Спор о приоритете теории относительности

Эта статья о споре по поводу открытия специальной теории относительности. О споре по поводу открытия общей теории относительности см. Спор о приоритете общей теории относительности .

Альберт Эйнштейн

Анри Пуанкаре

Хендрик Лоренц

Альберт Эйнштейн представил теории специальной теории относительности и общей теории относительности в публикациях, которые либо не содержали формальных ссылок на предыдущую литературу, либо ссылались лишь на небольшое количество своих предшественников в отношении фундаментальных результатов, на которых он основывал свои теории, в первую очередь на работы Анри Эйнштейна. Пуанкаре и Хендрика Лоренца за специальную теорию относительности, а также за работы Давида Гильберта , Карла Ф. Гаусса , Бернхарда Римана и Эрнста Маха за общую теорию относительности. Впоследствии в отношении обеих теорий выдвигались претензии, утверждая, что они были сформулированы полностью или частично другими людьми до Эйнштейна. Вопрос заключается в том, в какой степени следует отдать должное Эйнштейну и другим людям за формулировку этих теорий, исходя из приоритетных соображений.

Различные ученые ставили под сомнение аспекты работ Эйнштейна, Пуанкаре и Лоренца, приведшие к публикации теорий в 1905 году. Вопросы, поднятые этими учеными, включают в себя вопрос о том, в какой степени Эйнштейн был знаком с работами Пуанкаре, был ли Эйнштейн знаком со статьей Лоренца 1904 года. или его обзор, и насколько внимательно Эйнштейн следовал за другими физиками того времени. Известно, что Эйнштейн был знаком со статьей Пуанкаре 1902 года [Poi02], но неизвестно, в какой степени он был знаком с другими работами Пуанкаре 1905 года. Однако известно, что он знал [Poi00] в 1906 году, поскольку он цитировал это в [Ein06]. Статья Лоренца 1904 года [Lor04] содержала носящие его имя преобразования, появившиеся в Annalen der Physik . Некоторые авторы утверждают, что Эйнштейн работал в относительной изоляции и с ограниченным доступом к физической литературе в 1905 году. Другие, однако, с этим не согласны; личный друг Эйнштейна Морис Соловин признался, что они с Эйнштейном корпели над книгой Пуанкаре 1902 года, заставляя их «захватывать дыхание неделями подряд» [Rot06]. Вопрос о том, была ли жена Эйнштейна Милева Марич, внесшая вклад в работу Эйнштейна, также обсуждалась, но большинство ученых, занимающихся этой темой, говорят, что нет никаких существенных доказательств того, что она внесла значительный вклад.

Фон

Основные статьи: История специальной теории относительности и теории эфира Лоренца

В истории специальной теории относительности наиболее важными именами, упоминаемыми в дискуссиях о распределении заслуг, являются Альберт Эйнштейн , Хендрик Лоренц , Анри Пуанкаре и Герман Минковский . Также уделяется внимание многочисленным другим ученым либо за предвосхищение некоторых аспектов теории, либо за вклад в развитие или разработку теории. К ним относятся Вольдемар Фойгт , Август Фёппль , Йозеф Лармор , Эмиль Кон , Фридрих Хазенёрль , Макс Планк , Макс фон Лауэ , Гилберт Ньютон Льюис и Ричард Чейз Толман и другие. Кроме того, существует полемика по поводу предполагаемого вклада других людей, таких как Олинто Де Претто , который, по мнению некоторых ученых-математиков, не создавал теорию относительности, но был первым, кто использовал это уравнение. Также первая жена Эйнштейна Милева Марич , хотя, по мнению серьезных ученых, ее вклад не имеет никакого основания.

В своей «Истории теорий эфира и электричества» 1953 года Э. Т. Уиттакер утверждал, что теория относительности является творением Пуанкаре и Лоренца, и придавал работам Эйнштейна лишь небольшое значение. Однако большинство историков науки, таких как Джеральд Холтон , Артур И. Миллер , Авраам Пайс , Джон Стачел или Оливье Дарригол, имеют другие точки зрения. Они признают, что Лоренц и Пуанкаре разработали математику специальной теории относительности, а многие учёные первоначально говорили о «теории Лоренца–Эйнштейна». Но они утверждают, что именно Эйнштейн устранил классический эфир и продемонстрировал относительность пространства и времени. Они также утверждают, что Пуанкаре продемонстрировал относительность пространства и времени только в своих философских трудах, но в своих статьях по физике он поддерживал эфир как привилегированную систему отсчета, которая совершенно необнаружима, и продолжал (как Лоренц) различать «реальное» длины и время, измеренные наблюдателями, покоящимися в эфире, и «кажущиеся» длины и время, измеренные наблюдателями, движущимися внутри эфира. Дарригол резюмирует:

Большинство компонентов статьи Эйнштейна появилось в более ранних работах других авторов по электродинамике движущихся тел. Пуанкаре и Альфред Бюшерер разработали принцип относительности. У Лоренца и Лармора было большинство преобразований Лоренца, у Пуанкаре они были все. Кон и Бухерер отвергли эфир. Пуанкаре, Кон и Абрахам имели физическую интерпретацию местного времени Лоренца. Лармор и Кон упомянули о замедлении времени. Лоренц и Пуанкаре имели релятивистскую динамику электрона. Однако ни один из этих авторов не осмелился реформировать концепции пространства и времени. Никто из них не представлял себе новую кинематику, основанную на двух постулатах. Никто из них не вывел на этой основе преобразования Лоренца. Никто из них полностью не понимал физических последствий этих преобразований. Все это было уникальным подвигом Эйнштейна.

Бесспорные факты

Основные статьи: История специальной теории относительности и теории эфира Лоренца

Следующие факты являются хорошо установленными и заслуживающими внимания:

• В 1889 году ([Poi89]) Анри Пуанкаре утверждал, что эфир может быть ненаблюдаемым, и в этом случае существование эфира является метафизическим вопросом, и предположил, что когда-нибудь концепция эфира будет отброшена как бесполезная. Однако в той же книге (гл. 10) он считал эфир «удобной гипотезой» и продолжал использовать это понятие и в более поздних книгах в 1908 г. ([Пои08], Книга 3) и 1912 г. ([Пои13], Гл. 6). ).
• В 1895 году Пуанкаре утверждал. что результаты, подобные тем, которые были получены Майкельсоном и Морли ( эксперимент Майкельсона-Морли ), показывают, что кажется невозможным обнаружить абсолютное движение материи или относительное движение материи по отношению к эфиру. В 1900 году [Poi00] он назвал это принципом относительного движения, т. е. тем, что законы движения должны быть одинаковыми во всех инерциальных системах отсчета. Альтернативными терминами, использованными Пуанкаре, были «относительность пространства» и «принцип относительности». В 1904 году он расширил этот принцип, сказав: «Принцип относительности, согласно которому законы физических явлений должны быть одинаковыми для неподвижного наблюдателя и для наблюдателя, перемещающегося в равномерном поступательном движении, так что у нас нет средств, и не может иметь ничего, что могло бы определить, увлекаемся ли мы таким движением или нет». Однако он также заявил, что мы не знаем, окажется ли этот принцип верным, но интересно определить, что этот принцип подразумевает.
• В 1900 году([Poi00]) Пуанкаре опубликовал статью, в которой сказал, что излучение можно рассматривать как фиктивную жидкость с эквивалентной массой $m_{r}=E/c^{2}$. Он вывел эту интерпретацию из «теории электронов » Лоренца, которая включала . радиационное давление Максвелла
• Пуанкаре описал процедуру синхронизации покоящихся друг относительно друга часов в [Poi00] и снова в [Poi04]. Таким образом, два события, которые одновременны в одной системе отсчета, не являются одновременными в другой системе отсчета. Оно очень похоже на то, которое позже предложил Эйнштейн. Однако Пуанкаре различал «локальное» или «кажущееся» время движущихся часов и «истинное» время покоя часов в эфире. В [Poi02] он утверждал, что «однажды, несомненно, эфир будет отброшен как бесполезный».
• Статья Лоренца [Lor04], содержащая преобразования, носящие его имя, появилась в 1904 году.
• Альберт Эйнштейн в [Ein05c] вывел уравнения Лоренца, используя принцип постоянства скорости света и принцип относительности. Он был первым, кто утверждал, что этих принципов (наряду с некоторыми другими базовыми предположениями об однородности и изотропии пространства, обычно принимаемыми теоретиками как нечто само собой разумеющееся) достаточно для построения теории — см. « Постулаты специальной теории относительности» . Он говорил: « Введение светоносного эфира окажется излишним, поскольку развиваемая здесь точка зрения не потребует ни абсолютно стационарного пространства, наделенного особыми свойствами, ни приписывания вектора скорости точке пустого пространства, в котором электромагнитное процессы имеют место » * Статья Эйнштейна «Электродинамика» [Ein05c] не содержит формальных ссылок на другую литературу. В § 9 части II упоминается, что результаты статьи согласуются с электродинамикой Лоренца. Пуанкаре не упоминается в этой статье, хотя формально он цитируется в статье по специальной теории относительности, написанной Эйнштейном в следующем году.
• В 1905 году Эйнштейн первым предположил, что, когда материальное тело теряет энергию (излучение или тепло) в количестве $\Delta E$, его масса уменьшилась на величину $\Delta E/c^{2}$.
• Герман Минковский показал в 1907 году, что специальная теория относительности может быть элегантно описана с использованием четырехмерного пространства-времени, которое сочетает в себе измерение времени с тремя измерениями пространства.
• Эйнштейн в 1920 году вернулся к представлению об эфире, не имеющем состояния движения.

Комментарии Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна

Лоренц

В статье, написанной в 1914 году и опубликованной в 1921 году, Лоренц выразил признательность за статью Пуанкаре о Палермо (1906 г.). по относительности. Лоренц заявил:

Я не указал трансформацию, которая подходит лучше всего. Это сделал Пуанкаре, а затем Эйнштейн и Минковский. [...] Потому что я не думал о прямом пути, который туда вел, и потому что у меня была идея, что существует существенная разница между системами x, y, z, t и x', y', z', t ’. В одном мы используем – так я думал – оси координат, которые имеют фиксированное положение в эфире и которые мы можем назвать «истинным» временем; в другой системе, напротив, мы имели бы дело с простыми вспомогательными величинами, введение которых является лишь математической уловкой. [...] Я не установил принцип относительности как строго и универсально верный. Пуанкаре, напротив, получил полную инвариантность уравнений электродинамики и сформулировал «постулат относительности» — термины, которые он использовал первым. [...] Добавим, что, исправляя недостатки моей работы, он никогда не упрекал меня в них.

Однако переиздание его основной работы «Теория электронов» 1916 года содержит примечания (написанные в 1909 и 1915 годах), в которых Лоренц обрисовал различия между своими результатами и результатами Эйнштейна следующим образом:

[стр. 230]: главное отличие [состоит] в том, что Эйнштейн просто постулирует то, что мы вывели с некоторыми трудностями и не совсем удовлетворительно из фундаментальных уравнений электромагнитного поля. [стр. 321]: Главной причиной моей неудачи было то, что я цеплялся за идею, что только переменная t может рассматриваться как истинное время и что мое местное время t' следует рассматривать не более чем как вспомогательную математическую величину. В теории Эйнштейна, напротив, t' играет ту же роль, что и t; если мы хотим описать явления в терминах x', y', z', t', мы должны работать с этими переменными точно так же, как мы могли бы поступать с x, y, z, t.

По поводу того факта, что в этой книге Лоренц упомянул только Эйнштейна, а не Пуанкаре в связи с а) синхронизацией световыми сигналами, б) взаимностью преобразования Лоренца и в) законом релятивистского преобразования плотности заряда, Янссен комментирует:

[стр.90]: Я предполагаю, что это связано с тем, что Эйнштейн сделал физическую интерпретацию преобразования Лоренца основой для удивительно ясного и простого обсуждения электродинамики движущихся тел, тогда как замечания Пуанкаре по поводу физической интерпретации Преобразованные Лоренцем количества, возможно, показались Лоренцу несущественными философскими отступлениями в изложениях, которые в остальном очень близко следовали его собственным. У меня также есть ощущение, что Лоренц нашел физически очень интуитивный подход Эйнштейна более привлекательным, чем довольно абстрактный, но математически более элегантный подход Пуанкаре.

А на конференции по эксперименту Майкельсона-Морли в 1927 году, на которой присутствовали Лоренц и Майкельсон, Майкельсон предположил, что Лоренц был инициатором теории относительности. Лоренц тогда ответил:

Я рассматривал свою трансформацию времени только как эвристическую рабочую гипотезу. Таким образом, теория относительности на самом деле является исключительно работой Эйнштейна. И не может быть сомнения, что он задумал бы это, даже если бы работы всех его предшественников в теории этой области вообще не были выполнены. Его работа в этом отношении независима от предыдущих теорий.

Пуанкаре

Пуанкаре почти полностью приписал разработку новой механики Лоренцу. Он упомянул Эйнштейна только в связи с фотоэлектрическим эффектом . но не в связи со специальной теорией относительности. Например, в 1912 году Пуанкаре ставит вопрос, будет ли еще существовать «механика Лоренца» после развития квантовой теории . Он написал:

Во всех случаях, когда она отличается от механики Ньютона, механика Лоренца остается неизменной. Мы продолжаем верить, что ни одно движущееся тело никогда не сможет превысить скорость света; что масса тела не является постоянной величиной, а зависит от его скорости и угла, образуемого этой скоростью с силой, действующей на тело; что ни один эксперимент никогда не сможет определить, находится ли тело в покое или в абсолютном движении ни по отношению к абсолютному пространству, ни даже по отношению к эфиру.

Эйнштейн

Сейчас известно, что Эйнштейн был хорошо осведомлен о научных исследованиях своего времени. Известный историк науки Юрген Ренн, директор Института истории науки Макса Планка , писал о вкладе Эйнштейна в « Анналы физики» :

«Аннален» также послужил источником скромного дополнительного дохода для Эйнштейна, который написал для своего журнала «Beiblätter» более двадцати докладов – в основном по теории тепла – продемонстрировав тем самым впечатляющее владение современной литературой. Эта деятельность началась в 1905 году. и, вероятно, является результатом его более ранних публикаций в «Анналене» в этой области. Судя по его публикациям между 1900 и началом 1905 года, можно сделать вывод, что специальностью Эйнштейна была термодинамика.

Эйнштейн написал в 1907 году что нужно только осознать, что вспомогательную величину, которую ввел Лоренц и которую он назвал «местным временем», можно определить просто как «время». В 1909 году и 1912 год Эйнштейн объяснил:

...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, Роуланда и др.)

- Альберт Эйнштейн (1912), перевод Анны Бек (1996).

Но Эйнштейн и его сторонники заняли позицию, согласно которой этот «постулат света» вместе с принципом относительности делает эфир ненужным и ведет непосредственно к эйнштейновской версии теории относительности. Также известно что Эйнштейн читал и изучал книгу Пуанкаре 1902 года «Наука и гипотеза» задолго до 1905 года, которая включала:

• подробные философские оценки относительности пространства, времени и одновременности
• обсуждение использования соглашений об использовании световых сигналов для синхронизации часов
• определение принципа относительности и гипотеза о том, что нарушение этого принципа никогда не может быть обнаружено эмпирически
• возможная избыточность гипотезы эфира
• подробные замечания о физическом состоянии неевклидовой геометрии .

Эйнштейн ссылается на Пуанкаре в связи с инерцией энергии в 1906 году. и неевклидова геометрия в 1921 году, но не в связи с преобразованием Лоренца, принципом относительности или процедурой синхронизации световыми сигналами. Однако в последние годы перед своей смертью Эйнштейн признал некоторые вклады Пуанкаре (по мнению Дарригола, возможно, потому, что его биограф Паис в 1950 году прислал Эйнштейну копию палермской статьи Пуанкаре, которую, по его словам, он раньше не читал). Эйнштейн писал в 1953 году:

Нет сомнения, что специальная теория относительности, если рассматривать ее развитие ретроспективно, созрела для открытия в 1905 году. Лоренц уже признал, что названные в его честь преобразования необходимы для анализа уравнений Максвелла , а Пуанкаре углубил это понимание еще дальше. Что касается меня, то я знал только важную работу Лоренца 1895 года [...], но не более поздние работы Лоренца и последовательные исследования Пуанкаре. В этом смысле моя работа 1905 года была самостоятельной. [...] Новой особенностью этого было осознание того факта, что смысл преобразования Лоренца выходит за рамки его связи с уравнениями Максвелла и касается природы пространства и времени в целом. Еще одним новым результатом было то, что «Лоренц-инвариантность» является общим условием любой физической теории.

Хронология

В этом разделе приводятся известные публикации, в которых люди выразили свое мнение по вопросам, изложенным выше.

Сэр Эдмунд Уиттакер (1954)

Основная статья: История теорий эфира и электричества § Споры о специальной теории относительности

В 1954 году сэр Эдмунд Тейлор Уиттакер , английский математик и историк науки, приписал Анри Пуанкаре уравнение $E=mc^{2}$и он включил главу под названием «Теория относительности Пуанкаре и Лоренца» в свою книгу «История теорий эфира и электричества» . Он отдал должное Пуанкаре и Лоренцу и особенно сослался на статью Лоренца 1904 года (датированную Уиттакером 1903 годом), речь Пуанкаре в Сент-Луисе ( «Принципы математической физики ») в сентябре 1904 года и статью Пуанкаре в июне 1905 года. Уиттекер придавал лишь небольшое значение статье Эйнштейна по теории относительности, т. е. формулировке доплеровских формул и формул аберраций. Макс Борн потратил три года, пытаясь отговорить Уиттекера, но Уиттекер настаивал на том, что все важное уже было сказано Пуанкаре и что Лоренц совершенно очевидно имел физическую интерпретацию.

Джеральд Холтон (1960)

См. Также: Тематические истоки научной мысли.

Заявления Уиттакера подверглись критике со стороны Джеральда Холтона (1960, 1973). Он утверждал, что существуют фундаментальные различия между теориями Эйнштейна, с одной стороны, и Пуанкаре и Лоренца, с другой. Эйнштейн радикально переформулировал понятия пространства и времени и тем самым исключил из физики «абсолютное пространство» и, следовательно, стационарный светоносный эфир. С другой стороны, Холтон утверждал, что Пуанкаре и Лоренц по-прежнему придерживались концепции стационарного эфира и пытались лишь изменить ньютоновскую динамику, а не заменить ее. Холтон утверждал, что «молчание Пуанкаре» (т.е. почему Пуанкаре никогда не упоминал вклад Эйнштейна в теорию относительности) объяснялось их фундаментально разными концептуальными точками зрения. Взгляды Эйнштейна на пространство и время и отказ от эфира были, по мнению Холтона, неприемлемы для Пуанкаре, поэтому последний называл Лоренца лишь создателем «новой механики». Холтон также отметил, что, хотя речь Пуанкаре в Сент-Луисе в 1904 году была «острой и проницательной» и содержала «принцип относительности», подтвержденный опытом и нуждающийся в новом развитии, она не «провозглашала новый принцип относительности». Он также сослался на ошибки Уиттакера, например, на то, что статья Лоренца 1904 года (опубликованная в апреле 1904 года) появилась раньше 1903 года.

Взгляды, аналогичные взглядам Холтона, позже (1967, 1970) высказал его бывший ученик Стэнли Голдберг.

Г.Х. Кесвани (1965)

В серии статей 1965 года, прослеживающих историю теории относительности, Кесвани утверждал, что основная заслуга в специальной теории относительности принадлежит Пуанкаре и Лоренцу, утверждая, что Пуанкаре неоднократно много раз явно отдавал должное Лоренцу, в то время как Лоренц отдавал должное Пуанкаре и Эйнштейну, отказываясь присвоить себе заслугу. Он также преуменьшил значение теории общей относительности, заявив, что «общая теория относительности Эйнштейна - это всего лишь теория гравитации и изменений законов физики в гравитационных полях». В результате специальная теория относительности останется единственной теорией относительности. Кесвани процитировал также Владимира Фока, придерживающегося того же мнения.

Эта серия статей вызвала отклики, в частности, у Герберта Дингла и Карла Поппера .

Дингл сказал, среди прочего: «...«принцип относительности» имел различные значения, и теории, связанные с ним, были совершенно разными; они не были разными формами одной и той же теории. Каждый из трех главных героев... был очень хорошо знал других....но каждый предпочитал свои взгляды"

Карл Поппер говорит: «Хотя Эйнштейн, похоже, знал « Науку и гипотезу » Пуанкаре до 1905 года, в этой великой книге нет теории, подобной теории Эйнштейна».

Кесвани не принял критику и ответил в двух письмах, также опубликованных в том же журнале ( и - в своем ответе Динглу он утверждает, что три теории относительности по сути были одинаковыми: «… они значили много общего. И это имело наибольшее значение».

Год спустя Дингл так прокомментировал историю кредитования: «До первой мировой войны теории Лоренца и Эйнштейна считались разными формами одной и той же идеи, но Лоренц, имея приоритет и будучи более авторитетной фигурой, говорящей на более знакомом языке, был это приписывают». (Дингл, 1967, Nature, 216, стр. 119–122).

Артур И. Миллер (1973)

Миллер (1973, 1981) согласился с анализом Холтона и Гольдберга и далее утверждал, что, хотя терминология (например, принцип относительности), используемая Пуанкаре и Эйнштейном, очень схожа, их содержание резко различается. По словам Миллера, Пуанкаре использовал этот принцип для завершения основанного на эфире «электромагнитного мировоззрения» Лоренца и Абрахама. Он также утверждал, что Пуанкаре различал (в своей статье в июле 1905 года) «идеальные» и «реальные» системы и электроны. То есть использование систем отсчета Лоренцем и Пуанкаре не имеет однозначной физической интерпретации, поскольку во многих случаях они являются лишь математическими инструментами, тогда как в теории Эйнштейна процессы в инерциальных системах не только математически, но и физически эквивалентны. Миллер писал в 1981 году:

п. 172: « Хотя принцип относительности Пуанкаре изложен аналогично принципу Эйнштейна, разница в содержании резкая. Критическое отличие состоит в том, что принцип Пуанкаре допускает существование эфира и поэтому считает, что скорость света в точности равна c когда она измеряется в системах координат, покоящихся в эфире. В инерциальных системах отсчета скорость света равна c и не зависит от движения излучателя в результате определенных компенсаторных эффектов, таких как математическое местное время и гипотеза ненаблюдаемого. Следовательно, распространение Пуанкаре принципа относительности относительного движения на динамику электрона находится в теории электромагнетизма, а не в механике... Пуанкаре был ближе всего к тому, чтобы сделать электродинамику непротиворечивой, но не к теории относительности » . 217: «Пуанкаре связал воображаемую систему Σ' с фиксированной эфирной системой S'».

Миллер (1996) утверждает, что Пуанкаре руководствовался эмпиризмом и был готов признать, что эксперименты могут доказать ошибочность теории относительности, и поэтому Эйнштейн заслуживает большего уважения, даже несмотря на то, что на него могли существенно повлиять статьи Пуанкаре. Миллер также утверждает, что «акцент на конвенционализм ... заставил Пуанкаре и Лоренца продолжать верить в математическую и наблюдательную эквивалентность специальной теории относительности и электронной теории Лоренца. Это неверно». [стр. 96] Вместо этого Миллер утверждает, что теории математически эквивалентны, но не физически эквивалентны. [стр. 91–92]

Авраам Паис (1982)

В своей биографии Эйнштейна 1982 года «Тонкий Господь » Абрахам Пайс утверждал, что Пуанкаре «приближается» к открытию специальной теории относительности (в своей лекции в Сент-Луисе в сентябре 1904 года и в статье в июне 1905 года), но в конечном итоге ему это не удалось, потому что в 1904 году, а также позже в 1909 году Пуанкаре рассматривал сокращение длины как третья независимая гипотеза помимо принципа относительности и постоянства скорости света. По мнению Паиса, Пуанкаре, таким образом, никогда не понимал (или, по крайней мере, он никогда не принимал) специальную теорию относительности, в которой вся теория, включая сокращение длины, может быть просто выведена из двух постулатов. Следовательно, он резко раскритиковал главу Уиттекера о «Теории относительности Пуанкаре и Лоренца», заявив, « насколько хорошо отсутствие у автора физических знаний сочетается с его незнанием литературы », хотя Паис признал, что и он, и его коллеги придерживаются оригинальной версии Уиттекера» «История как шедевр. Хотя он, очевидно, пытался высказать точку зрения относительно подхода Уиттакера к происхождению специальной теории относительности, формулировка этого утверждения Пайса была раскритикована по крайней мере одним известным рецензентом его книги 1982 года как «непристойная» и «прискорбная». Также в отличие от чрезмерно обобщенного утверждения Паиса, известные ученые, такие как Макс Борн, называют части второго тома Уиттекера, особенно историю квантовой механики, «самыми удивительными достижениями в области обучения, проницательности и различения». в то время как Фримен Дайсон говорит о двух томах второго издания Уиттекера: «Вполне вероятно, что это самая научная и в целом авторитетная история того периода, которую мы когда-либо получим».

Пайс продолжает утверждать, что Лоренц никогда не отказывался от концепции стационарного эфира ни до, ни после 1905 года:

п. 118: « На протяжении всей статьи 1895 года эфир Френеля явно постулируется »; п. 125: « Как и Фойгт до него, Лоренц рассматривал преобразование... лишь как удобный математический инструмент для доказательства физической теоремы... он предлагал называть t общим временем, а t' местным временем. Хотя он и не говорил это явно, видно, что для него было, так сказать, одно истинное время »; п. 166: « 8.3. Лоренц и эфир... Например, Лоренц до сих пор полагает, что сжатие стержней имеет динамическое происхождение. Нет сомнения, что он к тому времени прочитал и понял работы Эйнштейна. Однако ни тогда, ни позже был ли он готов принять их выводы как окончательный ответ на проблемы эфира » .

Эли Захар (1983)

В нескольких статьях Эли Захар (1983, 2000) утверждал, что и Эйнштейн (в своей июньской статье), и Пуанкаре (в своей июльской статье) независимо друг от друга открыли специальную теорию относительности. Он сказал, что « хотя Уиттакер был несправедлив по отношению к Эйнштейну, его положительный отзыв о реальных достижениях Пуанкаре содержит гораздо больше, чем просто зерно истины ». По его словам, именно бессистемные, а иногда и ошибочные высказывания Пуанкаре относительно его философских работ (часто связанных с конвенционализмом ) мешали многим отдать ему должное. По его мнению, Пуанкаре был скорее «структурным реалистом» и из этого он делает вывод, что Пуанкаре действительно придерживался относительности времени и пространства, тогда как его намеки на эфир имеют второстепенное значение. Он продолжает, что благодаря его трактовке гравитации и четырехмерного пространства статья Пуанкаре 1905/6 года превосходила статью Эйнштейна 1905 года. Тем не менее, Захар также отдает должное Эйнштейну, который ввел эквивалентность массы и энергии, а также вышел за рамки специальной теории относительности, встав на путь, ведущий к развитию общей теории относительности.

Джон Стэчел (1995)

Джон Стэчел (1995) утверждал, что ведутся споры по поводу вклада Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна в теорию относительности. Эти вопросы зависят от определения теории относительности, и Стэчел утверждал, что кинематика и новый взгляд на пространство и время являются ядром специальной теории относительности, и динамические теории должны быть сформулированы в соответствии с этой схемой. Исходя из этого определения, Эйнштейн является главным создателем современного понимания специальной теории относительности. По его мнению, Лоренц интерпретировал преобразование Лоренца лишь как математический прием, тогда как мышление Пуанкаре было гораздо ближе к современному пониманию теории относительности. И все же Пуанкаре все еще верил в динамические эффекты эфира и различал наблюдателей, находящихся в состоянии покоя или движущихся относительно него. Стачел писал: « Он никогда не объединял свои многочисленные блестящие идеи в последовательную теорию, которая решительно отвергла бы эфир и абсолютное время или превзошла его электродинамические истоки, чтобы вывести новую кинематику пространства и времени на основе формулировки принципа относительности, которая не делает никаких ссылок на эфир ".

Питер Галисон (2002)

В своей книге «Часы Эйнштейна, карты Пуанкаре» (2002 г.) Питер Галисон сравнил подходы Пуанкаре и Эйнштейна к переформулировке понятий пространства и времени. Он писал: « Действительно ли Эйнштейн открыл теорию относительности? Неужели Пуанкаре уже открыл ее? Эти старые вопросы стали столь же утомительными, сколь и бесплодными ». Это потому, что от вопроса зависит, какие части теории относительности считать существенными: отказ от эфира, преобразование Лоренца, связь с природой пространства и времени, предсказания результатов экспериментов или другие части. Для Галисона более важно признать, что оба мыслителя были озабочены проблемами синхронизации часов и, таким образом, оба разработали новое практическое значение одновременности. Однако, в то время как Пуанкаре придерживался конструктивного подхода и по-прежнему придерживался концепции стационарного эфира Лоренца и различия между «кажущимся» и «истинным» временем, Эйнштейн отказался от эфира, и поэтому все времена в разных инерциальных системах отсчета одинаково действительны. Галисон утверждал, что это не означает, что Пуанкаре был консерватором, поскольку Пуанкаре часто ссылался на революционный характер «новой механики» Лоренца.

Анатолий Алексеевич Логунов о специальной теории относительности (2004 г.)

В Анатолия Логунова книге Что касается теории относительности Пуанкаре, существует английский перевод (на стр. 113, в современных обозначениях) части статьи Пуанкаре 1900 года, содержащей E=mc. ² . Логунов утверждает, что две статьи Пуанкаре 1905 года превосходят статью Эйнштейна 1905 года. По словам Логунова, Пуанкаре был первым ученым, осознавшим важность инвариантности в рамках группы Пуанкаре как ориентира для разработки новых теорий в физике. В главе 9 этой книги Логунов указывает, что вторая статья Пуанкаре была первой, в которой была сформулирована полная теория релятивистской динамики, содержащая правильный релятивистский аналог ньютоновской формулы F=ma .

На стр. 142, Логунов указывает, что Эйнштейн писал обзоры для Beiblätter Annalen der Physik , написав в 1905 году 21 обзор. По его мнению, это противоречит утверждениям о том, что Эйнштейн работал в относительной изоляции и с ограниченным доступом к научной литературе. Среди статей, рассмотренных в Beiblätter в четвертом (из 24) выпуске 1905 года, есть обзор статьи Лоренца 1904 года Ричарда Ганса , которая содержит преобразования Лоренца. По мнению Логунова, это подтверждает мнение о том, что Эйнштейн был знаком с статьей Лоренца, содержащей правильное релятивистское преобразование, в начале 1905 года, тогда как в его статье в июне 1905 года Лоренц не упоминается в связи с этим результатом.

Харви Р. Браун (2005)

Харви Р. Браун (2005) (который выступает за динамический взгляд на релятивистские эффекты, подобный Лоренцу, но «без скрытой эфирной структуры») писал о пути к специальной теории относительности от Майкельсона к Эйнштейну в разделе 4:

п. 40: «Колыбелью специальной теории относительности была комбинация максвелловского электромагнетизма и электронной теории Лоренца (и в меньшей степени Лармора), основанной на идее Френеля о стационарном эфире… Хорошо известно, что специальная теория относительности Эйнштейна была частично мотивированы этой неудачей [найти эфирный ветер], но чтобы понять оригинальность работы Эйнштейна 1905 года, нам необходимо рассмотреть работы первопроходцев, и в частности Майкельсона, Фитцджеральда, Лоренца, Лармора и Пуанкаре. ...В конце концов, они вместе ответственны за открытие релятивистской кинематики, если не по содержанию, то по форме, а также за значительную часть релятивистской динамики».

Что касается работы Лоренца до 1905 года, Браун написал о развитии « теоремы Лоренца о соответствующих состояниях », а затем продолжил:

п. 54: «Интерпретация этих преобразований Лоренцем не та, которую дал бы им Эйнштейн и которая сегодня общепринята. Действительно, до тех пор, пока Лоренц не пришел к соглашению с работой Эйнштейна 1905 года и каким-то образом, несмотря на предупреждение Пуанкаре, он продолжал верить, что истинные преобразования координат были галилеевскими, а преобразования «Лоренца»… были лишь полезным формальным приемом…» с. 56. «Лоренц последовательно не мог понять оперативное значение своих представлений о «локальном» времени… Однако у него были намеки на замедление времени в 1899 году, но неизбежно были предостережения… Гипотезы системы Лоренца начали накапливаться. , и призрак ad hoc становилось все труднее игнорировать».

Тогда вклад Пуанкаре в теорию относительности:

п. 62: «Действительно, утверждение о том, что этот гигант чистой и прикладной математики совместно открыл специальную теорию относительности, не является чем-то необычным, и нетрудно понять, почему. Пуанкаре был первым, кто распространил принцип относительности именно на оптику и электродинамику. Тогда как Лоренц В своей теореме о соответствующих состояниях с 1899 года фактически предположил это расширение принципа относительности до эффектов второго порядка, Пуанкаре считал, что оно справедливо для всех порядков. Пуанкаре был первым, кто показал, что уравнения Максвелла с исходными членами являются строго Лоренцевыми. ковариантный… Пуанкаре был первым, кто использовал обобщенный принцип относительности в качестве ограничения на форму преобразований координат. Он признал, что принцип относительности подразумевает, что преобразования образуют группу, и, далее, апеллируя к пространственной изотропии. первым увидел связь между «местным временем» Лоренца и проблемой синхронизации часов… Справедливо сказать, что Пуанкаре был первым, кто понял относительность одновременности и условность удаленной одновременности. Пуанкаре предвосхитил интерпретацию Минковским преобразований Лоренца как пассивного, жесткого вращения в четырехмерном псевдоевклидовом пространстве-времени. Он также знал, что электромагнитные потенциалы трансформируются по принципу, который сейчас называется 4-вектором Минковского. Он предвосхитил основные результаты релятивистской динамики (и, в частности, релятивистские соотношения между силой, импульсом и скоростью), но не E=mc² в его полной общности».

Однако Браун продолжил изложение причин, которые говорят против того, чтобы приписывать Пуанкаре совместное открытие:

п. 63–64: «Каковы основания отказывать Пуанкаре в звании соавтора специальной теории относительности? ... Хотя Пуанкаре независимо от Эйнштейна понял, как преобразования Лоренца приводят к возникновению негалилеевых правил преобразования скоростей (действительно, Пуанкаре вывел правильные релятивистские правила), неясно, полностью ли он осознавал современное практическое значение, придаваемое преобразованиям координат... он, похоже, не понимал роли, которую играют члены второго порядка в преобразовании по сравнению с преобразованием. В случаях Лоренца и Лармора еще менее ясно, что Пуанкаре понимал либо сокращение длины, либо замедление времени как следствие преобразования координат... То, чего добивался Пуанкаре, было не чем иным, как новой теорией эфира и материи – нечто гораздо более амбициозное, чем то, что появилось в статье Эйнштейна об относительности 1905 года... стр. 65. Как и Эйнштейн полдесятилетия спустя, Пуанкаре хотел новой физики, а не реинтерпретации или реорганизации существующих представлений».

Браун отрицает идею других авторов и историков о том, что главное различие между Эйнштейном и его предшественниками заключается в отказе Эйнштейна от эфира, поскольку всегда можно по какой-либо причине добавить понятие привилегированной системы отсчета к специальной теории относительности, пока кто-то принимает это он останется ненаблюдаемым, а Пуанкаре также утверждал, что « когда-нибудь, несомненно, эфир будет отброшен как бесполезный ». Однако Браун привел несколько примеров того, что, по его мнению, было новым в работе Эйнштейна:

п. 66: «Полный смысл релятивистской кинематики просто не был должным образом понят до Эйнштейна. И «теория относительности», как ее сформулировал Эйнштейн в 1905 году, не была предвосхищена даже в своей программной форме». п. 69. «Как Альберт Эйнштейн... пришел к своей специальной теории относительности?... Я хочу только подчеркнуть, что невозможно понять открытие Эйнштейном (если это подходящее слово) специальной теории относительности, не принимая во внимание влияние квантов в физике». п. 81. «В этом отношении [Браун ссылается на конвенциональную природу отдаленной одновременности] Эйнштейн делал не более чем расширение темы, которую уже затронул Пуанкаре. Эйнштейн выходит далеко за пределы великого математика в своей трактовке преобразований координат. ...В частности, совершенно оригинально извлечение явлений сокращения длины и замедления времени непосредственно из преобразований Лоренца в разделе 4 статьи 1905 года».

После этого Браун развивает свою собственную динамическую интерпретацию специальной теории относительности в отличие от кинематического подхода, использованного в статье Эйнштейна 1905 года (хотя он говорит, что этот динамический взгляд уже содержится в статье Эйнштейна 1905 года, «замаскированной под язык кинематики», стр. 82). ), и современное понимание пространства-времени.

Роджер Серф (2006)

Роджер Серф (2006) отдавал приоритет Эйнштейну в разработке специальной теории относительности и критиковал утверждения Левегла и других относительно приоритета Пуанкаре. Хотя Серф соглашался с тем, что Пуанкаре внес важный вклад в теорию относительности, он утверждал (вслед за Пэем), что Пуанкаре « остановился перед решающим шагом », потому что он рассматривал сокращение длины как «третью гипотезу», поэтому Пуанкаре не имел полного понимания основных принципов теории относительности. относительность. « Решающим шагом Эйнштейна было то, что он отказался от механистического эфира в пользу новой кинематики ». Он также отрицает идею о том, что Пуанкаре изобрел E = mc² в его современном релятивистском смысле, потому что он не осознавал последствий этого соотношения. Серф считает связь Гильберта-Планка-Эйнштейна Левёгла неправдоподобной теорией заговора .

Шауль Кацир (2005)

Кацир (2005) утверждал, что « работу Пуанкаре следует рассматривать не как попытку сформулировать специальную теорию относительности, а как самостоятельную попытку решить вопросы электродинамики ». В отличие от Миллера и других, Кацир считает, что развитие Пуанкаре электродинамики привело его к отказу от чистой теории относительности. электромагнитное мировоззрение (из-за неэлектромагнитных напряжений Пуанкаре, введенных в 1905 году), а теория Пуанкаре представляет собой « релятивистскую физику », которая руководствуется принципом относительности. Однако в этой физике « теория Лоренца и теория Ньютона остались фундаментальными основами электродинамики и гравитации ».

Скотт Уолтер (2005, 2007)

Уолтер (2005) утверждает, что и Пуанкаре, и Эйнштейн выдвинули теорию относительности в 1905 году. А в 2007 году он написал, что, хотя Пуанкаре формально представил четырехмерное пространство-время в 1905/6 году, он все еще цеплялся за идею «пространства-времени Галилея». ". То есть Пуанкаре предпочитал ковариацию Лоренца ковариации Галилея, когда речь шла о явлениях, доступных экспериментальной проверке; тем не менее, с точки зрения пространства и времени Пуанкаре предпочитал пространство-время Галилея пространству-времени Минковского, а сокращение длины и замедление времени « являются просто кажущимися явлениями, возникающими из-за движения относительно эфира ». В этом состоит фундаментальное различие двух принципиальных подходов к теории относительности, а именно подхода «Лоренца и Пуанкаре», с одной стороны, и «Эйнштейна и Минковского», с другой.

См. также

• История преобразований Лоренца
• История специальной теории относительности
• Критика теории относительности#Обвинения в плагиате и приоритетные дискуссии
• Список споров о научных приоритетах
• Спор о приоритете общей теории относительности
• Множественное открытие

Ссылки

Труды по физике (первоисточники)

• [Ein05c]: Альберт Эйнштейн: Об электродинамике движущихся тел , Annals of Physics 17 (1905), 891–921. Поступило 30 июня, опубликовано 26 сентября 1905 г. Перепечатано с комментариями в [Sta89], с. 276–306 Английский перевод со сносками, отсутствующими в статье 1905 года, доступен в сети.
• [Ein05d] : Альберт Эйнштейн: Зависит ли инерция тела от содержания в нем энергии? , Annals of Physics 18 (1905), 639–641, перепечатано с комментариями в [Sta89], английский перевод документа 24 доступен в сети.
• [Ein06]: Альберт Эйнштейн: Принцип сохранения движения центра масс и инерции энергии Annals of Physics 20 (1906): 627–633, перепечатано с комментариями в [Sta89], документ 35.
• [Ein15a]: Эйнштейн, А. (1915) «Уравнение гравитационного поля». Труды Прусской академии наук в Берлине , 844–847.
• [Ein15b]: Эйнштейн, А. (1915) «Об общей теории относительности», труды Прусской академии наук в Берлине , 778–786.
• [Ein15c]: Эйнштейн, А. (1915) «Объяснение движения перигелия Меркурия из общей теории относительности», труды Прусской академии наук в Берлине , 799–801.
• [Ein15d]: Эйнштейн, А. (1915) «Об общей теории относительности», труды Прусской академии наук в Берлине , 831–839.
• [Ein16]: Эйнштейн, А. (1916) «Основы общей теории относительности», Анналы физики , 49.
• [Hil24]: Гильберт, Д., Основы физики - Математические анналы , 92, 1924 г. - цитата из «моей теории» на странице 2 - онлайн в Геттингенском университете. - указатель журнала. Архивировано 3 сентября 2007 г. в Wayback Machine.
• [Lan05]: Ланжевен, П. (1905) «О происхождении излучения и электромагнитной инерции», Журнал теоретической и прикладной физики , 4 , стр. 165–183.
• [Lan14]: Ланжевен, П. (1914) «Врач» в библиотеке Анри Пуанкаре (Феликс Алкан, 1914), стр. 115–202.
• [Lor99]: Лоренц, Х.А. (1899) « Упрощенная теория электрических и оптических явлений в движущихся системах », Proc. акад. Наука Амстердам , I , 427–43.
• [Lor04]: Лоренц, Х.А. (1904) « Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света », Proc. акад. Наука Амстердам , IV , 669–78.
• [Lor11]: Лоренц, Х.А. (1911) Амстердам Версль. ХХ , 87
• [Лор14]: Лоренц, Хендрик Антун (1921), математической физике» , «Две статьи Анри Пуанкаре по BF02392073 Acta Mathematica , 38 (1): 293–308, doi : 10.1007/ .
• [Pla07]:Планк, М. (1907) Berlin Sitz , 542.
• [Pla08]:Планк, М. (1908) Верх д. Немецкий. Физ. Ges X , стр. 218 и Phys. ЗС , IX , 828
• [Poi89]: Пуанкаре, Х. (1889) Математическая теория света , Карре и К. Но, Париж. Частично перепечатано в [Poi02], гл. 12.
• [Poi97]: Пуанкаре, Х. (1897) «Относительность пространства» , статья в английском переводе.
• [Poi00] : Пуанкаре, Анри (1900), «Теория Лоренца и принцип реакции» , Голландский архив точных и естественных наук , 5 : 252–278 . См. также английский перевод.
• [Poi02] : Пуанкаре, Анри (1902), Наука и гипотеза , Лондон и Ньюкасл-он-Сайн (1905): Издательство Walter Scott Publishing Co. {{citation}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
• [Poi04] : Пуанкаре, Анри (1904), «Современное состояние и будущее математической физики», Bulletin des Sciences Mathématiques , 28 (2): 302–324. Английский перевод как «Принципы математической физики » , в «Ценность науки» (1905a). , гл. 7–9.
• [Ball05] : Пуанкаре, Анри (1905b), «О динамике электрона» Comptes , Rendus , 140 : 1504–1508.
• [Poi06] : Пуанкаре, Анри (1906), «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
• [Poi08] : Пуанкаре, Анри (1908), Наука и метод , Лондон: Nelson & Sons.
• [Пои13]: Пуанкаре, Анри (1913), Последние очерки , Нью-Йорк: Dover Publication (1963)
• [Ein20]: Альберт Эйнштейн: « Эфир и теория относительности », Речь, произнесенная 5 мая 1920 года в Лейденском университете.
• [Sta89]: Джон Стэчел (ред.), Сборник статей Альберта Эйнштейна , том 2, Princeton University Press, 1989.

Дальнейшее чтение

• Нандор Балаж (1972) «Приемлемость физических теорий: Пуанкаре против Эйнштейна», страницы 21–34 в книге «Общая теория относительности: статьи в честь Дж. Л. Синга» , редактора Л. О'Рейферта, Clarendon Press .
• Айвз, HE (1952). «Вывод соотношения массы и энергии». J. Опт. Соц. Являюсь . 42 (8): 540–3. дои : 10.1364/josa.42.000540 .
• Айвз, HE (1953). «Заметка о« взаимосвязи массы и энергии » ». J. Опт. Соц. Являюсь . 43 (7): 619. doi : 10.1364/josa.43.0618_2 .
• Кесвани Г.Х., Килмистер К.В. (1983). «Инициации относительности. Относительность до Эйнштейна». Британский журнал философии науки . 34 (4): 343–54. дои : 10.1093/bjps/34.4.343 . ISSN   0007-0882 .
• Макроссан, Миннесота (1986). «Заметки об относительности до Эйнштейна» . Британский журнал философии науки . 37 (2): 232–34. CiteSeerX   10.1.1.679.5898 . дои : 10.1093/bjps/37.2.232 .
• Нортон, Джон Д. (1993). «Общая ковариация и основы общей теории относительности: восемь десятилетий споров» (PDF) . Реп. прог. Физ . 56 (7): 791–858. Бибкод : 1993РПФ...56..791Н . дои : 10.1088/0034-4885/56/7/001 . S2CID   250902085 .

Внешние ссылки

• Работы, связанные с Пуанкаре: мера времени в Wikisource
• Работы, связанные с Лоренцем: Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света, в Wikisource.
• Работы, связанные с Пуанкаре: Принципы математической физики в Wikisource
• Работы, связанные с Пуанкаре: о динамике электрона (июнь) в Wikisource
• Работы, связанные с Пуанкаре: о динамике электрона (июль) в Wikisource
• Гинграс, Ив (март 2008 г.). «Коллективное построение научной памяти: связь Эйнштейна-Пуанкаре и ее недовольство, 1905–2005» . История науки . 46 (1): 75–114. Бибкод : 2008HisSc..46...75G . дои : 10.1177/007327530804600103 . ISSN   0073-2753 . S2CID   52065287 .
• Попп, Брюс Д. (2020), Попп, Брюс Д. (редактор), «Эйнштейн, Пуанкаре и истоки специальной теории относительности» , Анри Пуанкаре: Электроны в специальную теорию относительности: перевод избранных статей и обсуждение , Чам: Springer International Publishing , стр. 211–225, номер документа : 10.1007/978-3-030-48039-4_11 , ISBN.  978-3-030-48039-4 , S2CID   226597931 , получено 29 октября 2020 г.