18 Špeciálna teória relativity

18-1 Paradoxy éteru

Keď sa nadovšetku pochybnosť dokázala vlnová povaha svetla, pre fyzikov znamenal veľa problémov pokus vysvetliť mechanické vlastnosti hypotetického éteru, v ktorom sa svetlo malo podľa nich šíriť. Odvtedy, čo objavili polarizačné vlastnosti svetla, bolo nad všetku pochybnosť jasné aj to, že svetlo je transverzálne (priečne) kmitanie, kladúce na éter podmienku, aby bol určitou pevnou látkou, ktorá kladie odpor bočným deformáciám (proti strihaniu). Pokiaľ však vesmír vypĺňa takáto hypotetická látka prenášajúca svetlo Slnka a hviezd, ako je možné, že vesmírne telesá (a tak aj naša Zem) sa v nej pohybujú bez akéhokoľvek citeľného odporu?

Aby sa rozuzlil tento zjavný rozpor, vznikla myšlienka, že éter má podobné vlastnosti, ako plastické látky (napríklad vosk), ktorý pod vplyvom krátko trvajúcich i veľkých síl sa chovajú ako pevné látky, kým pod vplyvom slabých alebo dlho trvajúcich síl (ako napríklad naša vlastná váha) sa chovajú ako kvapaliny. Argumentovalo sa tým, že pri šírení svetla, keď bočné sily menia svoj smer za sekundu 1015-krát, éter ukazuje svoje pevné mechanické vlastnosti, a na druhú stranu je schopný tiecť ako dokonalá kvapalina vedľa planét slnečnej sústavy, lebo v tomto poslednom prípade sa doba obehu meria v rokoch. „Vysvetlenie“ takýchto nezvyčajných vlastností prostredia prenášajúceho svetlo zostalo len fámou. Teóriu mechanických vlastností éteru sa nepodarilo vypracovať nikdy. Problémy sa len vystupňovali, keď rozvíjajúca sa teória elektrického a magnetického poľa nútila fyzikov prijať predstavu, aby o elektrických a magnetických poliach uvažovali ako o pružných deformáciách éteru vypĺňajúceho celý svet. Takáto predstava je skutočne problematická, lebo ak sa o étere predpokladalo, že pri dlhotrvajúcich účinkoch sa chová ako dokonalá kvapalina, ako sa dá chápať magnetické pole obklopujúce stále magnety, a elektrické pole obklopujúce elektricky nabité vodiče, ako pružné deformácie éteru?¹

Rozpory vynárajúce sa okolo mechanických vlastností éteru zvestovali koniec klasickej fyziky a načrtali, na prvý pohľad veľmi neobvyklú, novú éru fyziky, bohatú na nezvyčajné myšlienky odlišné od tradičného uvažovania. Stalo sa to prvýkrát, že fyzici uznali, sú javy, ktoré sa nedajú popísať ako vlastnosti pevných, kvapalných alebo plynných látok. Skutočne, prečo by elektrické a magnetické pole malo mať rovnaké vlastnosti ako bežné látky? To vieme, že spoznané vlastnosti bežných látok – ako pružnosť, viskozita, stlačiteľnosť a podobne – súvisia so vzájomnými elektrickými a magnetickými pôsobeniami vystupujúcimi medzi atómami látky. Vlastnosť pružnosti pevných látok – odpor kladený proti ohýbaniu, alebo proti strihaniu – sa dajú matematicky odvodiť z atomárnej štruktúry látky. Napríklad, rozdielnosť dvoch módov uhlíka – tvrdosť diamantu a mäkkosť grafitu – sa dajú jasne vysvetliť odlišným usporiadaním atómov uhlíka v látke. Vôbec by nemal zmysel očakávať, že éter má vlastnosti bežných látok, jedine, že by sme predpokladali tiež jeho atomárnu štruktúru. Pokiaľ vychádzame z predpokladu, že táto veľmi zvláštna, a všetko prestupujúca hmota existuje, musíme jej pripísať všelijaké zvláštne vlastnosti, lebo len tak dokážeme vysvetliť spoznané javy spojené so šírením svetla, a vôbec, javy súvisiace s elektromagnetizmom.