Критика теории относительности Альберта Эйнштейна в основном высказывалась в первые годы после ее публикации в начале двадцатого века на научных , псевдонаучных , философских или идеологических основаниях. [A 1] [A 2] [A 3] Хотя некоторые из этих критических замечаний имели поддержку авторитетных ученых, теория относительности Эйнштейна в настоящее время принята научным сообществом. [1]
Причины критики теории относительности включают альтернативные теории, отвержение абстрактно-математического метода и предполагаемые ошибки теории. По мнению некоторых авторов, антисемитские возражения против еврейского наследия Эйнштейна также иногда играли роль в этих возражениях. [A 1] [A 2] [A 3] Сегодня все еще есть некоторые критики теории относительности, но их мнения не разделяются большинством в научном сообществе. [A 4] [A 5]
Примерно в конце XIX века широко распространилось мнение, что все силы в природе имеют электромагнитное происхождение (« электромагнитное мировоззрение »), особенно в работах Джозефа Лармора (1897) и Вильгельма Вина (1900). Это, по-видимому, подтвердили эксперименты Вальтера Кауфмана (1901–1903), который измерил увеличение массы тела со скоростью, что согласовывалось с гипотезой о том, что масса генерируется его электромагнитным полем. Макс Абрахам (1902) впоследствии набросал теоретическое объяснение результата Кауфмана, в котором электрон считался жестким и сферическим. Однако было обнаружено, что эта модель несовместима с результатами многих экспериментов (включая эксперимент Майкельсона–Морли , эксперименты Рэлея и Брейса и эксперимент Траутона–Нобла ), согласно которым не наблюдалось никакого движения наблюдателя относительно светоносного эфира («эфирный дрейф»), несмотря на многочисленные попытки сделать это. Анри Пуанкаре (1902) предположил, что эта неудача возникла из-за общего закона природы, который он назвал « принципом относительности ». Хендрик Антон Лоренц (1904) создал подробную теорию электродинамики ( теорию эфира Лоренца ), которая была основана на существовании неподвижного эфира и использовала набор преобразований координат пространства и времени, которые Пуанкаре назвал преобразованиями Лоренца, включая эффекты сокращения длины и локального времени . Однако теория Лоренца лишь частично удовлетворяла принципу относительности, поскольку его формулы преобразования для скорости и плотности заряда были неверными. Это было исправлено Пуанкаре (1905), который получил полную лоренц-ковариантность электродинамических уравнений. [A 6] [B 1]
Критикуя теорию Лоренца 1904 года, Абрахам (1904) утверждал, что лоренцево сокращение электронов требует неэлектромагнитной силы для обеспечения стабильности электрона. Это было неприемлемо для него как сторонника электромагнитного мировоззрения. Он продолжил, что до тех пор, пока отсутствует последовательное объяснение того, как эти силы и потенциалы действуют вместе на электрон, система гипотез Лоренца неполна и не удовлетворяет принципу относительности. [A 7] [C 1] Пуанкаре (1905) снял это возражение, показав, что неэлектромагнитный потенциал (« напряжение Пуанкаре »), удерживающий электрон вместе, может быть сформулирован лоренц-ковариантным способом, и показал, что в принципе возможно создать лоренц-ковариантную модель для гравитации, которую он также считал неэлектромагнитной по своей природе. [B 2] Таким образом, последовательность теории Лоренца была доказана, но от электромагнитного мировоззрения пришлось отказаться. [A 8] [A 9] В конце концов, Альберт Эйнштейн опубликовал в сентябре 1905 года то, что сейчас называется специальной теорией относительности , которая была основана на радикально новом применении принципа относительности в связи с постоянством скорости света. В специальной теории относительности пространственные и временные координаты зависят от системы отсчета инерциального наблюдателя, а светоносный эфир не играет никакой роли в физике. Хотя эта теория была основана на совершенно иной кинематической модели, она была экспериментально неотличима от теории эфира Лоренца и Пуанкаре, поскольку обе теории удовлетворяют принципу относительности Пуанкаре и Эйнштейна, и обе используют преобразования Лоренца. После того, как в 1908 году Минковский представил геометрическую модель пространства-времени для версии теории относительности Эйнштейна, большинство физиков в конечном итоге приняли решение в пользу версии теории относительности Эйнштейна-Минковского с ее радикально новыми взглядами на пространство и время, в которых эфиру не отводилась никакая полезная роль. [B 3] [A 8]
Эксперименты Кауфмана–Бухерера–Неймана : Чтобы окончательно решить между теориями Абрахама и Лоренца, Кауфман повторил свои эксперименты в 1905 году с улучшенной точностью. Однако в то же время теоретическая ситуация изменилась. Альфред Бухерер и Поль Ланжевен (1904) разработали другую модель, в которой электрон сжимается по линии движения и расширяется в поперечном направлении, так что объем остается постоянным. Пока Кауфман все еще оценивал свои эксперименты, Эйнштейн опубликовал свою специальную теорию относительности. В конце концов, Кауфман опубликовал свои результаты в декабре 1905 года и утверждал, что они согласуются с теорией Абрахама и требуют отказа от «основного предположения Лоренца и Эйнштейна» (принципа относительности). Лоренц отреагировал фразой «Я нахожусь в конце своей латыни», в то время как Эйнштейн не упоминал эти эксперименты до 1908 года. Тем не менее, другие начали критиковать эксперименты. Макс Планк (1906) ссылался на несоответствия в теоретической интерпретации данных, а Адольф Бестельмейер (1906) ввел новые методы, которые (особенно в области малых скоростей) дали другие результаты и которые поставили под сомнение методы Кауфмана. Поэтому Бухерер (1908) провел новые эксперименты и пришел к выводу, что они подтверждают массовую формулу относительности и, таким образом, «принцип относительности Лоренца и Эйнштейна». Однако эксперименты Бухерера подверглись критике со стороны Бестельмейера, что привело к острому спору между двумя экспериментаторами. С другой стороны, дополнительные эксперименты Хупки (1910), Неймана (1914) и других, казалось, подтверждали результат Бухерера. Сомнения продолжались до 1940 года, когда в аналогичных экспериментах теория Абрахама была окончательно опровергнута. (Следует отметить, что помимо этих экспериментов, релятивистская формула массы уже была подтверждена к 1917 году в ходе исследований по теории спектров. В современных ускорителях частиц релятивистская формула массы регулярно подтверждается.) [A 10] [A 11] [A 12] [B 4] [B 5] [C 2]
В 1902–1906 годах Дейтон Миллер повторил эксперимент Майкельсона–Морли вместе с Эдвардом У. Морли . Они подтвердили нулевой результат первоначального эксперимента. Однако в 1921–1926 годах Миллер провел новые эксперименты, которые, по-видимому, дали положительные результаты. [C 3] Эти эксперименты изначально привлекли некоторое внимание в средствах массовой информации и в научном сообществе [A 13], но были признаны опровергнутыми по следующим причинам: [A 14] [A 15] Эйнштейн, Макс Борн и Роберт С. Шенкленд указали, что Миллер не учел должным образом влияние температуры. Современный анализ Робертса показывает, что эксперимент Миллера дает нулевой результат, когда технические недостатки аппарата и планки погрешностей должным образом учтены. [B 6] Кроме того, результат Миллера противоречит всем другим экспериментам, которые были проведены до и после. Например, Георг Йос (1930) использовал аппарат схожих размеров с аппаратом Миллера, но он получил нулевые результаты. В недавних экспериментах типа Майкельсона–Морли, где длина когерентности значительно увеличивается за счет использования лазеров и мазеров, результаты по-прежнему отрицательные.
В 2011 году в работе Faster-than-light neutrino anomaly (Более быстрая, чем свет , нейтринная аномалия) коллаборация OPERA опубликовала результаты, которые, казалось, показывали, что скорость нейтрино немного больше скорости света. Однако в 2012 году коллаборация OPERA нашла и подтвердила источники ошибок, полностью объяснив первоначальные результаты. В их окончательной публикации была указана скорость нейтрино, соответствующая скорости света. Последующие эксперименты также нашли согласие со скоростью света, см. измерения скорости нейтрино . [ необходима ссылка ]
Также утверждалось, что специальная теория относительности не может справиться с ускорением, что привело бы к противоречиям в некоторых ситуациях. Однако эта оценка неверна, поскольку ускорение на самом деле может быть описано в рамках специальной теории относительности (см. Ускорение (специальная теория относительности) , Собственная система отсчета (плоское пространство-время) , Гиперболическое движение , Координаты Риндлера , Координаты Борна ). Парадоксы, основанные на недостаточном понимании этих фактов, были обнаружены в ранние годы теории относительности. Например, Макс Борн (1909) пытался объединить концепцию твердых тел со специальной теорией относительности. То, что эта модель была недостаточной, было показано Паулем Эренфестом (1909), который продемонстрировал, что вращающееся твердое тело, согласно определению Борна, претерпит сокращение окружности без сокращения радиуса, что невозможно ( парадокс Эренфеста ). Макс фон Лауэ (1911) показал, что в специальной теории относительности не могут существовать твердые тела, поскольку распространение сигналов не может превышать скорость света, поэтому ускоряющееся и вращающееся тело будет подвергаться деформациям. [A 16] [B 7] [B 8] [C 4]
Поль Ланжевен и фон Лауэ показали, что парадокс близнецов может быть полностью разрешен путем рассмотрения ускорения в специальной теории относительности. Если два близнеца удаляются друг от друга, и один из них ускоряется и возвращается к другому, то ускоренный близнец моложе другого, так как он находился по крайней мере в двух инерциальных системах отсчета, и поэтому его оценка того, какие события являются одновременными, изменилась во время ускорения. Для другого близнеца ничего не меняется, так как он остался в одной системе. [A 17] [B 9]
Другим примером является эффект Саньяка . Два сигнала были посланы в противоположных направлениях вокруг вращающейся платформы. После их прибытия происходит смещение интерференционных полос. Сам Саньяк считал, что доказал существование эфира. Однако специальная теория относительности может легко объяснить этот эффект. При рассмотрении из инерциальной системы отсчета это является простым следствием независимости скорости света от скорости источника, поскольку приемник убегает от одного луча, в то время как он приближается к другому лучу. При рассмотрении из вращающейся системы отсчета оценка одновременности изменяется во время вращения, и, следовательно, скорость света не является постоянной в ускоренных системах отсчета. [A 18] [B 10]
Как показал Эйнштейн, единственная форма ускоренного движения, которая не может быть описана нелокально, — это та, которая обусловлена гравитацией . Эйнштейн также был недоволен тем фактом, что инерциальные системы отсчета предпочтительнее ускоренных. Таким образом, в течение нескольких лет (1908–1915) Эйнштейн разработал общую теорию относительности . Эта теория включает замену евклидовой геометрии неевклидовой , и результирующая кривизна пути света привела Эйнштейна (1912) к выводу, что (как и в расширенных ускоренных системах отсчета) скорость света не является постоянной в расширенных гравитационных полях. Поэтому Абрахам (1912) утверждал, что Эйнштейн нанес специальной теории относительности смертельный удар . Эйнштейн ответил, что в пределах своей области применения (в областях, где можно пренебречь гравитационным влиянием) специальная теория относительности по-прежнему применима с высокой точностью, поэтому говорить о смертельном ударе вообще нельзя. [А 19] [Б 11] [Б 12] [Б 13] [С 5]
В специальной теории относительности передача сигналов со сверхсветовой скоростью невозможна, поскольку это нарушило бы синхронизацию Пуанкаре-Эйнштейна и принцип причинности . Следуя старому аргументу Пьера-Симона Лапласа , Пуанкаре (1904) сослался на тот факт, что закон всемирного тяготения Ньютона основан на бесконечно большой скорости гравитации . Таким образом, синхронизация часов световыми сигналами в принципе могла бы быть заменена синхронизацией часов мгновенными гравитационными сигналами. В 1905 году сам Пуанкаре решил эту проблему, показав, что в релятивистской теории гравитации скорость гравитации равна скорости света. Хотя это гораздо сложнее, это также имеет место в общей теории относительности Эйнштейна . [B 14] [B 15] [C 6]
Другое кажущееся противоречие заключается в том, что групповая скорость в аномально диспергирующих средах выше скорости света. Это исследовали Арнольд Зоммерфельд (1907, 1914) и Леон Бриллюэн (1914). Они пришли к выводу, что в таких случаях скорость сигнала не равна групповой скорости, а скорости фронта , которая никогда не бывает быстрее скорости света. Аналогично утверждается, что кажущиеся сверхсветовые эффекты, открытые Гюнтером Нимцем, можно объяснить путем тщательного рассмотрения вовлеченных скоростей. [A 20] [B 16] [B 17] [B 18]
Также квантовая запутанность (обозначенная Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии»), согласно которой квантовое состояние одной запутанной частицы не может быть полностью описано без описания другой частицы, не подразумевает сверхсветовой передачи информации (см. квантовую телепортацию ), и поэтому она согласуется со специальной теорией относительности. [B 16]
Недостаточное знание основ специальной теории относительности, особенно применения преобразования Лоренца в связи с сокращением длины и замедлением времени , привело и все еще приводит к построению различных кажущихся парадоксов . Как парадокс близнецов , так и парадокс Эренфеста и их объяснение уже упоминались выше. Помимо парадокса близнецов, также взаимность замедления времени ( т. е. каждый инерциально движущийся наблюдатель считает часы другого как замедленные) подверглась резкой критике со стороны Герберта Дингла и других. Например, Дингл написал серию писем в Nature в конце 1950-х годов. Однако самосогласованность взаимности замедления времени была уже давно продемонстрирована иллюстративным образом Лоренцем (в его лекциях 1910 года, опубликованных в 1931 году [A 21] ) и многими другими — они намекали на то, что необходимо лишь тщательно рассмотреть соответствующие правила измерения и относительность одновременности . Другие известные парадоксы — это парадокс Лестницы и парадокс космического корабля Белла , которые также можно просто решить, рассмотрев относительность одновременности. [A 22] [A 23] [C 7]
Многие физики (например, Хендрик Лоренц , Оливер Лодж , Альберт Абрахам Майкельсон , Эдмунд Тейлор Уиттакер , Гарри Бейтман , Эбенезер Каннингем , Шарль Эмиль Пикар , Поль Пенлеве ) были недовольны отказом от эфира и предпочитали интерпретировать преобразования Лоренца, основываясь на существовании предпочтительной системы отсчета, как в теориях Лоренца, Лармора и Пуанкаре, основанных на эфире. Однако идея эфира, скрытого от любого наблюдения, не была поддержана основным научным сообществом, поэтому теория эфира Лоренца и Пуанкаре была заменена специальной теорией относительности Эйнштейна, которая впоследствии была сформулирована в рамках четырехмерного пространства-времени Минковским. [A 24] [A 25] [A 26] [C 8] [C 9] [C 10]
Другие, такие как Герберт Э. Айвз, утверждали, что можно экспериментально определить движение такого эфира [C 11], но это так и не было обнаружено, несмотря на многочисленные экспериментальные проверки лоренц-инвариантности (см. проверки специальной теории относительности ).
Также попытки ввести некий релятивистский эфир (согласующийся с теорией относительности) в современную физику, например, Эйнштейна на основе общей теории относительности (1920) или Поля Дирака в связи с квантовой механикой (1951), не были поддержаны научным сообществом (см. Светоносный эфир#Конец эфира? ). [A 27] [B 19]
В своей Нобелевской лекции Джордж Ф. Смут (2006) описал свои собственные эксперименты по анизотропии космического микроволнового фонового излучения как «новые эксперименты по эфирному дрейфу». Смут объяснил, что «одной из проблем, которую нужно было преодолеть, было сильное предубеждение хороших ученых, которые усвоили урок эксперимента Майкельсона и Морли и специальной теории относительности, что не существует предпочтительных систем отсчета». Он продолжил, что «была образовательная работа, чтобы убедить их, что это не нарушает специальную теорию относительности, но действительно находит систему, в которой расширение Вселенной выглядит особенно простым». [B 20]
Теория полного увлечения эфира , предложенная Джорджем Габриэлем Стоксом (1844), использовалась некоторыми критиками, такими как Людвиг Зильберштейн (1920) или Филипп Ленард (1920), в качестве контрмодели относительности. В этой теории эфир полностью увлекался внутрь и в непосредственной близости от материи, и считалось, что различные явления, такие как отсутствие эфирного дрейфа, могут быть объяснены «иллюстративным» образом этой моделью. Однако такие теории подвержены большим трудностям. Особенно аберрация света противоречила теории, и все вспомогательные гипотезы, которые были придуманы, чтобы спасти ее, являются противоречивыми, крайне неправдоподобными или противоречат другим экспериментам, таким как эксперимент Майкельсона-Гейла-Пирсона . Подводя итог, можно сказать, что надежная математическая и физическая модель полного увлечения эфира так и не была изобретена, следовательно, эта теория не была серьезной альтернативой относительности. [Б 21] [Б 22] [С 12] [С 13]
Другой альтернативой была так называемая эмиссионная теория света. Как и в специальной теории относительности, концепция эфира отбрасывается, однако главное отличие от теории относительности заключается в том, что скорость источника света добавляется к скорости света в соответствии с преобразованием Галилея . Как гипотеза полного увлечения эфиром, она может объяснить отрицательный результат всех экспериментов по эфирному дрейфу. Тем не менее, существуют различные эксперименты, которые противоречат этой теории. Например, эффект Саньяка основан на независимости скорости света от скорости источника, и изображение двойных звезд должно быть перемешано в соответствии с этой моделью, что не наблюдалось. Также в современных экспериментах на ускорителях частиц не удалось наблюдать такой зависимости скорости. [A 28] [B 23] [B 24] [C 14] Эти результаты дополнительно подтверждаются экспериментом с двойной звездой Де Ситтера (1913), окончательно повторенным в рентгеновском спектре К. Брехером в 1977 году; [2] и земной эксперимент Альвегера и др . (1963); [3] , которые показывают, что скорость света не зависит от движения источника в пределах экспериментальной точности.
Некоторые считают принцип постоянства скорости света недостаточно обоснованным. Однако, как уже показали Роберт Даниэль Кармайкл (1910) и другие, постоянство скорости света можно трактовать как естественное следствие двух экспериментально доказанных фактов: [A 29] [B 25]
Обратите внимание, что измерения скорости света на самом деле являются измерениями двусторонней скорости света, поскольку односторонняя скорость света зависит от того, какое соглашение выбрано для синхронизации часов.
Эйнштейн подчеркивал важность общей ковариантности для развития общей теории относительности и занял позицию, что общая ковариантность его теории гравитации 1915 года обеспечила реализацию обобщенного принципа относительности. Эта точка зрения была оспорена Эрихом Кречманом (1917), который утверждал, что каждая теория пространства и времени (даже включая ньютоновскую динамику) может быть сформулирована ковариантным образом, если включить дополнительные параметры, и, таким образом, общая ковариантность теории сама по себе будет недостаточна для реализации обобщенного принципа относительности. Хотя Эйнштейн (1918) согласился с этим аргументом, он также возразил, что ньютоновская механика в общековариантной форме была бы слишком сложной для практического использования. Хотя теперь понятно, что ответ Эйнштейна Кречману был ошибочным (последующие работы показали, что такая теория все еще может быть использована), можно привести еще один аргумент в пользу общей ковариантности: это естественный способ выразить принцип эквивалентности , т. е . эквивалентность в описании свободно падающего наблюдателя и наблюдателя, находящегося в покое, и, таким образом, более удобно использовать общую ковариантность вместе с общей теорией относительности, а не с ньютоновской механикой. В связи с этим также рассматривался вопрос об абсолютном движении. Эйнштейн утверждал, что общая ковариантность его теории гравитации поддерживает принцип Маха , который исключил бы любое «абсолютное движение» в рамках общей теории относительности. Однако, как указал Виллем де Ситтер в 1916 году, принцип Маха не полностью выполняется в общей теории относительности, поскольку существуют безматерные решения уравнений поля. Это означает, что «инерционно-гравитационное поле», описывающее как гравитацию, так и инерцию, может существовать при отсутствии гравитирующей материи. Однако, как указал Эйнштейн, между этой концепцией и абсолютным пространством Ньютона есть одно фундаментальное различие: инерционно-гравитационное поле общей теории относительности определяется материей, поэтому оно не является абсолютным. [A 30] [A 31] [B 26] [B 27] [B 28]
В «Дебатате в Бад-Наухайме» (1920) между Эйнштейном и (среди прочих) Филиппом Ленардом последний высказал следующие возражения: Он критиковал отсутствие «иллюстративности» версии относительности Эйнштейна, условие, которому, как он предполагал, могла соответствовать только теория эфира. Эйнштейн ответил, что для физиков содержание «иллюстративности» или « здравого смысла » изменилось со временем, поэтому его больше нельзя использовать в качестве критерия обоснованности физической теории. Ленард также утверждал, что своей релятивистской теорией гравитации Эйнштейн молчаливо вновь ввел эфир под названием «пространство». Хотя это обвинение было отвергнуто (среди прочих) Германом Вейлем , в инаугурационном обращении, произнесенном в Лейденском университете в 1920 году, вскоре после дебатов в Бад-Наухайме, сам Эйнштейн признал, что согласно его общей теории относительности, так называемое «пустое пространство» обладает физическими свойствами, которые влияют на материю и наоборот . Ленард также утверждал, что общая теория относительности Эйнштейна допускает существование сверхсветовых скоростей, что противоречит принципам специальной теории относительности; например, во вращающейся системе координат, в которой Земля находится в состоянии покоя, отдаленные точки всей Вселенной вращаются вокруг Земли со сверхсветовыми скоростями. Однако, как указал Вейль, неправильно рассматривать вращающуюся протяженную систему как твердое тело (ни в специальной, ни в общей теории относительности) — поэтому скорость сигнала объекта никогда не превышает скорости света. Другая критика, высказанная как Ленардом, так и Густавом Ми, касалась существования «фиктивных» гравитационных полей в ускоряющихся системах отсчета, которые, согласно принципу эквивалентности Эйнштейна, не менее физически реальны, чем те, которые создаются материальными источниками. Ленард и Ми утверждали, что физические силы могут создаваться только реальными материальными источниками, в то время как гравитационное поле, которое Эйнштейн предполагал существовать в ускоряющейся системе отсчета, не имеет конкретного физического смысла. Эйнштейн ответил, что, основываясь на принципе Маха , можно думать об этих гравитационных полях как об индуцированных удаленными массами. В этом отношении критика Ленарда и Ми была оправдана, поскольку, согласно современному консенсусу, в соответствии с собственными зрелыми взглядами Эйнштейна, принцип Маха, изначально задуманный Эйнштейном, на самом деле не поддерживается общей теорией относительности, как уже упоминалось выше. [A 32] [C 15]
Людвик Зильберштейн , который изначально был сторонником специальной теории, возражал по разным поводам против общей теории относительности. В 1920 году он утверждал, что отклонение света солнцем, как наблюдали Артур Эддингтон и др. (1919), не обязательно является подтверждением общей теории относительности, но может также быть объяснено теорией Стокса-Планка полного увлечения эфира. Однако такие модели противоречат аберрации света и другим экспериментам (см. «Альтернативные теории»). В 1935 году Зильберштейн заявил, что нашел противоречие в задаче двух тел в общей теории относительности . Это утверждение было опровергнуто Эйнштейном и Розеном (1935). [A 33] [B 29] [C 16]
Последствия теории относительности, такие как изменение обычных понятий пространства и времени, а также введение неевклидовой геометрии в общую теорию относительности, критиковались некоторыми философами разных философских школ . Многие философские критики имели недостаточно знаний о математической и формальной основе теории относительности, [A 34] , что приводило к тому, что критика часто упускала суть вопроса. Например, относительность была неверно истолкована как некая форма релятивизма . Однако это заблуждение, поскольку это подчеркивалось Эйнштейном или Планком. С одной стороны, верно, что пространство и время стали относительными, а инерциальные системы отсчета обрабатываются на равных основаниях. С другой стороны, теория делает законы природы инвариантными — примерами являются постоянство скорости света или ковариантность уравнений Максвелла. Соответственно, Феликс Клейн (1910) назвал ее «инвариантной теорией группы Лоренца» вместо теории относительности, и Эйнштейн (который, как сообщается, использовал выражения типа «абсолютная теория») также симпатизировал этому выражению. [A 35] [B 30] [B 31] [B 32]
Критические ответы на теорию относительности были также выражены сторонниками неокантианства ( Пауль Наторп , Бруно Баух и т. д.) и феноменологии ( Оскар Беккер , Мориц Гейгер и т. д.). В то время как некоторые из них отвергали только философские следствия, другие отвергали также и физические следствия теории. Эйнштейна критиковали за нарушение категориальной схемы Иммануила Канта , т . е . утверждалось, что искривление пространства-времени, вызванное материей и энергией, невозможно, поскольку материя и энергия уже требуют понятий пространства и времени. Также утверждалось, что трехмерность пространства, евклидова геометрия и существование абсолютной одновременности необходимы для понимания мира; ни одно из них не может быть изменено эмпирическими открытиями. Перемещение всех этих понятий в метафизическую область предотвратит любую форму критики кантианства . Другие псевдокантианцы, такие как Эрнст Кассирер или Ганс Рейхенбах (1920), пытались модифицировать философию Канта. Впоследствии Рейхенбах вообще отверг кантианство и стал сторонником логического позитивизма . [A 36] [B 33] [B 34] [C 17] [C 18] [C 19]
Основываясь на конвенционализме Анри Пуанкаре , такие философы, как Пьер Дюгем (1914) и Хьюго Динглер (1920) утверждали, что классические концепции пространства, времени и геометрии были и всегда будут наиболее удобными выражениями в естествознании, поэтому концепции относительности не могут быть правильными. Это критиковалось сторонниками логического позитивизма, такими как Мориц Шлик , Рудольф Карнап и Рейхенбах. Они утверждали, что конвенционализм Пуанкаре можно изменить, чтобы привести его в соответствие с относительностью. Хотя верно, что основные предположения ньютоновской механики проще, привести ее в соответствие с современными экспериментами можно только путем изобретения вспомогательных гипотез. С другой стороны, относительность не нуждается в таких гипотезах, поэтому с концептуальной точки зрения относительность на самом деле проще ньютоновской механики. [А 37] [Б 35] [Б 36] [С 20]
Некоторые сторонники философии жизни , витализма , критического реализма (в немецкоязычных странах) утверждали, что существует фундаментальное различие между физическими, биологическими и психологическими явлениями. Например, Анри Бергсон (1921), который в противном случае был сторонником специальной теории относительности, утверждал, что замедление времени не может быть применено к биологическим организмам, поэтому он отрицал релятивистское решение парадокса близнецов. Однако эти утверждения были отвергнуты Полем Ланжевеном, Андре Метцем и другими. Биологические организмы состоят из физических процессов, поэтому нет никаких оснований предполагать, что они не подвержены релятивистским эффектам, таким как замедление времени. [A 38] [B 37] [C 21]
Основываясь на философии фикционализма , философ Оскар Краус (1921) и другие утверждали, что основы теории относительности были только фиктивными и даже внутренне противоречивыми. Примерами были постоянство скорости света, замедление времени, сокращение длины. Эти эффекты кажутся математически последовательными в целом, но в действительности они якобы не являются истинными. Тем не менее, эта точка зрения была немедленно отвергнута. Основы теории относительности (такие как принцип эквивалентности или принцип относительности) не являются фиктивными, а основаны на экспериментальных результатах. Кроме того, такие эффекты, как постоянство скорости света и относительность одновременности, не противоречат друг другу, а дополняют друг друга. [A 39] [C 22]
В Советском Союзе (в основном в 1920-х годах) философская критика выражалась на основе диалектического материализма . Теория относительности была отвергнута как антиматериалистическая и спекулятивная, и в качестве альтернативы требовалось механистическое мировоззрение, основанное на « здравом смысле ». Подобная критика имела место и в Китайской Народной Республике во время Культурной революции . (С другой стороны, другие философы считали относительность совместимой с марксизмом .) [A 40] [A 41]
Хотя Планк уже в 1909 году сравнил изменения, вызванные теорией относительности, с Коперниканской революцией , и хотя специальная теория относительности была принята большинством физиков-теоретиков и математиков к 1911 году, только после публикации экспериментальных результатов экспедиций по наблюдению за затмением (1919) группой вокруг Артура Стэнли Эддингтона относительность была замечена общественностью. После публикации Эддингтоном результатов затмения Эйнштейн был восторженно восхвален в средствах массовой информации и сравнивался с Николаем Коперником , Иоганном Кеплером и Исааком Ньютоном , что вызвало популярную «шумиху относительности» («Relativitätsrummel», как ее называли Зоммерфельд, Эйнштейн и другие). Это вызвало ответную реакцию некоторых ученых и научных дилетантов, которые не могли принять концепции современной физики, включая теорию относительности и квантовую механику. Последовавшая публичная полемика относительно научного статуса теории гравитации Эйнштейна, которая была беспрецедентной, частично велась в прессе. Часть критики была направлена не только на относительность, но и лично на Эйнштейна, которого некоторые из его критиков обвиняли в том, что он стоял за рекламной кампанией в немецкой прессе. [A 42] [A 3]
Некоторые ученые-академики, особенно физики-экспериментаторы, такие как лауреаты Нобелевской премии Филипп Ленард и Иоганнес Штарк , а также Эрнст Герке , Степан Мохоровичич , Рудольф Томашек и другие, критиковали растущую абстракцию и математизацию современной физики, особенно в форме теории относительности , а позднее и квантовой механики . Это рассматривалось как тенденция к построению абстрактной теории, связанная с потерей интуитивного «здравого смысла». Фактически, относительность была первой теорией, в которой, как считалось, была продемонстрирована неадекватность «иллюстративной» классической физики. Некоторые из критиков Эйнштейна игнорировали эти разработки и пытались оживить старые теории, такие как модели увлечения эфира или теории излучения (см. «Альтернативные теории»). Однако эти качественные модели никогда не были достаточно продвинуты, чтобы конкурировать с успехом точных экспериментальных предсказаний и объяснительной силы современных теорий. Кроме того, существовало также большое соперничество между экспериментальными и теоретическими физиками, что касается профессорской деятельности и занятия кафедр в немецких университетах. Мнения столкнулись на « дебатах в Бад-Наухайме » в 1920 году между Эйнштейном и (среди прочих) Ленардом, которые привлекли большое внимание общественности. [A 43] [A 42] [C 15] [C 23] [C 24]
Кроме того, было много критиков (с физической подготовкой или без нее), чьи идеи находились далеко за пределами научного мейнстрима. Эти критики были в основном людьми, которые разработали свои идеи задолго до публикации версии относительности Эйнштейна, и они пытались разрешить простым способом некоторые или все загадки мира. Поэтому Вацек (который изучал некоторые немецкие примеры) дал этим «свободным исследователям» название «решатель загадок мира» («Welträtsellöser», такие как Арвид Рейтердаль , Герман Фрике или Иоганн Генрих Циглер). Их взгляды имели совершенно разные корни в монизме , Lebensreform или оккультизме . Их взгляды обычно характеризовались тем, что они практически отвергали всю терминологию и (прежде всего математические) методы современной науки. Их работы публиковались частными издательствами или в популярных и неспециализированных журналах. Для многих «свободных исследователей» (особенно монистов) было важно объяснять все явления с помощью интуитивных и иллюстративных механических (или электрических) моделей, что также нашло свое выражение в их защите эфира. По этой причине они возражали против абстрактности и непостижимости теории относительности, которая считалась чистым методом расчета, не способным раскрыть истинные причины, лежащие в основе явлений. «Свободные исследователи» часто использовали Механические объяснения гравитации , в которых гравитация вызывается неким «давлением эфира» или «давлением массы на расстоянии». Такие модели рассматривались как иллюстративная альтернатива абстрактным математическим теориям гравитации как Ньютона, так и Эйнштейна. Примечательна огромная самоуверенность «свободных исследователей», поскольку они не только считали себя разрешившими великие загадки мира, но многие также, казалось, ожидали, что они быстро убедят научное сообщество. [A 44] [C 25] [C 26] [C 27]
Поскольку Эйнштейн редко защищался от этих атак, эту задачу взяли на себя другие теоретики относительности, которые (по словам Хентшеля) сформировали своего рода «оборонительный пояс» вокруг Эйнштейна. Некоторые представители были Макс фон Лауэ , Макс Борн и т. д., а на научно-популярном и философском уровне Ганс Рейхенбах , Андре Метц и т. д., которые вели множество дискуссий с критиками в полупопулярных журналах и газетах. Однако большинство этих дискуссий провалились с самого начала. Физики, такие как Герке, некоторые философы и «свободные исследователи» были настолько одержимы своими собственными идеями и предрассудками, что не могли постичь основы теории относительности; следовательно, участники дискуссий говорили мимо друг друга. Фактически, теория, которую они критиковали, была вовсе не относительностью, а скорее карикатурой на нее. «Свободные исследователи» в основном игнорировались научным сообществом, но также со временем уважаемые физики, такие как Ленард и Герке, оказались в положении вне научного сообщества. Однако критики не считали, что это было связано с их неверными теориями, а скорее с заговором релятивистских физиков (а в 1920-х и 1930-х годах также евреев ), которые якобы пытались подавить критиков и сохранить и улучшить свои собственные позиции в академическом мире. Например, Герке (1920/24) считал, что распространение теории относительности является продуктом некоего массового внушения . Поэтому он поручил службе мониторинга СМИ собрать более 5000 газетных вырезок, которые были связаны с теорией относительности, и опубликовал свои выводы в книге. Однако утверждения Герке были отвергнуты, поскольку само существование «шумихи вокруг теории относительности» ничего не говорит о справедливости теории, и, таким образом, ее нельзя использовать ни за, ни против теории относительности. [A 45] [A 46] [C 28]
Впоследствии некоторые критики пытались улучшить свои позиции путем формирования альянсов . Одним из них была «Академия Наций», которая была основана в 1921 году в США Робертом Т. Брауном и Арвидом Рейтердалем . Другими членами были Томас Джефферсон Джексон Си , а также Герке и Мохоровичич в Германии. Неизвестно, были ли другие американские критики, такие как Чарльз Лейн Пур , Чарльз Фрэнсис Браш , Дейтон Миллер , также членами. Альянс исчез уже в середине 1920-х годов в Германии и к 1930 году в США. [A 47]
Незадолго до и во время Первой мировой войны появились некоторые националистически мотивированные критические замечания относительности и современной физики. Например, Пьер Дюгем считал относительность продуктом «слишком формального и абстрактного» немецкого духа, который был в противоречии со «здравым смыслом». Аналогично, популярная критика в Советском Союзе и Китае, которая была частично политически организована, отвергла теорию не из-за фактических возражений, а как идеологически мотивированную как продукт западного декаданса. [A 48] [A 40] [A 41]
Итак, в этих странах врагами были немцы или западная цивилизация. Однако в Германии еврейское происхождение некоторых ведущих сторонников теории относительности, таких как Эйнштейн и Минковский, сделало их мишенью для расово настроенных критиков, хотя многие из немецких критиков Эйнштейна не продемонстрировали доказательств таких мотивов. Инженер Пауль Вейланд , известный националистический агитатор, организовал первый публичный митинг против теории относительности в Берлине в 1919 году. Хотя Ленард и Штарк также были известны своими националистическими взглядами, они отказались участвовать в митингах Вейланда, и кампания Вейланда в конечном итоге выдохлась из-за отсутствия выдающихся докладчиков. Ленард и другие вместо этого ответили на вызов Эйнштейна его профессиональным критикам обсудить его теории на научной конференции, ежегодно проводимой в Бад-Наухайме. Хотя критики Эйнштейна, предполагая без каких-либо реальных оснований, что Эйнштейн стоял за деятельностью немецкой прессы по продвижению триумфа теории относительности, в целом избегали антисемитских нападок в своих ранних публикациях, позднее многим наблюдателям стало ясно, что антисемитизм действительно играл значительную роль в некоторых из нападок. [A 49]
Реагируя на это глубинное настроение, сам Эйнштейн открыто высказался в газетной статье, что в дополнение к недостаточному знанию теоретической физики, антисемитизм, по крайней мере, частично мотивировал их критику. Некоторые критики, включая Вейланда, отреагировали гневно и заявили, что такие обвинения в антисемитизме были выдвинуты только для того, чтобы заставить критиков замолчать. Однако впоследствии Вейланд, Ленард, Штарк и другие ясно показали свои антисемитские предубеждения, начав сочетать свою критику с расизмом . Например, Теодор Фрич подчеркивал предполагаемые негативные последствия «еврейского духа» в физике относительности, и крайне правая пресса беспрепятственно продолжала эту пропаганду. После убийства Вальтера Ратенау (1922) и угроз убийства в адрес Эйнштейна он на некоторое время покинул Берлин. Книга Герке «Массовое предположение теории относительности» (1924) сама по себе не была антисемитской, но ее хвалила крайне правая пресса как описание якобы типичного еврейского поведения, которое также приписывалось лично Эйнштейну. Филипп Ленард в 1922 году говорил об «иностранном духе» как основе теории относительности, а затем вступил в нацистскую партию в 1924 году; Иоганнес Штарк сделал то же самое в 1930 году. Оба были сторонниками так называемой немецкой физики , которая принимала только научные знания, основанные на экспериментах, и только если они были доступны чувствам. По словам Ленарда (1936), это « арийская физика или физика человека нордического типа » в отличие от якобы формально-догматической «еврейской физики». Дополнительные антисемитские критические замечания можно найти в трудах Вильгельма Мюллера , Бруно Тюринга и других. Например, Мюллер ошибочно утверждал, что относительность — это чисто «еврейское дело» и что она будет соответствовать «еврейской сущности» и т. д., в то время как Тюринг проводил сравнения между Талмудом и относительностью. [A 50] [A 42] [A 51] [A 52] [B 38] [C 29]
Некоторые из критиков Эйнштейна, такие как Ленард, Герке и Рейтердаль, обвиняли его в плагиате и подвергали сомнению его приоритетные претензии на авторство теории относительности. Целью таких обвинений было продвижение более традиционных альтернатив абстрактному гипотетико-дедуктивному подходу Эйнштейна к физике, в то время как сам Эйнштейн должен был быть лично дискредитирован. Сторонники Эйнштейна утверждали, что такие личные обвинения были необоснованными, поскольку физическое содержание и применимость прежних теорий существенно отличались от теории относительности Эйнштейна. Однако другие утверждали, что Пуанкаре и Лоренц ранее опубликовали несколько основных элементов статьи Эйнштейна по теории относительности 1905 года, включая обобщенный принцип относительности, который Пуанкаре намеревался применить ко всей физике. Некоторые примеры: [A 53] [A 54] [B 39] [B 40] [C 30] [C 31]
Некоторые современные историки науки возродили вопрос о том, не оказали ли на Эйнштейна влияние идеи Пуанкаре, который первым сформулировал принцип относительности и применил его к электродинамике, разработав интерпретации и модификации электронной теории Лоренца, которые, по-видимому, предвосхитили то, что сейчас называется специальной теорией относительности. [A 55] Другое обсуждение касается возможного взаимного влияния между Эйнштейном и Дэвидом Гильбертом в отношении завершения уравнений поля общей теории относительности (см. Спор о приоритете теории относительности ).
Сборник различных критических замечаний можно найти в книге Hundert Autoren gegen Einstein ( Сто авторов против Эйнштейна ), опубликованной в 1931 году. [4] Она содержит очень короткие тексты 28 авторов и выдержки из публикаций еще 19 авторов. Остальное состоит из списка, который также включает людей, которые только некоторое время выступали против теории относительности. Из концепций Эйнштейна наиболее мишенью является пространство-время, за которым следуют скорость света как константа и относительность одновременности , а также другие концепции. [5] Помимо философских возражений (в основном основанных на кантианстве ), были включены также некоторые предполагаемые элементарные неудачи теории; однако, как некоторые прокомментировали, эти неудачи были вызваны непониманием авторами теории относительности. Например, Ганс Рейхенбах написал репортаж в развлекательном разделе газеты, описав книгу как «великолепную коллекцию наивных ошибок» и как «непреднамеренную забавную литературу». [A 56] [6] Альберт фон Брунн интерпретировал книгу как памфлет «столь прискорбного бессилия, как встречающееся где-либо еще, кроме политики» и «возврат к XVI и XVII векам» и пришел к выводу, что «можно только надеяться, что немецкая наука больше не будет опозорена такими печальными писанинами», [A 56] а Эйнштейн сказал в ответ на книгу, что если бы он был неправ, то одного автора было бы достаточно. [7] [8]
По словам Гённера, вклад в книгу представляет собой смесь математической и физической некомпетентности, высокомерия и чувства критиков, что их подавляют современные физики, отстаивающие новую теорию. Сборник авторов показывает, продолжает Гённер, что это была не реакция внутри физического сообщества — присутствовали только один физик ( Карл Штрель ) и три математика ( Жан-Мари Ле Ру , Эмануэль Ласкер и Ялмар Меллин ), — а реакция недостаточно образованного академического гражданства, которое не знало, что делать с теорией относительности. Что касается среднего возраста авторов: 57% были существенно старше Эйнштейна, треть была примерно того же возраста, и только два человека были существенно моложе. [A 57] Двое авторов (Рейтердаль, фон Митис) были антисемитами, а четверо других, возможно, были связаны с нацистским движением. С другой стороны, в книге нет антисемитских выражений, и в нее также вошли работы некоторых авторов еврейского происхождения (Саломо Фридлендер, Людвиг Гольдшмидт, Ганс Исраэль, Эмануэль Ласкер , Оскар Краус , Менихерт Палади ). [A 57] [A 58] [C 32]
Теория относительности считается самосогласованной, согласуется со многими экспериментальными результатами и служит основой многих успешных теорий, таких как квантовая электродинамика . Поэтому фундаментальная критика (например, Герберта Дингла , Луи Эссена , Петра Бекмана , Мориса Алле и Тома ван Фландерна ) не была воспринята всерьез научным сообществом, и из-за низкого качества многих критических публикаций (обнаруженных в процессе рецензирования ) они редко принимались к публикации в авторитетных научных журналах (за исключением нескольких статей, скажем, Мансурипура [9] и Джаваншири [ 10] относительно некоторых парадоксов в определении, соответственно, силы Лоренца и силы (общей формы) в специальной теории относительности). Так же, как и в 1920-х годах, большинство критических работ публикуются в небольших издательствах, альтернативных журналах (вроде «Apeiron» или «Galilean Electrodynamics») или на частных веб-сайтах. [A 4] [A 5] Следовательно, там, где научное сообщество имело дело с критикой теории относительности, это в основном касалось исторических исследований. [A 1] [A 2] [A 3]
Однако это не означает, что в современной физике нет дальнейшего развития. Прогресс технологий с течением времени привел к чрезвычайно точным способам проверки предсказаний теории относительности, и до сих пор она успешно прошла все испытания (например, в ускорителях частиц для проверки специальной теории относительности и астрономическими наблюдениями для проверки общей теории относительности). Кроме того, в теоретической области продолжаются исследования, направленные на объединение общей теории относительности и квантовой теории , между которыми все еще сохраняется фундаментальная несовместимость. [11] Наиболее многообещающими моделями являются теория струн и петлевая квантовая гравитация . Некоторые вариации этих моделей также предсказывают нарушения лоренц-инвариантности в очень малых масштабах. [B 41] [B 42] [B 43]