6. Blogi
MAAILMANEETTERIN HISTORIA
Kopioitu ja osin kommentoitu, Hjalmar Tallqvist: "Fysiikan uusi nousukausi", Otava, 1928, mukaan.
(Tallqvist toimi Helsingin Yliopiston professorina 1907- 1938. Hän Kirjoitti mm. Teoreettisen Fysiikan oppikirjan, Kvanttimekaniikan oppikirjan, sekä "Mekaniikan perusteiden oppikirjan" yliopistokäyttöön).
"Fysiikan suurin hypoteesi on eetterihypoteesi; se on ollut monen vaihtelun alainen ja sillä on oma historiansa. Meidän päivinämme on se joutunut varsin kriitilliseen vaiheeseen, sillä nyt on kysymys eetterin olemassaolosta tai olemattomuudesta.
Nimitys maailmaneetteri on joutunut meille varhaisimmasta etelä- ja länsiaasialaisesta antiikista. Intialaisilla luonnonfilosofeilla oli eetteri viidestä elementistä yhtenä; se on äärettömän hienoa nestemäistä ainetta (fluidumia), joka tunkee läpi koko maailmankaikkeuden, elämän vaikuttimena, äänen etenemisen välittäjänä. Samanlaisia mielipiteitä tavataan kreikkalaisilla filosofeilla.
Anaxagoraan (n. 500-428 ekr) mukaan oli eetteri puhdasta tuli-ilmaa, kirkkaasti säteilevää, hyvin hienorakenteista ja iankaikkista kirkkautta. Itse nimi eetteri johdetaan kreikkalaisesta sanasta, joka merkitsee “palaa”. Aristoteleen (384-322 ekr) kautta saavutti eetterikäsite antiikissa korkeimman kehityksensä. Tämän kuuluisaan neljään elementtiin: maahan, ilmaan, tuleen ja veteen tuli eetteri lisäksi quinta essentiana. Mutta se ei ollut mikään elementti, koska se kaipasi vastakohtaa, joka Aristoteleen mukaan oli oleellinen tällaiselle.
Taivaan avaruuden täytti kaikesta muuttuvaisuudesta kirkastunut ja kaikista elementaarisista aineista eroittuva aines, eetteri. Taivaat ja tähdet ovat siitä rakennetut; se on jumalaista materiaa maailmassa. Maan, joka on raskain elementti, olinpaikkana on maailman keskipiste, tulen, joka on kevyin, olinpaikka taasen se pallo, joka lähinnä rajoittuu eetterin palloon; tämä taas ulottuisi kuusta kiintotähtitaivaaseen, joka on äärimmäisin pallo, ja samalla maailman ääri eli raja Aristoteleen äärelliseksi ajatellussa maailmassa.
Kuva 1.
Eräs Hubble-teleskoopin hienoista syväkuvista loputtomasta universum-kodistamme.
Descartes’n (1596-1650), Ruotsin kuningattaren Kristinan opettajan ja hovifilosofin, mahtavassa, mutta haaveellisessa maailmansynteesissä on kolme elementtiä, joista maailmankaikkeus rakentuu; ensimmäinen ja hienoin näistä, jonka Descartes ajattelee jatkuvasti levittäytyneeksi, on pidettävä identtisenä myöhemmän ajan fyysikkojen eetterin kanssa, vaikkakin Descartes vain harvoin käyttää tätä nimeä. Nämä kolme elementtiä ovat syntyneet eräästä alkuaineesta ja niitten pyörreliikkeitten kautta syntyy maailma suorastaan mekaanisesti ja toimii kuten suunnaton kone, joka pysyy liikkeessä materian liikunnan ja paineen kautta. Mielikuvituksellaan Descartes leikillisen helposti tällä tavalla selittää ei ainoastaan kokonaisuuden, vaan myöskin yksityiskohdat, niin kuin valon, lämmön, sähkön ja painon.
Varsinaisena fysikaalisena hypoteesina esittää eetterin vasta Christian Huygens (1629-1695), valon undulaatio- eli aaltoliiketeorian kuuluisa luoja; tämä teoria muodosti vastakohdan jokseenkin samanaikaiselle Newtonin (1643-1728) emissioteorialle. Huygensin mukaan syntyy valo loistavien kappaleitten hiukkasten liikkeestä, joka leviää kaikkialle ympäröivään eetteriin. Tämän täytyy olla jokin muu väliaine kuin äänen kantaja, ilma, koska valo etenee tyhjässäkin. Huygens kutsuu sitä valoeetteriksi ja ajattelee sen olevan omanlaatuisen aineen, joka täyttää maailmanavaruuden ja materian pienimpien osasten välit.
Valon, tanskalaisen Olav Römerin tähtitieteellistä menettelyä käyttämällä vähän ennen määräämän, suuren etenemisnopeuden selittämiseksi otaksuu Huygens valoeetterillä olevan erityisen rakenteen; hän käyttää hyväkseen oppia kimmoisten kappalten sysäyksistä, jonka luomiseen hän itse oli ottanut osaa.
Valoeetteri muodostuisi täten suunnattoman suuresta määrästä sangen pieniä, kovia ja kimmoisia palloja, jotka koskettavat toisiaan. Jos yhtä näistä sysätään, leviää sysäys ylt’ympäri kaikkien muitten välityksellä ja erinomaisen nopeasti, riippuen pallojen suuresta kovuudesta ja kimmoisuudesta. Sysäykset, jotka valon syntyessä leviävät loistavan kappaleen hiukkasista eetteriin, seuraisivat kuitenkin epäsäännöllisesti toisiaan. Huygensin mukaan oli valo siis kylläkin aaltoliikettä eetterissä, mutta siltä puuttui vielä se jaksollisuuden luonne, joka sittemmin tuli luonteenomaiseksi Youngin (1773-1829) ja Fresnelin (1788-1827) valoteorioissa ja joka jossakin määrin oli havaittavissa jo Newtonin emissioteoriassa. Huygensin valoeetteri oli, niin kuin tästä selviää, atomistista rakenteeltaan.
Eetterikäsityksen tapaa varemmin myöskin Newtonilla, gravitaatiolain kuuluisalla keksijällä; niin esimerkiksi hän eräässä kohdassa tuo esille sen mielipiteen, että gravitaatiovoimat voisi selittää eetteripaineen avulla, joka syntyisi materian vaikutuksesta eetterin tiheyteen. Newtonin gravitaatioeetteri on siis lähinnä ajateltava jatkuvaiseksi.
Valo-opissa Newton kuitenkin aikaa myöten useiden, kuten siihen aikaan näytti, hyvien syiden nojalla hylkäsi undulaatioteorian ja puolusti omaa emissioteoriaansa. Edellinen ei muun muassa vielä voinut selittää niin yksinkertaista asiaa kuin valon suoraviivaista etenemistä, ei myöskään värejä, eikä Huygensin keksimää, mutta sitten taas unohduksiin joutunutta ilmiötä, valon polarisaatiota, joka näyttäytyi siinä, että valolla voi olla “eri puolia” (sivuja), niin kuin Newton sanoi.
Tämän ilmiön selitys tosin ei ollut mahdollinen, niin kauan kuin ajateltiin, että valovärähdykset ovat pitkittäisiä, se on että ne tapahtuvat valon säteen etenemissuunnassa, samoinkuin äänen värähdykset. Niin kuin jo Huygens aavisti, oli tähän tarpeen oleellinen undulaatioteorian täydennys.
Selittääkseen gravitaation otaksui Huygens erityisen painoa synnyttävän eetterin; tämä olisi äärimmäisen hieno, nestemäinen, helposti liikkuva ja atomistisesti rakennettu eetteri, joka ei kuitenkaan näy olleen sama kuin valoeetteri. Selitys perustui pyörreliikkeisiin, jotka muistuttivat Descartes’n pyörteitä, mutta koko teoriaa on pidettävä epäonnistuneena. Sama on myöhemmin esitettyjen lukuisten gravitaatioteorioiden laita, käyttäkööt ne sitten hyväkseen eetteriä tai ei, ja lopuksi täytynee kai, huolimatta Einsteinin ponnistuksista meidän päivinämme tähän suuntaan, gravitaatiota yhä vielä pitää selittämättömänä puhtaasti fysiikalliselta kannalta.
Kahdeksannellatoista vuosisadalla tavataan ainoastaan yksi ainoa merkillisempi eetteriteoria; sen loi suuri matemaatikko Euler (1707-1783). Hän koetti selittää mekaanisen voiman, gravitaation, valon, lämmön ja sähkön, kaikki yhden ainoan jatkuvasti levittäytyneen eetterin vaikutuksina. Se olisi nestemäistä materiaa, joka on ilmankaltaista, mutta suunnattoman paljon hienompaa ja kimmoisampaa. Euler koettaa laskea sen kimmoisuuden ja tiheydenkin. Kansantajuinen esitys hänen eetteriopistaan tavataan hänen kirjassaan “Lettres a une princesse d’Allemagne sur qulques sujets de physique et de philosophie”, joka vielä meidän päivinämmekin ansaitsee lukemisen".
Kuva 2.
Kommentti:
Kun verrataan näissä blogeissa jo esitettyjä malleja, niin voidaan nähdä, että: spiraalimainen jousirakenne antaa mahdollisuuden ajatella ‘aallon’ kulkutapaa molemmin tavoin mahdolliseksi. ‘Aalto' voi siis edetä sekä pitkittäis että poikittais muutoksin. (mk)
Vanha oma kommentti:
(Se olotila, jossa tällaista vastaavaa vaikutusta erityisesti esiintyy, on hyrräliikkeen alainen järjestelmä, kuten esimerkiksi gyroskooppiset liike-esimerkit -tai laitteet osoittavat. Samaa vaikutusperiaatetta voidaan hyvin kuvitella myös voimakenttien, sähkömagneettisen, tai muun toimivan kentän, voimankäyttötavaksi. mk.)
Jatkuu...
"Niin kuin tunnettua voitti keskenänsä kilpailevista valoteorioista Newtonin emissioteoria Huygensin undulaatioteorian, lähinnä Newtonin suuren auktoriteetin vuoksi, ja hallitsi häiriintymättä noin vuosisadan, kunnes Young ja Fresnel 1800-luvun alussa kumosivat sen. Edellinen piti käsittämättömänä, miksi kaikki loistavasta kappaleesta sinkoavat valohiukkaset saivat saman nopeuden, valon etenemisnopeuden, tulivatpa ne sitten siitä heikosta kipinästä, joka syntyy, kun lyödään kahta piikiveä vastakkain, taikka itse auringosta voimakkaine valoine ja lämpöineen.
Undulaatioteorian mukaan asia sitä vastoin oli yksinkertainen, sillä etenemisnopeuden määräsivät sen mukaan ainoastaan valoa kantavan väliaineen ominaisuudet.
Young osoitti vielä, kuinka undulaatioteoria selitti valon heijastumisen ja taittumisen paljon luonnollisemmalla tavalla kuin emissioteoria. Young ja Fresnel otaksuivat molemmat eetterin olemassaolon. Eetteri olisi hieno, kimmoinen väliaine, joka täyttää koko avaruuden ja tunkee kaikkien kappalten läpi vähäisellä vastuksella tai ilman vastusta, niin kuin tuuli puun lehtien lomitse. (vrt. neutriinot... mk). Valo oli jaksollista aaltoliikettä eetterissä. Eetterin osaset ovat levossa ja palaavat lepoon häiriintymisen jälkeen. Aineellisissa kappaleissa on eetterin kimmoisuus sama, mutta tiheys eri suuri; tästä aiheutuu valon erilainen etenemisnopeus eri läpikuultavissa kappaleissa sekä sen taittuminen näitten rajapinnoissa.
Young ja Fresnel, jotka saattoivat valo-opin korkealle tasolle, tutkivat myöskin valon interferenssiä, etenkin jälkimmäinen. Kaksi valonsädettä, jotka saapuvat eri teitä samasta lähteestä ja taas yhtyvät, voivat joko vahvistaa tai heikentää toisiaan, joko antaa voimakkaampaa valoa taikka synnyttää pimeyttä, riippuen heilahduksien niinsanotusta vaiheesta, jokseenkin samalla tavalla kuin kaksi vesiaaltoa kohdatessaan synnyttävät korkeampia aaltoja, jos molempien harjat lankeavat yhteen, mutta matalampia aaltoja, ehkäpä tyyntäkin, jos toisen aallon harjat vastaavat toisen aallon laaksoja.
Ranskalainen Malus (1775-1812), Napoleonin upseeri, keksi vuonna 1808 uudestaan Huygensin jo varemmin keksimän valon polarisaation ja Fresnel suoritti siitä kauniita kokeita. Polarisaatioilmiö oli ollut se kari, jolle undulaatioteoria edellisellä kerralla oli ajautunut; Youngin ja Fresnelin tuli sentähden löytää selitys, joka oli sopusoinnussa teorian kanssa. Mysteerion avain oli jokseenkin salassa, mutta Fresnelin älykkyys sai sen esille ja jokseenkin samaan aikaan keksi sen myös Young.
Valon värähdykset eivät voi olla pitkittäisiä ja käydä säteen pituussuuntaan niin kuin äänenvärähdykset ja niin kuin tähän asti aina oli ajateltu, vaan täytyi niiden olla poikittaisia, se on: tapahtua kohtisuorasti säteen pituussuuntaa vastaan. Niin sanotussa suoraviivaisesti polarisoidussa valossa tapahtuvat värähdykset määrätyssä, säteen kautta kulkevassa tasossa ja kohtisuoraan sädettä vastaan, tavallisessa valossa sitä vastoin kaikissa mahdollisissa sädettä vastaan kohtisuorissa, nopeasti vaihtuvissa suunnissa. Tästä selviää kuinka valolla voi olla eri puolet eli sivut, kuten Newton lausui. Poikittaishypoteesi, joka saattoi undulaatioteorian lopulliseen voittoon, oli sangen rohkea ja sisälsi suuren ajatuksen vaikeuden. Poikittaisia heilahduksia voi näet syntyä ainoastaan jähmeässä kappaleessa, siinä kun herää kaikkiin sivusuuntiin käyviä siirroksia vastustava voima, mutta ei nesteessä eikä kaasussa, jossa ei tällaista vastusta synny.”
Kuva 3.
Yllä eräs mainio "Hubblen" syväkuva.
Jatkuu…
“Puristuksen alaisissa jähmeissä kappaleissa ja nesteissä sekä kaasuissa voi tapahtua pitkittäisiä heilahduksia. Fresnel yritti nyt luoda itselleen käsityksen siitä, millainen eetterin mekaaninen rakenne olisi, jotta poikittaiset heilahdukset siinä olisivat mahdollisia. Hän otaksui, että eetterin muodostavat toisistaan erillään olevat hiukkaset, jotka sijaitsevat suhteellisesti suurien etäisyyksien päässä toisistaan, sekä että niiden kesken vaikuttavat puoleensa vetävät ja luotansa sysäävät voimat. Tehdäksensä pitkittäiset heilahdukset mahdottomiksi antoi hän vielä eetterillensä ominaisuuden olla kokoonpuristumaton, mikä ominaisuus juuri on täydellisten nesteitten tunnus. Ikävä kyllä on siis eetterille otaksuttava tällainen kaksoisluonne: se oli siis samalla sekä jähmeä kappale että neste.
Fresnelin uutta luomaa, se on oppia eetteristä jähmeänä, kimmoisena kappaleena, paransivat ja kehittivät lähinnä seuraavana aikana monella tavalla hänen seuraajansa; samalla he kehittivät teoreettista kimmo-oppia.
Jähmeää eetteriä vastaan saattoi kuitenkin tehdä sangen tärkeän muistutuksen: oliko ajateltavissa, että kiertotähdet liikkuen suurella nopeudella saattaisivat suorittaa liikkeensä radoissaan tällaisessa eetterissä, ilman että ne kärsivät tuntuvaa vastustusta?
Tämän vastaväitteen kumosi Stokes (1819-1903) vuonna 1845; hän huomautti, että sellaiset aineet kuin piki ja skotlantilainen kenkävaha, vaikka toisaalta ovatkin kyllin kiinteitä, jotta voivat suorittaa kimmoisia värähdyksiä, ovat kuitenkin toisaalta samalla niin plastillisia, että ne sallivat toisten kappaleitten hitaasti liikkuen tunkeutua lävitseen. Eetterillä tulee, ajatteli hän, olla nämä ominaisuudet samanaikaisesti sangen korkeassa määrässä niin, että se suhtautuu kuten kimmoinen, jähmeä kappale värähdyksiin, jotka ovat yhtä nopeat kuin valon, mutta väistyy niin kuin neste, kun on kysymys kiertotähtien paljon hitaammista, etenevistä liikkeistä.
Fresnelin jälkeen esitettiin melkoinen määrä teorioja, joissain kaikissa eetteriä pidettiin jähmeänä kimmoisena aineena, kulloinkin eri perusotaksumista lähtien. Mutta näissä ei ainoastaan otaksuttu sellaisia dynaamisia ominaisuuksia, joista tiedettiin ettei niitä löytynyt tunnetuilla aineellisilla kappaleilla, vaan tehtiinpä vielä syntiä todellisia dynaamisia prinsiippejä vastaan, etenkin mitä tulee jatkavuusehtoihin, jotka olivat täytettävät kahden eri aineen rajapinnassa, missä valo heijastuu ja taittuu.
Vasta vuonna 1837 johti Green (1793-1841) ei ainoastaan kimmoisissa väliaineissa tapahtuvan liikkeen differentiaaliyhtälöt, vaan myöskin todelliset jatkavaisuusehdot rajapinnoissa yleisistä mekaanisista prinsiipeistä sekä loi siten dynaamisesti eheän valon heijastumisen ja taittumisen teorian, jolla kuitenkin oli se vika, ettei se täysin oikeasti antanut Fresnelin määräämiä voimakkuussuhteita heijastuneessa ja taittuneessa valosäteessä verrattuina rajapinnalle saapuneen valonsäteen voimakkuuteen.
Greenin töitten yllyttäminä loivat kuitenkin vuonna 1839 Mac Cullagh (1809--1847) ja Chauchy (1789--1857) ... uuden eetteriväliaineensa, joilla oli sellaiset ominaisuudet, että se sekä täyttää dynaamiset lait että oikealla tavalla esittää valo-opilliset ilmiöt.
Molemmat ovat sangen merkilliset. Mac Cullaghin eetteriä voi sanoa pyörimiskimmoiseksi eetteriksi eli eetteriksi, jolla on gyroskooppinen kimmoisuus. Sen elastinen energia ei riipu, niin kuin tavallisessa kimmoisessa kappaleessa, tilavuuselementtien kokoon puristumisesta ja siirroksesta toistensa suhteen, vaan niiden pyörimisestä, s.o. vääntymisestä tasapainoasemastaan. Tällainen väliaine ei salli pitkittäisten aaltojen syntymistä ja sen värähdykset ovat sopusoinnussa valovärähdysten kanssa.
Noin 40 vuotta pysyi kuitenkin Mac Cullaghin eetteri melkein tuntemattomana, kunnes Fitzgerald (1851-1901) uudestaan kiinnitti huomion siihen ja lordi Kelvin (1824-1908) suunnitteli mekaanisia malleja kappaleesta, joka oli pyörimiskimmoinen.
– Mac Cullaghin eetterin kaksoissisar oli Chaushyn eetteri, tätä sanoi lordi Kelvin myöhemmin kontraktiiliseksi eetteriksi eli labiiliseksi (vaaruvaksi) eetteriksi. Sen luonteen määrää ehto, että pitkittäisten aaltojen etenemis-nopeuden tulee olla nolla; se saa tämän kautta negatiivisen kompressibiliteetin eli ominaisuuden itsestään rajattomasti vetäytyä kokoon. Sopivimmin voi sitä verrata vaahtoon, joka on ilmasta tyhjää, taikka sangen pienistä suopakuplista muodostettuun kasautumaan, joka on kiinni astian seinämissä ja siten estyy yhteen vetäytymästä, taikka myöskin kaikkiin suuntiin venytettyyn ja rajapinnastaan kiinnitettyyn kumimassaan. (Kurs.mk)
Kontraktiilisen eetterin teoriaa kehitti myöhemmin laajasti lordi Kelvin; hän koetti sen avulla selittää kaikki valo-opilliset ilmiöt mekaanisten edellytysten perusteella. Jotta hän saisi koko maailmanavaruuden täytetyksi tällaisella eetterillä, ajattelee hän että koko maailmankaikkeus olisi ikään kuin sullottuna suureen laatikkoon ja kiinniliisteröitynä sen seiniin.
Vaikka pitkittäiset värähdykset eivät olleet mahdollisia kontraktiilisessa eetterissä, jäi siihen kuitenkin muutamia vaikeuksia, jotka saattoivat lordi Kelvinin myöhemmin luopumaan tästä eetteristä Fresnelin kokoonpuristumattoman eetterin hyväksi. Lordi Kelvin suunnitteli koko pitkän elämänsä aikana kimmoisia eetteriteorioita. Hänen henkensä vaati, että luonnonilmiöt tulisi voida selittää mekaanisesti taikka ainakin tehdä tajuttaviksi mekaanisten kuvien avulla.
Aikana jolloin nuoremmat tutkijat jo olivat ehtineet pitkälle selittäessään luonnonilmiöitä elektromagneettisesti, mikä käsitystapa ei koskaan voinut herättää lordi Kelvinissä myötätuntoa, kehotti hän innokkaasti pysähtymään ja kääntymään takaisin, mutta turhaan.
Turvatakseen kimmoisen eetterin tulevaisuuden, koetti hän vielä viimeisinä vuosinaan vähentymättömällä ajatuksen terävyydellä asettaa sen perustaksi, millä selittää sekä valo-opilliset että sähköiset ja magneettiset ilmiöt, vieläpä itse gravitaation. Tämän vuoksi hän yhdisti sekä kokoonpuristumattoman että kontraktiilisen eetterin teorian. Perusajatus tässä viimeisessä ja pisimmälle kehitetyssä eetteriteoriassa, minkä maailma on nähnyt, on se, että eetteri vapaassa avaruudessa on kokoonpuristumaton, mutta aineellisten kappalten sisällä on eetteri saatettu sellaiseen tilaan, että sillä on kontraktiiliset ominaisuudet. Eetterin ja atomien ominaisuudet selitti lordi Kelvin uusilla nerokkailla malleilla.
-- Ei ole mahdotonta, että vaaka joskus tulevaisuudessa voisi alkaa kallistua enemmän mekaanista maailmankatsomusta kohden, kuten lordi Kelvin halusi. Onhan meidän päivinämme jo elektromagneettinen maailmankatsomus joutunut ristiriitaan suhteellisuusopin käsitystavan kanssa ja koko fysiikka on vaarassa joutua liian filosofiselle tasolle ja ainakin osaksi muuttua metafysiikaksi, mikä ei suinkaan kuulosta kauniilta.
Newtonin päivistä asti on käyty taistelua voiman välittömän kaukovaikutuksen, millainen näyttää vaikuttavan gravitaatiossa, ja voiman välillisen likivaikutuksen kesken, joka tapahtuu väliaineen välityksellä. Michael Faraday, maailman suurin kokeellinen fyysikko, oli edellisen katsantotavan jyrkkä vastustaja ja edisti suuresti sähköisten ja magneettisten ilmiöitten käsittämistä johtuviksi likivaikutuksesta väliaineessa.
Hänen mukaansa oli mainittujen ilmiöiden syy etsittävä eetterin tai muun epäjohtajan, niin sanotun dielektrikumin täyttämästä avaruudesta, joka ympäröi sähköllä varatut kappaleet, galvaanisten virtojen johtoradat ja niin edelleen. Viimemainitut itse muodostivat vain rajapinnan tuolle dielektriselle avaruudelle ja ilmiöt niissä olivat vain ikään kuin “heijastuksia” siitä, mitä tapahtui ympäröivässä avaruudessa. Jota nyt sanotaan elektromagneettiseksi kentäksi.
Tämän syynä oli taas Faradayn mukaan jännitystila eetterissä, jota nyt voi sanoa elektromagneettiseksi eetteriksi. (Siis toisin sanoen valoeetteriksi. mk) Läheisessä yhteydessä eetterin jännityksen kanssa olivat Faradayn voimaviivat, jotka jokaisessa kentän pisteessä osoittivat sähköisen ja magneettisen voiman suuntaa sekä vastasivat sitä selvästi tajuttavaa laskukäsitettä, jota Faraday käytti, hän kun ei ollut matemaatikko.
Jos otaksuu valoa välittävän eetterin olevan olemassa, kirjoitti Faraday vuonna 1851, niin voi sen ajatella magneettisen voiman välittäjäksi, sillä on todennäköistä, että jos on olemassa eetteriä, niin siitä on muutakin hyötyä kuin ainoastaan säteilyn välittäminen. Tähän lausuntoon sisältyy elektromagneettisen valoteorian alku, yksitoista vuotta myöhemmin loi sen Faradayn henkinen jälkeläinen Maxwell (1831-1879).
Maxwell, joka puki Faradayn ajatukset matemaattiseen asuun ja edelleen kehitti hänen oppiansa, otti elektromagneettisen eetterin käsiteltäväkseen ja koetti antaa sille sellaiset ominaisuudet, että elektromagneettisten ilmiöitten dynaaminen selitys kävi mahdolliseksi.
Maxwell keksi myöskin elektromagneettiselle eetterille mekaanisen mallin, joka muodostui väliaineesta, missä oli kahdenlaisia hiukkasia, jotka pyörivät toistensa suhteen niin kuin hammasrattaat; myöhemmin hän kuitenkin luopui tästä. Hän tutki vielä, millä nopeudella elektromagneettisen kentän häiriöt, s. o. häiriöt mallin jännitystilassa ja pyörissä, etenevät, ja tuli siihen merkilliseen tulokseen, että tämä oli yhtä suuri kuin valon etenemisnopeus maailmanavaruudessa.
Tästä hän päätteli, että elektromagneettinen eetteri ja valoeetteri olivat sama väliaine sekä että valoa oli pidettävä elektromagneettisena ilmiönä. Ero valoaaltojen ja Maxwellin teorian välillä oli vain kvantitatiivista, mutta ei kvalitatiivista laatua ja ilmeni ensi kädessä niiden poikittaisten värähdysten taajuuden erossa, joita sähköinen ja magneettinen kenttävoima suorittivat toiselta puolen etenevässä elektromagneettisessa aallossa, toiselta puolen valoaallossa.
Elektromagneettisen valoteorian perustaja ei itse saanut eläessään nähdä sen riemuvoittoa; tämä tapahtui vuonna 1888, kun saksalainen Heinrich Hertz (1857-1894) kokeellisesti aikaansai vapaita elektromagneettisia aaltoja ja säteitä sekä osoitti, että niillä oli samanlaiset ominaisuudet kuin valosäteillä; ero oli vain suuremmassa aallonpituudessa. Nämä aallot saivat, niin kuin tunnettua vähän myöhemmin suurenmoisen sovellutuksen langattomassa sähkölennättimessä, meidän päivinämme myöskin puhelimessa ja radiossa.
Hertz ei enää koettanut, niin kuin Maxwell oli tehnyt, konstruoida eetteriä sillä tavalla, että sen dynaamisista suhteista seuraisivat elektromagneettiset ja valo-opilliset ilmiöt, vaan piti sitä ainoastaan niitten muutosten kantajana, joita me sanomme sähköisiksi ja magneettiseksi kentäksi ja joita Maxwellin differentiaaliyhtälöt matemaattisesti karakterisoivat.
Eetteri vajosi täten enemmän henkiseksi kuin aineelliseksi, tapaamattomaksi olevaksi, kun päinvastoin Maxwellin eetteri oli ollut täynnä liikettä, melkeinpä elämää ja verta. Myöhemmin on lausuttu, että yhtä hyvin voi jättää eetterin ja varustaa itse avaruuden näillä elektromagneettisen kentän ominaisuuksilla. Tässä ei voi olla ajattelematta lordi Kelvinin kehotusta, ettei pidä unohtaa että meidän ja kaukaisemman tähden välillä on olemassa todellista materiaa sekä että valo on tämän todellista liikuntoa, kuten Young ja Fresnel ovat ne kuvailleet meille.
______________________
Venäläinen kemisti Mendelejeff (1834-1907) meni eetterin suhteen niin pitkälle, että hän tahtoi sen sijoittaa luomaansa kemiallisten alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään.
Fresnel oli aikoinaan esittänyt vaikean probleemin, nimittäin kysymyksen miten eetterin käy kappaleissa, jotka itse ovat liikkeessä, esimerkiksi maapallossa ja sen ilmakehässä maan liikkuessa radassaan auringon ympäri. Hän väitti, ettei eetteri ota osaa maan liikkeeseen, vaan että se virtaa vapaasti maan läpi, melkein kuin vesi verkon läpi. Tällä otaksumalla hänen onnistui muun muassa selittää tähtien aberraatio undulaatioteorian mukaan.
Vuonna 1851 mittasi Fizeau (1819-1896) tarkan interferenssimetoodin mukaan valon etenemisnopeuden virtaavassa vedessä sekä tuli siihen tulokseen, että se erosi valon nopeudesta liikkumattomassa vedessä määrätyllä osalla veden omaa nopeutta. On siis ajateltava, että virtaava vesi osaksi vetää eetteriä mukaansa; tämän tuloksen oli jo Fresnel tietäjän kyvyllä ennustanut, vieläpä ilmoittanut myötävetämisen suuruuden. Kuitenkin se on ristiriidassa sen kanssa mitä juuri lausuttiin maapallon ja eetterin välisestä suhteesta. Ne muutokset, joiden alaisena Maxwellin teoria myöhemmin on ollut, johtuvat juuri liikkeessä olevissa kappaleissa havaittavista ilmiöistä.(Kurs. mk).
Hertz teki tällaisen täydentämismuutoksen, joka perustui otaksumaan, että liikkeessä oleva kappale täydellisesti veti eetterin mukanaan; äskettäin kuollut hollantilainen fyysikko Lorentz teki toisen yrityksen, otaksuen, että eetteri on absoluuttisessa levossa maailmanavaruudessa, siis samaten kuin Fresnelkin varemmin.
Tämä Lorentzin niin sanottu elektroniteoria selitti hyvin suurimman osan elektro-magneettisia ja valo-opillisia ilmiöitä liikkeessä olevissa kappaleissa, mutta kuuluisaa Michelsonin koetta se ei toteuttanut.
Tämän kokeen lähtökohtana on, että Maan liikkeen pitäisi vaikuttaa Maan pinnalla tapahtuviin ilmiöihin samalla tavalla kuin jos eetterituuli puhaltaisi sen yli päinvastaiseen suuntaan kuin Maan liikunta; valonsäteellä täytyisi sentähden olla vähän erilaiset etenemisnopeudet Maan liikkeen suunnassa ja sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Ne erinomaisen tarkat interferenssikokeet, jotka olivat järjestetyt tarkoituksessa saavuttaa kriteerio toisaalta Fresnelin ja Lorentzin liikkumattoman ja toisaalta Stokes’n eli Herzin Maan mukaanvetämän eetterin välillä, eivät kuitenkaan antaneet tällaista eroa. (Kyseessä olivat siis A. Michelson ja E. Morleyn kokeet, korostus mk).
(Kommentti: Nykyään on taustasäteilyn suhteen löydetty juuri tuo etsitty "eetterituuli", mutta tutkijat ovat edelleen vain nukkuneet 'Ruususen unta', vaikka olisi ollut uusien johtopäätelmien aika... M. M.-kokeessa oli sama tilanne kuin, jos koe tehtäisiin vaikka 'liikkuvassa junassa', joita 'ajatuskokeita' on usein käytetty mm. suhteellisuusteoriaa popularisoivissa kirjasissa mk).
Tämän kokeen lähtökohtana on, että Maan liikkeen pitäisi vaikuttaa Maan pinnalla tapahtuviin ilmiöihin samalla tavalla kuin jos eetterituuli puhaltaisi sen yli päinvastaiseen suuntaan kuin Maan liikunta; valonsäteellä täytyisi sentähden olla vähän erilaiset etenemisnopeudet Maan liikkeen suunnassa ja sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Ne erinomaisen tarkat interferenssikokeet, jotka olivat järjestetyt tarkoituksessa saavuttaa kriteerio toisaalta Fresnelin ja Lorentzin liikkumattoman ja toisaalta Stokes’n eli Herzin Maan mukaanvetämän eetterin välillä, eivät kuitenkaan antaneet tällaista eroa. (Kyseessä olivat siis A. Michelson ja E. Morleyn kokeet, korostus mk).
(Kommentti: Nykyään on taustasäteilyn suhteen löydetty juuri tuo etsitty "eetterituuli", mutta tutkijat ovat edelleen vain nukkuneet 'Ruususen unta', vaikka olisi ollut uusien johtopäätelmien aika... M. M.-kokeessa oli sama tilanne kuin, jos koe tehtäisiin vaikka 'liikkuvassa junassa', joita 'ajatuskokeita' on usein käytetty mm. suhteellisuusteoriaa popularisoivissa kirjasissa mk).
Lorentz uudisti nyt teoriaansa ja otti siinä muun muassa käytäntöön merkillisen supistumishypoteesinsa, jonka mukaan liikkeessä oleva kappale supistuu liikkeen suuntaan, vaikkakin sangen vähissä määrin. Maan halkaisijalle olisi esimerkiksi supistuminen vain 6 cm, mutta sitä ei voi todeta jo siitä syystä, että mittauskoneet supistuvat samassa suhteessa. Nyttemmin ei Michelsonin koekaan ollut ristiriidassa Lorentzin täydellistetyn teorian kanssa. (Nyt tähän seikkaan on '3. Kosmologia' antanut uuden selityksen; että 'supistuminen' tapahtuu oleellisesti aivan toisessa 'osapuolessa', nimittäin valossa. Asiaa on käsitelty useissa oheisissa blogeissa mk).
Toisen tämän probleemin ratkaisun tarjoaa uudenaikainen suhteellisuusoppi, jonka tarkoituksena on kaikkien fysiikallisten ilmiöitten, mekaanisten, valo-opillisten, sähköisten magneettisten yhtenäinen selitys. Se on sangen abstraktinen ja lähtee meidän tavallisista avaruus- ja aikakäsitteistämme sellaisilla muutoksilla, että ne sopivat paremmin liikkeessä oleville systeemeille.
Suhteellisuusopin puolustajat eivät ainoastaan kiellä jotakin siksi absoluuttista kuin Lorentzin liikkumaton maailmaneetteri, vaan eivät ylimalkaan anna eetterille ollenkaan tilaa järjestelmässään siitä syystä, että he pitävät elektromagneettisia kenttiä itsenäisinä olioina, joilla on hitautta. (Kurs. mk).
N. Campbell, joka on innokas suhteellisuusopin puoltaja, sanoo, että eetteri mitä pikimmin olisi heitettävä siihen romuläjään, jossa flogiston- ja lämpöfluidumikäsitteet jo kauan sitten ovat olleet maatumassa. Relativistit ovat niin muodoin saattaneet eetterikysymyksen periaatteellisesti syvällekäyvään ja vielä ratkaisemattomaan vaiheeseen, mikä ei kuitenkaan estä useaa kokeellista fyysikkoa huoletta käyttämästä eetteriä yhä edelleen aivan niin kuin ei suhteellisuusoppia, joka sen tahtoo hylätä, koskaan olisi ollutkaan.
On myöskin fyysikoita, esimerkiksi Wiechert, jotka ovat koettaneet saada aikaan sovinnon suhteellisuusopin ja eetterin välillä.
Jos nyt lopuksi kysytään onko olemassa eetteriä vai ei, niin täytyy meidän vilpittömästi sanoa ettemme voi tietää tätä. (Kommentti: Mutta nykyään tiedämme vuorenvarmasti, että kosminen taustasäteily on olemassa... mk).
Mutta se ainakin on varmaa, että eetterihypoteesi on ollut erinomaisen suureksi hyödyksi fysiikassa. Se on laajalti hallinnut koko kehitystä, vaikka se onkin oleellisesti muuttunut aikojen kuluessa, niin kuin olemme nähneet.
Mutta vielä ei ole se aika tullut, jolloin ei tahdottaisi olla missään tekemisissä Huygensin, Fresnelin ja Maxwellin eetterin kanssa, vaikka kuinkakin on koetettu sitä repiä alas ja tilalle asettaa toisia ihanteita. Tapahtuuhan tieteessä kehitys usein niin kuin muuallakin riidan merkeissä; tämä kantaa uudestisyntymistä povessaan.” (Vrt. Herakleitos, mk).
4.2.2000 mk. LAINASI eräin kommentein, Mika Kovin (Julkaisu 10.3.2013 Blogger, mk)
Tämän pitkähkön ja monin paikoin todella vanhakantaista sanastoa käyttävän lainauksen lopuksi -- ja Blogin päätteeksi totean taas vain, että rakentelu tulee jatkumaan blogissa 7. (Kiitos mielenkiinnosta! :) mk.)
Kuvat aiheesta a michelson interferometer
Kuvat aiheesta a michelson interferometer
Sarjassa Luonto ja me, teoksessa "Fysiikan uusi nousukausi", Hjalmar Tallqvist, OTAVA, 1928.
