Теория эфира Лоренца

Несуществующая теория электромагнетизма

То, что сейчас часто называют теорией эфира Лоренца ( ЛЭТ ), имеет свои корни в «теории электронов» Хендрика Лоренца , которая ознаменовала конец развития классических теорий эфира в конце 19-го и начале 20-го веков. век.

Первоначальная теория Лоренца была создана между 1892 и 1895 годами и была основана на исключении предположений о движении эфира. Неудача экспериментов по отрицательному дрейфу эфира до первого порядка по v / c объяснялась введением вспомогательной переменной, называемой «местным временем», для связи систем, находящихся в покое и движении в эфире. Кроме того, отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли привел к выдвижению гипотезы о сокращении длины в 1892 году. Однако другие эксперименты также дали отрицательные результаты и (руководствуясь принципом относительности Анри Пуанкаре ) Лоренц попытался в 1899 году и В 1904 году расширил свою теорию на все порядки по v / c , введя преобразование Лоренца . Кроме того, он предположил, что неэлектромагнитные силы (если они существуют) преобразуются подобно электрическим силам. Однако выражения Лоренца для плотности заряда и тока были неверными, поэтому его теория не исключала полностью возможность обнаружения эфира. В конце концов, именно Анри Пуанкаре в 1905 году исправил ошибки в статье Лоренца и фактически включил неэлектромагнитные силы (включая гравитацию ) в теорию, которую он назвал «Новой механикой». Многие аспекты теории Лоренца были включены в специальную теорию относительности (СТО) благодаря работам Альберта Эйнштейна и Германа Минковского .

Сегодня ЛЭП часто рассматривается как своего рода «лоренцева» или «нео-лоренцева» интерпретация специальной теории относительности. ^[1] Введение сокращения длины и замедления времени для всех явлений в «предпочтительной» системе отсчета , которая играет роль неподвижного эфира Лоренца, приводит к полному преобразованию Лоренца (см. теорию теста Робертсона-Мансури-Сексла как например), поэтому ковариация Лоренца не обеспечивает каких-либо экспериментально проверяемых различий между LET и SR. Абсолютная одновременность в формулировке ЛПЭ в теории теста Мансури-Сексла ^[2] подразумевает, что эксперимент с односторонней скоростью света мог бы в принципе отличить ЛПЭ от СР, но в настоящее время широко распространено мнение, что такой тест невозможно выполнить. . Из-за отсутствия какого-либо способа экспериментально отличить ЛПЭ от СР, СР широко предпочтительнее ЛПЭ из-за излишнего предположения о необнаружимом эфире в ЛПЭ, а также справедливости принципа относительности в ЛПЭ, который кажется специальным или случайным.

Историческое развитие

Основная концепция

Хендрик Лоренц

Теория эфира Лоренца, которая была разработана в основном между 1892 и 1906 годами Лоренцем и Пуанкаре, была основана на теории эфира Огюстена-Жана Френеля , уравнениях Максвелла и электронной теории Рудольфа Клаузиуса . ^{[B 1]} Статья Лоренца 1895 года отвергла теории эфирного дрейфа и отказалась выражать предположения о природе эфира. Там было сказано:

То, что мы не можем говорить об абсолютном покое эфира, самоочевидно; это выражение даже не имело бы смысла. Когда я говорю для краткости, что эфир покоился бы, то это означает лишь то, что одна часть этой среды не движется против другой и что все ощутимые движения являются относительными движениями небесных тел по отношению к эфир.

Как позже сказал Макс Борн , для учёных того времени было естественно (хотя и не логически необходимо) отождествлять систему покоя эфира Лоренца с абсолютным пространством Исаака Ньютона . ^{[B 2]} Состояние этого эфира можно описать электрическим полем E и магнитным полем H, где эти поля представляют собой «состояния» эфира (без дальнейших уточнений), связанные с зарядами электронов. Таким образом, абстрактный электромагнитный эфир заменяет старые механистические модели эфира. В отличие от Клаузиуса, признавшего, что электроны действуют путем действия на расстоянии , электромагнитное поле эфира выступает посредником между электронами, и изменения в этом поле могут распространяться не быстрее скорости света . Лоренц теоретически объяснил эффект Зеемана на основе своей теории, за что получил Нобелевскую премию по физике в 1902 году. Джозеф Лармор одновременно нашел аналогичную теорию, но его концепция была основана на механическом эфире. Фундаментальной концепцией теории Лоренца 1895 г. ^{[А 1]} была «теорема о соответствующих состояниях» для членов порядка  v / c . Эта теорема утверждает, что наблюдатель, движущийся относительно эфира, может использовать те же электродинамические уравнения, что и наблюдатель в неподвижной системе эфира, поэтому он делает те же наблюдения.

Сокращение длины

Большим вызовом для теории эфира Лоренца стал эксперимент Майкельсона-Морли в 1887 году. Согласно теориям Френеля и Лоренца, с помощью этого эксперимента должно было быть определено относительное движение неподвижного эфира; однако результат был отрицательным. Сам Майкельсон считал, что результат подтвердил гипотезу сопротивления эфира, согласно которой эфир полностью увлекается материей. Однако другие эксперименты, такие как эксперимент Физо и эффект аберрации, опровергли эту модель.

Возможное решение появилось, когда в 1889 году Оливер Хевисайд вывел из уравнений Максвелла , что векторное магнитное потенциальное поле вокруг движущегося тела изменяется в . На основании этого результата и для приведения гипотезы о неподвижном эфире в соответствие с экспериментом Майкельсона-Морли Джордж Фитцджеральд в 1889 г. (качественно) и независимо от него Лоренц в 1892 г. ^{[А 2]} (уже количественно) предположили, что не только электростатические поля, но и молекулярные силы воздействуют таким образом, что размер тела по линии движения на величину меньше размера, перпендикулярного линии движения. Однако наблюдатель, движущийся вместе с Землей, не заметил бы этого сжатия, поскольку все остальные инструменты сжимаются в том же соотношении. В 1895 году ^{[A 1]} Лоренц предложил три возможных объяснения этого относительного сокращения: ^{[B 3]} ${\textstyle {\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$ ${\displaystyle v^{2}/(2c^{2})}$

• Тело сжимается на линии движения и сохраняет свой размер перпендикулярно ей.
• Размер тела остается тем же на линии движения, но оно расширяется перпендикулярно ей.
• Тело сжимается по линии движения и одновременно расширяется перпендикулярно ей.

Хотя возможная связь между электростатическими и межмолекулярными силами использовалась Лоренцем в качестве аргумента правдоподобия, гипотеза сжатия вскоре стала рассматриваться как чисто ad hoc . Важно также, что это сжатие затронет только пространство между электронами, но не сами электроны; поэтому для этого эффекта иногда использовалось название «межмолекулярная гипотеза». Так называемое сокращение длины без расширения перпендикулярно линии движения и по точной величине (где l ₀ — длина покоя в эфире) было дано Лармором в 1897 году и Лоренцем в 1904 году. В том же году Лоренц также утверждал, что это сокращение влияет и на сами электроны. ^{[B 4]} Дальнейшее развитие этой концепции см. в разделе #Преобразование Лоренца. ^{[А 3]} ${\textstyle l=l_{0}\cdot {\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$

Местное время

Важной частью теоремы о соответствующих состояниях в 1892 и 1895 годах ^{[А 1]} было местное время , где t — координата времени для наблюдателя, покоящегося в эфире, а t ’ — координата времени для наблюдателя, движущегося в эфире. . ( Вольдемар Фойгт ранее использовал такое же выражение для местного времени в 1887 году в связи с эффектом Доплера и несжимаемой средой.) С помощью этой концепции Лоренц мог объяснить аберрацию света , эффект Доплера и эксперимент Физо (т.е. измерения коэффициента сопротивления Френеля ) Ипполита Физо в движущихся, а также покоящихся жидкостях. Хотя для Лоренца сокращение длины было реальным физическим эффектом, он рассматривал преобразование времени только как эвристическую рабочую гипотезу и математическое условие, позволяющее упростить расчет от покоящейся к «фиктивной» движущейся системе. В отличие от Лоренца, Пуанкаре видел в определении местного времени нечто большее, чем просто математический трюк, который он называл «самой гениальной идеей Лоренца». ^{[A 4]} В «Мере времени» он написал в 1898 году: ^{[A 5]} ${\displaystyle t'=t-vx/c^{2}}$

У нас нет прямого представления об одновременности, как и о равенстве двух периодов. Если мы верим, что обладаем этой интуицией, то это иллюзия. Мы помогли себе некоторыми правилами, которыми обычно пользуемся, не давая нам отчёта [...] Мы выбираем эти правила поэтому не потому, что они истинны, а потому, что они наиболее удобны, и мы могли бы резюмировать их, сказав: «Одновременность двух событий или порядок их следования, равенство двух длительностей должны быть определены так, чтобы изложение естественных законов могло быть настолько простым, насколько это возможно. Другими словами, все эти правила, все эти определения — лишь плод бессознательного оппортунизма». ^{[С 1]}

В 1900 году Пуанкаре интерпретировал местное время как результат процедуры синхронизации, основанной на световых сигналах. Он предположил, что два наблюдателя, А и В , движущиеся в эфире, синхронизируют свои часы с помощью оптических сигналов. Поскольку они считают себя покоящимися, им приходится учитывать только время передачи сигналов, а затем пересекать свои наблюдения, чтобы проверить, синхронны ли их часы. Однако с точки зрения наблюдателя, покоящегося в эфире, часы не синхронны и показывают местное время . Но поскольку движущиеся наблюдатели ничего не знают о своем движении, они этого не осознают. ^{[A 6]} В 1904 году он проиллюстрировал ту же процедуру следующим образом: A отправляет сигнал в момент времени 0 в B , который приходит в момент t . B также отправляет сигнал в момент 0 в A , который приходит в момент t . Если в обоих случаях t имеет одно и то же значение, часы синхронны, но только в той системе, в которой часы покоятся в эфире. Так, по мнению Дарригола, ^{[B 5]} Пуанкаре понимал местное время как физический эффект, подобный сокращению длины – в отличие от Лоренца, который не использовал такую ​​же интерпретацию до 1906 года. Однако в отличие от Эйнштейна, который позже использовал подобную синхронизацию Дарригол говорит, что Пуанкаре придерживался мнения, что часы, покоящиеся в эфире, показывают истинное время. ^{[А 4]} ${\displaystyle t'=t-vx/c^{2}}$

Однако вначале было неизвестно, что местное время включает в себя то, что сейчас известно как замедление времени . Этот эффект впервые заметил Лармор (1897), который писал, что « отдельные электроны описывают соответствующие части своих орбит за времена, меньшие для системы [эфира] в отношении или ${\displaystyle \varepsilon ^{-1/2}}$ ${\displaystyle \left(1-(1/2)v^{2}/c^{2}\right)}$ ». А в 1899 году ^{[А 7]} Лоренц также отметил для частоты колеблющихся электронов « что в S время колебаний в разы больше, чем в S ₀ ${\displaystyle k\varepsilon }$ », где S ₀ — эфирная система отсчета, S — математико-фиктивная система отсчета движущийся наблюдатель, k is , и является неопределенным фактором. ^{[Б 6]} ${\textstyle {\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$ ${\displaystyle \varepsilon }$

Преобразование Лоренца

Хотя местное время могло объяснить эксперименты с отрицательным дрейфом эфира первого порядка до v / c , было необходимо – из-за других неудачных экспериментов с дрейфом эфира, таких как эксперимент Траутона-Нобла – изменить гипотезу, включив в нее эффекты второго порядка. Математическим инструментом для этого является так называемое преобразование Лоренца . Фойгт в 1887 году уже вывел аналогичную систему уравнений (хотя и с другим масштабным коэффициентом). Впоследствии Лармор в 1897 г. и Лоренц в 1899 г. ^{[А 7]} вывели уравнения в форме, алгебраически эквивалентной тем, которые используются до сих пор, хотя Лоренц в своем преобразовании использовал неопределенный множитель l . В своей работе «Электромагнитные явления в системе, движущейся со любой скоростью, меньшей скорости света» (1904 г.) ^{[А 3]} Лоренц предпринял попытку создать такую ​​теорию, согласно которой на все силы между молекулами действует преобразование Лоренца (в котором Лоренц установите коэффициент l равным единице) таким же образом, как и электростатические силы. Другими словами, Лоренц попытался создать теорию, в которой относительное движение Земли и эфира (почти или полностью) невозможно обнаружить. Поэтому он обобщил гипотезу сжатия и доказал, что на линии движения сжимаются не только силы между электронами, но и сами электроны. Однако Макс Абрахам (1904) быстро заметил недостаток этой теории: в чисто электромагнитной теории сжатая электронная конфигурация нестабильна, и для стабилизации электронов приходится вводить неэлектромагнитные силы - сам Абрахам сомневался в возможности включения таких сил. в рамках теории Лоренца.

Итак, именно Пуанкаре 5 июня 1905 года ^{[A 8]} ввел так называемые «напряжения Пуанкаре» для решения этой проблемы. Эти напряжения интерпретировались им как внешнее, неэлектромагнитное давление, которое стабилизировало электроны, а также служило объяснением сокращения длины. ^{[B 7]} Хотя он утверждал, что Лоренц преуспел в создании теории, которая соответствует постулату относительности, он показал, что уравнения электродинамики Лоренца не были полностью лоренц-ковариантными . Таким образом, указав на групповые характеристики преобразования, Пуанкаре продемонстрировал лоренц-ковариацию уравнений Максвелла-Лоренца и исправил формулы преобразования Лоренца для плотности заряда и плотности тока . Далее он набросал модель гравитации (включая гравитационные волны ), которая могла бы быть совместима с этими преобразованиями. Именно Пуанкаре впервые употребил термин «преобразования Лоренца» и придал им форму, которая используется до сих пор. (Где — произвольная функция от , которую необходимо присвоить единице, чтобы сохранить групповые характеристики. Он также установил скорость света, равную единице.) ${\displaystyle \ell }$ ${\displaystyle \varepsilon }$

${\displaystyle x^{\prime }=k\ell \left(x+\varepsilon t\right),\qquad y^{\prime }=\ell y,\qquad z^{\prime }=\ell z,\qquad t^{\prime }=k\ell \left(t+\varepsilon x\right)}$

${\displaystyle k={\frac {1}{\sqrt {1-\varepsilon ^{2}}}}}$

Существенно расширенная работа (так называемая «Палермская статья») ^{[А 9]} была представлена ​​Пуанкаре 23 июля 1905 г., но опубликована в январе 1906 г., поскольку журнал выходил всего два раза в год. Он говорил буквально о «постулате относительности», он показал, что преобразования являются следствием принципа наименьшего действия ; он более подробно продемонстрировал групповые характеристики преобразования, которые он назвал группой Лоренца , и показал, что комбинация инвариантна. Разрабатывая свою теорию гравитации, он заметил, что преобразование Лоренца представляет собой просто вращение в четырехмерном пространстве вокруг начала координат путем введения в качестве четвертой, мнимой координаты, и использовал раннюю форму четырехвекторов . Однако позже Пуанкаре сказал, что перевод физики на язык четырехмерной геометрии повлечет за собой слишком много усилий при ограниченной прибыли, и поэтому он отказался разобраться в последствиях этого понятия. Однако позже это сделал Минковский; см. «Переход к теории относительности». ^{[Б 8]} ${\displaystyle x^{2}+y^{2}+z^{2}-c^{2}t^{2}}$ ${\textstyle ct{\sqrt {-1}}}$

Электромагнитная масса

Дж. Дж. Томсон (1881) и другие заметили, что электромагнитная энергия вносит вклад в массу заряженных тел на величину , которую назвали электромагнитной или «кажущейся массой». Другой вывод некоторой электромагнитной массы был проведен Пуанкаре (1900). Используя импульс электромагнитных полей, он пришел к выводу, что эти поля придают массу всем телам, что необходимо для сохранения теоремы о центре масс . ${\displaystyle m=(4/3)E/c^{2}}$ ${\displaystyle E_{em}/c^{2}}$

Как отмечали Томсон и другие, эта масса увеличивается также со скоростью. Так, в 1899 году Лоренц рассчитал, что отношение массы электрона в движущейся системе отсчета к массе эфирной системы параллельно направлению движения и перпендикулярно направлению движения, где и — неопределенный коэффициент. ^{[А 7]} А в 1904 году он установил , придя к выражениям для масс в разных направлениях (продольном и поперечном): ^{[А 3]} ${\displaystyle k^{3}\varepsilon }$ ${\displaystyle k\varepsilon }$ ${\textstyle k={\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}$ ${\displaystyle \varepsilon }$ ${\displaystyle \varepsilon =1}$

${\displaystyle m_{L}={\frac {m_{0}}{\left({\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\right)^{3}}},\quad m_{T}={\frac {m_{0}}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}},}$

где

${\displaystyle m_{0}={\frac {4}{3}}{\frac {E_{em}}{c^{2}}}}$

Многие ученые теперь считали, что вся масса и все формы сил имеют электромагнитную природу. Однако в ходе развития релятивистской механики от этой идеи пришлось отказаться. Абрахам (1904) утверждал (как описано в предыдущем разделе #Преобразование Лоренца), что неэлектрические силы связи необходимы в модели электронов Лоренца. Но Абрахам также отметил, что результаты были разными в зависимости от того, рассчитывается ли эм-масса по энергии или по импульсу. Чтобы решить эти проблемы, Пуанкаре в 1905 г. ^{[А 8]} и 1906 г. ^{[А 9]} ввел своего рода давление неэлектрической природы, которое вносит вклад в энергию тел и, следовательно, объясняет фактор 4/3 в выражение для электромагнитного соотношения массы и энергии. Однако, хотя выражение Пуанкаре для энергии электронов было правильным, он ошибочно заявил, что только эм-энергия вносит вклад в массу тел. ^{[Б 9]} ${\displaystyle -(1/3)E/c^{2}}$

Понятие электромагнитной массы больше не рассматривается как причина массы как таковой , поскольку вся масса (а не только электромагнитная часть) пропорциональна энергии и может быть преобразована в различные формы энергии, что объясняется массой Эйнштейна – энергетический эквивалент . ^{[Б 10]}

Гравитация

Теории Лоренца

В 1900 году ^{[А 10]} Лоренц попытался объяснить гравитацию на основе уравнений Максвелла. Он впервые рассмотрел модель типа Лесажа и предположил, что, возможно, существует универсальное поле излучения, состоящее из очень проникающего электронного излучения и оказывающее равномерное давление на каждое тело. Лоренц показал, что сила притяжения между заряженными частицами действительно возникнет, если предположить, что падающая энергия полностью поглощается. Это была та же самая фундаментальная проблема, которая преследовала другие модели Лесажа, поскольку излучение должно каким-то образом исчезнуть, а любое поглощение должно привести к огромному нагреву. Поэтому Лоренц отказался от этой модели.

В той же статье он, как и Оттавиано Фабрицио Моссотти и Иоганн Карл Фридрих Цёлльнер, предположил , что притяжение противоположно заряженных частиц сильнее, чем отталкивание частиц с одинаковым зарядом. Результирующая чистая сила — это именно то, что известно как вселенская гравитация, в которой скорость гравитации равна скорости света. Это приводит к конфликту с законом тяготения Исаака Ньютона, в котором Пьер Симон Лаплас показал , что конечная скорость гравитации приводит к некоторой аберрации и, следовательно, делает орбиты нестабильными. Однако Лоренц показал, что теория не подвергается критике Лапласа, поскольку из-за структуры уравнений Максвелла возникают только эффекты порядка v ² / c ² . Но Лоренц подсчитал, что значение продвижения перигелия Меркурия было слишком низким. Он написал:

Особая форма этих терминов, возможно, может быть изменена. Однако сказанного достаточно, чтобы показать, что гравитацию можно отнести к действиям, которые распространяются не с большей скоростью, чем скорость света.

В 1908 году ^{[А 11]} Пуанкаре исследовал гравитационную теорию Лоренца и классифицировал ее как совместимую с принципом относительности, но (как и Лоренц) подверг критике неточное указание на продвижение перигелия Меркурия. В отличие от Пуанкаре, Лоренц в 1914 году считал свою теорию несовместимой с принципом относительности и отверг ее. ^{[А 12]}

Лоренц-инвариантный закон гравитации

Пуанкаре утверждал в 1904 году, что скорость распространения гравитации, превышающая c, противоречит концепции местного времени и принципу относительности. Он написал: ^{[А 4]}

Что произошло бы, если бы мы могли общаться с помощью сигналов, отличных от световых, скорость распространения которых отличалась от скорости света? Если бы, отрегулировав наши часы оптимальным методом, мы захотели бы проверить результат с помощью этих новых сигналов, мы должны были бы наблюдать расхождения, обусловленные общим поступательным движением двух станций. И немыслимы ли такие сигналы, если принять точку зрения Лапласа, что вселенское тяготение передается со скоростью, в миллион раз превышающей скорость света?

Однако в 1905 и 1906 годах Пуанкаре указывал на возможность теории гравитации, в которой изменения распространяются со скоростью света и которая является лоренц-ковариантной. Он указывал, что в такой теории сила гравитации зависит не только от масс и их взаимного расстояния, но также от их скоростей и их положения из-за конечного времени распространения взаимодействия. Тогда Пуанкаре ввел четыре вектора. ^{[A 8]} Вслед за Пуанкаре Минковский (1908) и Арнольд Зоммерфельд (1910) пытались установить лоренц-инвариантный закон гравитации. ^{[B 11] Однако эти попытки были отменены из-за появления} общей теории относительности Эйнштейна , см. «Сдвиг к теории относительности».

Отсутствие обобщения эфира Лоренца на гравитацию было основной причиной предпочтения пространственно-временной интерпретации. Жизнеспособное обобщение гравитации было предложено Шмельцером только в 2012 году. ^[3] Предпочтительный кадр определяется условием гармонической координаты . Гравитационное поле определяется тензором плотности, скорости и напряжений эфира Лоренца, так что гармонические условия становятся непрерывностью и уравнениями Эйлера . Выведен принцип эквивалентности Эйнштейна . Сильный принцип эквивалентности нарушается, но восстанавливается в пределе, который дает уравнения общей теории относительности Эйнштейна в гармонических координатах.

Принципы и конвенции

Анри Пуанкаре

Постоянство скорости света

Уже в своем философском сочинении об измерении времени (1898 г.) ^{[A 5]} Пуанкаре писал, что такие астрономы, как Оле Рёмер , при определении скорости света просто предполагают, что свет имеет постоянную скорость и что эта скорость одинакова во всех направлениях. . Без этого постулата было бы невозможно вывести скорость света на основе астрономических наблюдений, как это сделал Рёмер на основе наблюдений спутников Юпитера. Далее Пуанкаре отметил, что Ремер также должен был предположить, что спутники Юпитера подчиняются законам Ньютона, включая закон гравитации, тогда как можно было бы согласовать другую скорость света с теми же наблюдениями, если бы мы предположили некоторые другие (возможно, более сложные) законы движения. По мнению Пуанкаре, это показывает, что мы принимаем для скорости света значение, которое делает законы механики максимально простыми. (Это пример конвенционалистской философии Пуанкаре.) Пуанкаре также отметил, что скорость распространения света может использоваться (и на практике часто используется) для определения одновременности между пространственно разделенными событиями. Однако в этой статье он не стал обсуждать последствия применения этих «конвенций» к множеству относительно движущихся систем отсчета. Следующий шаг был сделан Пуанкаре в 1900 году ^{[A 6]} , когда он осознал, что синхронизация световых сигналов в земной системе отсчета приводит к местному времени Лоренца. ^{[B 12] [B 13]} (См. раздел «Местное время» выше). А в 1904 году Пуанкаре писал: ^{[А 4]}

Из всех этих результатов, если бы они были подтверждены, возникла бы совершенно новая механика, которая характеризовалась бы прежде всего тем фактом, что не может быть скорости больше скорости света, как и температуры ниже абсолютного нуля. . Для наблюдателя, участвующего в поступательном движении, о котором он не подозревает, никакая видимая скорость не может превзойти скорость света, и это было бы противоречием, если не вспомнить тот факт, что этот наблюдатель не пользуется такими же часами. как те, которыми пользуется неподвижный наблюдатель, а скорее часы, показывающие «местное время». скорость, скорость света стала бы непреодолимым пределом. Обычная механика, более простая, осталась бы первым приближением, поскольку она была бы верна для не слишком больших скоростей, так что старая динамика все равно находилась бы под новой. Нам не пришлось бы сожалеть о том, что мы верили в эти принципы, и даже, поскольку скорости, слишком большие для старых формул, всегда были бы лишь исключительными, самым верным способом на практике было бы по-прежнему действовать так, как если бы мы продолжали верить в них. Они настолько полезны, что для них надо бы оставить место. Решить полностью исключить их означало бы лишить себя драгоценного оружия. В заключение спешу сказать, что мы еще не достигли цели, и пока ничто не доказывает, что принципы не выйдут из борьбы победителями и неповрежденными».

Принцип относительности

В 1895 году ^{[A 13] [B 14]} Пуанкаре утверждал, что эксперименты, подобные эксперименту Майкельсона-Морли, показывают, что кажется невозможным обнаружить абсолютное движение материи или относительное движение материи по отношению к эфиру. И хотя большинство физиков придерживались иных взглядов, Пуанкаре в 1900 г. ^{[А 14]} стоял при своем мнении и попеременно употреблял выражения «принцип относительного движения» и «относительность пространства». Он раскритиковал Лоренца, заявив, что было бы лучше создать более фундаментальную теорию, объясняющую отсутствие всякого эфирного ветра, чем создавать одну гипотезу за другой. В 1902 году ^{[А 15]} он впервые употребил выражение «принцип относительности». В 1904 году ^{[А 4]} он высоко оценил работу математиков, спасших то, что он теперь называл « принципом относительности », с помощью гипотез вроде местного времени, но признавал, что эта затея возможна только путем накопления гипотез. А принцип он определил так (по Миллеру ^{[Б 15]} на основе теоремы Лоренца о соответствующих состояниях): «Принцип относительности, согласно которому законы физических явлений должны быть одинаковыми для неподвижного наблюдателя, как для одного переносятся в равномерном поступательном движении, так что у нас нет и не может быть средств определить, увлекаемся ли мы в таком движении».

Ссылаясь на критику Пуанкаре 1900 года, Лоренц написал в своей знаменитой статье 1904 года, где расширил свою теорему о соответствующих состояниях: ^{[A 3]} «Конечно, курс изобретения специальных гипотез для каждого нового экспериментального результата несколько искусствен. было бы более удовлетворительно, если бы можно было показать с помощью некоторых фундаментальных предположений и не пренебрегая членами того или иного порядка величины, что многие электромагнитные действия совершенно независимы от движения системы».

Одну из первых оценок статьи Лоренца дал Поль Ланжевен в мае 1905 года. По его словам, такое расширение электронных теорий Лоренца и Лармора привело к «физической невозможности продемонстрировать поступательное движение Земли». Однако в 1905 году Пуанкаре заметил, что теория Лоренца 1904 года не была полностью «лоренц-инвариантной» в некоторых уравнениях, таких как выражение Лоренца для плотности тока (Лоренц признал в 1921 году, что это были дефекты). Поскольку для этого потребовались лишь незначительные изменения в работе Лоренца, Пуанкаре также утверждал ^{[А 8]} , что Лоренцу удалось согласовать свою теорию с принципом относительности: «Похоже, что эта невозможность доказать абсолютное движение Земли является общим законом [...] Лоренц пытался завершить и видоизменить свою гипотезу, чтобы согласовать ее с постулатом о полной невозможности определения абсолютного движения. Это ему удалось сделать в статье « Электромагнитные явления в системе, движущейся с любая скорость меньшая скорости света [Лоренц, 1904б]». ^{[С 2]}

В своей статье в Палермо (1906 г.) Пуанкаре назвал это «постулатом относительности», и хотя он заявил, что возможно, что этот принцип может быть опровергнут в какой-то момент (и фактически он упомянул в конце статьи, что открытие магнито- катодные лучи Пауля Ульриха Виллара (1904), кажется, угрожают этому ^{[B 16]} ), он считал, что было бы интересно рассмотреть последствия, если бы мы предположили, что постулат относительности справедлив без ограничений. Это означало бы, что все силы природы (а не только электромагнетизм) должен быть инвариантным относительно преобразования Лоренца. ^{[A 9]} В 1921 году Лоренц выразил благодарность Пуанкаре за установление принципа и постулата относительности и написал: ^{[A 16]} «Я не установил принцип относительности столь строго и универсально истинный. Пуанкаре, с другой стороны, добился совершенной инвариантности электромагнитных уравнений и сформулировал «постулат относительности» — термины, которые он первым использовал» ^.

Эфир

Пуанкаре писал в духе своей конвенционалистской философии в 1889 году: ^{[A 17]} «Существует ли эфир или нет, не имеет большого значения – оставим это метафизикам; для нас существенно то, что все происходит так, как если бы он существовал, и что эта гипотеза оказывается пригодной для объяснения явлений. В конце концов, есть ли у нас какие-либо другие основания верить в существование материальных объектов? Это тоже лишь удобная гипотеза, только она никогда не перестанет быть таковой. , хотя когда-нибудь, без сомнения, эфир будет отброшен как бесполезный».

Он также отрицал существование абсолютного пространства и времени , говоря в 1901 году: ^{[A 18]} «1. Абсолютного пространства не существует, и мы представляем себе только относительное движение; и все же в большинстве случаев механические факты излагаются так, как будто существует абсолютного пространства, к которому они могут быть отнесены. 2. Абсолютного времени не существует. Когда мы говорим, что два периода равны, это утверждение не имеет смысла и может приобрести смысл только благодаря соглашению. 3. Мы не только не имеем прямого интуиции равенства двух периодов, но у нас нет даже прямой интуиции одновременности двух событий, происходящих в двух разных местах. Я объяснил это в статье, озаглавленной «Mesure du Temps» [1898]. 4. Наконец, это не наша евклидова геометрия сама по себе лишь своего рода условность языка?»

Однако сам Пуанкаре никогда не отказывался от гипотезы эфира и заявил в 1900 году: ^{[A 14]} «Существует ли наш эфир на самом деле? Мы знаем происхождение нашей веры в эфир. Если свету от далекой звезды требуется несколько лет, чтобы достичь нас, он его больше нет ни на звезде, ни на земле. Он должен быть где-то и поддерживаться, так сказать, каким-то материальным фактором». А ссылаясь на эксперимент Физо , он даже написал: «Эфир почти в наших руках». Он также сказал, что эфир необходим для согласования теории Лоренца с третьим законом Ньютона. Еще в 1912 году в статье под названием «Квантовая теория» Пуанкаре десять раз использовал слово «эфир» и описывал свет как «светящиеся вибрации эфира» . ^{[А 19]}

И хотя он признавал относительный и условный характер пространства и времени, он считал, что классическая конвенция более «удобна», и продолжал различать «истинное» время в эфире и «кажущееся» время в движущихся системах. Отвечая на вопрос, нужна ли новая конвенция о пространстве и времени, он писал в 1912 году: ^{[A 20]} «Должны ли мы изменить наши выводы? Конечно, нет; мы приняли конвенцию, потому что она казалась удобной, и мы сказали, что ничего может заставить нас отказаться от него. Сегодня некоторые физики хотят принять новую конвенцию. Дело не в том, что они вынуждены это сделать; они считают эту новую конвенцию более удобной, вот и все. А те, кто не придерживается такого мнения, могут законно сохранить старое, чтобы не нарушать своих старых привычек, я полагаю, между нами, что именно так они и будут поступать еще долгое время».

Также Лоренц при жизни утверждал, что во всех системах отсчета следует отдавать предпочтение той, в которой эфир покоится. Часы в этом кадре показывают «реальное» время, и одновременность неотносительна. Однако, если принять правильность принципа относительности, найти эту систему экспериментальным путем невозможно. ^{[А 21]}

Переход к теории относительности

Альберт Эйнштейн

Специальная теория относительности

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою статью о том, что сейчас называется специальной теорией относительности . ^{[A 22]} В этой статье, исследуя фундаментальные значения пространственных и временных координат, используемых в физических теориях, Эйнштейн показал, что «эффективные» координаты, заданные преобразованием Лоренца, на самом деле были инерциальными координатами относительно движущихся систем отсчета. Из этого вытекали все физически наблюдаемые следствия ЛПЭ, а также другие, без необходимости постулировать ненаблюдаемую сущность (эфир). Эйнштейн выделил два фундаментальных принципа, каждый из которых основан на опыте, из которых вытекает вся электродинамика Лоренца:

1. Законы, по которым происходят физические процессы, одинаковы по отношению к любой системе инерциальных координат (принцип относительности ).
2. В пустом пространстве свет распространяется с абсолютной скоростью c в любой системе инерциальных координат (принцип постоянства света).

Взятые вместе (вместе с некоторыми другими неявными предположениями, такими как изотропия и однородность пространства), эти два постулата однозначно ведут к математике специальной теории относительности. Лоренц и Пуанкаре также приняли эти же принципы, необходимые для достижения окончательных результатов, но не признавали, что они также достаточны и, следовательно, устранили все другие предположения, лежащие в основе первоначальных выводов Лоренца (многие из которых позже оказались недействительными). быть неверным ^{[C 4]} ). Поэтому специальная теория относительности очень быстро получила широкое признание среди физиков, а концепция светоносного эфира XIX века уже не считалась полезной. ^{[Б 17] [Б 18]}

Представление Эйнштейном специальной теории относительности в 1905 году вскоре было дополнено, в 1907 году, Германом Минковским , который показал, что эти отношения имеют очень естественную интерпретацию ^{[C 5]} в терминах единого четырехмерного « пространства-времени », в котором абсолютные интервалы рассматриваются как заданное расширением теоремы Пифагора. (Уже в 1906 году Пуанкаре предвосхитил некоторые идеи Минковского, см. раздел «Лоренц-преобразования»). ^{[B 19]} Полезность и естественность представлений Эйнштейна и Минковского способствовали быстрому принятию специальной теории относительности и соответствующей потере интереса к теории эфира Лоренца.

В 1909 году ^{[А 23]} и 1912 году ^{[А 24]} Эйнштейн объяснял: ^{[Б 20]}

...невозможно построить теорию законов преобразования пространства и времени только на принципе относительности. Как известно, это связано с относительностью понятий «одновременность» и «форма движущихся тел». Чтобы восполнить этот пробел, я ввел принцип постоянства скорости света, заимствованный мною из теории стационарного светоносного эфира Х. А. Лоренца и который, как и принцип относительности, содержит физическое предположение, казалось бы, оправданное только соответствующими экспериментами (опыты Физо, Роуленда и др.) ^{[А 24]}

В 1907 году Эйнштейн раскритиковал « ad hoc » характер гипотезы сжатия Лоренца в его теории электронов, потому что, по его мнению, это было искусственное предположение, чтобы привести эксперимент Майкельсона-Морли в соответствие с стационарным эфиром Лоренца и принципом относительности. ^{[A 25]} Эйнштейн утверждал, что «локальное время» Лоренца можно назвать просто «временем», и заявил, что неподвижный эфир как теоретическая основа электродинамики неудовлетворителен. ^{[A 26]} В 1920 году он писал: ^{[A 27]}

Что касается механической природы лоренцева эфира, то о нем можно сказать в несколько шутливом духе, что неподвижность — единственное механическое свойство, которого он не лишил Г. А. Лоренц. Можно добавить, что все изменение в представлении об эфире, которое произвела специальная теория относительности, заключалось в том, что эфир лишился его последнего механического качества, а именно неподвижности. [...] Однако более тщательное размышление учит нас, что специальная теория относительности не вынуждает нас отрицать эфир. Мы можем предположить существование эфира; только мы должны отказаться от приписывания ему определенного состояния движения, т. е. мы должны путем абстракции взять из него последнюю механическую характеристику, которую еще оставил ему Лоренц.

Минковский утверждал, что введение Лоренцем гипотезы сжатия «звучит довольно фантастично», поскольку это не результат сопротивления в эфире, а «дар свыше». Он сказал, что эта гипотеза «полностью эквивалентна новой концепции пространства и времени», хотя в рамках новой геометрии пространства-времени она становится гораздо более понятной. ^{[A 28]} Однако Лоренц не соглашался с тем, что это было «ad hoc», и в 1913 году он утверждал, что существует небольшая разница между его теорией и отрицанием предпочтительной системы отсчета, как в теории Эйнштейна и Минковского, так что она какую теорию предпочесть — дело вкуса. ^{[А 21]}

Эквивалент массы и энергии

Он был выведен Эйнштейном (1905) как следствие принципа относительности, согласно которому инерция энергии на самом деле представлена ​​как , но в отличие от статьи Пуанкаре 1900 года Эйнштейн признал, что сама материя теряет или набирает массу во время излучения или поглощения. ^{[A 29]} Таким образом, масса любой формы материи равна определенному количеству энергии, которая может быть преобразована в другие формы энергии и обратно преобразована из них. Это эквивалент массы и энергии , представленный . Таким образом, Эйнштейну не пришлось вводить «фиктивные» массы, а также он избежал проблемы вечного движения , поскольку, по мнению Дарригола, ^{[B 21]} парадокс излучения Пуанкаре можно просто решить, применив эквивалентность Эйнштейна. Если источник света теряет массу при излучении на , то противоречие в законе количества движения исчезает без необходимости какого-либо компенсирующего воздействия в эфире. ${\displaystyle E/c^{2}}$ ${\displaystyle E=mc^{2}}$ ${\displaystyle E/c^{2}}$

Подобно Пуанкаре, Эйнштейн в 1906 году пришел к выводу, что инерция (электромагнитной) энергии является необходимым условием выполнения теоремы о центре масс в системах, в которых электромагнитные поля и материя действуют друг на друга. На основе эквивалентности массы и энергии он показал, что испускание и поглощение эм-излучения и, следовательно, перенос инерции решают все проблемы. Тогда Эйнштейн сослался на статью Пуанкаре 1900 года и написал: ^{[A 30]}

Хотя простые формальные соображения, которые необходимо выполнить для доказательства этого утверждения, содержатся уже в основном в работе А. Пуанкаре [Lorentz-Festschrift, с. 252, 1900], для ясности я не буду полагаться на эту работу. ^{[С 6]}

Также отказ Пуанкаре от принципа реакции из-за нарушения закона сохранения массы можно избежать с помощью Эйнштейна , поскольку сохранение массы выступает как частный случай закона сохранения энергии . ${\displaystyle E=mc^{2}}$

Общая теория относительности

Попытки Лоренца и Пуанкаре (и другие попытки, подобные попыткам Абрахама и Гуннара Нордстрема ) сформулировать теорию гравитации были заменены общей теорией относительности Эйнштейна . ^{[B 22]} Эта теория основана на таких принципах, как принцип эквивалентности , общий принцип относительности , принцип общей ковариантности , геодезическое движение, локальная ковариантность Лоренца (законы специальной теории относительности применяются локально для всех инерциальных наблюдателей) и что пространство-время кривизна создается энергией напряжения в пространстве-времени.

В 1920 году Эйнштейн сравнил эфир Лоренца с «гравитационным эфиром» общей теории относительности. Он говорил, что неподвижность — единственное механическое свойство, которого Лоренц не лишил эфира, но, в отличие от светоносного эфира и эфира Лоренца, эфир общей теории относительности не имеет ни механических свойств, ни даже неподвижности: [ ^{А 27]}

Эфир общей теории относительности — это среда, которая сама по себе лишена всех механических и кинематических свойств, но помогает определять механические (и электромагнитные) события. Принципиально новое в эфире общей теории относительности, в отличие от эфира Лоренца, состоит в том, что состояние первого в каждом месте определяется связями с материей и состоянием эфира в соседних места, поддающиеся закону в виде дифференциальных уравнений; тогда как состояние лоренцева эфира в отсутствие электромагнитных полей ничем не обусловлено вне его самого и везде одинаково. Эфир общей теории относительности концептуально трансмутируется в эфир Лоренца, если мы заменим константами функции пространства, описывающие первый, игнорируя причины, обусловливающие его состояние. Таким образом, я думаю, мы также можем сказать, что эфир общей теории относительности является результатом лоренцева эфира в результате релятивизации.

Приоритет

Некоторые утверждают, что истинными основателями специальной теории относительности являются Пуанкаре и Лоренц, а не Эйнштейн. Подробнее читайте в статье об этом споре .

Более поздняя деятельность

Рассматриваемая как теория элементарных частиц, теория электрона/эфира Лоренца была заменена в течение первых нескольких десятилетий 20-го века сначала квантовой механикой, а затем квантовой теорией поля. В качестве общей теории динамики Лоренц и Пуанкаре уже (примерно к 1905 году) сочли необходимым использовать сам принцип относительности, чтобы привести теорию в соответствие со всеми доступными эмпирическими данными. К этому моменту большинство остатков субстанциального эфира было исключено из теории «эфира» Лоренца, и она стала как эмпирически, так и дедуктивно эквивалентной специальной теории относительности. Главным отличием был метафизический постулат об уникальной системе абсолютного покоя, который был эмпирически необнаружим и не играл никакой роли в физических предсказаниях теории, как писал Лоренц в 1909 г., ^{[С 7]} 1910 г. (опубликовано в 1913 г.), ^{[С 8]} 1913 г. (опубликовано в 1914 г.), ^{[С 9]} или в 1912 г. (опубликовано в 1922 г.). ^{[С 10]}

В результате термин «теория эфира Лоренца» сегодня иногда используется для обозначения неологенцевской интерпретации специальной теории относительности. ^{[B 23]} Приставка «нео» используется в знак признания того факта, что интерпретация теперь должна применяться к физическим объектам и процессам (таким как стандартная модель квантовой теории поля), которые были неизвестны во времена Лоренца.

После появления специальной теории относительности лишь небольшое количество людей стали защищать лоренцев подход к физике. Многие из них, такие как Герберт Э. Айвз (который вместе с Г. Р. Стилвеллом выполнил первое экспериментальное подтверждение замедления времени), были мотивированы убеждением, что специальная теория относительности логически противоречива, и поэтому необходима какая-то другая концептуальная основа, чтобы примирить релятивистские явления. Например, Айвз писал: « Принцип постоянства скорости света не просто «непостижим», он не подкреплен «объективными фактами»; он несостоятелен... ». ^{[C 11]} Однако логическая последовательность специальной теории относительности (а также ее эмпирический успех) хорошо известна, поэтому взгляды таких людей считаются необоснованными в рамках основного научного сообщества.

Джон Стюарт Белл выступал за преподавание специальной теории относительности сначала с точки зрения одной инерциальной системы Лоренца, а затем показывал, что инвариантность Пуанкаре законов физики, таких как уравнения Максвелла, эквивалентна аргументам, связанным с изменением системы отсчета, часто используемым при преподавании специальной теории относительности. Поскольку одиночная инерциальная система отсчета Лоренца является одной из предпочтительных классов систем отсчета, он назвал этот подход лоренцевым по духу. ^{[Б 24]}

Кроме того, некоторые тестовые теории специальной теории относительности используют своего рода лоренцеву структуру. Например, теория испытаний Робертсона-Мансури-Сексла вводит предпочтительную эфирную систему отсчета и включает параметры, указывающие различные комбинации изменений длины и времени. Если замедление времени и сокращение длины тел, движущихся в эфире, имеют свои точные релятивистские значения, можно получить полное преобразование Лоренца, и эфир скрыт от любого наблюдения, что делает его кинематически неотличимым от предсказаний специальной теории относительности. Используя эту модель, эксперимент Майкельсона-Морли , эксперимент Кеннеди-Торндайка и эксперимент Айвза-Стилуэлла наложили жесткие ограничения на нарушения лоренц-инвариантности.

Рекомендации

1. Эйнштейн, относительность и абсолютная одновременность . Крейг, Уильям Лейн, Смит, Квентин, 1952-. Лондон: Рутледж. 2008. ISBN 9780415701747. ОСЛК  69020927.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
2. Мансури Р.; Сексл РУ (1977). «Тестовая теория специальной теории относительности. I: одновременность и синхронизация часов». Генерал Отл. Гравит . 8 (7): 497–513. Бибкод : 1977GReGr...8..497M. дои : 10.1007/BF00762634. S2CID  67852594.
3. Шмельцер, И. (2012). Обобщение эфира Лоренца на гравитацию с общерелятивистским пределом, Успехи в прикладной алгебре Клиффорда 22 (1) 203-242, также arXiv:gr-gc/0205035

Более полный список источников многих других авторов см. в разделе « История специальной теории относительности» № «Ссылки» .

Работы Лоренца, Пуанкаре, Эйнштейна, Минковского (группа А)

1. Лоренц (1895)
2. Лоренц (1892)
3. Лоренц (1904b)
4. Пуанкаре (1904); Пуанкаре (1905а), Гл. 8
5. Пуанкаре (1898); Пуанкаре (1905а), Гл. 2
6. Пуанкаре (1900b)
7. Лоренц (1899)
8. Пуанкаре (1905b)
9. Пуанкаре (1906)
10. Лоренц (1900)
11. Пуанкаре (1908a); Пуанкаре (1908б) Книга 3, Гл. 3
12. Лоренц (1914) первоисточники
13. Пуанкаре (1895)
14. Пуанкаре (1900a); Пуанкаре (1902), Гл. 9–10
15. Пуанкаре (1902), Гл. 13
16. Лоренц (1921), стр. 247–261.
17. Пуанкаре (1889); Пуанкаре (1902), Гл. 12
18. Пуанкаре (1901a); Пуанкаре (1902), Гл. 6
19. Пуанкаре 1912; Пуанкаре 1913, гл. 6
20. Пуанкаре (1913), Гл. 2
21. Лоренц (1913), с. 75
22. Эйнштейн (1905а)
23. Эйнштейн (1909)
24. Эйнштейн (1912)
25. Эйнштейн (1908а)
26. Эйнштейн (1907)
27. Эйнштейн (1922)
28. Минковский (1908)
29. Эйнштейн (1905b)
30. Эйнштейн (1906)

• Лоренц, Хендрик Антун (1886), «De l'influence du mouvement de la terre sur les phénomènes lumineux», Archives Néerlandaises des Sciences Exactes et Naturelles , 21 : 103–176

• Лоренц, Хендрик Антун (1892a), «Электромагнитная теория Максвелла и ее применение в движении тела», Archives Néerlandaises des Sciences Exactes et Naturelles , 25 : 363–552

• Лоренц, Хендрик Антун (1892b), «De relatieve bebeging van de aarde en den aether» [Относительное движение Земли и эфира], Zittingsverlag Akad. В. Мокрый. , 1 : 74–79

• Лоренц, Хендрик Антун (1895), Versuch einer Theorie der electricschen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern  [ Попытка теории электрических и оптических явлений в движущихся телах ], Лейден: Э. Дж. Брилл

• Лоренц, Хендрик Антун (1899), «Упрощенная теория электрических и оптических явлений в движущихся системах»  , Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук , 1 : 427–442.

• Лоренц, Хендрик Антун (1900), «Соображения о гравитации»  , Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук , 2 : 559–574.

• Лоренц, Хендрик Антун (1904a), «Weiterbildung der Maxwellschen Theorie. Elektronentheorie», Encyclopädie der Mathematischen Wissenschaften , 5 (2): 145–288

• Лоренц, Хендрик Антун (1904b), «Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света»  , Труды Королевской Нидерландской академии искусств и наук , 6 : 809–831

• Лоренц, Хендрик Антун (1909), Теория электронов и ее приложения к явлениям света и лучистого тепла , Лейпциг и Берлин: Б. Г. Тойбнер

• Лоренц, Хендрик Антон; Эйнштейн, Альберт и Минковский, Герман (1913), Das Relativitätsprinzip. Eine Sammlung von Abhandlungen , Лейпциг и Берлин: Б. Г. Тойбнер

• Лоренц, Хендрик Антун (1914), Das Relativitätsprinzip. Drei Vorlesungen gehalten в Teylers Stiftung zu Haarlem  , Лейпциге и Берлине: Б. Г. Тойбнер

• Лоренц, Хендрик Антун (1914), «La Gravitation», Scientia , 16 : 28–59, заархивировано из оригинала 6 декабря 2008 г. , получено 11 сентября 2007 г.

• Лоренц, Хендрик Антун (1921) [1914], «Deux Mémoires de Henri Poincaré sur la Physique Mathématique»  [Две статьи Анри Пуанкаре по математической физике], Acta Mathematica , 38 (1): 293–308, doi : 10.1007/BF02392073

• Лоренц, Хендрик Антун (1931) [1922], Лекция по теоретической физике, Том 3 (Лекции, проведенные между 1910–1912 годами, впервые опубликованы на голландском языке в 1922 году, английский перевод в 1931 году) , Лондон: MacMillan

• Лоренц, Хендрик Антон; Лоренц, ХА; Миллер, округ Колумбия; Кеннеди, Р.Дж.; Хедрик, скорая помощь; Эпштейн, PS (1928), «Конференция по эксперименту Майкельсона-Морли», The Astrophysical Journal , 68 : 345–351, Бибкод : 1928ApJ....68..341M, doi : 10.1086/143148

• Пуанкаре, Анри (1889), Математическая теория света , том. 1, Париж: Ж. Карре и К. Но.Предисловие частично перепечатано в « Науке и гипотезе », гл. 12.

• Пуанкаре, Анри (1895), «По поводу Теории де М. Лармор», L'Éclairage éclairique , 5 : 5–14. Перепечатано в Пуанкаре, Oeuvres, том IX, стр. 395–413.

• Пуанкаре, Анри (1913) [1898], «Мера времени»  , Основы науки , Нью-Йорк: Science Press, стр. 222–234.

• Пуанкаре, Анри (1900а), «Отношения между экспериментальным и математическим физиками», Revue Générale des Sciences Pures et Appliquées , 11 : 1163–1175.. Перепечатано в «Науке и гипотезе», гл. 9–10.

• Пуанкаре, Анри (1900b), «Теория Лоренца и принцип реакции»  , Archives Néerlandaises des Sciences Exactes et Naturelles , 5 : 252–278. См. также английский перевод.

• Пуанкаре, Анри (1901a), «Sur les principes de la mécanique», Bibliothèque du Congrès International de Philosophie : 457–494.. Перепечатано в «Науке и гипотезе», гл. 6–7.

• Пуанкаре, Анри (1901b), Électricité et optique в Интернет-архиве , Париж: Готье-Виллар {{citation}}: Внешняя ссылка |title=( помощь )

• Пуанкаре, Анри (1902), Наука и гипотеза в Интернет-архиве , Лондон и Ньюкасл-он-Сайн (1905): Издательство Walter Scott Publishing Co. {{citation}}: Внешняя ссылка |title=( помощь )CS1 maint: расположение ( ссылка )

• Пуанкаре, Анри (1906a) [1904], «Основы математической физики»  , Конгресс искусств и наук, универсальная выставка, Сент-Луис, 1904 , т. 1, с. 1, Бостон и Нью-Йорк: Houghton, Mifflin and Company, стр. 604–622.

• Пуанкаре, Анри (1905b), «Sur la dynamice de l'électron»  [О динамике электрона], Comptes Rendus , 140 : 1504–1508.

• Пуанкаре, Анри (1906b) [1905], «Sur la dynamice de l'électron» [О динамике электрона], Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo , 21 : 129–176, Бибкод : 1906RCMP...21.. 129P, doi : 10.1007/BF03013466, hdl : 2027/uiug.30112063899089 , S2CID  120211823

• Пуанкаре, Анри (1913) [1908], «Новая механика»  , Основы науки (наука и метод) , Нью-Йорк: Science Press, стр. 486–522.

• Пуанкаре, Анри (1909), «Новая механика (Лилль)»  , Revue Scientifique , 47 : 170–177.

• Пуанкари, Анри (1910) [1909], «Новая механика (Геттинген)»  , Sechs Vorträge über ausgewählte Gegenstände aus der reinen Mathematik und mathematischen Physik , Лейпциг и Берлин: BGTeubner, стр. 41–47

• Пуанкаре, Анри (1911) [1910], Die neue Mechanik (Берлин)  , Лейпциг и Берлин: Б. Г. Тойбнер

• Пуанкаре, Анри (1912), «L'hypothèse des quanta», Revue Scientifique , 17 : 225–232.Перепечатано у Пуанкаре в 1913 г., гл. 6.

• Пуанкаре, Анри (1913), Последние очерки в Интернет-архиве , Нью-Йорк: Dover Publication (1963) {{citation}}: Внешняя ссылка |title=( помощь )

• Эйнштейн, Альберт (1905a), «Zur Elektrodynamik bewegter Körper» (PDF) , Annalen der Physik , 322 (10): 891–921, Бибкод : 1905AnP...322..891E, doi : 10.1002/andp.19053221004. См. также: английский перевод.

• Эйнштейн, Альберт (1905b), «Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?» (PDF) , Annalen der Physik , 323 (13): 639–643, Бибкод : 1905AnP...323..639E, doi : 10.1002/andp.19053231314

• Эйнштейн, Альберт (1906), «Das Prinzip von der Erhaltung der Schwerpunktsbewegung und die Trägheit der Energie» (PDF) , Annalen der Physik , 325 (8): 627–633, Бибкод : 1906AnP...325..627E, doi :10.1002/andp.19063250814, S2CID  120361282

• Эйнштейн, Альберт (1907), «Über die vom Relativitätsprinzip geforderte Trägheit der Energie» (PDF) , Annalen der Physik , 328 (7): 371–384, Бибкод : 1907AnP...328..371E, doi : 10.1002/andp .19073280713

• Эйнштейн, Альберт (1908a) [1907], «Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen» (PDF) , Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik , 4 : 411–462, Bibcode : 1908JRE.....4..411E

• Эйнштейн, Альберт и Лауб, Якоб (1908b), «Über die elektromagnetischen Grundgleichungen für bewegte Körper» (PDF) , Annalen der Physik , 331 (8): 532–540, Бибкод : 1908AnP...331..532E, doi : 10.1002/андп.19083310806

• Эйнштейн, Альберт (1909), «Развитие наших взглядов на состав и сущность радиации»  , Physikalische Zeitschrift , 10 (22): 817–825.

• Эйнштейн, Альберт (1912), «Относительность и гравитация. Erwiderung auf eine Bemerkung von M. Авраам» (PDF) , Annalen der Physik , 38 (10): 1059–1064, Бибкод : 1912AnP...343.1059E, doi : 10.1002 /andp.19123431014, S2CID  120162895. Английский перевод : Эйнштейн, Альберт (1996). Сборник статей Альберта Эйнштейна, том 4: Швейцарские годы: сочинения, 1912–1914 (приложение к английскому переводу; перевод Анны Бек с Доном Ховардом, консультантом под ред.). Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-02610-7.

• Эйнштейн А. (1916), Относительность: специальная и общая теория  , Springer

• Эйнштейн, Альберт (1922), Эфир и теория относительности  , Лондон: Methuen & Co.

• Минковский, Герман (1909) [1908], «Пространство и время»  , Physikalische Zeitschrift , 10 : 75–88.

Вторичные источники (группа Б)

1. Уиттакер (1951), 386 и далее
2. Родился (1964), 172 и далее.
3. Браун (2001)
4. Миллер (1981), 70–75,
5. Дарригол (2005), 10–11.
6. Янссен (1995), Глава. 3.5.4
7. Янссен/Мекленбург (2007)
8. Уолтер (2007), Кап. 1
9. Янссен/Мекленбург (2007)
10. Миллер (1981), 359–360
11. Уолтер (2007)
12. Галисон (2002)
13. Миллер (1981), 186–189
14. Кацир (2005), 275–288.
15. Миллер (1981), 79
16. Уолтер (2007), Глава. 1
17. Дарригол (2005), 15–18.
18. Янссен (1995), Кап. 4
19. Уолтер (1999)
20. Мартинес (2009)
21. Дарригол (2005), 18–21.
22. Уолтер 2007
23. Балашов / Янссен, 2002.
24. Дж. Белл, Как преподавать специальную теорию относительности

• Борн, Макс (1964), Теория относительности Эйнштейна , Dover Publications, ISBN 978-0-486-60769-6

• Браун, Харви Р. (2001), «Причины сокращения длины: I. Гипотеза деформации Фитцджеральда-Лоренца», American Journal of Physics , 69 (10): 1044–1054, arXiv : gr-qc/0104032 , Bibcode : 2001AmJPh..69.1044B, номер документа : 10.1119/1.1379733, S2CID  2945585

• Дарригол, Оливье (2000), Электродинамика от Ампера до Эйнштейна , Оксфорд: Clarendon Press, ISBN 978-0-19-850594-5

• Дарригол, Оливье (2005), «Происхождение теории относительности» (PDF) , Séminaire Poincaré , 1 : 1–22, Бибкод : 2006eins.book....1D, doi : 10.1007/3-7643-7436- 5_1, ISBN 978-3-7643-7435-8

• Галисон, Питер (2003), Часы Эйнштейна, Карты Пуанкаре: Империи времени , Нью-Йорк: WW Norton, ISBN 978-0-393-32604-8

• Янссен, Мишель (1995), Сравнение теории эфира Лоренца и специальной теории относительности в свете экспериментов Траутона и Нобла (диссертация)

• Юрий Балашов / М. Янссен (2002), «Презентизм и относительность», Британский журнал философии науки , 54 (2): 327–346, CiteSeerX  10.1.1.114.5886 , doi : 10.1093/bjps/54.2.327
• Янссен, Мишель и Мекленбург, Мэтью (2007), В. Ф. Хендрикс; и другие. (ред.), «От классической к релятивистской механике: электромагнитные модели электрона», Взаимодействия: математика, физика и философия , Дордрехт: 65–134.

• Кацир, Шауль (2005), «Релятивистская физика Пуанкаре: ее истоки и природа», Phys. Перспектива. , 7 (3): 268–292, Бибкод : 2005PhP.....7..268K, doi : 10.1007/s00016-004-0234-y, S2CID  14751280

• Альберто А. Мартинес (2009), Кинематика: утерянные истоки теории относительности Эйнштейна , издательство Университета Джона Хопкинса, ISBN 978-0-8018-9135-9

• Миллер, Артур И. (1981), специальная теория относительности Альберта Эйнштейна. Появление (1905 г.) и ранняя интерпретация (1905–1911 г.) , Чтение: Аддисон-Уэсли, ISBN 978-0-201-04679-3

• Паули, Вольфганг (1921), «Die Relativitätstheorie», Encyclopädie der Mathematischen Wissenschaften , 5 (2): 539–776.

На английском языке: Паули, В. (1981) [1921]. Теория относительности . Том. 165. ИСБН 978-0-486-64152-2. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )

• Уолтер, Скотт (1999), Х. Геннер; Дж. Ренн; Дж. Риттер; Т. Зауэр (ред.), «Минковский, математики и математическая теория относительности», Исследования Эйнштейна , 7 : 45–86, Бибкод : 1999ewgr.book...45W, заархивировано из оригинала 30 января 2009 г. , получено 4 марта 2009 г.

• Уолтер, Скотт (2007), Ренн, Дж. (редактор), «Прорыв в 4-векторах: четырехмерное движение в гравитации, 1905–1910», « Происхождение общей теории относительности» , Берлин, 3 : 193–252. , Bibcode : 2007ggr..conf..193W, заархивировано из оригинала 30 января 2009 г. , получено 4 марта 2009 г.

• Уиттакер, Эдмунд Тейлор (1951), История теорий эфира и электричества, том. 1: Классические теории (2-е изд.), Лондон: Нельсон.

Прочие примечания и комментарии (группа С)

1. Французский оригинал: Nous n'avons pas l'intuition Directe de la Simultanéité, pas plus que celle de l'égalité de deux durées. Если мы знаем эту интуицию, это иллюзия. Мы и дополняем некоторые правила, которые мы применяем, прежде чем мы сможем сделать это без нашего участия. [...] Nous choisissons donc ces ses règles, not parce qu'elles sont vraies, mais parce qu'elles sont les plus commodes, et nous pourrions les резюме en disant: «La simultanéité de deux événements, ou l'ordre de leur преемственность, l'égalité de deux durées, doivent être définies de Telle sorte que l'énonce des lois naturallles, так что это просто, что возможно. В других терминах все эти правила, все эти определения не являются плодами бессознательного оппортунизма. »
2. Французский оригинал: Il semble que Cette Impossabilité de démontrer le mouvement absolu soit une loi générale de la Nature [..] Лоренц a cherché à compléter et à modifier son histhèse de façon à la mettre en concordance avec le postulate de l'impossabilité complète абсолютное определение движения. C'est ce qu'il a réussi dans son article intitulé Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света .
3. Французский оригинал: je n'ai pas établi le principe de relativité comme rigoreusement et Universellement vrai. Пуанкаре, напротив, получил паритетную инвариантность уравнений электродинамики и формулу «постулат относительности», условия, которые етэ ле премьер-работодатель.
4. Три наиболее известных примера: (1) предположение об уравнениях Максвелла, (2) предположения о конечной структуре электрона и (3) предположение, что вся масса имеет электромагнитное происхождение. Уравнения Максвелла впоследствии были признаны недействительными и были заменены квантовой электродинамикой, хотя одна особенность уравнений Максвелла — неизменность характеристической скорости — сохранилась. Масса электрона теперь рассматривается как точечная частица, и еще в 1905 году Пуанкаре показал, что вся масса электрона не может иметь электромагнитное происхождение. Именно так теория относительности свела на нет надежды XIX века основать всю физику на электромагнетизме.
5. См. «Историю эфира» Уиттекера, в которой он пишет: «Великие достижения Минковского были связаны с его формулировкой физики в терминах четырехмерного многообразия... чтобы представить природные явления без введения случайных элементов, это необходимо отказаться от привычной трехмерной системы координат и действовать в четырех измерениях». См. также книгу Паиса «Тонкий — Господь», в которой об интерпретации Минковского говорится: «Так началось огромное упрощение специальной теории относительности». См. также «Специальную теорию относительности Альберта Эйнштейна» Миллера, в которой говорится, что «результаты Минковского привели к более глубокому пониманию теории относительности».
6. Немецкий оригинал: Trotzdem die einfachen formalen Betrachtungen, die zum Nachweis dieser Behauptung durchgeführt werden müssen, in der Hauptsache bereits in einer Arbeit von H. Poincaré enthalten sind [Lorentz-Festschrift, p. 252, 1900], werde ich mich doch der Übersichtlichkeit halber nicht auf jene Arbeit stützen.
7. Лоренц 1909, с. 229: Из сказанного станет ясно, что впечатления, полученные двумя наблюдателями А ₀ и А, будут во всех отношениях одинаковыми. Было бы невозможно решить, какой из них движется или стоит на месте относительно эфира, и не было бы причин предпочитать времена и длины, измеренные одним, тем, которые определяются другим, или говорить, что любой из них является обладая «истинными» временами или «истинными» длинами. Это момент, на котором Эйнштейн уделял особое внимание в теории, в которой он исходит из того, что он называет принципом относительности, то есть принципом, согласно которому уравнения, с помощью которых могут быть описаны физические явления, не изменяются по форме, когда мы менять оси координат на другие, имеющие равномерное поступательное движение относительно исходной системы.
   Я не могу говорить здесь о многих весьма интересных применениях этого принципа, которые Эйнштейн сделал. Его результаты, касающиеся электромагнитных и оптических явлений (...), в основном согласуются с теми, которые мы получили на предыдущих страницах, с главным отличием в том, что Эйнштейн просто постулирует то, что мы с некоторыми трудностями и не совсем удовлетворительно вывели из фундаментальные уравнения электромагнитного поля. Поступая так, он, безусловно, может поставить себе в заслугу то, что заставил нас увидеть в отрицательных результатах экспериментов, подобных экспериментам Майкельсона, Рэлея и Брейса, не случайную компенсацию противоположных эффектов, а проявление общего и фундаментального принципа.
   Тем не менее, я думаю, можно кое-что сказать и в пользу той формы, в которой я изложил теорию. Я не могу не рассматривать эфир, который может быть вместилищем электромагнитного поля с его энергией и вибрациями, как наделенный определенной степенью субстанциональности, как бы он ни отличался от всей обычной материи. При таком подходе кажется естественным не предполагать вначале, что никогда не может иметь значения, движется тело в эфире или нет, а измерять расстояния и промежутки времени с помощью стержней и часов, имеющих фиксированное положение относительно к эфиру.
   Было бы несправедливо не добавить, что, помимо поразительной смелости исходной точки, теория Эйнштейна имеет еще одно заметное преимущество перед моей. Если мне не удалось получить для уравнений, относящихся к движущимся осям, точно такой же вид, как для уравнений, применимых к стационарной системе, то Эйнштейн достиг этого с помощью системы новых переменных, несколько отличающихся от тех, которые я ввел.
8. Лоренц 1913, с. 75: При условии, что существует эфир, то во всех системах x, y, z, t одна предпочтительнее, поскольку оси координат, а также часы покоятся в эфире. Если с этим соединить идею (от которой я бы отказался лишь с неохотой), что пространство и время — это совершенно разные вещи и что существует «истинное время» (одновременность, таким образом, была бы независима от местоположения, что согласуется с тем обстоятельством, что мы могут иметь представление о бесконечно больших скоростях), то легко видеть, что это истинное время должно указываться покоящимися в эфире часами. Однако, если бы принцип относительности имел общую силу по своей природе, никто не был бы в состоянии определить, является ли только что использованная система отсчета предпочтительной. Тогда мы приходим к тем же результатам, как если бы (вслед за Эйнштейном и Минковским) отрицали существование эфира и истинного времени и считали все системы отсчета одинаково действительными. Какому из этих двух способов мышления следовать, конечно, можно оставить на усмотрение человека.
9. Лоренц 1914, с. 23: Если бы наблюдатели захотели увидеть понятие времени как нечто первичное, нечто полностью отделенное от понятия пространства, то они наверняка признали бы, что существует абсолютная одновременность; хотя они оставили бы нерешенным вопрос, обозначается ли одновременность равными значениями t или равными значениями t' , а может быть, ни тем, ни другим.
   В двух словах Эйнштейн сказал, что все упомянутые вопросы не имеют смысла. Затем он приходит к «заброшенности» эфира. Впрочем, последнее представляет собой в известной степени спор о словах: нет большой разницы, говорим ли мы о вакууме или об эфире. В любом случае, по мнению Эйнштейна, говорить о движении относительно эфира не имеет смысла. Он также отрицает существование абсолютной одновременности.
   Конечно, примечательно, что эти концепции относительности, в том числе и по отношению ко времени, были внедрены так быстро.
   Оценка этих концепций принадлежит в значительной степени гносеологии , которой мы можем предоставить суждение, полагая, что она сможет рассмотреть обсуждаемые вопросы с необходимой тщательностью. Но несомненно, что от образа мышления, к которому человек привык, во многом зависит, чувствует ли он влечение к той или иной точке зрения. Что касается самого лектора, то он находит определенное удовлетворение в прежних взглядах на то, что эфир обладает хоть какой-то субстанциальностью, что пространство и время могут быть строго разделены, что можно говорить об одновременности без дальнейших уточнений. Относительно последнего, вероятно, можно сослаться на способность, по крайней мере, представить нам сколь угодно большие скорости. Тем самым мы очень близко подходим к понятию абсолютной одновременности.
10. Лоренц 1922, с. 125: Таким образом, у нас есть выбор между двумя разными планами: мы можем придерживаться концепции эфира или же мы можем предположить истинную одновременность. Если строго придерживаться релятивистской точки зрения, согласно которой все системы эквивалентны, необходимо отказаться от субстанциональности эфира, а также от концепции истинного времени. Таким образом, выбор точки зрения зависит от очень фундаментальных соображений, особенно относительно времени.
    Конечно, описание природных явлений и проверка того, что говорит о них теория относительности, могут осуществляться независимо от того, что человек думает об эфире и времени. С физической точки зрения эти вопросы можно оставить в стороне и особенно вопрос об истинном времени передать теории познания.
    Современные физики, такие как Эйнштейн и Минковский, вообще больше не говорят об эфире. Однако это вопрос вкуса и слов. Ибо независимо от того, существует эфир или нет, электромагнитные поля, безусловно, существуют, как и энергия электрических колебаний. Если нам не нравится название «эфир», мы должны использовать другое слово как крючок, на который можно повесить все эти вещи. Неизвестно, может ли «пространство» быть настолько расширенным, чтобы учитывать не только геометрические свойства, но и электрические.
    Носителю этих свойств нельзя отказать в известной субстанциональности, а если так, то можно со всей скромностью называть истинным временем время, измеряемое часами, закрепленными в этой среде, и рассматривать одновременность как первичное понятие.
11. Герберт Э. Айвс, «Редакция преобразований Лоренца», 27 октября 1950 г.

Внешние ссылки

• Mathpages: Соответствующие состояния, Конец моей латыни, Кто изобрел теорию относительности?, Пуанкаре размышляет о Копернике, Уиттакер и эфир, Еще один вывод эквивалентности массы и энергии