Многие остроумные эксперименты такого рода были задуманы и осуществлены еще в дни Фарадея. Один из последних по времени опытов — английских физиков Троутона и Нобла в 1903 году — отличался особой точностью. Подвешенный на нити заряженный электрический конденсатор должен был совершить поворот под действием движения Земли. Столь же тонкий опыт (по несколько иной схеме) был проделан профессором Московского университета А. А. Эйхенвальдом. Ни один из экспериментов, как и следовало ожидать, не дал положительного результата! Ничто не возбраняло, однако, толковать это положение в духе механического эфира. В самом деле, если ареной всех электрических и магнитных явлений служит «эфирная атмосфера», окутывающая Землю и движущаяся вместе с Землей, тогда все должно происходить тут независимо от перемещения Земли, как не зависит от него полет птиц, машущих крыльями, в воздухе.
Что нового могли тут принести опыты со светом?
В отличие от звука, ареной которого является воздух, прилегающий к Земле, свет доходит до нас также и от небесных тел, в частности от звезд. Звезды не только отделены от Земли гигантскими просторами «мирового пространства», но обладают и собственным движением относительно друг друга и нашей планеты. И если продолжать считать, что каждая излучающая свет звезда окружена эфирной атмосферой, движущейся вместе со звездой, тогда картина получается примерно такая. Предположим, что источник звуковых волн, например колокол, находится в герметически закрытой (и непрозрачной для звука) кабине летящего самолета. Самолет увлекает с собой воздух внутри кабины и вместе с ним волны звука. Поэтому по отношению к предметам на Земле[6] скорость звука от колокола будет больше, если самолет приближается к этим предметам, и меньше, если удаляется. Насколько больше или меньше? Ответ содержится в известном каждому школьнику правиле сложения и вычитания скоростей. Пусть самолет движется с быстротой 800 километров в час, а скорость звука в покоящемся воздухе, как всегда, составляет около 1 200 километров в час. Тогда скорость звука от колокола, помещенного внутри приближающегося самолета, составит 1 200 + 800 = 2 000 километров в час. Не произойдет ли нечто подобное и со скоростью света? От звезд, приближающихся к Земле, свет, может быть, доходит быстрее, а от звезд удаляющихся — медленнее? Корабельный артиллерист-механик напомнил бы в этой связи и другой пример: скорость снаряда относительно береговой неподвижной мишени равна скорости снаряда относительно пушечного ствола плюс скорость корабля, на котором находится пушка.
К величайшему удовлетворению астрономов, все эти рассуждения оказались не имеющими ни малейшего отношения к свету реальных звезд! К удовлетворению потому, что зависимость скорости света от движений небесных тел (если б такая зависимость существовала) неимоверно запутала бы картину неба. Взять хотя бы двойные звезды — тесные пары светил, обращающихся по эллипсам вокруг общего центра. В те моменты, когда скорость одного из сочленов пары направлена в сторону Земли, свет от него должен был бы домчаться до земных телескопов скорее, чем от второй звезды (если она в этот момент движется в обратную сторону). Очертания звездных путей оказались бы до неузнаваемости искажены, двойные светила принялись бы выписывать в поле зрения телескопов сложные узлы и петли. В действительности ничего подобного нет, и движение двойных звезд по отношению к Земле происходит с достаточной точностью по ньютоновским эллипсам. Доказанным фактом, стало быть, является независимость световой скорости от движения источника света. Находится ли этот источник в относительном покое или же равномерно и прямолинейно перемещается относительно приемника, скорость света остается той же.
Механическая картина светового эфира, стало быть, явно отказывалась здесь служить. Но в распоряжении механической физики все же оставался выход.
Скорость звуковых волн, как известно, не всегда должна складываться[7] со скоростью источника звука. Если колокол на движущемся самолете поместить не внутри закрытой кабины, а прикрепить его где-нибудь снаружи («на открытом воздухе»), то звуковые волны будут доходить до поверхности Земли с той же самой скоростью, что и от неподвижного колокола. Почему? Да потому, что воздушная среда, которую изборождают волны, в данном случае не принимает участия в движении самолета. Колокол теперь движется «сам по себе», а звук «сам по себе»— складываться нечему! Переводя все это на язык светового эфира, пришлось бы прийти к такому выводу: эфир, разделяющий звезды и Землю, неподвижен относительно звезд и Земли. Вся вселенная, все материальные тела как бы плавают в эфирном океане, не принимающем участия в движениях тел. Тогда можно было бы понять постоянство скорости света, доходящего от звезд до Земли. Однако тогда нельзя было бы настаивать на соблюдении принципа относительности. В самом деле, если существует такая вещь, как абсолютно неподвижный эфир, тогда движение (относительно него) любого материального тела становится абсолютным движением. Эфир превращается в привилегированную механическую «площадку»! И если так, тогда можно пытаться заметить, например, абсолютное движение земного шара относительно эфира…
