leblon (![[info]](http://p-stat.livejournal.com/img/userinfo.gif){kind=small} leblon) wrote,@ 2008-05-18 09:15:00 |
|
СТО
4. Подведем итоги.
В школьных учебниках написано, что Эйнштейн создал теорию относительности. Можно ли с этим согласиться? Основное утверждение СТО - это инвариантность законов природы по отношению к преобразованиям, называемым преобразованиями Лоренца. Именно Эйнштейн показал, почему так должно быть: это следствие принципа относительности, конечности скорости распространения сигналов и однородности и изотропности пространства-времени. Лоренц и Пуанкаре показали только, что конкретная теория - электродинамика Максвелла - удовлетворяет принципу относительности. Т.е. они нашли конкретную реализацию СТО. Сама СТО - это кинематическая теория; в принципе, ее могли открыть в любой момент после Галилея и Ньютона, которые первые выдвинули принцип относительности движения. Поэтому Эйнштейна по праву можно считать первооткрывателем СТО. Заметим, что Лоренц был с этим согласен.
Иногда пишут, что статья Эйнштейна 1905 года не содержит новых результатов по сравнению с Лоренцем и Пуанкаре, а только новую интерпретацию. Такое утверждение основано на отождествлении понятий "результат" и "формула". В средней школе акцент ставят на формулы, а не на их вывод, поэтому такое заблуждение очень распространено. Но физики знают, что самое важное - это предположения, на которых основан вывод формулы, потому что они определяют ее область применения. Эйнштейн показал, что все законы природы должны быть Лоренц-инвариантны; это - главный новый результат его статьи 1905 года. Показал он это, найдя чисто кинематический вывод преобразований Лоренца. (Ситуация с другим важным результатом - зависимостью массы от скорости - аналогична. Лоренц вывел ее только в предположении, что вся масса электрона - электромагнитного происхождения).
Справедливость этих аргументов не зависит от того, был ли Эйнштейн знаком с работой Лоренца 1904 года и заметкой Пуанкаре 1905 года. Даже если был (а он говорил, что не был), все равно центральное утверждение СТО было получено именно им.
В связи с этим замечу, что сам Пуанкаре понимал то различие, о котором мы сейчас говорим. Во введении к статье 1905 года (Rendiconti del circolo matematico di Palermo, 21, pages 129-175) он пишет:
…If propagation of attraction [of the non-electromagnetic forces] occurs with the speed of light, it could not be a fortuitous accident. Rather, it must be because it is a function of the ether, and then we would have to try to penetrate the nature of this function, and to relate it to other fluid functions.
We cannot be content with a simple juxtaposition of formulas that agree with each other by good fortune alone; these formulas must, in a manner of speaking, interpenetrate. The mind will be satisfied only when it believes it has perceived the reason for this agreement, and the belief is strong enough to entertain the illusion that it could have been predicted.
But the question may be viewed from a different perspective, better shown via an analogy. Let us imagine a pre-Copernican astronomer who reflects on Ptolemy’s system; he will notice that for all the planets, one of two circles - epicycle or deferent - is traversed in the same time. This fact cannot be due to chance, and consequently between all the planets there is a mysterious link we can only guess at. Copernicus, however, destroys this apparent link by a simple change in the coordinate axes that were considered fixed. Each planet now describes a single circle, and orbital periods become independent…
It is possible that something analogous is taking place here. If we were to admit the postulate of relativity, we would find the same number in the law of gravitation and the laws of electromagnetism - the speed of light - and we would find it again in all other forces of any origin whatsoever. This state of affairs may be explained in one of two ways: either everything in the universe would be of electromagnetic origin, or this aspect - shared, as it were, by all physical phenomena - would be a mere epi-phenomenon, something due to our methods of measurement.
How do we go about measuring? The first response will be: we transport solid objects considered to be rigid, one on top of the other. But that is no longer true in the current theory if we admit the Lorentzian contraction. In this theory, two lengths are equal, by definition, if they are traversed by light in equal times. Perhaps if we were to abandon this definition Lorentz’s theory would be as fully over-thrown as was Ptolemy’s system by Copernicus’s intervention.
Именно это и сделал Эйнштейн: он показал, что преобразования Лоренца имеют чисто кинематическое происхождение, и что все взаимодействия должны быть Лоренц-инвариантны, независимо от того, имеют ли они электромагнитную природу.
Иногда еще пишут, что Эйнштейн освободил физику от понятия эфира. С этим уже нельзя согласиться. Пуанкаре неоднократно писал, что понятие эфира не является физическим, если принять принцип относительности. Ведь единственная роль эфира - это служить абсолютной системой отсчета. Если все инерциальные системы равнправны, эфир не нужен. Пуанкаре говорил об этом по крайней мере с 1902 года, а может и раньше. Таким образом, Пуанкаре сформулировал главный принцип СТО (принцип относительности) задолго до Эйнштейна. Однако он не развил этот принцип в теорию, как это сделал Эйнштейн.
Наконец, несколько слов о проблеме цитирования предшественников. Работа Эйнштейна не содержит ни одной ссылки; даже имена других физиков-теоретиков не упоминаются. Это сыграло свою роль в том, что вклад Пуанкаре долгое время был недооценен. Другой важный момент: Лоренц практически не упоминал Пуанкаре в контексте обсуждения истории создания СТО. Тем самым создалось впечатление, что основные фигуры в этой истории - это Лоренц и Эйнштейн, а роль Пуанкаре незначительна.
На самом деле, если смотреть только на две "физические" статьи Пуанкаре 1905 года, может создаться впечатление, что он только поправил то, что было неправильно у Лоренца, и объяснил, что преобразования Лоренца образуют группу. Возможно, что сам Лоренц именно так и думал. Но тут нельзя забывать, что именно Пуанкаре сформулировал принцип относительности как всеобщий принцип, что он первый сказал, что эфир не является физическим понятием, что он первый поставил вопрос об относительности одновременности и придумал процедуру синхронизации часов при помощи световых сигналов. Тем самым Пуанкаре высказал все главные качественные положения СТО, причем за несколько лет до Эйнштейна.
В свете этого, становится важным вопрос, знал ли Эйнштейн об этих идеях Пуанкаре. Есть свидетельства современников, что он изучал книгу Пуанкаре "Наука и гипотеза" (1902), где эти идеи были изложены. Если это так, то научная добросовестность требовала, чтобы он сослался на Пуанкаре в своей работе 1905 года. Не сделав этого, Эйнштейн поступил крайне неэтично. В конце концов, справедливость восторжествовала, и теперь вклад Пуанкаре в создание СТО хорошо известен.
4. Подведем итоги.
В школьных учебниках написано, что Эйнштейн создал теорию относительности. Можно ли с этим согласиться? Основное утверждение СТО - это инвариантность законов природы по отношению к преобразованиям, называемым преобразованиями Лоренца. Именно Эйнштейн показал, почему так должно быть: это следствие принципа относительности, конечности скорости распространения сигналов и однородности и изотропности пространства-времени. Лоренц и Пуанкаре показали только, что конкретная теория - электродинамика Максвелла - удовлетворяет принципу относительности. Т.е. они нашли конкретную реализацию СТО. Сама СТО - это кинематическая теория; в принципе, ее могли открыть в любой момент после Галилея и Ньютона, которые первые выдвинули принцип относительности движения. Поэтому Эйнштейна по праву можно считать первооткрывателем СТО. Заметим, что Лоренц был с этим согласен.
Иногда пишут, что статья Эйнштейна 1905 года не содержит новых результатов по сравнению с Лоренцем и Пуанкаре, а только новую интерпретацию. Такое утверждение основано на отождествлении понятий "результат" и "формула". В средней школе акцент ставят на формулы, а не на их вывод, поэтому такое заблуждение очень распространено. Но физики знают, что самое важное - это предположения, на которых основан вывод формулы, потому что они определяют ее область применения. Эйнштейн показал, что все законы природы должны быть Лоренц-инвариантны; это - главный новый результат его статьи 1905 года. Показал он это, найдя чисто кинематический вывод преобразований Лоренца. (Ситуация с другим важным результатом - зависимостью массы от скорости - аналогична. Лоренц вывел ее только в предположении, что вся масса электрона - электромагнитного происхождения).
Справедливость этих аргументов не зависит от того, был ли Эйнштейн знаком с работой Лоренца 1904 года и заметкой Пуанкаре 1905 года. Даже если был (а он говорил, что не был), все равно центральное утверждение СТО было получено именно им.
В связи с этим замечу, что сам Пуанкаре понимал то различие, о котором мы сейчас говорим. Во введении к статье 1905 года (Rendiconti del circolo matematico di Palermo, 21, pages 129-175) он пишет:
…If propagation of attraction [of the non-electromagnetic forces] occurs with the speed of light, it could not be a fortuitous accident. Rather, it must be because it is a function of the ether, and then we would have to try to penetrate the nature of this function, and to relate it to other fluid functions.
We cannot be content with a simple juxtaposition of formulas that agree with each other by good fortune alone; these formulas must, in a manner of speaking, interpenetrate. The mind will be satisfied only when it believes it has perceived the reason for this agreement, and the belief is strong enough to entertain the illusion that it could have been predicted.
But the question may be viewed from a different perspective, better shown via an analogy. Let us imagine a pre-Copernican astronomer who reflects on Ptolemy’s system; he will notice that for all the planets, one of two circles - epicycle or deferent - is traversed in the same time. This fact cannot be due to chance, and consequently between all the planets there is a mysterious link we can only guess at. Copernicus, however, destroys this apparent link by a simple change in the coordinate axes that were considered fixed. Each planet now describes a single circle, and orbital periods become independent…
It is possible that something analogous is taking place here. If we were to admit the postulate of relativity, we would find the same number in the law of gravitation and the laws of electromagnetism - the speed of light - and we would find it again in all other forces of any origin whatsoever. This state of affairs may be explained in one of two ways: either everything in the universe would be of electromagnetic origin, or this aspect - shared, as it were, by all physical phenomena - would be a mere epi-phenomenon, something due to our methods of measurement.
How do we go about measuring? The first response will be: we transport solid objects considered to be rigid, one on top of the other. But that is no longer true in the current theory if we admit the Lorentzian contraction. In this theory, two lengths are equal, by definition, if they are traversed by light in equal times. Perhaps if we were to abandon this definition Lorentz’s theory would be as fully over-thrown as was Ptolemy’s system by Copernicus’s intervention.
Именно это и сделал Эйнштейн: он показал, что преобразования Лоренца имеют чисто кинематическое происхождение, и что все взаимодействия должны быть Лоренц-инвариантны, независимо от того, имеют ли они электромагнитную природу.
Иногда еще пишут, что Эйнштейн освободил физику от понятия эфира. С этим уже нельзя согласиться. Пуанкаре неоднократно писал, что понятие эфира не является физическим, если принять принцип относительности. Ведь единственная роль эфира - это служить абсолютной системой отсчета. Если все инерциальные системы равнправны, эфир не нужен. Пуанкаре говорил об этом по крайней мере с 1902 года, а может и раньше. Таким образом, Пуанкаре сформулировал главный принцип СТО (принцип относительности) задолго до Эйнштейна. Однако он не развил этот принцип в теорию, как это сделал Эйнштейн.
Наконец, несколько слов о проблеме цитирования предшественников. Работа Эйнштейна не содержит ни одной ссылки; даже имена других физиков-теоретиков не упоминаются. Это сыграло свою роль в том, что вклад Пуанкаре долгое время был недооценен. Другой важный момент: Лоренц практически не упоминал Пуанкаре в контексте обсуждения истории создания СТО. Тем самым создалось впечатление, что основные фигуры в этой истории - это Лоренц и Эйнштейн, а роль Пуанкаре незначительна.
На самом деле, если смотреть только на две "физические" статьи Пуанкаре 1905 года, может создаться впечатление, что он только поправил то, что было неправильно у Лоренца, и объяснил, что преобразования Лоренца образуют группу. Возможно, что сам Лоренц именно так и думал. Но тут нельзя забывать, что именно Пуанкаре сформулировал принцип относительности как всеобщий принцип, что он первый сказал, что эфир не является физическим понятием, что он первый поставил вопрос об относительности одновременности и придумал процедуру синхронизации часов при помощи световых сигналов. Тем самым Пуанкаре высказал все главные качественные положения СТО, причем за несколько лет до Эйнштейна.
В свете этого, становится важным вопрос, знал ли Эйнштейн об этих идеях Пуанкаре. Есть свидетельства современников, что он изучал книгу Пуанкаре "Наука и гипотеза" (1902), где эти идеи были изложены. Если это так, то научная добросовестность требовала, чтобы он сослался на Пуанкаре в своей работе 1905 года. Не сделав этого, Эйнштейн поступил крайне неэтично. В конце концов, справедливость восторжествовала, и теперь вклад Пуанкаре в создание СТО хорошо известен.
