Teoria eterului lui Lorentz (LEL) își are rădăcinile în „teoria electronilor” a lui Hendrik Lorentz , care a fost ultimul punct în dezvoltarea teoriilor clasice ale eterului la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea.
Teoria lui Lorentz a fost creată inițial între 1892 și 1895. și s-a bazat pe ipoteza unui eter complet imobil. Ea a explicat eșecurile încercărilor de a detecta mișcarea în raport cu eterul în primul ordin v / c prin introducerea unei variabile auxiliare „ora locală” pentru a combina sistemele în repaus și în mișcare în eter. În plus, rezultatul negativ al experimentului lui Michelson din 1892 a condus la ipoteza contracției Lorentz . Cu toate acestea, restul experimentelor au dat, de asemenea, un rezultat negativ și (ghidați de principiul relativității A. Poincaré ) în 1899, 1904. Lorentz a încercat să-și extindă teoria la toate ordinele v / c prin introducereTransformări Lorentz . El credea, de asemenea, că forțele neelectromagnetice (dacă există) sunt transformate în același mod ca și cele electromagnetice . Cu toate acestea, Lorentz a făcut o greșeală în formula pentru densitatea de sarcină și curent, așa că teoria sa nu a exclus pe deplin posibilitatea de a detecta eterul. Drept urmare, în 1905, Poincaré a corectat greșelile lui Lorentz și a inclus forțe neelectromagnetice, inclusiv gravitația , în teorie . Multe aspecte ale teoriei lui Lorentz au fost incluse în teoria relativității speciale (SRT) în lucrările lui A. Einstein și G. Minkowski .
Astăzi, TEL este adesea interpretat ca un fel de interpretare „Lorentz” a teoriei relativității speciale [1] . Introducerea contracției lungimii și a dilatării timpului în cadrul de referință „privilegiat” , care joacă rolul eterului fix al lui Lorentz, conduce la transformări complete Lorentz (de exemplu, vezi teoria Robertson-Mansoury-Sekla ). Deoarece ambele teorii au același formalism matematic, nu există nicio modalitate de a distinge experimental între TEL și SRT. Dar din moment ce existența unui eter nedetectabil este presupusă în TEL, iar validitatea principiului relativității pare a fi doar o coincidență, atunci, în general, se acordă preferință SRT.
Această teorie, care a fost dezvoltată în principal între 1892 și 1906. Lorentz și Poincaré, s-a bazat pe teoria eterului a lui Augustin Jean Fresnel , ecuațiile lui Maxwell și teoria electronilor a lui Rudolf Clausius . [B 1] Lorentz a introdus o separare strictă între materie (electroni) și eter, drept urmare în modelul său eterul este complet imobil și nu se pune în mișcare în vecinătatea materiei ponderabile. După cum a spus mai târziu Max Born , a fost firesc (deși nu este necesar din punct de vedere logic) ca oamenii de știință din acea vreme să identifice cadrul de odihnă eteric Lorentz cu spațiul absolut al lui Isaac Newton [B 2] . Starea acestui eter poate fi descrisă de câmpul electric E și câmpul magnetic H, unde aceste câmpuri reprezintă „stările” eterului (fără specificații suplimentare) asociate cu sarcinile electronilor. Astfel, eterul electromagnetic abstract înlocuiește vechile modele ale eterului mecanicist. Spre deosebire de Clausius, care a fost de acord că electronii sunt supuși unei interacțiuni pe distanță lungă, câmpul electromagnetic al eterului apare ca un intermediar între electroni, iar modificările acestui câmp nu se pot propaga mai repede decât viteza luminii . Lorentz a explicat teoretic efectul Zeeman pe baza teoriei sale, pentru care a primit Premiul Nobel pentru fizică în 1902. Joseph Larmor a găsit în același timp o teorie similară, dar conceptul său se baza pe un eter mecanic. Conceptul fundamental al teoriei lui Lorentz în 1895 [A 1] a fost „teorema stării corespunzătoare” pentru termenii de ordin v / c . Această teoremă afirmă că un observator care se mișcă în raport cu eterul poate folosi aceleași ecuații electrodinamic ca un observator într-un sistem eteric staționar, deci observă același lucru.
Marea problemă a acestei teorii a fost experimentul Michelson-Morley din 1887. Conform teoriilor lui Fresnel și Lorentz, mișcarea relativă a unui eter fix ar trebui determinată de acest experiment, dar rezultatul a fost negativ. Michelson însuși credea că rezultatul susține ipoteza transportului eterului, în care eterul este complet antrenat în materie. Cu toate acestea, alte experimente precum cel al lui Fizeau și efectul de aberație au infirmat acest model.
O posibilă soluție a apărut în 1889, când Oliver Heaviside a derivat din ecuațiile lui Maxwell că potențialul vectorial al unui câmp electromagnetic în jurul unui corp în mișcare variază în funcție de un factor . Pe baza acestui rezultat și a ipotezei unui eter fix, în conformitate cu experimentul Michelson-Morley, George Fitzgerald în 1889 (calitativ) și independent de el Lorentz în 1892 [A 2] (deja cantitativ) a sugerat că nu numai câmpul electrostatic , dar și forțele moleculare influențează în așa fel încât dimensiunea corpului de-a lungul liniei de mișcare să fie mai mică decât dimensiunea corpului perpendicular pe linia de mișcare. Cu toate acestea, un observator care se mișcă cu Pământul nu ar observa această contracție, deoarece toate celelalte instrumente sunt comprimate de același raport. În 1895 [A 1] Lorenz a propus trei posibile explicații pentru această contracție relativă: [B 3]
Deși o posibilă conexiune între forțele electrostatice și intermoleculare a fost folosită de Lorentz ca argument de plauzibilitate, ipoteza compresiei a fost în curând văzută ca pur ad-hoc . De asemenea, este important ca o astfel de contracție să afecteze spațiul dintre electroni, dar nu și electronii în sine, motiv pentru care uneori este numită „ipoteza intermoleculară”. Așa-numita contracție Lorentz fără expansiune este perpendiculară pe linia de mișcare și valoarea exactă (unde l 0 este lungimea repausului în eter) a fost dată de Larmor în 1897 și Lorentz în 1904. În același an, Lorentz a mai susținut că această contracție afectează electronii înșiși [B 4] . Consultați transformările #Lorentz [A 3] pentru detalii .
O parte importantă a teoremei stărilor corespunzătoare în 1892 și 1895. [A 1] a fost ora locală , unde t este coordonata de timp pentru un observator în repaus în eter, iar t ' este coordonata de timp pentru un observator care se mișcă în eter. ( Woldemar Vogt a folosit anterior aceeași expresie pentru ora locală în 1887 pentru a se raporta la efectul Doppler și la mediile incompresibile). Cu acest concept, Lorentz a putut explica aberația luminii , efectul Doppler și experimentul Fizeau (adică măsurarea coeficientului de deriva Fresnel (eter)) în fluidele în mișcare și în repaus. Deși contracția lui Lorentz a fost un efect fizic real, el a considerat transformarea timpului doar ca o ipoteză de lucru euristică și o condiție matematică care simplifică calculul atunci când se trece de la un sistem în repaus la un sistem în mișcare „fictiv”. Spre deosebire de Lorentz, Poincaré a văzut definiția timpului local ca ceva mai mult decât un truc matematic, pe care l-a numit „cea mai ingenioasă idee a lui Lorentz” [A 4] . În Măsura timpului , el a scris în 1898 [A 5] :
Nu avem intuiție directă pentru simultaneitate și nici pentru egalitatea a două perioade. Dacă credem în această intuiție, este o iluzie. Ne-am ajutat cu anumite reguli pe care le folosim de obicei fără să ne dăm socoteală [...]. Prin urmare, alegem aceste reguli, nu pentru că sunt adevărate, ci pentru că sunt cele mai convenabile și le-am putea rezuma spunând: „Simuleitatea a două evenimente sau ordinea succesiunii lor - egalitatea a două durate - ar trebui să fie determinată în aşa fel încât expunerea legilor naturale să fie cât mai simplă. Cu alte cuvinte, toate aceste reguli, toate aceste definiții sunt doar rodul oportunismului inconștient.” [C 1]
În 1900, Poincaré a interpretat ora locală ca rezultat al unei proceduri de sincronizare bazată pe semnale luminoase. El a sugerat ca doi observatori A și B , care se mișcă în aer, să își sincronizeze ceasurile folosind semnale optice. Deoarece cred că sunt în repaus, trebuie doar să ia în considerare timpul de semnalizare și apoi să combine observațiile pentru a verifica dacă ceasurile lor sunt sincrone. Cu toate acestea, din punctul de vedere al unui observator care se odihnește în eter, ceasurile nu sunt sincrone și arată ora locală . Dar din moment ce observatorii în mișcare nu știu nimic despre mișcarea lor, ei nu vor detecta acest lucru [A 6] . În 1904, el a ilustrat aceeași procedură astfel: A trimite un semnal la momentul 0 către B , care îl primește la momentul t . B trimite de asemenea un semnal la momentul 0 către A , care îl primește la momentul t . Dacă în ambele cazuri t are aceeași valoare, atunci ceasurile sunt sincrone, dar numai într-un sistem în care ceasurile sunt în repaus în eter. Deci, conform lui Darrigol [B 5] , Poincaré a înțeles ora locală ca un efect fizic la fel ca și contracția lungimii, spre deosebire de Lorentz, care a folosit aceeași interpretare după 1906. Cu toate acestea, spre deosebire de Einstein, care a folosit mai târziu o procedură de sincronizare similară numită sincronizare Einstein , Darrigol spune că Poincaré a considerat ceasurile care se odihnesc în eter pentru a indica timpul adevărat [A 4] .
Cu toate acestea, nu se știa la început că ora locală includea ceea ce este acum cunoscut sub numele de dilatare a timpului . Acest efect a fost observat pentru prima dată de Larmor (1897), care a scris că „ electronii individuali descriu părțile corespunzătoare ale orbitelor lor de câteva ori mai scurte pentru sistemul eteric în raport cu sau ”. Și în 1899, pentru frecvența oscilațiilor electronilor oscilatori, Lorentz a remarcat [A 7] , „ că în S timpul de vibrație va fi de ori mai mare decât în S 0 ”, unde S 0 este cadrul de referință al eterului, S este cadrul de referință fictiv din punct de vedere matematic al observatorului în mișcare, k = și este un factor nedeterminat [B 6] .
În timp ce „ora locală” ar putea explica rezultatul negativ al experimentului de derive a eterului de ordinul întâi v / c , datorită altor experimente eșuate de derivă a eterului, cum ar fi Experimentul Troughton–Noble , a fost necesar să se schimbe ipoteza pentru a include efecte de ordinul doi. Instrumentul matematic pentru aceasta este așa-numita transformare Lorentz . Acest lucru a fost făcut de Voigt în 1887, care obținuse deja un sistem similar de ecuații (dar cu un factor de scară diferit). Ulterior, Larmor în 1897 și Lorentz în 1899 [A 7] au obținut ecuații într-o formă echivalentă din punct de vedere algebric cu cele încă în uz (cu toate acestea, Lorentz a folosit un factor l nedefinit în transformările sale ). În lucrarea sa Fenomene electromagnetice într-un sistem care se mișcă cu orice viteză mai mică decât viteza luminii (1904 [A 3], Lorentz a încercat să creeze o astfel de teorie încât toate forțele dintre molecule să depindă de transformările lui Lorentz (în care Lorentz stabilește factor l la unitate) la fel ca forțele electrostatice. Cu alte cuvinte, Lorentz a încercat să creeze o teorie în care mișcarea relativă a Pământului și a eterului (aproape sau complet) să nu poată fi detectată. Prin urmare, a generalizat ipoteza contracției și a susținut că nu numai forțele dintre electroni, ci și electronii înșiși se contractă de-a lungul liniei de mișcare.Totuși, Max Abraham (1904) s-a grăbit să sublinieze neajunsul acestei teorii: în cadrul unei teorii pur electromagnetice, comprimatul configurația electronică este instabilă și trebuie introdusă o forță non-electronică pentru a stabiliza electronii. Abraham însuși a pus sub semnul întrebării posibilitatea includerii unor astfel de forțe în teoria lui Lorentz.
Pentru a rezolva această problemă, la 5 iunie 1905, Poincaré [A 8] a prezentat așa-numitele „eforturi Poincaré”. Aceste „forțe” au fost interpretate de el ca o presiune externă neelectromagnetică, care a stabilizat electronii și a servit și ca explicație pentru contracția lungimii [B 7] . Deși a susținut că Lorentz a reușit să creeze o teorie conformă cu postulatul relativității, el a arătat că ecuațiile lui Lorentz ale electrodinamicii nu erau complet covariante Lorentz . Astfel, arătând la caracteristicile de grup ale transformării, Poincaré a demonstrat covarianța Lorentz a ecuațiilor Maxwell-Lorentz și a corectat formulele de transformare Lorentz pentru densitatea de sarcină și densitatea de curent . El a continuat să schițeze un model de gravitație (inclusiv undele gravitaționale ) care ar putea fi compatibil cu aceste transformări. Poincaré a folosit pentru prima dată termenul „transformări Lorentz” și le-a dat forma care este folosită și astăzi. (Unde este o funcție arbitrară care ar trebui setată la unu pentru a păstra caracteristicile grupului și, de asemenea, pentru a seta viteza luminii la unu).
O lucrare în mare măsură extinsă (așa-numita „Hârtie de la Palermo”) [A 9] a fost prezentată lui Poincaré la 23 iulie 1905, dar a fost publicată în ianuarie 1906, deoarece revista era publicată doar de două ori pe an. El a vorbit literal despre „postulatul relativității” și a arătat că transformările sunt o consecință a principiului celei mai mici acțiuni ; el a demonstrat caracteristicile de grup ale transformării mai detaliat, pe care l-a numit grupul Lorentz , și a arătat că combinația este o invariantă. Dezvoltându-și teoria gravitației, el a observat că transformarea Lorentz este pur și simplu o rotație în spațiu cu patru dimensiuni în jurul originii, introducându -se ca a patra coordonată imaginară. El a folosit, de asemenea, o formă timpurie a patru-vectorului . Cu toate acestea, Poincare a spus mai târziu că traducerea fizicii în limbajul geometriei cu patru dimensiuni ar presupune prea mult efort, aducând doar beneficii limitate și, prin urmare, a refuzat să dezvolte consecințele acestei idei. Acest lucru a fost făcut mai târziu de Minkowski, vezi „The shift to relativity” [B 8] .
J. Thomson (1881) și alții au remarcat că energia electromagnetică contribuie la masa corpurilor încărcate într-o cantitate , pe care au numit-o masa electromagnetică sau „aparentă”. O altă derivație a unei variații a masei electromagnetice a fost realizată de Poincaré (1900). Folosind impulsul câmpurilor electromagnetice, el a ajuns la concluzia că aceste câmpuri contribuie cu masă la toate corpurile, ceea ce este necesar pentru păstrarea teoremei centrului de masă .
După cum au observat Thomson și alții, această masă crește și ea odată cu viteza. Astfel, în 1899 Lorentz a calculat că raportul dintre masa unui electron dintr-un cadru de referință în mișcare față de cadrul de referință eteric este paralel cu direcția mișcării și perpendicular pe direcția mișcării, unde și este un factor nedefinit. [A 7] . Și în 1904 a stabilit , obținând expresii pentru masele în diferite direcții (longitudinale și transversale) [A 3] :
Unde
Mulți oameni de știință credeau atunci că toată masa și toate formele de forță sunt de natură electromagnetică. Cu toate acestea, această idee a trebuit să fie abandonată în cursul dezvoltării mecanicii relativiste . Abraham (1904) a susținut (așa cum este descris în secțiunea anterioară # Transformări Lorentz ) că forțele de legare non-electrice au fost necesare în modelul Lorentz al electronilor. Dar Abraham a mai observat că se obțin rezultate diferite în funcție de faptul dacă masa electromagnetică este calculată în termeni de energie sau în termeni de impuls. Pentru a rezolva aceste probleme, Poincare în 1905 [A 8] și 1906 [A 9] a introdus un tip de presiune de natură neelectrică, care adaugă o valoare suplimentară energiei corpurilor și, prin urmare, explică factorul 4/3 în expresie pentru raportul electromagnetic masă-energie. Cu toate acestea, deși expresia lui Poincaré pentru energia electronilor a fost corectă, el a afirmat în mod eronat că numai energia electromagnetică contribuie la masa corpurilor [B 9] .
Problema multiplicatorului 4/3 devine mai de înțeles atunci când teorema generalizată a lui Poynting [2] este utilizată pentru toate câmpurile care acționează într-un sistem fizic . În acest caz, se arată că cauza problemei multiplicatorului 4/3 este diferența dintre un vector cu 4 și un tensor cu 4 de rangul doi. Într-adevăr, energia și impulsul sistemului formează un 4-impuls. Cu toate acestea, densitățile de energie și de impuls ale câmpului electromagnetic sunt componente de timp ale tensorului energie-impuls și nu formează un vector 4. Același lucru este valabil și pentru integralele de volum ale acestor componente. Ca rezultat, într-o mișcare constantă rectilinie a unui sistem format din particule de materie și câmpuri, energia relativistă și impulsul din 4-momentul sistemului sunt proporționale între ele. În schimb, energia și impulsul câmpului electromagnetic (sau gravitațional) al sistemului sunt proporționale între ele, cu un factor suplimentar de 4/3.
Conceptul de masă electromagnetică nu mai este văzut ca cauza masei „în sine”, deoarece toată masa (nu doar partea ei electromagnetică) este proporțională cu energia și poate fi „transformată” în diferite forme de energie, ceea ce se explică prin echivalența masei și energiei după Einstein [B 10 ] .
În 1900 [A 10] Lorentz a încercat să explice gravitația pe baza ecuațiilor lui Maxwell. El a luat în considerare mai întâi teoria gravitației a lui Le Sage și a susținut că ar putea exista o radiație universală sub formă de câmp, constând din radiația electromagnetică foarte puternică și care exercită o presiune uniformă asupra fiecărui corp. Lorentz a arătat că ar exista într-adevăr o forță atractivă între particulele încărcate, presupunând că energia incidentă a fost complet absorbită. Aceasta a fost aceeași problemă fundamentală care a afectat celelalte modele ale lui Le Sage, deoarece radiația trebuia să dispară cumva, iar orice absorbție ar trebui să ducă la o încălzire enormă. Prin urmare, Lorentz a abandonat acest model.
În aceeași lucrare, ca Mossoty și Zellner , el a sugerat că atracția particulelor cu încărcare opusă este mai puternică decât respingerea particulelor cu încărcare similară. Forța finală rezultată este ceea ce este cunoscut sub numele de gravitație universală, în care viteza gravitației este viteza luminii. Acest lucru duce la un conflict cu legea gravitației a lui Isaac Newton, în care, așa cum arată Laplace , viteza finită a gravitației duce la un fel de aberație și, prin urmare, face orbitele instabile. Totuși, Lorentz a arătat că teoria era irelevantă pentru critica lui Laplace deoarece, datorită structurii ecuațiilor lui Maxwell, operează numai efectele de ordinul v 2 / c 2 . Dar Lorenz a calculat că valoarea deplasării periheliului lui Mercur era prea mică. El a scris:
Poate că forma specială a acestor termeni poate fi schimbată. Totuși, ceea ce s-a spus este suficient pentru a arăta că gravitația poate fi atribuită acțiunilor care se propagă cu o viteză nu mai mare decât viteza luminii.
În 1908 [A 11] Poincaré a revizuit teoria gravitațională a lui Lorentz și a clasificat-o ca fiind compatibilă cu principiul relativității, dar (ca și Lorentz) a criticat valoarea imprecisă a deplasării periheliului lui Mercur. Spre deosebire de Poincaré, Lorentz în 1914 a considerat propria sa teorie incompatibilă cu principiul relativității și a respins-o [A 12] .
Legea gravitației Lorentz-invariantăÎn 1904, Poincaré a susținut că o viteză gravitațională mai mare decât c contrazice conceptul de timp local și principiul relativității. El a scris: [A 4]
Ce s-ar întâmpla dacă am putea comunica folosind alte semnale decât semnalele luminoase care călătoresc cu viteze diferite decât viteza luminii? Dacă, după ce ne-am reglat ceasurile într-un mod optim, dorim să verificăm rezultatul cu aceste noi semnale, ar trebui să observăm discrepanțe datorate mișcării generale de translație a celor două stații. Sunt astfel de semnale imaginabile din punctul de vedere al lui Laplace, unde gravitația universală este transmisă cu o viteză de un milion de ori mai mare decât viteza luminii?
Cu toate acestea, în 1905 și 1906, Poincaré a subliniat posibilitatea unei teorii a gravitației în care schimbările se propagă cu viteza luminii și sunt covariante Lorentz. El a subliniat că, într-o astfel de teorie, forța gravitațională depinde nu numai de masele și distanța lor reciprocă, ci și de vitezele și poziția lor datorită timpului finit de propagare a interacțiunii. Cu această ocazie, Poincaré a introdus vectorul 4 [A 8] . În urma lui Poincaré, Minkowski (1908) și Arnold Sommerfeld (1910) au încercat să stabilească o lege gravitațională invariantă Lorentz [B 11] . Cu toate acestea, aceste încercări au fost înlocuite de teoria generală a relativității a lui Einstein , vezi „ Pas în relativitate ”.
Deja în Scrisoarea sa filozofică privind măsurarea timpului (1898) [A 5] Poincaré a scris că astronomi precum Ole Römer , atunci când determină viteza luminii, presupun pur și simplu că lumina are o viteză constantă și că această viteză este aceeași în toate direcțiile ( pentru mai multe detalii, vezi articolul viteza luminii intr-o directie ). Fără acest postulat , ar fi imposibil să se determine viteza luminii din observațiile astronomice, așa cum a făcut Römer când a observat lunile lui Jupiter. Poincaré a observat că Roemer a trebuit, de asemenea, să presupună că lunile lui Jupiter respectă legile lui Newton, inclusiv legea gravitației, în timp ce s-ar putea accepta o viteză diferită a luminii cu aceleași observații dacă am accepta alte legi (poate mai complexe) ale mișcării. Potrivit lui Poincaré, acest lucru arată că presupunem o valoare pentru viteza luminii care face ca legile mecanicii să fie cât mai simple posibil. (Acesta este un exemplu al filozofiei comune a lui Poincaré). Poincaré a remarcat, de asemenea, că viteza luminii poate fi (și este adesea folosită în practică) pentru a determina simultaneitatea dintre evenimentele separate spațial. Cu toate acestea, în acest articol, el nu a discutat despre consecințele aplicării acestor „acorduri” la mai multe cadre de referință care se deplasează unul față de celălalt. Următorul pas a fost făcut de Poincaré în 1900 [A 6] când a aflat că sincronizarea prin intermediul semnalelor luminoase în cadrul de referință al Pământului duce la ora Lorentz locală [B 12] [B 13] (vezi secțiunea „Ora locală” de mai sus ). Și în 1904 Poincaré a scris [A 4] :
Din toate aceste rezultate, dacă ar fi confirmate, ar rezulta o mecanică complet nouă, care s-ar caracteriza în primul rând prin faptul că nu poate exista o viteză mai mare decât viteza luminii, nici mai mult decât temperaturi sub zero absolut. Pentru un observator aflat în mișcare înainte, de care nu este conștient, nicio viteză aparentă nu poate depăși viteza luminii și aceasta ar fi o contradicție, dacă nu ne amintim faptul că acest observator nu folosește același ceas cu cel al unui observator staționar, ci mai degrabă un ceas care dă „ora locală. [...] S-ar putea să fie, de asemenea, nevoiți să construim mecanici cu totul noi, în care nu putem decât să vedem unde inerția crește odată cu viteza și viteza luminii devine o limită de netrecut. Mecanica obișnuită, mai simplă, a rămas la o primă aproximare, întrucât acest lucru ar fi valabil pentru viteze nu prea mari, astfel încât dinamica veche va fi inclusă în cea nouă.ar fi întotdeauna doar excepțională, cea mai sigură cale în practică ar fi să continui. să ne comportăm de parcă am continua să credem în ele.Sunt atât de utile încât pt trebuie să economisească spațiu. A determina dacă să le excludeți cu totul ar însemna să vă lipsiți de o armă prețioasă. Mă grăbesc să spun în concluzie că nu am ajuns încă la asta și până acum nu există nimic care să dovedească că principiile nu vor ieși victorioși și neschimbați din luptă.
În 1895 [A 13] [B 14] Poincaré a susținut că experimente precum Michelson-Morley arată că pare imposibil de detectat mișcarea absolută a materiei sau mișcarea relativă a materiei în raport cu eterul. Și deși majoritatea fizicienilor aveau alte puncte de vedere, Poincare în 1900 [A 14] și-a susținut opinia și a folosit alternativ expresiile „principiul mișcării relative” și „relativitatea spațiului”. El l-a criticat pe Lorentz, spunând că ar fi mai bine să creăm o teorie mai fundamentală care să explice absența oricărei derivări eterice decât să creăm o ipoteză după alta. În 1902 [A 15] a folosit pentru prima dată expresia „principiul relativității”. În 1904 [A 4] a evaluat munca matematicienilor care păstraseră ceea ce el numea acum „ principiul relativității ” cu ipoteze precum ora locală, dar a recunoscut că acest risc era posibil doar prin acumularea de ipoteze. Și a definit principiul în acest fel (după Miller [B 15] pe baza teoremei Lorentz a stărilor corespunzătoare): „Principiul relativității, conform căruia legile fenomenelor fizice trebuie să fie aceleași atât pentru un observator staționar și unul care se mișcă progresiv uniform, astfel încât nu avem nici un mijloc de a stabili și nu putem avea dacă suntem într-o astfel de mișcare.”
Referindu-se la critica lui Poincaré din 1900, Lorentz a scris în celebra sa lucrare din 1904, unde și-a extins teorema de stare corespunzătoare: [A 3] „Desigur, cursul inventării de ipoteze speciale pentru fiecare nou rezultat experimental este oarecum artificial. Ar fi mai satisfăcător dacă s-ar putea demonstra, prin unele presupuneri fundamentale și fără a neglija termenii de un ordin sau altul, că multe fenomene electromagnetice sunt complet independente de mișcarea sistemului.”
Una dintre primele evaluări ale operei lui Lorenz a fost făcută în mai 1905 de P. Langevin . Potrivit acestuia, această extensie a teoriilor electronice ale lui Lorentz și Larmor a dus la „o imposibilitate fizică de a demonstra mișcarea de translație a pământului”. Cu toate acestea, Poincare a observat în 1905 că teoria lui Lorentz din 1904 nu era perfect „invariantă Lorentz” în mai multe ecuații, cum ar fi expresia lui Lorentz pentru densitatea de curent (recunoscută de Lorentz în 1921 ca fiind defectuoasă). Întrucât acest lucru a necesitat doar modificări minore ale lucrării lui Lorentz, Poincaré a mai susținut [A 8] că Lorentz a reușit să-și concilieze teoria cu principiul relativității: „Se pare că această imposibilitate de a demonstra mișcarea absolută a Pământului este o lege generală a naturii. . […] Lorentz a încercat să-și completeze și să-și schimbe ipoteza pentru a o concilia cu postulatul imposibilității complete de a determina mișcarea absolută. Ceea ce a reușit a făcut în lucrarea sa intitulată Fenomene electromagnetice într-un sistem care se mișcă cu orice viteză mai mică decât viteza luminii [Lorentz, 1904b]”. [C2]
În lucrarea sa din Palermo (1906), Poincaré a numit acest lucru „postulat al relativității” și, deși a afirmat că, la un moment dat, acest principiu ar putea fi infirmat (și, de fapt, a menționat la sfârșitul lucrării că descoperirea lui Villar a magnetului -razele catodice (1904) pare să amenințe acest lucru [B 16] ), el a considerat că ar fi interesant să luăm în considerare implicațiile dacă ar fi să presupunem că postulatul relativității este valabil fără limitare. Aceasta ar însemna că toate forțele naturii (nu doar electromagnetismul) trebuie să fie invariante sub transformarea Lorentz. [A 9] În 1921, Lorentz, folosind încrederea lui Poincaré, pentru a stabili principiul și postulatul relativității, a scris: [A 16] „Nu am stabilit principiul relativității ca un adevăr strict și universal. Pe de altă parte, Poincaré a obținut invarianța perfectă a ecuațiilor electrodinamicii și a formulat „postulatul relativității”, pe care a fost primul care l-a aplicat.” [C3]
Poincaré a scris în filozofia sa a convenționalismului în 1889: [A 17] „Dacă eterul există sau nu nu are o importanță deosebită, să lăsăm asta metafizicienilor; este important pentru noi ca totul să se întâmple ca și cum ar exista și ca această ipoteză să se dovedească potrivită pentru explicarea fenomenelor. La urma urmei, avem vreun alt motiv pentru a crede în existența obiectelor materiale? Aceasta este, de asemenea, o ipoteză convenabilă, doar că nu va înceta niciodată să fie așa, deși într-o zi, fără îndoială, eterul va fi aruncat deoparte ca inutil .
El a negat, de asemenea, existența spațiului și a timpului absolut , spunând în 1901: [A 18] „1. Nu există spațiu absolut și percepem doar mișcare relativă, totuși, în majoritatea cazurilor, faptele mecanice sunt enunțate ca și cum ar exista un spațiu absolut la care se pot referi. 2. Nu există timp absolut. Când spunem că două perioade sunt egale, această afirmație nu are sens și poate avea sens doar prin convenție. 3. Nu numai că nu avem o intuiție directă a egalității a două perioade, dar nici măcar nu avem o intuiție directă a simultaneității a două evenimente care au loc în două locuri diferite. Am explicat acest lucru într-un articol intitulat „Mesure du Temps” [1898]. 4. În sfârșit, geometria noastră euclidiană în sine nu este doar un fel de convenție a limbajului?
Cu toate acestea, Poincare însuși nu a abandonat niciodată ipoteza eterului și a declarat în 1900: [A 14] „Există oare eterul nostru cu adevărat? Cunoaștem originea credinței noastre în eter. Dacă lumina durează câțiva ani să ajungă la noi de la o stea îndepărtată, ea nu mai este pe stea sau pe pământ. Trebuie să fie undeva și susținută, ca să spunem așa, de un factor material . Și referindu-se la experiența lui Fizeau , el chiar a scris: „Eterul este aproape în mâinile noastre ” . El a mai spus că eterul este necesar pentru ca teoria lui Lorentz să fie de acord cu a treia lege a lui Newton. Chiar și în 1912, într-un articol intitulat „Teoria cuantică”, Poincaré a folosit cuvântul „eter” de zece ori și a descris lumina ca „vibrațiile luminoase ale eterului ” . [A19]
Și deși a recunoscut natura relativă și convențională a spațiului și timpului, el a crezut că convenția clasică era mai „convenientă” și a continuat să facă distincția între timpul „adevărat” în eter și timpul „aparent” în sistemele în mișcare. În ceea ce privește întrebarea dacă ar fi necesară o nouă convenție a spațiului și timpului, el a scris în 1912: [A 20] „Ar trebui să ne schimbăm concluziile? Bineînțeles că nu, am acceptat acordul pentru că ni s-a părut convenabil și am spus că nimic nu ne poate împiedica să-l refuzăm. Astăzi, unii fizicieni vor să accepte un nou acord. Asta nu înseamnă că sunt obligați să facă asta, ei consideră mai convenabil acest nou acord, atât. Iar cei care nu susțin această părere pot păstra în mod legitim vechiul pentru a nu-și rupe vechile obiceiuri și cred, doar între noi, că așa vor face ei multă vreme”.
Tot în timpul vieții sale, Lorentz a susținut că dintre toate cadrele de referință ar trebui să fie de preferat cel în care eterul este în repaus. Ceasurile din acest sistem de referință arată timpul „real”, iar simultaneitatea nu este relativă. Cu toate acestea, dacă este acceptată corectitudinea principiului relativității, este imposibil să se găsească experimental un astfel de sistem. [A-21]
În 1905, Albert Einstein și-a publicat lucrarea despre ceea ce se numește acum teoria specială a relativității . [A 22] În acest articol, explorând semnificațiile fundamentale ale coordonatelor de spațiu și timp utilizate în teoriile fizice, Einstein a arătat că coordonatele „eficiente” date de transformările Lorentz erau de fapt coordonate inerțiale în raport cu cadrele de referință în mișcare. Din aceasta au urmat toate consecințele observabile fizic ale TEL fără a fi nevoie să postulăm o entitate neobservabilă (eter). Einstein a identificat două principii fundamentale, fiecare bazat pe experiență, din care rezultă toată electrodinamica lui Lorentz:
Luate împreună (împreună cu alte câteva presupuneri implicite, cum ar fi izotropia și omogenitatea spațiului), aceste două postulate conduc fără ambiguitate la matematica relativității speciale. Lorentz și Poincaré au acceptat, de asemenea, aceleași principii necesare pentru a-și atinge rezultatele finale, dar nu au acceptat că sunt suficiente și, prin urmare, au eliminat toate celelalte ipoteze care stau la baza concluziilor inițiale ale lui Lorentz (dintre care multe s-au dovedit ulterior a fi greșite [C 4] ). Prin urmare, teoria relativității speciale a câștigat foarte repede o largă acceptare în rândul fizicienilor, iar conceptul de eter luminifer al secolului al XIX-lea a fost renunțat. [B-17] [B-18]
În 1907, teoria relativității speciale a lui Einstein din 1905 a fost completată de Hermann Minkowski, care a arătat că rapoartele au o interpretare foarte naturală. [C 5] în termenii unui singur „ spațiu-timp ” cu patru dimensiuni în care intervalele absolute sunt obținute printr-o extensie a teoremei lui Pitagora. (Deja în 1906, Poincaré a anticipat unele dintre ideile lui Minkowski, vezi secțiunea despre transformările Lorentz). [B 19] Utilitatea și naturalețea ideilor lui Einstein și Minkowski au contribuit la acceptarea rapidă a relativității speciale și la pierderea corespunzătoare a interesului pentru teoria eterului a lui Lorentz.
În 1909 [A 23] și 1912 [A 24] Einstein a spus: [B 20]
...este imposibil să întemeiezi teoria legilor transformării spațiului și timpului doar pe principiul relativității. După cum se știe, aceasta este legată de relativitatea conceptelor „simultaneitate” și „forma corpurilor în mișcare”. Pentru a umple acest gol, am introdus principiul constanței vitezei luminii, pe care l-am împrumutat din teoria eterului de lumină staționar a lui H. A. Lorentz și care, ca și principiul relativității, conține o presupunere fizică care părea a fi justificată. numai prin experimente adecvate (experimentele lui Fizeau, Rowland etc.), [A 24]
Albert Einstein (1912), tradus de Anna Beck (1996).
În 1907, Einstein a criticat natura „ ad hoc ” a ipotezei contracției Lorentz în teoria sa a electronilor, deoarece, în opinia sa, era o presupunere artificială că experimentul Michelson-Morley a fost în concordanță cu eterul staționar al lui Lorentz și cu principiul relativității. . [A 25] Einstein a susținut că „ora locală” a lui Lorentz ar putea fi numită pur și simplu „timp” și a afirmat că un eter fix nu este satisfăcător ca bază teoretică pentru electrodinamică. [A 26] În 1920 a scris: [A 27]
Cât priveşte natura mecanică a eterului lui Lorentz, putem spune că într-un anumit sens această imobilitate este singura proprietate mecanică de care H. A. Lorentz nu l-a lipsit. Se poate adăuga că toate schimbările aduse conceptului de eter, create de teoria relativității speciale, au constat în a lua de la eter ultima sa calitate mecanică și anume imobilitatea. [...] Totuși, o reflecție mai atentă ne învață că relativitatea specială nu ne obligă să negăm eterul. Putem presupune existența eterului; numai că trebuie să refuzăm să-i atribuim o mișcare definită, adică trebuie să scoatem din abstracție ultima caracteristică mecanică pe care Lorentz nu a înlăturat-o încă.
Minkowski a susținut că introducerea de către Lorenz a ipotezei contracției „suna destul de fantastic”, deoarece nu este rezultatul rezistenței în eter, ci arată ca un „dar de sus”. El a spus că această ipoteză este „total echivalentă cu noul concept de spațiu și timp”, deși devine mult mai de înțeles în cadrul noii geometrii spațiu-timp. [A 28] Lorentz nu a fost de acord că aceasta este o ipoteză „ad-hoc”, iar în 1913 a susținut că există o diferență mică între teoria sa și respingerea unui cadru preferat, ca în teoria lui Einstein și Minkowski, deci asta E o chestiune de gust cine preferă care teorie. [A-21]
Echivalența masei și energiei a fost obținută de Einstein (1905) ca o consecință a principiului relativității, unde energia inerției este de fapt reprezentată ca , dar spre deosebire de lucrarea Poincaré din 1900, Einstein a recunoscut că materia însăși pierde sau câștigă masă. în timpul emisiei sau absorbţiei radiaţiilor. [A 29] Astfel, masa oricărei forme de materie este egală cu o anumită cantitate de energie care poate fi convertită și recuperată din alte forme de energie. Aceasta este echivalența masei și energiei , reprezentată ca . Prin urmare, Einstein nu a trebuit să introducă mase „fictive” și nici nu a trebuit să evite problema perpetuum mobile , deoarece conform lui Darrigol [B 21] , paradoxul radiațiilor lui Poincaré poate fi rezolvat pur și simplu prin aplicarea echivalenței lui Einstein. Dacă sursa de lumină pierde masa în timpul radiației cu o cantitate de , contradicția în legea impulsului dispare fără a fi nevoie de vreun efect compensator în eter.
La fel ca Poincaré, Einstein a concluzionat în 1906 că inerția energiei (electromagnetice) este o condiție necesară pentru ca teorema centrului de masă să fie valabilă în sistemele în care câmpurile electromagnetice și materia acționează unul asupra celuilalt. Pe baza echivalenței masei și energiei, el a arătat că emisia și absorbția radiației e/m și, prin urmare, transferul de inerție rezolvă toate problemele. Cu această ocazie, Einstein s-a referit la o lucrare din 1900 a lui Poincaré și a scris: [A 30]
Deși simplele opinii formale care trebuie îndeplinite pentru a demonstra această afirmație sunt deja cuprinse în principal în lucrarea lui H. Poincaré [Lorentz-Festschrift, p. 252, 1900], de dragul clarității, nu mă voi baza pe această lucrare. [C6]
De asemenea, respingerea de către Poincare a principiului contracarării, asociat cu încălcarea legii conservării masei, poate fi evitată prin intermediul lui Einstein , întrucât conservarea masei pare a fi un caz special al legii conservării energiei .
Încercările lui Lorentz și Poincaré (precum și ale lui Abraham și Nordström ) de a formula o nouă teorie a gravitației care să o înlocuiască pe cea a lui Newton au fost înlocuite cu teoria generală a relativității a lui Einstein . [B22] . Această teorie se bazează pe principii precum principiul echivalenței , principiul relativității generale , principiul covarianței generale , mișcarea geodezică , covarianța Lorentz (legile relativității speciale se aplică local tuturor observatorilor inerțiali) și în ea curbura spațiu-timp este creat de energia tensiunilor din spațiu-timp.
În 1920, Einstein a comparat eterul lui Lorentz cu „eterul gravitațional” al relativității generale. El a spus că imobilitatea este singura proprietate mecanică de care eterul nu a fost lipsit de Lorentz, dar, spre deosebire de lumina și eterul lui Lorentz, eterul relativității generale nu are proprietăți mecanice, nici măcar imobilitate [A 27] :
Eterul relativității generale este un mediu care în sine este lipsit de toate proprietățile mecanice și cinematice, dar ajută la determinarea evenimentelor mecanice (și electromagnetice). Fundamental nou în eterul teoriei generale a relativității, spre deosebire de eterul lui Lorentz, este că starea primului în fiecare loc este determinată de legătura cu materia și starea eterului din locurile vecine, care se supun legi sub formă de ecuații diferențiale; în timp ce starea eterului lorentzian în absența câmpurilor electromagnetice nu se datorează nimic din afara lui și este aceeași peste tot. Eterul teoriei generale a relativității se transformă conceptual în eterul lui Lorentz, dacă substituim constantele în funcțiile spațiale care descriu modelul, nefiind atenți la motivele care îi determină starea. Astfel, mai putem spune că eterul relativității generale se obține din eterul lorentzian prin relativizare.
Din când în când, se exprimă opinia că adevărații fondatori ai teoriei speciale a relativității sunt Poincaré și Lorentz, și nu Einstein, deși nici Lorentz, nici Poincare nu au pretins vreodată o asemenea prioritate. Vezi mai multe articole: