฟิสิกส์ทั้งหมดจะกลายเป็นระบบของความคิดที่สมบูรณ์ เหมือนเรขาคณิต  จลนพลศาสตร์และทฤษฎีเกี่ยวกับความโน้มถ่วง  เอช.ไวล์ ซึ่งเป็นนักคณิตศาสตร์มีความพยายามอย่างปราดเปรื่องเหลือเกินในทิศทางนี้ ; แต่ฉันไม่เชื่อว่าทฤษฎีของเขาจะยืนหยัดได้เมื่อเทียบกับความเป็นจริง  นอกจากนี้ในการคิดทบทวนอนาคตที่อยู่ถัดไปของฟิสิกส์ทฤษฎี เราไม่ควรจะปฏิเสธอย่างไม่มีเงื่อนไขความเป็นไปได้ที่ว่าข้อเท็จจริงที่ประกอบกันในทฤษฎีควอนตัม   อาจกำหนดขอบเขตให้กับทฤษฎีเชิงสนาม   ซึ่งยากเหลือสติปัญญาจนมันไม่สามารถเกิดขึ้นได้

                โดยสรุป เราอาจจะพูดว่าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป อวกาศมีคุณสมบัติเชิงกายภาพ ; ตามความหมายนี้ ดังนั้น มีอีเทอร์อยู่จริง ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป อวกาศที่ปราศจากอีเทอร์ไม่มีทางเป็นไปได้ ;  เนื่องจากในอวกาศเช่นนั้นจะไม่เพียงไม่มีการแพร่กระจายของแสงเท่านั้น แต่ไม่มีความเป็นไปได้ของการมีอยู่จริงสำหรับมาตรฐานของอวกาศและเวลา (ไม้วัดและนาฬิกา) ด้วย และดังนั้นไม่มีช่วงอวกาศ-เวลาใดๆ ตามความหมายเชิงฟิสิกส์เช่นกัน  แต่อาจจะไม่นึกถึงอีเทอร์นี้เหมือนมีคุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะตัวของตัวกลางที่มีน้ำหนัก เหมือนประกอบด้วยส่วนต่างๆ   ซึ่งอาจถูกตามรอยโดยเวลา เราไม่อาจประยุกต์ความคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ไปใช้กับมัน



แสดงความคิดเห็น