Введение
Дебаты о приоритете в теории специальной относительности
спор об открытии специальной относительности
Альберт Эйнштейн представил теории специальной и общей относительности в публикациях, которые либо не содержали формальных ссылок на предыдущие работы, либо ссылались лишь на небольшое число предшественников за фундаментальные результаты, на которых он основывал свои теории, в частности, на работы Анри Пуанкаре и Хендрика Лоренца для специальной относительности, а также на работы Давида Гильберта, Карла Ф. Гаусса, Бернарда Римана и Эрнста Маха для общей относительности. Впоследствии выдвигались утверждения об обеих теориях, согласно которым они были сформулированы полностью или частично другими учеными до Эйнштейна. Суть спора заключается в том, в какой степени Эйнштейну и другим исследователям следует приписывать формулирование этих теорий, исходя из соображений приоритета. Различные ученые подвергли сомнению отдельные аспекты работ Эйнштейна, Пуанкаре и Лоренца, предшествовавшие публикации теорий в 1905 году. Вопросы, поднятые этими исследователями, включают степень знакомства Эйнштейна с работами Пуанкаре, знакомство Эйнштейна со статьей Лоренца 1904 года или ее обзором, а также то, насколько Эйнштейн следил за другими физиками того времени. Известно, что Эйнштейн был знаком со статьей Пуанкаре 1902 года [Poi02], но степень его знакомства с другими работами Пуанкаре в 1905 году неизвестна. Однако известно, что он был знаком с [Poi00] в 1906 году, поскольку он цитировал ее в [Ein06]. В статье Лоренца 1904 года [Lor04] содержались преобразования, носящие его имя, которые были опубликованы в Annalen der Physik. Некоторые авторы утверждают, что Эйнштейн работал в относительной изоляции и с ограниченным доступом к физической литературе в 1905 году. Однако другие с этим не согласны; личный друг Эйнштейна, Морис Соловина, признал, что он и Эйнштейн тщательно изучали книгу Пуанкаре 1902 года, что держало их "в напряжении неделями" [Rot06]. Также был поднят вопрос о том, внесла ли жена Эйнштейна, Милева Марич, вклад в его работу, но большинство исследователей этой темы считают, что нет существенных доказательств ее значительного вклада. Также первая жена Эйнштейна, Милева Марич, хотя ее вклад и не считается обоснованным, согласно мнению серьезных ученых. В своей "Истории теорий эфира и электричества" 1953 года Э. Т. Уиттакер утверждал, что теория относительности является творением Пуанкаре и Лоренца, приписывая работам Эйнштейна лишь незначительное значение. Однако большинство историков науки, таких как Джеральд Холтон, Артур И. Миллер, Абрахам Пайс, Джон Штахель или Оливье Дарриголь, придерживаются иных взглядов. Они признают, что Лоренц и Пуанкаре разработали математический аппарат специальной теории относительности, и многие ученые изначально 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 лишь в своих философских трудах, но в своих физических работах он сохранял эфир как привилегированную систему отсчета, которая принципиально необнаружима, и продолжал (как и Лоренц) различать "реальные" длины и времена, измеряемые наблюдателями, находящимися в состоянии покоя в эфире, и "кажущиеся" длины и времена, измеряемые наблюдателями, движущимися в эфире. В 1904 году он расширил этот принцип, заявив: "Принцип относительности, согласно которому законы физических явлений должны быть одинаковы для неподвижного наблюдателя и для наблюдателя, движущегося равномерно и прямолинейно, так что у нас нет и не может быть никаких средств для определения того, движемся ли мы в таком движении". Однако он также отметил, что мы не знаем, окажется ли этот принцип верным, но интересно определить, какие следствия он влечет за собой. В 1900 году ([Poi00]) Пуанкаре опубликовал статью, в которой утверждал, что излучение можно рассматривать как фиктивную жидкость с эквивалентной массой. Он вывел эту интерпретацию из "теории электронов" Лоренца, которая включала давление излучения Максвелла. Пуанкаре описал процедуру синхронизации часов, находящихся в состоянии покоя относительно друг друга, в [Poi00] и снова в [Poi04]. Таким образом, два события, одновременные в одной системе отсчета, не являются одновременными в другой системе отсчета. Это очень похоже на то, что позже предложил Эйнштейн. Однако Пуанкаре различал "локальное" или "кажущееся" время движущихся часов и "истинное" время покоящихся часов в эфире. В [Poi02] он предположил, что "несомненно, когда-нибудь 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 первым заявил, что эти принципы (вместе с некоторыми другими базовыми предположениями об однородности и изотропии пространства, обычно принимаемыми теоретиками) достаточны для вывода теории — см. Постулаты специальной теории относительности. Он сказал: "Введение светоносного эфира окажется излишним, поскольку развиваемый здесь подход не требует абсолютно неподвижного пространства с особыми свойствами и не приписывает вектор скорости точке пустого пространства, в котором происходят электромагнитные процессы". * В работе Эйнштейна по электродинамике [Ein05c] нет формальных ссылок на другие работы. Однако в §9, части II, упоминается, что результаты, представленные в статье, согласуются с электродинамикой Лоренца. Пуанкаре не упоминается в этой статье, хотя он цитируется формально в статье Эйнштейна о специальной относительности, написанной в следующем году. В 1905 году Эйнштейн первым предположил, что при потере материальным телом энергии (в виде излучения или тепла) в количестве ΔE его масса уменьшается на это же количество. Герман Минковский в 1907 году показал, что теорию специальной относительности можно элегантно описать, используя четырехмерное пространство-время, объединяющее измерение времени с тремя измерениями пространства. В 1920 году Эйнштейн вернулся к концепции эфира, не имеющего состояния движения.
the dispute over the discovery of special relativity
Albert Einstein presented the theories of special relativity and general relativity in publications that either contained no formal references to previous literature, or referred only to a small number of his predecessors for fundamental results on which he based his theories, most notably to the work of Henri Poincaré and Hendrik Lorentz for special relativity, and to the work of David Hilbert, Carl F. Gauss, Bernhard Riemann, and Ernst Mach for general relativity. Subsequently, claims have been put forward about both theories, asserting that they were formulated, either wholly or in part, by others before Einstein. At issue is the extent to which Einstein and various other individuals should be credited for the formulation of these theories, based on priority considerations. Various scholars have questioned aspects of the work of Einstein, Poincaré, and Lorentz leading up to the theories’ publication in 1905. Questions raised by these scholars include asking to what degree Einstein was familiar with Poincaré's work, whether Einstein was familiar with Lorentz's 1904 paper or a review of it, and how closely Einstein followed other physicists at the time. It is known that Einstein was familiar with Poincaré's 1902 paper [Poi02], but it is not known to what extent he was familiar with other work of Poincaré in 1905. However, it is known that he knew [Poi00] in 1906, because he quoted it in [Ein06]. Lorentz's 1904 paper [Lor04] contained the transformations bearing his name that appeared in the Annalen der Physik. Some authors claim that Einstein worked in relative isolation and with restricted access to the physics literature in 1905. Others, however, disagree; a personal friend of Einstein, Maurice Solovine, acknowledged that he and Einstein pored over Poincaré's 1902 book, keeping them "breathless for weeks on end" [Rot06]. The question of whether Einstein's wife Mileva Marić contributed to Einstein's work has also been raised, but most scholars on the topic say that there is no substantive evidence that she made significant contributions. Also Einstein's first wife Mileva Marić, although her contribution is not considered to have any foundation according to serious scholars. In his History of the theories of ether and electricity from 1953, E. T. Whittaker claimed that relativity is the creation of Poincaré and Lorentz and attributed to Einstein's papers only little importance. However, most historians of science, like Gerald Holton, Arthur I. Miller, Abraham Pais, John Stachel, or Olivier Darrigol have other points of view. They admit that Lorentz and Poincaré developed the mathematics of special relativity, and many scientists originally spoke about the "Lorentz–Einstein theory". But they argue that it was Einstein who eliminated the classical ether and demonstrated the relativity of space and time. They also argue that Poincaré demonstrated the relativity of space and time only in his philosophical writings, but in his physical papers he maintained the ether as a privileged frame of reference that is perfectly undetectable, and continued (like Lorentz) to distinguish between "real" lengths and times measured by observers at rest within the aether, and "apparent" lengths and times measured by observers in motion within the aether. In 1904 he expanded that principle by saying: "The principle of relativity, according to which the laws of physical phenomena must be the same for a stationary observer as for one carried along in a uniform motion of translation, so that we have no means, and can have none, of determining whether or not we are being carried along in such a motion." However, he also stated that we do not know if this principle will turn out to be true, but that it is interesting to determine what the principle implies. In 1900([Poi00]), Poincaré published a paper in which he said that radiation could be considered as a fictitious fluid with an equivalent mass of He derived this interpretation from Lorentz's 'theory of electrons' which incorporated Maxwell's radiation pressure. Poincaré had described a synchronization procedure for clocks at rest relative to each other in [Poi00] and again in [Poi04]. So two events, which are simultaneous in one frame of reference, are not simultaneous in another frame. It is very similar to the one later proposed by Einstein. However, Poincaré distinguished between "local" or "apparent" time of moving clocks, and the "true" time of resting clocks in the ether. In [Poi02] he argued that "some day, no doubt, the ether will be thrown aside as useless". Lorentz' paper [Lor04] containing the transformations bearing his name appeared in 1904. Albert Einstein in [Ein05c] derived the Lorentz equations by using the principle of constancy of velocity of light and the relativity principle. He was the first to argue that those principles (along with certain other basic assumptions about the homogeneity and isotropy of space, usually taken for granted by theorists) are sufficient to derive the theory—see Postulates of special relativity. He said: "The introduction of a luminiferous ether will prove to be superfluous inasmuch as the view here to be developed will not require an absolutely stationary space provided with special properties, nor assign a velocity vector to a point of the empty space in which electromagnetic processes take place." * Einstein's Elektrodynamik paper [Ein05c] contains no formal references to other literature. It does mention, in §9, part II, that the results of the paper are in agreement with Lorentz's electrodynamics. Poincaré is not mentioned in this paper, although he is cited formally in a paper on special relativity written by Einstein the following year. In 1905 Einstein was the first to suggest that when a material body lost energy (either radiation or heat) of amount , its mass decreased by the amount Hermann Minkowski showed in 1907 that the theory of special relativity could be elegantly described using a four dimensional spacetime, which combines the dimension of time with the three dimensions of space. Einstein in 1920 returned to a concept of aether having no state of motion.
Элий Захар (1983)
В нескольких статьях Эли Захар (1983, 2000) и Питер Галисон сравнили подходы Пуанкаре и Эйнштейна к переформулированию концепций пространства и времени. Он писал: «Действительно ли Эйнштейн открыл теорию относительности? Или она уже была у Пуанкаре? Эти старые вопросы стали столь же утомительными, сколь и бесплодными». Это связано с тем, что ответ зависит от того, какие аспекты теории относительности считаются ключевыми: отказ от эфира, преобразования Лоренца, связь с природой пространства и времени, предсказания экспериментальных результатов или что-то другое. Для Галисона важнее признать, что оба мыслителя были обеспокоены проблемами синхронизации часов и, таким образом, оба разработали новое операциональное определение одновременности. Однако, если Пуанкаре придерживался конструктивного подхода и сохранял концепции стационарного эфира Лоренца и различия между «видимыми» и «истинными» временами, то Эйнштейн отказался от эфира и, следовательно, все времена в различных инерциальных системах отсчета равноправны. Галисон утверждал, что это не означает консерватизм Пуанкаре, поскольку он часто намекал на революционный характер «новой механики» Лоренца.