อีเทอร์และทฤษฎีสัมพัทธภาพ ตอนที่ 3

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

tags :

บทความอื่นๆ

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน สัมพัทธภาพพิเศษ กับ มายาคติของ อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน สัมพัทธภาพพิเศษ กับ มายาคติของ อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน กาลอวกาศและขนมปังลูกเกด

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน กาลอวกาศและขนมปังลูกเกด

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน เวลาคือมิติที่สี่

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน เวลาคือมิติที่สี่

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour:  ฟอสซิลสัตว์ทะเลบนก้อนหินมาจากไหน และ อะไรคือน้องวัว?

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour: ฟอสซิลสัตว์ทะเลบนก้อนหินมาจากไหน และ อะไรคือน้องวัว?

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour: ความลับของธรรมชาติ

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour: ความลับของธรรมชาติ "ลำดับเลขฟีโบนัชชี" และ "อุโมงค์ต้นไม้"