Как Эйнштейн отменил эфир. И почему тот вернулся

В конце XIX века мало кто из физиков сомневался в существовании эфира. Свет представлял собой электромагнитную волну, а волна, казалось, должна распространяться в какой-то среде. Звук распространяется в воздухе, волны на воде — в воде. Значит, и пространство должно быть заполнено особой, чрезвычайно тонкой субстанцией — светоносным эфиром.

Проблема была в том, что этот эфир никак не удавалось поймать.

Знаменитый опыт Майкельсона — Морли не обнаружил ожидаемого движения Земли относительно эфира. Физика попыталась спасти старую картину: возникла гипотеза сокращения движущихся тел, появились преобразования Лоренца и другие конструкции, позволявшие объяснить, почему эфир существует, но обнаружить движение относительно него невозможно.

Особенно близко к будущему решению подошёл Анри Пуанкаре. Многие идеи, которые мы сегодня связываем с теорией относительности, появились в его работах ещё до знаменитой статьи Эйнштейна. Но Пуанкаре не сделал последнего шага. Он продолжал считать эфир полезной частью физической картины мира.

А Альберт Эйнштейн в 1905 году поступил гораздо радикальнее.

Если никакой эксперимент не позволяет определить движение относительно эфира, зачем он вообще нужен теории?

Эйнштейн просто выбросил его.

Здесь мы видим одну из важнейших черт великих научных революций. Новая парадигма побеждает не обязательно потому, что добавляет к старой картине ещё одну сущность. Иногда наоборот: она позволяет отказаться от вопроса, который прежде казался обязательным.

Эфир оказался не нужен для описания распространения света. Пространство и время перестали быть независимой «сценой» происходящего. А затем общая теория относительности сделала ещё более странную вещь: само пространство-время стало динамическим.

Отказ от старого эфира оказался невероятно плодотворным.

Но дальше произошла довольно интересная вещь. Удачный отказ от конкретной теории постепенно превратился в гораздо более сильное утверждение, будто бы отвергнута сама идея физической структуры пространства.

Хотя даже сам Эйнштейн так далеко в итоге не пошёл.

В знаменитой Лейденской лекции 1920 года он прямо говорил, что пространство без эфира в рамках общей теории относительности немыслимо. Правда, речь шла уже совсем не об эфире XIX века. Его нельзя было представить газом, жидкостью или сверхтонким веществом из частиц, обладающим обычной скоростью движения.

Старый эфир умер. Но сам вопрос — что представляет собой пространство там, где нам кажется, что ничего нет? — никуда не исчез.

И XX век сделал ответ на него только интереснее.

«Пустое пространство» современной физики совсем не пусто. Мир описывается квантовыми полями, а вакуум является их особым состоянием. В попытках построить квантовую теорию гравитации появляются ещё более необычные картины: струны, петли, сети и гипотезы, где привычное пространство-время оказывается не фундаментальной сущностью, а результатом процессов на более глубоком уровне.

Получается, можно задать вопрос: что именно было отвергнуто сто с лишним лет назад — конкретная модель светоносной механической среды или сама возможность существования более фундаментального уровня реальности, из которого возникают известные нам частицы, поля, да и само пространство?

Первое физика действительно оставила в прошлом.

Второе — совсем нет.

И здесь история эфира становится хорошей иллюстрацией того, как развивается наука. Эйнштейн оказался великим не потому, что сформулировал истину, которую теперь следует защищать в неизменном виде до конца времён. Наоборот. Он оказался великим именно потому, что в нужный момент решился отбросить представление, казавшееся очевидным, и заставил физику строить картину мира заново.

Было бы довольно иронично, если бы лучшим способом чтить эту научную смелость стало запрещать следующий такой пересмотр.

Что будет, если однажды мы обнаружим, что всё существующее действительно возникает из некоторой более глубокой физической структуры? Тогда окажется, что эфир вернулся.

Только это будет уже совсем другой эфир.