з теорією Ньютона. Оскільки не існує абсолютного стандарту спокою, то не може бути й жодної універсальної угоди про швидкість об’єкта. Щоб зрозуміти це, знову уявіть, що ви граєте в пінг-понг у поїзді. Якщо ви посилаєте м’ячик своєму супротивникові за напрямком руху зі швидкістю 16,1 кілометра за годину, то для спостерігача на платформі швидкість м’ячика становитиме 160 кілометрів за годину: 16,1 – швидкість м’ячика щодо поїзда – плюс 144,8 – швидкість поїзда щодо платформи. Яка швидкість м’ячика – 16,1 чи 160,9 кілометра за годину? А як ви її визначатимете? Щодо поїзда? Відносно Землі? Без абсолютного стандарту спокою вам не визначити абсолютну швидкість м’ячика. Тому самому м’ячику можна «накинути» будь-яку швидкість залежно від того, у якій системі відліку її вимірюють.
Згідно з теорією Ньютона, те саме має стосуватися й світла. То що ж тоді означає теза теорії Максвелла про те, що світлові хвилі завжди поширюються з однаковою швидкістю?
Різні швидкості м’ячика для пінг-понгу
Щоб узгодити теорію Максвелла із законами Ньютона, пристали на гіпотезу, буцімто всюди, навіть у вакуумі, у «порожньому» просторі, існує якесь середовище, що дістало назву «ефір». Ідея ефіру дуже приваблювала тих науковців, які вважали, що подібно до морських хвиль, які потребують води, або звукових коливань, яким необхідне повітря, хвилям електромагнітної енергії необхідне якесь середовище, у якому вони могли б поширюватися. З цієї точки зору світлові хвилі поширюються в ефірі так само, як звукові в повітрі, і їхню швидкість, яка виводиться з рівнянь Максвелла, слід вимірювати щодо ефіру. У такому разі різні спостерігачі фіксували б різні значення швидкості світла, але відносно ефіру вона залишалася б постійною.
Цю ідею можна перевірити. Уявіть світло, що його випромінює якесь джерело. Згідно з теорією ефіру, світло поширюється в ньому з постійною швидкістю. Якщо ви рухаєтеся крізь ефір у бік джерела, швидкість, з якою до вас наближається світло, складатиметься зі швидкості руху світла в ефірі й вашої швидкості щодо ефіру. Світло наближатиметься до вас швидше, ніж якби ви були нерухомі або, наприклад, кудись рухалися. Однак цю різницю у швидкості дуже важко виміряти через те, що швидкість світла набагато вища за ту швидкість, з якою ви могли б рухатися в бік джерела.
1887 року Альберт Майкельсон (згодом він став першим американським лауреатом Нобелівської премії з фізики) та Едвард Морлі провели вельми вишуканий і складний експеримент у Школі прикладних наук у Клівленді[2]. Коли Земля обертається навколо Сонця зі швидкістю близько 30 кілометрів на секунду, їхня лабораторія, найпевніше, рухається крізь ефір із цією відносно великою швидкістю – розміркували вони. Звичайно, ніхто не знав, чи переміщується ефір щодо Сонця, а якщо так, то в який бік і з якою швидкістю. Але, повторюючи вимірювання в різні пори року, коли Земля перебуває в різних точках своєї орбіти, науковці сподівалися врахувати цей невідомий чинник.
Майкельсон