Historia de la teoría especial de la relatividad.

La historia de la teoría especial de la relatividad describe el desarrollo de propuestas y hallazgos empíricos y conceptuales dentro de la física teórica que llevaron a una nueva comprensión del espacio y el tiempo. Después de una serie de trabajos preparatorios teóricos y experimentales de varios autores en el siglo XIX, este desarrollo fue iniciado alrededor de 1900 por Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré en particular y culminó en 1905 con la elaboración de la teoría especial de la relatividad por Albert. Einstein . Como resultado, la teoría se amplió, especialmente por Hermann Minkowski .

Información general

Los Principia de Isaac Newton , publicados en 1687, asumían un espacio absoluto y un tiempo absoluto . Al mismo tiempo, el principio de relatividad de Galileo Galilei también se aplicó en su teoría , según la cual todos los observadores que se mueven uniformemente entre sí no pueden determinar su estado absoluto de movimiento. Por tanto, sus perspectivas son iguales y están sujetas a la transformación de Galileo ; no hay un marco de referencia privilegiado. A fines del siglo XIX, varios físicos enfatizaron que, estrictamente hablando, esto conduce a una multiplicación de “espacios absolutos”, por ejemplo, Ludwig Lange , quien introdujo el término sistema inercial justificado operacionalmente en 1885 . Ernst Mach vio que el carácter absoluto del espacio y el tiempo no estaba adecuadamente fundado fenomenológica y empíricamente.

La contraparte del "espacio absoluto" de la mecánica fue el éter en electrodinámica . Este concepto se basa en el supuesto, que no fue cuestionado hasta principios del siglo XX, que las ondas necesitan un medio para propagarse. En analogía con el sonido, que requiere que el aire se propague, se postuló el “éter” para la luz, que también se presentó como material. James Clerk Maxwell formuló este requisito de tal manera que todos los fenómenos ópticos y eléctricos se propagan en un medio. Bajo estos supuestos, la velocidad de la luz tiene el valor dado por las ecuaciones de Maxwell solo en relación con el éter. Como resultado de la suposición generalizada en ese momento de que el éter estaba en reposo y no era transportado por la tierra, sería posible determinar el estado de movimiento de la tierra en relación con el éter y, por lo tanto, utilizarlo como un excelente sistema de referencia. . Sin embargo, todos los intentos de determinar el movimiento relativo de la tierra para él fallaron.

A partir de 1892, esto llevó al desarrollo de la electrodinámica Maxwell-Lorentziana de Hendrik Antoon Lorentz , que se basaba en un éter absolutamente estacionario. Su indetectabilidad se explica por el supuesto de que los cuerpos que se mueven en el éter se acortan ( contracción de la longitud ) y los procesos en los cuerpos que se mueven en el éter se ralentizan ( dilatación del tiempo ). Sin embargo, la base de esto fue que la transformación de Galileo fue reemplazada por la transformación de Lorentz . En su trabajo posterior de 1904, Lorentz solo pudo cumplir parcialmente el principio de relatividad. En 1904, Henri Poincaré reconoció que la imposibilidad de superar la velocidad de la luz era la principal característica de la “nueva mecánica” (es decir, de la teoría de Lorentz) para todos los observadores. En 1905 logró una generalización física completa y una formalización matemáticamente elegante de la electrodinámica de Lorentz, mediante la cual estableció el principio de relatividad como una ley de la naturaleza universalmente válida, incluida la electrodinámica y la gravedad ; sin embargo, continuó adhiriéndose a la existencia de un éter y la distinción entre "verdadero" y "aparente" Longitudes y tiempos fijos.

Albert Einstein finalmente tuvo éxito en 1905 con la teoría especial de la relatividad (SRT) al cambiar los conceptos de espacio y tiempo y al abolir el éter, una reinterpretación completa de la electrodinámica de Lorentz. Einstein derivó estos resultados exclusivamente del principio de relatividad y el principio de la constancia de la velocidad de la luz, en los que basó su teoría como postulados. Con la abolición de la concepción de un éter, ya no había razón para diferenciar entre coordenadas “verdaderas” y “aparentes”, como era el caso de Poincaré y Lorentz. Todo esto allanó el camino para las teorías de campo relativistas y el desarrollo de la relatividad general (GTR). Según Einstein, las investigaciones sobre SRT fueron continuadas por Hermann Minkowski , entre otros , quien en 1907 desarrolló la base formal para el concepto actual de espacio - tiempo tetradimensional .

Éter y electrodinámica de cuerpos en movimiento.

Modelos de éter y ecuaciones de Maxwell

En el siglo XIX, principalmente a través del trabajo de Thomas Young (1804) y Augustin Jean Fresnel (1816), se llegó a la conclusión de que la luz se propaga como una onda transversal en un medio (“ éter de luz ”) que muchos consideran elástico. Se percibió sólido. Sin embargo, todavía se hacía una distinción entre los fenómenos ópticos, por un lado, y los fenómenos electrodinámicos, por el otro. Eso significa que se tuvieron que construir variantes de éter separadas para cada uno de estos fenómenos. Sin embargo, fracasaron los intentos de unir estas variantes del éter y presentar una descripción mecánica completamente válida del éter.

Después del trabajo preliminar de físicos como Michael Faraday , Lord Kelvin y otros, James Clerk Maxwell (1864) desarrolló ahora ecuaciones básicas para la electricidad y el magnetismo , las llamadas ecuaciones de Maxwell . Diseñó un modelo en el que los fenómenos de la óptica y la electrodinámica se remontan a un único éter electromagnético, y definió la luz como una onda electromagnética que se propaga constantemente con la velocidad de la luz en relación con el éter. Otra consecuencia importante de la teoría, Maxwell (1873) derivó la existencia de "tensiones" electrostáticas y magnéticas que pueden ejercer presión sobre los cuerpos; una consecuencia directa de esto es la presión de radiación ejercida por la luz . Adolfo Bartoli (1876) dedujo la existencia de la misma presión a partir de consideraciones termodinámicas.

Después de que Heinrich Hertz (1887) demostrara la existencia de ondas electromagnéticas, la teoría de Maxwell finalmente fue ampliamente aceptada. Oliver Heaviside (1889) y Hertz (1890 a, b) introdujeron versiones modernizadas de las ecuaciones de Maxwell, que formaron una base importante para el desarrollo posterior de la electrodinámica (ecuaciones de "Maxwell-Hertz" y "Heaviside-Hertz"). Al final, fue la forma dada por Heaviside la que prevaleció en general. Sin embargo, a principios de 1900, la teoría de Hertz fue refutada experimentalmente y tuvo que ser abandonada. El propio Hertz fue uno de los últimos defensores de la “cosmovisión mecanicista”, según la cual todos los procesos electromagnéticos deben remontarse al impacto mecánico y los efectos de contacto en el éter.

No se puede encontrar el éter

En cuanto al estado de movimiento del éter en relación con la materia, se consideraron en principio dos posibilidades, que ya fueron discutidas antes de la obra de Maxwell:

1. Fresnel (1816) y más tarde Hendrik Antoon Lorentz (1892a) propusieron la idea de un éter que está en reposo o solo parcialmente transportado junto con un cierto coeficiente, y
2. la de George Gabriel Stokes (1845) y más tarde la de Hertz (1890b) suponía un arrastre completo del éter a través de la materia.

Se prefirió la teoría de Fresnel porque su teoría podía explicar la aberración de la luz y muchos fenómenos ópticos y porque su coeficiente de arrastre fue medido con mucha precisión por Hippolyte Fizeau (1851) utilizando el experimento de Fizeau . Por otro lado, la teoría de Stokes no pudo prevalecer porque contradecía tanto la aberración como el resultado del experimento de Fizeau: las hipótesis auxiliares introducidas como resultado no eran convincentes ni contradecían en absoluto.

Albert A. Michelson (1881) intentó medir directamente el movimiento relativo de la tierra y el éter ("viento de éter"), que según la teoría de Fresnel debería haber ocurrido. Sin embargo, con su arreglo de interferómetro no pudo determinar el resultado que esperaba e interpretó el resultado como evidencia de la tesis de Stokes (arrastre de éter completo a través de la tierra) y, por lo tanto, contra la teoría de Fresnel. Sin embargo, Lorentz (1886) demostró que Michelson había cometido un error de cálculo en los cálculos, de lo que resultó que el experimento era demasiado impreciso para producir siquiera un resultado de medición positivo dentro del alcance de la precisión de medición, lo que el propio Michelson admitió. Dado que, después de todo, la teoría de Fresnel no parecía refutada, Michelson y Edward W. Morley (1886) llevaron a cabo un experimento en el que debían comprobarse las medidas de Fizeau del coeficiente de arrastre de Fresnel. De hecho, la confirmación tuvo éxito y, contrariamente a su declaración de 1881, Michelson opinaba esta vez que se confirmó el éter latente de Fresnel. Sin embargo, esto requirió una repetición del experimento de Michelson de 1881, mediante el cual, para gran sorpresa de Michelson y Morley, este ahora famoso experimento de Michelson-Morley una vez más no logró dar el resultado positivo esperado. Una vez más, el experimento pareció confirmar el éter de Stokes, que en realidad ya había sido refutado, y contrastaba con el experimento de 1886, que hablaba a favor del éter de Fresnel.

Woldemar Voigt desarrolló (1887) sobre la base de un modelo de éter elástico ( es decir, no el modelo electromagnético de Maxwell) y en el curso de las investigaciones sobre el efecto Doppler, una transformación de coordenadas entre un sistema que descansa en el éter y un sistema en movimiento. Las ecuaciones de la transformación de Voigt dejaron la ecuación de onda sin cambios, eran idénticas a la transformación de Lorentz posterior excepto por un factor de escala diferente y podrían explicar el experimento de Michelson-Morley. Ellos incluyen la expresión de las Y y Z coordenadas, más tarde conocido como el “factor de Lorentz”, y una nueva variable de tiempo más tarde llamado, hora local . Sin embargo, no eran simétricos y, en consecuencia, violaban el principio de relatividad.${\ Displaystyle 1 / {\ sqrt {1-v ^ {2} / c ^ {2}}}}$${\ Displaystyle t '= t-vx / c ^ {2}}$

Sin embargo, surgió otra posible explicación: Heaviside (1889) y George Frederick Charles Searle (1897) encontraron que los campos electrostáticos se contraían en la dirección del movimiento (elipsoide de Heaviside). Siguiendo el trabajo de Heaviside, George Francis FitzGerald (1889) introdujo la hipótesis ad hoc de que los cuerpos materiales también se contraen en la dirección del movimiento, lo que conduce a la contracción de la longitud y podría explicar el experimento de Michelson-Morley; en contraste con las ecuaciones de Voigt, esto se convierte en la x -Coordinada cambiada. FitzGerald justificó esto con el hecho de que las fuerzas intermoleculares pueden ser de origen eléctrico. Sin embargo, su idea inicialmente no se notó y solo se conoció a través de una publicación de Oliver Lodge (1892). Independientemente de FitzGerald, Lorentz (1892b) también propuso la misma hipótesis ("Hipótesis de la contracción de FitzGerald-Lorentz"). Por razones de plausibilidad, como FitzGerald, se refirió a la analogía con la contracción de los campos electrostáticos, aunque él mismo admitió que esta no era una razón de peso.

La teoría de Lorentz de 1895

Hendrik Antoon Lorentz sentó las bases de la electrodinámica (Maxwell-) Lorentziana o de la teoría del éter o del electrón en 1892 y sobre todo en 1895 al asumir la existencia de electrones además del éter, como otros antes que él. Supuso que el éter estaba completamente en reposo y no arrastrado por los electrones. De aquí surgió la importante consecuencia de que la velocidad de la luz es completamente independiente de la velocidad de la fuente de luz y, en consecuencia, es constante en todas las circunstancias en relación con un sistema de coordenadas en el que descansa el éter. En lugar de hacer declaraciones sobre la naturaleza mecánica del éter y los procesos electromagnéticos, intentó, a la inversa, rastrear muchos procesos mecánicos hasta los electromagnéticos. Como parte de su teoría, Lorentz (como Heaviside) calculó la contracción de los campos electrostáticos e, independientemente de Voigt, introdujo el tiempo local como variable auxiliar matemática. Por lo tanto, tenía una forma preliminar de las ecuaciones más tarde conocida como la transformación de Lorentz , que sirvió para explicar todos los experimentos de deriva del éter negativo para cantidades del primer orden de v / c. Usó (1895) el término "teorema de los estados correspondientes", i. H. la covarianza de Lorentz de las ecuaciones electromagnéticas para velocidades relativamente bajas. De esto se deduce que la forma de las ecuaciones electromagnéticas de un sistema "real", que descansa en el éter, corresponde a la forma de un sistema "ficticio", que se mueve en el éter. Sin embargo, Lorentz reconoció que su teoría violaba el principio de actio y reactio , ya que el éter tenía efecto sobre la materia, pero la materia no podía reaccionar sobre el éter.

Joseph Larmor (1897, 1900) diseñó un modelo muy similar al de Lorentz, pero dio un paso más y llevó la transformación de Lorentz a una forma algebraicamente equivalente, como se usa hasta el día de hoy. Vio que no solo se puede derivar la contracción de la longitud, sino que también calculó una especie de dilatación del tiempo , según la cual las rotaciones de los electrones que se mueven en el éter son más lentas que las de los electrones en reposo. Larmor solo pudo demostrar que esta transformación es válida para cantidades de segundo orden, pero no para todos los pedidos. Lorentz (1899) también extendió su transformación para cantidades de segundo orden (con un factor, sin embargo, indefinido) y, como Larmor antes, notó una especie de dilatación del tiempo. No se sabe hasta qué punto Lorentz y Larmor se influyeron mutuamente; es decir, no está claro si Larmor (1897) tomó la hora local de Lorentz y, a la inversa, si Lorentz (1899) tomó las transformaciones completas de Larmor. Aunque ambos citan las obras del otro y se pusieron en contacto por carta, no hablaron de la transformación de Lorentz.

Sin embargo, también existían modelos alternativos a las teorías de Lorentz y Larmor. Emil Cohn (1900) diseñó una electrodinámica en la que fue uno de los primeros en rechazar la existencia del éter (al menos en su forma anterior) y en su lugar, como Ernst Mach , utilizó las estrellas fijas como cuerpos de referencia. De esta forma pudo explicar el experimento de Michelson-Morley, ya que la Tierra está en reposo con respecto a las estrellas fijas, pero según su teoría la velocidad de la luz en los medios podría superarse en diferentes direcciones al mismo tiempo. Debido a esta y otras discrepancias, la teoría (también del propio Cohn) fue posteriormente rechazada. Además, también discutió la teoría de Lorentz y usó el término "transformación de Lorentz".

Masa electromagnética

Joseph John Thomson (1881) reconoció durante su posterior desarrollo de la electrodinámica de Maxwell que los campos electrostáticos se comportan como si estuvieran agregando una "masa electromagnética" al cuerpo además de la mecánica. En ese momento, esto se interpretó como el resultado de una autoinducción de las corrientes de convección en el éter. También reconoció que esta masa aumenta con los cuerpos en movimiento (en un factor que, sin embargo, es el mismo para todas las velocidades positivas). Sobre todo, George FitzGerald , Oliver Heaviside y George Frederick Charles Searle corrigieron algunos errores y continuaron el trabajo de Thomson, por lo que la fórmula (en notación moderna) resultó como una expresión de la masa electromagnética . Heaviside (1888) también reconoció que el aumento de la masa electromagnética en los cuerpos en movimiento no es de ninguna manera constante, sino que aumenta con mayor velocidad. Searle (1897) concluyó de esto que esto hace que sea imposible exceder la velocidad de la luz, ya que se requeriría una cantidad infinita de energía. Esta conexión también fue integrada en su teoría por Lorentz en 1899. Señaló que estos debido a la transformación de Lorentz varían no solo con la velocidad, sino también con la dirección y llevó a que el último de Max Abraham se conociera como masa longitudinal y transversal Terme uno, con solo la masa transversal de la masa posterior que relativista designada Término correspondido.${\ Displaystyle m = (4/3) E / c ^ {2}}$

Wilhelm Wien (1900) (y antes que él Larmor y Emil Wiechert ), basándose en la teoría de Lorentz, consideró que, contrariamente a la “cosmovisión mecanicista” de Hertz, todas las fuerzas de la naturaleza pueden explicarse electromagnéticamente (“cosmovisión electromagnética”). En consecuencia, asumió que toda la masa era de origen electromagnético. Eso significa que para Viena la fórmula , que Thomson (en esto siguieron Heaviside y Searle) fue válida para toda la masa de materia. También señaló que la gravedad debe ser proporcional a la energía electromagnética si también se puede rastrear a la energía electromagnética. Y en la misma revista, Henri Poincaré (1900b) derivó el impulso electromagnético de las tensiones maxwellianas mencionadas y la teoría de Lorentz y concluyó, en conexión con el principio de reacción , que la energía electromagnética correspondía a una masa “ficticia” de o - Poincaré utilizando estos términos considerados ficciones matemáticas. En el proceso, sin embargo, se encontró con una paradoja de la radiación que solo más tarde fue resuelta satisfactoriamente por Einstein.${\ Displaystyle m = (4/3) E / c ^ {2}}$${\ Displaystyle m = E / c ^ {2}}$${\ Displaystyle E = mc ^ {2}}$

Walter Kaufmann (1901-1903) fue el primero en confirmar experimentalmente la dependencia de la velocidad de la masa electromagnética. Se generó un haz catódico de electrones a partir de metales para poder determinar las relaciones entre carga, velocidad y masa. Dado que ya se sabía que la carga de un electrón es independiente de su velocidad, el resultado, mostrado experimentalmente por Kaufmann, de una disminución en la relación carga-masa para velocidades cercanas a la velocidad de la luz solo se puede rastrear hasta un aumento en la masa de los electrones investigados. Kaufmann creía que sus mediciones habían demostrado que toda la masa de materia era de origen electromagnético.

Max Abraham (1902-1903), quien al igual que Viena era un firme partidario de la cosmovisión electromagnética, presentó una explicación y continuó la teoría iniciada por Lorentz. Fue el primero en presentar un concepto teórico de campo de los electrones. Sin embargo, a diferencia de Lorentz, definió el electrón como una estructura esférica rígida y rechazó su contracción, por lo que sus términos de masa también diferían de los utilizados por Lorentz (Abraham fue el primero en acuñar los términos masa longitudinal y transversal). Además, introdujo Poincaré siguiendo el término "pulso electromagnético", que es proporcional a . Sin embargo, a diferencia de Poincaré y Lorentz, entendió esto como una entidad física real. La teoría de Abraham se convirtió en el principal competidor de la teoría de Lorentz durante los años siguientes. Los experimentos de Kaufmann, sin embargo, fueron demasiado imprecisos para permitir una decisión entre las teorías.${\ Displaystyle E / c ^ {2}}$

Finalmente, Friedrich Hasenöhrl (1904) combinó energía con indolencia en un guión que, según sus propias palabras, era muy similar al de Abraham. Hasenöhrl asumió que parte de la masa de un cuerpo (la "masa aparente") puede entenderse como radiación en un cuerpo hueco. La inercia de esta radiación es proporcional a su energía según la fórmula . Notó la estrecha relación entre el trabajo mecánico, la temperatura y la masa aparente, ya que la radiación y, por lo tanto, la inercia adicional surgen con cada calentamiento. Sin embargo, Hasenöhrl restringió esta relación energía-masa-aparente a los cuerpos radiantes; Para Hasenöhrl, eso significa cuando un cuerpo tiene una temperatura superior a 0 Kelvin. Sin embargo, publicó (1905) el resumen de una carta que le había escrito Abraham, en la que Abraham criticaba el resultado y lo daba como valor corregido para la masa aparente, es decir , el mismo valor que para la masa electromagnética ya conocida. Hasenöhrl comprobó sus propios cálculos y confirmó el resultado de Abraham.${\ Displaystyle m = (8/3) E / c ^ {2}}$${\ Displaystyle m = (4/3) E / c ^ {2}}$

Espacio absoluto y tiempo absoluto

Algunos autores han cuestionado ahora la definición de Newton de espacio absoluto y tiempo absoluto. Por ejemplo, en lugar de cantidades absolutas , Carl Gottfried Neumann (1870) introdujo un "cuerpo alfa", que se supone que representa un cuerpo de referencia rígido y fijo con el que se puede relacionar el movimiento inercial. Ernst Mach (1883) argumentó que términos como espacio absoluto y tiempo no tienen sentido y que sólo tiene sentido la referencia al movimiento relativo. También dijo que incluso el movimiento acelerado como la rotación se puede relativizar con referencia a “masas distantes” sin tener que asumir un espacio absoluto. El argumento de Neumann fue continuado por Heinrich Streintz (1883). Si las mediciones con giroscopios no muestran rotación, se podría, según Streintz, hablar de un movimiento inercial en relación con un “cuerpo fundamental” o un “ sistema de coordenadas fundamental ”. Después de todo, Ludwig Lange (1885) fue el primero en introducir el término sistema inercial basado en líneas de pensamiento similares para eliminar cantidades absolutas de la cinemática. Él define esto como " un sistema de la naturaleza que, con referencia a esto, los caminos descritos continuamente que convergen en un punto de tres puntos proyectados al mismo tiempo desde el mismo punto en el espacio e inmediatamente abandonados entre sí (pero que no deben mentir en línea recta) son todos rectos ". Además, Poincaré (1902) publicó el libro filosófico y de divulgación científica "Wissenschaft und Hypothese", que entre otras cosas. Contenido: Filosofía sobre la relatividad del espacio, el tiempo y la simultaneidad; los términos "principio de movimiento relativo" y " principio de relatividad "; la opinión de que nunca se podrá descubrir el éter, d. H. la validez del principio de relatividad; la posible inexistencia del éter, pero también argumentos a favor del éter; descripciones detalladas de la geometría no euclidiana .

También se ha especulado sobre el tiempo como cuarta dimensión . Por ejemplo, Jean d'Alembert hizo esto en la Encyclopédie ya en 1754 , al igual que algunos autores del siglo XIX como HG Wells en su novela La máquina del tiempo (1895). Y Menyhért Palágyi (1901) desarrolló un modelo filosófico según el cual el espacio y el tiempo son términos meramente lingüísticos para una "forma espacio-temporal" que en realidad es uniforme. Para su “teoría del espacio-tiempo” que utiliza el tiempo como la cuarta dimensión, que ya tenía en la forma que ( i denota la unidad imaginaria ). Sin embargo, en la filosofía de Palágyi no había conexión con la hora local de Lorentz, porque para él la dimensión temporal no depende de la velocidad de la luz. También rechazó cualquier conexión con las construcciones ya existentes de espacios n-dimensionales y geometría no euclidiana. Significativamente, Palágyi más tarde (1915) también rechazó las construcciones espacio-temporales de Minkowski y Einstein; por eso la crítica de Palágyi se considera infundada y se juzga que su teoría tiene poco que ver con la teoría de la relatividad.

Principio de movimiento relativo y sincronización de reloj

En la segunda mitad del siglo XIX, uno estaba muy ocupado construyendo una red mundial de relojes sincronizados con señales eléctricas, por lo que ya se tenía en cuenta la finitud de la velocidad de la luz. Henri Poincaré (1898) extrajo de esto consecuencias de gran alcance para la filosofía y la física. Señaló que la sincronización con señales luminosas incide en la definición de simultaneidad en los diferentes lugares que se van a tener , y por lo tanto la definición de simultaneidad es una pura, basada en conveniencia. Argumentó que la suposición de una velocidad constante de la luz en todas las direcciones (por ejemplo, para propósitos astronómicos) como un " postulado " era ventajosa para dar leyes como la ley de gravitación de Newton lo más simple posible. En trabajos posteriores, Poincaré (1895, 1900a) afirmó que no creía en un movimiento absoluto o en el descubrimiento de un movimiento en relación con el éter, y llamó a este punto de vista el "principio de movimiento relativo". En el mismo año (1900b) Poincaré reconoció que se puede definir la hora local de Lorentz haciendo que dos observadores sincronicen sus relojes con señales luminosas ( sincronización Poincaré- Einstein ). Si, basándose en el principio de relatividad, asumen que están en reposo, concluyen que la luz viaja a la misma velocidad en ambas direcciones. Sin embargo, si se desplazaran hacia el éter, se equivocarían y los relojes no podrían ser sincrónicos ( relatividad de la simultaneidad ). Poincaré definió la hora local como algo que se puede interpretar físicamente y mostrar con relojes, en claro contraste con la interpretación puramente matemática de Lorentz.

Alfred Bucherer (1903) explicó, como Poincaré, que sólo se pueden determinar los movimientos relativos de los cuerpos entre sí, pero no hacia el éter. Sin embargo, a diferencia de Poincaré, llegó a la conclusión de que el concepto de éter ligero debería rechazarse en absoluto. Sin embargo, la teoría que Bucherer construyó a continuación fue inútil por razones tanto experimentales como sustantivas, y Bucherer no sacó ninguna conclusión con respecto a la relatividad del espacio y el tiempo, a pesar del rechazo del concepto de éter.

La teoría de 1904 de Lorentz

Bajo la influencia de la demanda de Poincaré de que un movimiento absoluto sea indetectable, Lorentz (1904b) finalmente estuvo muy cerca de completar su teorema de los estados correspondientes. Como Abraham, desarrolló un concepto teórico de campo de los electrones, que, sin embargo, a diferencia de Abraham, trató de tener en cuenta la contracción de los electrones y, por tanto, el principio de relatividad. Esto le permitió explicar el resultado negativo del experimento de Trouton Noble (1903), en el que se esperaba un par debido al viento de éter , utilizando el pulso electromagnético . También podrían explicarse los resultados negativos de los experimentos de Rayleigh y Brace (1902, 1904) sobre la birrefringencia . Otro paso importante fue que extendió la validez de la transformación de Lorentz a fuerzas no eléctricas (si existen). Sin embargo, Lorentz no pudo mostrar la covarianza de Lorentz completa de las ecuaciones electromagnéticas.

Casi al mismo tiempo que Lorentz estaba redactando su teoría, Wien (1904a), como Searle (1897) antes que él, determinó que, debido a la dependencia de la velocidad de la masa, exceder la velocidad de la luz requiere una cantidad infinita de energía y, por lo tanto, es imposible. . Y después de tener la versión final de la teoría de Lorentz, él (1904b) concluyó lo mismo a partir de la contracción de la longitud, ya que a mayor velocidad que la luz, la longitud de un cuerpo asumiría un valor imaginario.

Abraham (1904), sin embargo, mostró un defecto fundamental en la teoría de Lorentz. Por un lado, esta teoría se construyó de tal manera que se cumple el principio de relatividad, pero también se debe mostrar el origen electromagnético de todas las fuerzas. Abraham demostró que ambos supuestos son incompatibles, ya que en la teoría de Lorentz los electrones contraídos requieren una energía de enlace no eléctrica que garantice la estabilidad de la materia. En la teoría rígida de los electrones de Abraham, tal energía no era necesaria. Ahora surgió la pregunta de si la cosmovisión electromagnética (compatible con la teoría de Abraham) o el principio de relatividad (compatible con la teoría de Lorentz) eran correctos.

Ya teniendo en cuenta la nueva teoría de Lorentz, Poincaré (1904) definió en un discurso en septiembre en St. Louis (combinando el principio de relatividad galileano con el teorema de los estados correspondientes de Lorentz) el “principio de relatividad” como requisito de que las leyes de la naturaleza para todos los observadores deben ser las mismas, independientemente de si se mueven o no y, por lo tanto, su estado absoluto de movimiento debe permanecer desconocido. Precisó su método de sincronización de reloj a través de la luz y por ende su interpretación física de la hora local y explicó que podría llegar un “nuevo método” o “nueva mecánica”, que se basaría en la imposibilidad de exceder la velocidad de la luz (también para los observadores en movimiento relativo al éter). Sin embargo, señaló críticamente que tanto el principio de relatividad, la actio y la reactio de Newton , la ley de conservación de la masa y la ley de conservación de la energía no son de ninguna manera ciertos.

En noviembre (1904) Cohn mostró posibilidades para una interpretación física de la teoría de Lorentz (que comparó con la suya propia). Al hacerlo, se refirió a la estrecha relación con la medición por medio de reglas y relojes. Si reposan en el éter de Lorentz, muestran las longitudes y tiempos “verdaderos”, y si se mueven, muestran valores contraídos o dilatados. Al igual que Poincaré, Cohn hizo la importante observación de que la hora local se produce cuando la luz se propaga en la tierra como una onda esférica, es decir, se supone que la propagación de la luz en la tierra es isotrópica. En contraste con Lorentz y Poincaré, Cohn encontró que la distinción entre coordenadas "verdaderas" y "aparentes" en la teoría de Lorentz parece muy artificial, ya que ningún experimento puede mostrar el verdadero estado de movimiento y todas las coordenadas son iguales. Por otro lado, Cohn creía que todo esto solo era válido para el campo de la óptica, mientras que los relojes mecánicos podían mostrar la hora "verdadera".

El artículo de Lorentz de 1904 fue resumido en la primavera de 1905 por Richard Gans en el número 4 del suplemento quincenal de los anales de la física (con mención de la transformación de Lorentz ), que Albert Einstein también resumió al mismo tiempo que utilizó contribuir con importantes ensayos internacionales. Es de destacar que Einstein afirmó posteriormente que no conocía la obra de Lorentz de 1904, aunque 14 días después él mismo publicó toda una serie de resúmenes en la misma revista, en el número 5, firmados con la abreviatura "AE".

Dinámica del electrón de Poincaré

El 5 de junio de 1905, Poincaré finalmente presentó el resumen de una obra que cerró formalmente las brechas existentes en la obra de Lorentz. Aunque este documento contenía muchos resultados, no contenía las derivaciones de sus observaciones, con partes esenciales de ellas ya contenidas en dos cartas que Poincaré escribió a Lorentz alrededor de mayo de 1905. Habló del postulado de la imposibilidad total de descubrir un movimiento absoluto, que aparentemente es una ley de la naturaleza. Reconoció el carácter grupal de la transformación de Lorentz que llamó la primera, le dio la forma simétrica moderna y, usando la adición de velocidad relativista , corrigió los términos de Lorentz para densidad de carga y velocidad y así logró la covarianza de Lorentz completa. Siguiendo a Lorentz, explicó que la transformación de Lorentz (y por lo tanto la invariancia de Lorentz) debe aplicarse a todas las fuerzas de la naturaleza. Pero, a diferencia de Lorentz, también se ocupó de la gravedad y afirmó la posibilidad de un modelo de gravedad invariante de Lorentz y mencionó la existencia de ondas gravitacionales . Para refutar la crítica de Abraham, Poincaré introdujo una presión no eléctrica (los “voltajes de Poincaré”), que se supone que garantiza la estabilidad del electrón y posiblemente también justifica dinámicamente la contracción de la longitud. Con esto, sin embargo, Poincaré abandonó la cosmovisión electromagnética en favor del principio de relatividad.

Finalmente, Poincaré (presentado el 23 de julio, impreso el 14 de diciembre, publicado en enero de 1906), independientemente de Einstein, presentó su trabajo, conocido como Palermo Work, que fue una versión significativamente ampliada del primer trabajo de Poincaré de 1905. Habló del "postulado de la relatividad"; demostró que las transformaciones son consecuencia del principio de menor efecto , y demostró con más detalle que antes su propiedad grupal, donde acuñó el nombre de grupo de Lorentz ("Le groupe de Lorentz"). Se ocupó en detalle de las propiedades de las tensiones de Poincaré. En relación con su concepción de la gravedad (que, sin embargo, resultó insuficiente) Poincaré demostró que la combinación es invariante e introdujo la expresión ict (en contraste con Palágyi con la velocidad de la luz) como la cuarta coordenada de un cuadro tetradimensional. espacio : usó una especie de cuatro vectores . Sin embargo, Poincaré señaló en 1907 que una reformulación de la física en un lenguaje de cuatro dimensiones es posible, pero demasiado engorrosa y, por lo tanto, de poca utilidad, por lo que no siguió sus enfoques en este sentido; esto solo lo hizo más tarde Minkowski. Y a diferencia de Einstein, Poincaré siguió adhiriéndose al concepto del éter.${\ Displaystyle x ^ {2} + y ^ {2} + z ^ {2} -c ^ {2} t ^ {2}}$

Teoría especial de la relatividad

Einstein 1905

Teoría especial de la relatividad

Albert Einstein publicó en su obra Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento (transmitida el 30 de junio, publicada el 26 de septiembre de 1905) con la teoría especial de la relatividad, un enfoque completamente nuevo para resolver este problema. No solo logró derivar las partes relevantes de la electrodinámica de Lorentz, sino que la teoría también contenía la "abolición del éter" y el cambio en los fundamentos del espacio y el tiempo. Esto se basó únicamente en el supuesto de dos principios, a saber, el principio de relatividad y la constancia de la velocidad de la luz en todos los marcos de referencia en movimiento uniforme. Para comprender el paso de Einstein, la situación inicial debe resumirse aquí nuevamente, especialmente con miras a los prerrequisitos teóricos y experimentales (por lo que debe notarse que Einstein, según su propia declaración, sí usó la teoría de Lorentz de 1895 y "Ciencia e hipótesis" (1902) que von Poincaré conocía, pero no su trabajo de 1904 a 1905):

1. La electrodinámica de Maxwell-Lorentz de 1895, que fue, con mucho, la teoría más exitosa. Según esta teoría, la velocidad de la luz es constante en todas las direcciones en el éter e independiente de la velocidad de la fuente de luz.
2. La incapacidad de encontrar un estado absoluto de movimiento como consecuencia del resultado negativo de todos los experimentos de deriva del éter, así como el hecho de que los efectos de la inducción electromagnética solo dependen del movimiento relativo .
3. El experimento de Fizeau .
4. La existencia de la aberración de la luz .

Esto tiene las siguientes consecuencias para la velocidad de la luz y las teorías discutidas en ese momento:

• La velocidad de la luz medida no está compuesta de forma aditiva por la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de un sistema de referencia preferido, debido a 2. Esto contradice la teoría del éter estático o parcialmente transportado.
• La velocidad de la luz medida no es una combinación aditiva de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la fuente de luz, debido a 1 y 3. Esto contradice la teoría de la emisión .
• La velocidad medida de la luz no está compuesta aditivamente por la velocidad de vacío de la luz y la velocidad de un medio arrastrado dentro o cerca de la materia, debido a 1, 3 y 4. Esto contradice la teoría del arrastre completo del éter.
• La velocidad de la luz medida en los medios en movimiento no es un resultado directo de la velocidad de la luz en el medio en reposo y la velocidad del medio, sino que sigue el coeficiente de arrastre de Fresnel, debido a 3.

Aunque siempre es posible introducir varias hipótesis ad hoc para salvar una teoría en particular, tales “conspiraciones” de efectos que impiden ciertos descubrimientos se clasifican como muy improbables en la ciencia. Si, como Einstein, se prescinde de hipótesis auxiliares y propiedades inobservables, la lista anterior (y una gran cantidad de otros experimentos que se han realizado hasta la fecha) muestra inmediatamente la validez del principio de relatividad y la constancia de la velocidad de la luz. en todos los sistemas inerciales. Poincaré y Lorentz utilizaron en parte los mismos principios que Einstein, también enseñaron la completa igualdad matemática de los sistemas de referencia y reconocieron que de hecho se miden diferentes coordenadas espaciales y temporales. Sin embargo, continuaron atribuyendo los efectos de la transformación de Lorentz a interacciones dinámicas con el éter, diferenciaron entre el tiempo "verdadero" en el sistema de éter estacionario y el tiempo "aparente" en sistemas relativamente en movimiento y mencionaron el éter hasta el final en sus escritos. En términos concretos, esto significa que querían modificar la mecánica newtoniana, pero no cambiarla fundamentalmente. Como resultado, la asimetría fundamental en la teoría del éter de Lorentz, a saber, los términos mutuamente excluyentes como "éter en reposo" y el principio de relatividad, continuaron existiendo uno al lado del otro en la concepción de la teoría, vinculados sólo por un sistema de auxiliares. hipótesis. La solución a este problema, a saber, la reevaluación fundamental del espacio y el tiempo en el contexto de una teoría científica, se dejó a Einstein. Este alejarse del éter también fue más fácil para él que muchos de sus contemporáneos porque, basándose en su trabajo sobre la teoría cuántica, ya reconoció que la luz puede describirse como una partícula. La idea clásica de que las ondas electromagnéticas necesitan un éter como medio portador ya no era tan importante para Einstein como lo era para Lorentz, por ejemplo.

En solo unas pocas páginas, Einstein pudo derivar resultados basados ​​en su método axiomático que otros solo habían encontrado en años de complicado trabajo antes que él. Einstein explicó que la aparente contradicción entre los dos principios (en los que basó su teoría como postulados) podría resolverse examinando las propiedades del espacio, el tiempo y la simultaneidad y la introducción de un éter se volvió superflua. A partir de la sincronización de los relojes con las señales luminosas y la relatividad relacionada de la simultaneidad en §§ 1-2, derivó la transformación de Lorentz en § 3 basándose en consideraciones puramente cinemáticas . A partir de esta transformación, pudo derivar la contracción de la longitud, la dilatación del tiempo y el teorema de la adición de velocidad relativista en §§ 4-5 como consecuencias secundarias de la teoría. En §§ 6-10 transfirió ahora los resultados de sus investigaciones cinemáticas a la electrodinámica. Derivó el efecto Doppler relativista y la aberración relativista de las transformaciones, mostró la covarianza de Lorentz de las ecuaciones electromagnéticas y calculó las expresiones relativistas para la presión de radiación . Finalmente, derivó la masa longitudinal y transversal de los electrones (esta última, sin embargo, con un valor incorrecto).

Equivalencia de masa y energía

Ya en su trabajo sobre electrodinámica (§10) Einstein dio la energía cinética de un electrón con:

${\ Displaystyle E _ {\ mathrm {parentesco}} = mc ^ {2} \ left ({\ frac {1} {\ sqrt {1 - {\ frac {v ^ {2}} {c ^ {2}} }}}} - 1 \ right)}$.

Por el momento, sin embargo, quedó abierto si esta relación solo es importante para los cuerpos en movimiento, como en la mecánica clásica, o si también se incluyen los cuerpos en reposo. En su obra “ ¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energético? “A partir de septiembre (publicado en noviembre), Einstein demostró utilizando una paradoja de la radiación, como la formuló de forma similar Poincaré (1900) pero no pudo resolverse, que incluso los cuerpos en reposo pueden perder y ganar masa a través de la transferencia de energía , que es lo real Equivalencia de masa y energía según los cables. Thomson, Poincaré, Hasenöhrl, etc. ya habían establecido fórmulas similares para la “masa electromagnética”, como se explicó anteriormente, pero no reconocieron completamente el significado de la fórmula. Einstein, por otro lado, pudo mostrar la profunda conexión entre la equivalencia y el principio de relatividad y, además, su derivación fue completamente independiente de la cuestión de si la masa es de origen electromagnético o no. ${\ Displaystyle E / c ^ {2} \}$${\ Displaystyle E = mc ^ {2} \}$

Recepción anticipada

Primeras evaluaciones

Walter Kaufmann (1905, 1906) fue probablemente el primero en referirse al trabajo de Einstein. Comparó las teorías de Lorentz y Einstein, y aunque indicó que el método de Einstein era preferible, encontró la equivalencia observacional de las dos teorías. Por eso habló del principio de relatividad como el supuesto “Lorentz-Einsteiniano”. Incluso Max Planck - quien jugó un papel clave en la difusión de la teoría de la relatividad y sus estudiantes Max von Laue y Kurd de Mosengeil ganaron por esta teoría - dijo en su primer trabajo (1906a) para el SRT de la "Teoría de Lorentz-Einstein" porque el principio de relatividad fue introducido por Lorentz y, en una "versión aún más general", por Einstein. (El nombre Poincarés sólo se puede encontrar en unos pocos trabajos en la historia temprana de la SRT.) Planck también fue el primero en usar la expresión "teoría relativa" derivada del principio de relatividad para el término "teoría de Lorentz-Einstein" en un trabajo adicional (1906b) introducido - en contraste con la "teoría de la esfera" de Abraham. En la discusión que siguió sobre el trabajo, Alfred Bucherer cambió este término a "teoría de la relatividad" (de Einstein). Muchos (incluido Einstein) a menudo solo usaban la expresión "principio de relatividad" para el nuevo método. Todos estos términos fueron utilizados alternativamente por diferentes físicos durante los próximos años. Y Einstein, en un importante artículo de revisión sobre el principio de relatividad (1908a), describió el contenido de la SRT como una "unión de la teoría de Lorentz con el principio de relatividad" y el hallazgo principal de que la hora local de Lorentz es en realidad una realidad, igual tiempo.

Experimentos de Kaufmann-Bucherer

Kaufmann (1905, 1906) anunció ahora los resultados de sus experimentos recién llevados a cabo. En su opinión, estos representan una clara refutación del principio de relatividad y la teoría de Lorentz-Einstein, pero los datos son muy compatibles con la teoría de Abraham. Durante algunos años, los experimentos de Kaufmann representaron una objeción importante al principio de relatividad, pero Planck y Adolf Bestelmeyer (1906) cuestionaron la importancia de los experimentos. Alfred Bucherer finalmente llevó a cabo nuevos experimentos en 1908 , que estaban destinados a verificar las medidas de Kaufmann. Esta vez, sin embargo, Bucherer interpretó el resultado como una confirmación de la “teoría de Lorentz-Einstein” y el principio de relatividad. Sin embargo, las dudas también permanecieron abiertas aquí. Otros experimentos de Neumann (1914) y otros también hablaron a favor de la teoría de la relatividad, por lo que en general se creyó que el asunto había sido decidido. Sin embargo, investigaciones posteriores mostraron que los experimentos de Kaufmann-Bucherer-Neumann básicamente no eran lo suficientemente precisos como para permitir que se tomara una decisión entre las teorías en competencia. En tales experimentos, no fue hasta 1940 que finalmente se confirmó la fórmula de Lorentz-Einstein. Sin embargo, este problema solo existía para este tipo de experimento. Al investigar la estructura fina de las líneas de hidrógeno , ya en 1917 se pudo producir una confirmación mucho más precisa de la fórmula de Lorentz-Einstein y, por lo tanto, la refutación de la teoría de Abraham.

Masa e impulso relativistas

Planck (1906a) corrigió el error en la definición de Einstein de masa relativista transversal y mostró que la ortografía correcta era equivalente a la de Lorentz (1899). También definió el impulso relativista . Siguiendo el trabajo de Planck sobre la cantidad de movimiento relativista, Gilbert Newton Lewis (1908) y Richard C. Tolman (1912) desarrollaron el concepto de masa relativista definiendo la masa como la proporción de cantidad de movimiento y velocidad y no como la proporción de fuerza y ​​aceleración ( cantidad de movimiento temporal - o cambio de velocidad ). Esto hizo que la antigua definición de masa longitudinal y transversal fuera superflua.

Equivalencia masa-energía

Einstein (1906) estableció que la inercia de la energía (equivalencia masa-energía) es una condición necesaria y suficiente para mantener el movimiento del centro de gravedad . Se refirió a Poincaré (1900b) y afirmó que el contenido de su obra coincide en gran medida con el suyo. Y Kurd von Mosengeil (1907) desarrolló el enfoque de Hasenöhrl para calcular la radiación del cuerpo negro en un cuerpo hueco, teniendo en cuenta la teoría de Einstein, y sentó una base importante para la termodinámica relativista : recibió el mismo valor para la masa de radiación electromagnética que Hasenöhrl. Basado en el trabajo de Mosengeil, Planck (1907) también pudo derivar la equivalencia masa-energía del enfoque de la radiación de la cavidad, y también tuvo en cuenta las fuerzas de unión en la materia. Reconoció la prioridad del trabajo de Einstein de 1905 sobre la equivalencia, pero Planck consideró que su propia derivación era más general.

Experimentos de Fizeau y Sagnac

Como se mencionó anteriormente, Lorentz (1895) ya había podido explicar el coeficiente de arrastre de Fresnel para cantidades de primer orden y, por lo tanto, el resultado del experimento de Fizeau a partir de la teoría de la luz electromagnética utilizando la hora local. Después de los primeros intentos de Jakob Laub de crear una "óptica de cuerpos en movimiento", fue Max von Laue (1907) quien derivó este efecto para tamaños de todos los órdenes mediante una aplicación muy simple del teorema relativista de la adición de velocidades, en contraste con el método relativamente complicado de Lorentz. Por lo tanto, este resultado no es solo una confirmación, sino también un ejemplo de la eficiencia y simplicidad del SRT.

Max von Laue (1911) discutió un posible experimento en el que, con una configuración experimental giratoria, los rayos de luz se emiten en la dirección opuesta y luego regresan al punto de partida. Su cálculo para la vista de un sistema inercial no giratorio mostró que tendría que haber un cambio en las franjas de interferencia, ya que según la teoría de la relatividad la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente y, por lo tanto, de las trayectorias de la luz. los dos rayos son diferentes en relación con el punto de partida en movimiento. Eso significa que no existe un sistema inercial en el que la trayectoria de los dos rayos de luz tenga la misma longitud. Un experimento de este tipo fue realizado por Georges Sagnac (1913), quien de hecho encontró el cambio correspondiente ( efecto Sagnac ). Si bien el propio Sagnac creía haber probado la existencia de un éter de luz inactivo, el cálculo anterior de Max von Laue muestra que este efecto también está de acuerdo con el SRT, porque en ambas teorías la velocidad de la luz es independiente del estado de movimiento de la fuente. . Por otro lado, un observador que gira con la disposición de prueba atribuye los diferentes tiempos de vuelo a la aceleración durante la rotación, por lo que el efecto Sagnac puede verse como la contraparte óptica de los efectos mecánicos rotacionales , como p. Ej. B. Péndulo de Foucault . La descripción desde el punto de vista de un sistema de referencia rotatorio fue realizada por Paul Langevin (1937), por lo que cabe señalar que en los sistemas de referencia acelerados la velocidad de la luz ya no es constante (ver apartado Aceleración ).

Franz Harress llevó a cabo un experimento similar entre 1909 y 1911, que puede verse como una síntesis de los experimentos de Fizeau y Sagnac. Trató de medir el coeficiente de arrastre en vidrio, pero utilizó una disposición de prueba rotativa, que es muy similar a la que utilizó más tarde Sagnac. Los desplazamientos que encontró no fueron interpretados correctamente por Harress, pero Laue pudo demostrar que el resultado encontrado por Harress correspondía al efecto Sagnac. Finalmente, en el experimento de Michelson-Gale (1925, una variación del experimento de Sagnac), se pudo demostrar la rotación de la tierra de acuerdo con el SRT y un éter ligero inactivo.

Relatividad de la simultaneidad

Las primeras derivaciones de la relatividad de la simultaneidad a través de la sincronización con señales luminosas de Poincaré y Einstein ahora también se han simplificado. Daniel Frost Comstock (1910) sugirió colocar un transmisor en el medio entre dos relojes en A y B, que envía una señal a ambos relojes, que a su vez se inician cuando llega la señal. En el sistema en el que descansan A y B, los relojes comienzan a funcionar sincrónicamente. Sin embargo, desde el punto de vista de un sistema en el que A y B se mueven con v, el reloj B se pone en movimiento primero y luego el reloj A, por lo que los relojes no están sincronizados. Einstein también diseñó un modelo en 1917 con un receptor en movimiento en el medio entre A y B. Tampoco inició la señal desde el medio, sino que envió dos señales de A a B al receptor. Desde el punto de vista del sistema en el que A y B están en reposo, las señales se envían simultáneamente; aquí, sin embargo, el receptor se acerca a la señal de B y huye de la señal de A, por lo que las señales no llegan a al mismo tiempo. Sin embargo, desde el punto de vista del sistema en el que el receptor está en reposo, esta llegada no simultánea se interpreta en el sentido de que las señales no se enviaron desde A y B al mismo tiempo desde el principio .

Teoría de emisiones

Como alternativa a la teoría de la relatividad, Walter Ritz (1908) y otros desarrollaron una teoría de emisión basada en la teoría corpuscular de Newton , según la cual la velocidad de la luz en todos los sistemas de referencia solo es constante en relación con la fuente de emisión (y no con éter) y donde en lugar de la transformación de Lorentz, se usa la Transformación de Galileo (es decir, en sistemas donde la fuente se mueve con ± v, la luz no se propaga con velocidad c, sino con c ± v). Esta teoría viola la constancia de la luz, pero aún satisface el principio de relatividad y puede explicar el experimento de Michelson-Morley. Incluso Albert Einstein movió antes de 1905 tal hipótesis, consideremos brevemente cuál fue la razón por la que, de hecho, todavía no se usó en sus escritos posteriores, el experimento de Michelson-Morley para confirmar el principio de relatividad pero como confirmación de la consistencia de la luz. Sin embargo, una teoría de la emisión requeriría una reformulación completa de la electrodinámica, contra lo que se opuso el gran éxito de la teoría de Maxwell. Y finalmente, la teoría de la emisión ha sido refutada desde el descubrimiento del efecto Sagnac y los experimentos de Willem de Sitter (1913), ya que en tal teoría las órbitas observadas en estrellas binarias parecerían contradecir las leyes de Kepler, que, sin embargo, eran no observado. Experimentos más recientes con luz de alta frecuencia confirman este resultado, y los experimentos en aceleradores de partículas no pudieron probar ninguna dependencia de la fuente de la velocidad de la luz.

Física del espacio-tiempo

El espacio-tiempo de Minkowski

Hermann Minkowski (1907, 1908) desarrolló aún más el enfoque tetradimensional de Poincaré . Esta geometría de la transformación de Lorentz se basó, por ejemplo, en logros matemáticos como la teoría de grupos , la teoría invariante y la geometría proyectiva , desarrollada en el siglo XIX por matemáticos como Arthur Cayley . En una conferencia de 1907, Minkowski introdujo el espacio- tiempo como una “variedad tetradimensional no euclidiana”. Logró reformular toda la electrodinámica al introducir un formalismo tetradimensional en el llamado espacio de Minkowski , lo que permitió una interpretación mucho más clara y coherente del SRT. Introdujo términos importantes como tiempo adecuado, invariancia de Lorentz y usó cuatro vectores , a los que llamó de manera diferente. Sin embargo, su intento de establecer una ley de gravedad invariante de Lorentz resultó ser tan inadecuado como el modelo de Poincaré. En su famosa conferencia Raum und Zeit (1909), donde anunció el fin de las concepciones anteriores del espacio y el tiempo, concibió el diagrama de Minkowski para ilustrar el espacio-tiempo.

El propio Minkowski nombró en 1907 como sus precursores en la elaboración del principio de relatividad: Lorentz, Einstein, Poincaré y Planck. En cambio, en su famosa conferencia Espacio y tiempo , solo mencionó a Voigt, Lorentz y Einstein. Criticó a Lorentz por la artificialidad de su hipótesis de contracción, mientras que veía su propia interpretación geométrica como mucho más natural. Sobre todo, elogió a Einstein por su completa relativización del tiempo, pero se quejó de que tanto Lorentz como Einstein no habían tenido plenamente en cuenta la relatividad del espacio. Las afirmaciones de prioridad de Minkowski en relación con la finalización de la teoría de la relatividad son rechazadas en este contexto por los historiadores de la ciencia. Esto se debe a que Minkowski (como Wien y Abraham) continuó siendo un representante de la cosmovisión electromagnética y aparentemente no había reconocido completamente la diferencia entre la teoría electrónica de Lorentz y la cinemática de Einstein.

Sin embargo, por el momento, Einstein y Laub rechazaron una formulación cuatridimensional de la teoría de la relatividad por ser demasiado compleja y publicaron una derivación no cuatridimensional de las ecuaciones básicas de los cuerpos en movimiento. Sin embargo, fue precisamente el formalismo de Minkowski el que fue decisivo para la difusión y aceptación de la SRT a partir de 1909.

Notación vectorial y sistemas cerrados

El hecho de que el concepto de Minkowski fuera formalmente refinado y modernizado considerablemente fue particularmente significativo. Por ejemplo, Arnold Sommerfeld (1910) reemplazó la notación matricial de Minkowski con una notación vectorial más elegante y utilizó términos como "cuatro vectores" o "seis vectores" por primera vez. También introdujo una derivación trigonométrica de la suma de velocidad, que en su opinión eliminó gran parte de la extrañeza de este concepto. Laue hizo otras contribuciones importantes. Amplió las expresiones de Minkowski para incluir procesos no electromagnéticos y así profundizó el concepto de equivalencia masa-energía. Laue también mostró que se necesitan fuerzas no eléctricas para que todas las fuerzas en el electrón estén correctamente sujetas a la transformación de Lorentz, y para que el electrón permanezca estable, es decir, mostró que el voltaje de Poincaré es una consecuencia natural del SRT, de modo que el electrón forma un sistema cerrado.

Transformación de Lorentz sin postulado de luz

Se ha intentado ahora derivar la transformación de Lorentz sin incluir el postulado de la constancia de la velocidad de la luz. Wladimir Sergejewitsch Ignatowski (1910) z. Para ello B. utilizó a) el principio de relatividad, b) isotropía y homogeneidad del espacio, c) el requisito de reciprocidad. Philipp Frank y Hermann Rothe (1910) demostraron ahora que esta derivación está incompleta y se basó en otras suposiciones adicionales que Ignatowski no enumeró. Su propia derivación se basó en los supuestos de que a) la transformación de Lorentz debería formar un grupo lineal homogéneo de un solo parámetro, b) que cuando el sistema de referencia cambia, la velocidad relativa solo cambia el signo , c) que la contracción de la longitud depende exclusivamente en la velocidad relativa. Según Pauli y Miller, sin embargo, tanto Ignatowski como Frank / Rothe no fueron capaces de identificar la velocidad invariante con la velocidad de la luz en las transformaciones obtenidas, ya que Ignatowski, por ejemplo, tuvo que recurrir a la electrodinámica para obtener la velocidad de luz. Por tanto, Pauli opinó que ambos postulados son necesarios para la derivación de la transformación de Lorentz. Varios otros autores han realizado intentos similares de derivar las transformaciones sin utilizar el postulado de la luz.

Reformulaciones no euclidianas de la teoría

Minkowski descubrió en 1907 que el formalismo del espacio-tiempo está estrechamente relacionado con la geometría no euclidiana . Sin embargo, continuó usando una coordenada de tiempo imaginaria como cuarta dimensión. Asimismo, a partir del trabajo de Born (1909) sobre la aceleración de cuerpos rígidos, se hicieron claras las analogías con la geometría de Riemann , siendo la paradoja de Ehrenfest una pista importante para el desarrollo de la teoría de la gravedad por parte de Einstein. Varios matemáticos y físicos han hecho ahora más intentos sistemáticos para reformular todo el SRT sobre la base de una geometría no euclidiana, es decir, H. estos modelos de espacio-tiempo operaban con una coordenada de tiempo real como cuarta dimensión. El conocimiento adquirido de esta manera permitió una elegante formulación de varias expresiones de la teoría. Sin embargo, en lo que al contenido físico se refiere, estos modelos no fueron más allá de las declaraciones de la SRT. Vladimir Varičak (1910, 1912) notó la analogía con la geometría hiperbólica y trató de reformular el SRT con ella. Alfred Robb (1911) introdujo el concepto de rapidez como una función hiperbólica para describir la velocidad del sistema. Edwin Bidwell Wilson y Gilbert Newton Lewis (1912) utilizaron un cálculo vectorial no euclidiano. Émile Borel (1913) hizo un descubrimiento importante , que sentó las bases cinemáticas de la precesión de Thomas sobre la base de una geometría hiperbólica . Sin embargo, el formalismo espacial-temporal original de Minkowski continuó siendo favorecido y no fue hasta el desarrollo de la relatividad general que la geometría no euclidiana jugó un papel importante en la física. Y en la mayoría de los trabajos modernos sobre RT, se prefiere la representación no euclidiana con una coordenada en tiempo real.

La dilatación del tiempo y la paradoja de los gemelos

Einstein (1907a) mostró que el efecto Doppler transversal (que es consecuencia de la dilatación del tiempo) reveló la posibilidad de verificar experimentalmente la existencia de dilatación del tiempo. En 1938, Herbert E. Ives (aunque era un acérrimo oponente del SRT) y GR Stilwell realmente lograron demostrar este efecto y, por lo tanto, la dilatación del tiempo de manera experimental (experimento de Ives-Stilwell ).

Y Lewis y Tolman (1909) ilustraron la reciprocidad de la dilatación del tiempo requerida por Einstein mediante el uso de dos relojes de luz A y B, que se mueven con una cierta velocidad relativa entre sí. Los relojes constan de dos espejos, entre los cuales se envía una señal luminosa de ida y vuelta. Para un observador que descansa en el mismo marco inercial que A, la trayectoria de la señal es simplemente la distancia entre ellos a través de la velocidad de la luz. Sin embargo, si observa el reloj B, notará que el tiempo de ejecución es más largo allí, porque el haz de luz tiene que extenderse en una pendiente para llegar a su destino: A va más rápido que B. Por el contrario, un observador que está descansando en B lo ve exactamente al revés: B está en reposo aquí, y A se está moviendo, y por lo tanto B es el reloj que corre más rápido. Y en una conferencia entre 1910 y 1912, Lorentz también discutió la reciprocidad de la dilatación del tiempo y, relacionada con ella, una aparente paradoja del reloj. Lorentz muestra que la afirmación de que todos perciben el reloj del otro más lentamente no es una paradoja. Debe tenerse en cuenta que solo se usa un reloj para medir en un sistema, pero se requieren dos relojes en el otro; en este caso, también debe tenerse en cuenta la relatividad de la simultaneidad.

Además, Paul Langevin (1911) creó una situación similar con la famosa paradoja de los gemelos al reemplazar los relojes con personas (aunque no habló literalmente de gemelos, su representación contiene todas las demás características de la paradoja). Langevin resolvió la paradoja señalando la asimetría de los dos observadores, según la cual un cuerpo cambia de dirección provocado por la aceleración. El propio Langevin vio esto, sin embargo, como una indicación de un "movimiento absoluto" en un éter. Aunque esta explicación se ha mantenido en principio hasta el día de hoy, sus conclusiones sobre el éter son rechazadas. Por ejemplo, Max von Laue (1913) señaló que la aceleración en relación con el movimiento inercial puede hacerse arbitrariamente pequeña. Esto permitió Laue para mostrar que es mucho más importante que el gemelo viajero se encuentra en dos sistemas inerciales durante su viaje en el vuelo de ida y vuelta , mientras que los gemelos restantes restos en una sola. Laue también fue el primero en ilustrar esto con diagramas de Minkowski y en determinar cómo las líneas del mundo de los observadores en movimiento inercial maximizan el tiempo adecuado entre dos eventos.

aceleración

Einstein (1908) intentó (por el momento todavía en el contexto de la SRT) capturar también los movimientos acelerados utilizando el principio de relatividad. Reconoció que se puede definir un sistema inercial para cada sección de aceleración individual, en la que el cuerpo acelerado está en reposo. El resultado es que en los sistemas de referencia acelerados definidos de esta manera, la velocidad de la luz ya no es constante, ya que el principio de la constancia de la velocidad de la luz solo puede usarse para determinar la simultaneidad para trayectos de luz pequeños. El principio de equivalencia establecido por Einstein en este contexto , según el cual la masa pesada e inerte son equivalentes, y los procesos en un marco de referencia acelerado son equivalentes a los procesos en un campo gravitacional homogéneo, sin embargo, fue más allá de los límites del SRT y dio origen a la teoría general de la relatividad .

Casi simultáneamente con Einstein, Minkowski (1908) también discutió el caso especial de aceleración uniforme en el contexto de su formalismo espaciotemporal, y reconoció que la línea del mundo resultante corresponde a una hipérbola. Esto fue continuado por Born (1909) y Sommerfeld (1910b), donde Born acuñó el término movimiento hiperbólico . Se dio cuenta de que la aceleración uniforme se puede utilizar como una aproximación para la descripción de diferentes aceleraciones en el SRT. Además, Harry Bateman y Ebenezer Cunningham (1910) pudieron demostrar que las ecuaciones de Maxwell permanecieron invariantes no solo bajo el grupo de Lorentz, sino también bajo un grupo más general de transformaciones de ondas esféricas (o transformaciones conformes ), y así aceleraron su validez para un número de movimientos mantenidos. Friedrich Kottler (1912) dio finalmente una formulación covariante general de la electrodinámica , por lo que esto también es válido en el marco de la teoría general de la relatividad desarrollada más tarde. Con respecto a la elaboración adicional de la descripción de aceleraciones en el contexto del SRT, por mencionar el trabajo de Paul Langevin para los sistemas de referencia rotativos, y sobre todo de Wolfgang Rindler .

Cuerpos rígidos y la realidad de la contracción en longitud.

Einstein (1907b) discutió la cuestión de si en cuerpos rígidos , o en absoluto, la velocidad de la información podría ser mayor que la velocidad de la luz y explicó que bajo estas circunstancias la información podría enviarse al pasado y se violaría la causalidad. Sin embargo, dado que esto viola radicalmente cualquier experiencia, se excluye la velocidad más rápida que la de la luz. Añadió que había que crear una dinámica del cuerpo rígido en el SRT (con lo que Einstein, como Planck y Bucherer, también utilizó la expresión "teoría de la relatividad"). Cuando Born (1909) intentó extender el SRT al movimiento acelerado, utilizó el concepto de carrocería rígida. Sin embargo, este modelo terminó en un callejón sin salida conceptual, pues Paul Ehrenfest (1909) publicó un breve trabajo en el que mostró, utilizando la paradoja de Ehrenfest que lleva su nombre , que un cuerpo rígido no se puede poner en rotación dentro del marco del SRT, debido a la contracción de Lorentz, la circunferencia de un disco giratorio (visto como un cuerpo rígido) se acortaría si el radio permaneciera igual. Estas investigaciones fueron, entre otras cosas. Continuado por Gustav Herglotz y Fritz Noether , quienes desarrollaron una teoría relativista de la elasticidad, pero tuvieron que limitar considerablemente el uso de "cuerpos rígidos". Finalmente, Max von Laue (1911b) reconoció que en el SRT un cuerpo tiene un número infinito de grados de libertad , es decir, no hay cuerpos “rígidos” en absoluto. Entonces, si bien la definición de Born de cuerpos rígidos era incompatible, fue bastante útil para describir los movimientos de cuerpos rígidos . En cualquier caso, un experimento mental similar se convirtió en una pista importante para el desarrollo de la teoría de la gravedad por parte de Einstein, porque reconoció que la geometría en un sistema de referencia co-rotativo no es euclidiana. La descripción de la geometría no euclidiana en un marco de referencia rotatorio, que sigue siendo relevante en la actualidad, fue dada por Langevin (1935), aunque hasta el día de hoy se han publicado diversas variaciones y ampliaciones de esta solución debido a la complejidad de las relaciones ( y a menudo por desconocimiento de las soluciones existentes).

En relación con la paradoja de Ehrenfest, Vladimir Varičak (1911) discutió la cuestión de si la contracción de la longitud es "real" o "aparente". Sin embargo, era más una cuestión de palabras, porque como explicó Einstein en su respuesta a Varičak, la contracción de la longitud cinemática es "aparente" en el sentido de que no existe para un observador en movimiento, pero sí lo es para un observador inmóvil. probablemente "reales" y sus consecuencias son mensurables. En lo que respecta a los resultados de la medición, lo mismo se aplica a la hipótesis de contracción de Lorentz: aquí también, la contracción solo se puede medir para un observador que no se está moviendo, pero no para alguien que se está moviendo. La diferencia fundamental radica en la interpretación: mientras que según Einstein la contracción es una consecuencia de efectos cinemáticos como la medición (in) simultánea de los puntos finales de una distancia, Lorentz es un efecto dinámico-mecánico causado por fuerzas transmitidas en el éter.

Aceptación de la teoría

La diferencia fundamental interpretativa y filosófica entre las teorías de Lorentz y Einstein ahora finalmente cristalizó. El término “teoría de Lorentz-Einstein” ya no se usaba y casi nadie (con la excepción de Lorentz, Poincaré, Langevin y algunos otros) aún reconocía la existencia de un éter en cualquier forma. Ya en 1909, Planck comparó los efectos del principio moderno de relatividad, especialmente con vistas a la relatividad del tiempo de Einstein, con los trastornos causados ​​por el sistema mundial copernicano . El hecho de que el concepto de espacio-tiempo de Minkowski fuera formalmente refinado y modernizado considerablemente también fue particularmente importante, lo que a partir de 1911 ayudó a la SRT a lograr una aceptación generalizada, especialmente entre matemáticos y físicos teóricos. En ese año, Laue publicó la primera monografía sobre SRT, Sommerfeld ya declaró que SRT era una base segura para la física, y en 1912 Viena propuso a Lorentz y Einstein conjuntamente para el Premio Nobel por sus logros en la elaboración del principio de relatividad. En ese momento, Einstein ya estaba trabajando intensamente en la teoría general de la relatividad, por lo que demostró (ver más arriba) que el SRT no era suficiente para desarrollar una teoría de la gravedad que fuera consistente con las observaciones. Finalmente, en 1915, utilizó por primera vez la expresión "teoría especial de la relatividad" para diferenciar entre teorías.

Teorías relativistas

Gravedad

El primer intento de formular una teoría relativista de la gravedad fue realizado por Poincaré (1905). Su esfuerzo fue modificar la ley de la gravedad de Newton de tal manera que la ley resultante adopte una forma covariante de Lorentz. Él mismo notó que su solución no era clara y que eran posibles diferentes soluciones. Sin embargo, pudo refutar una objeción hecha por Pierre-Simon Laplace alrededor de 1800 , según la cual la velocidad de propagación de la gravedad debe ser mucho más rápida que la de la luz debido a la aberración de la gravedad . Poincaré, por otro lado, mostró que en una teoría covariante de Lorentz, la propagación ocurre a la velocidad de la luz, y las órbitas estables aún son posibles. Minkowski (1907b) y Sommerfeld (1910) presentaron modelos similares siguiendo a Poincaré. Pero Abraham pudo demostrar en 1914 que prácticamente todos los modelos "mecánicos" más antiguos, como la gravitación de Le Sage, pero también las teorías de Poincaré y Minkowski, pertenecían a la clase de las "teorías vectoriales" de la gravedad. Estos tenían el error fundamental de que la energía del campo gravitacional debería asumir un valor negativo y no se podía evitar una violación de la conservación de la energía. Como alternativa, Abraham (1912) y Gustav Mie (1914) propusieron varias “teorías escalares”. Si bien Mie nunca pudo formular su teoría de manera completamente coherente, Abraham (que había sido un oponente de la teoría de la relatividad durante toda su vida) desarrolló más tarde una teoría en la que la velocidad de la luz ya no era ni siquiera localmente constante y por lo tanto ya no era compatible con los principios básicos de la teoría de la relatividad.

Además, todas estas teorías violaron una condición propuesta por Einstein en 1907: a saber, la equivalencia de masa inerte y pesada. Einstein ahora creía que era imposible desarrollar una teoría que fuera covariante de Lorentz y cumpliera con el principio de equivalencia. Pero Gunnar Nordström (1912, 1913) logró desarrollar una teoría escalar de la gravitación en la que se cumplen ambas condiciones. Pudo lograr esto haciendo que tanto la masa inerte como la pesada dependieran del potencial gravitacional. Su teoría también es notable porque en ella (como demostraron Einstein y Adriaan Daniël Fokker en 1914) los efectos gravitacionales pudieron representarse por primera vez completamente a través de la geometría de un espacio-tiempo curvo. Aunque la teoría de Nordström estaba libre de contradicciones, tenía un problema fundamental desde el punto de vista de Einstein: no cumplía con la covarianza general que él consideraba particularmente importante, ya que los sistemas de referencia preferidos aún podían definirse en la teoría de Nordström. En contraste con estas "teorías escalares", que corresponden a la teoría especial de la relatividad, Einstein (1911-1915) redactó una "teoría tensorial" de la gravitación, que cumplen con el principio de equivalencia y contienen la descripción de varios movimientos (incluyendo aceleraciones) de una manera generalmente covariante. Resultó que tal teoría (que Einstein llamó teoría de la relatividad general en 1915 ) iba más allá de los límites de la teoría de la relatividad especial y la covarianza de Lorentz, porque el principio de constancia de la luz solo es válido localmente. La decisión entre las teorías covariantes de Lorentz y la RT general de Einstein solo proporcionó la explicación de un fenómeno que fue mencionado en la mayoría de los trabajos sobre la gravedad, pero que inicialmente no se consideró decisivo: a saber, el perihelio de Mercurio, que solo puede ser completamente explicado con la teoría de Einstein podría ser. Además, solo el ART (en contraste con las teorías covariantes de Lorentz) proporcionó el valor correcto para la desviación de la luz por el sol.

Teoría cuántica de campos

La necesidad de unir SRT con la mecánica cuántica fue una de las principales motivaciones en el desarrollo de la teoría cuántica de campos . Pascual Jordan y Wolfgang Pauli demostraron en 1928 que la teoría cuántica se puede formular de forma relativista. Paul Dirac derivó la ecuación de Dirac para electrones y predijo la existencia de antimateria. Muchas otras áreas de la física, como la termodinámica , la mecánica estadística , la hidrodinámica , la química cuántica, etc., también pueden reformularse de manera relativista.

Experimentos

Como se explicó anteriormente, los siguientes experimentos en particular prepararon el desarrollo del SRT antes de 1905: el experimento de Fizeau , el experimento de Michelson-Morley , los experimentos de Kaufmann-Bucherer-Neumann , el experimento de Trouton-Noble , los experimentos de Rayleigh y Brace , más experimentos sobre la aberración de la luz .

A partir de la década de 1920, el experimento de Michelson-Morley se repitió muchas veces, llevándose a cabo experimentos modernos con resonadores ópticos . En 1932, con el experimento de Kennedy Thorndike y sus repeticiones modernas, se demostró la independencia de la velocidad de la luz de la velocidad de los arreglos experimentales con respecto a un sistema de referencia preferido. La contribución de la dilatación del tiempo al efecto Doppler relativista se confirmó a partir de 1938 con el experimento de Ives-Stilwell y las repeticiones, y la dilatación del tiempo de las partículas en movimiento a partir de 1940. También se llevaron a cabo muchas pruebas de la relación relativista energía-momento . Estos efectos relativistas deben tenerse en cuenta al diseñar aceleradores de partículas . Además, se realizan muchas pruebas modernas de invariancia de Lorentz para comprobar las posibles teorías de la gravedad cuántica .

crítica

Algunos científicos, filósofos y laicos se opusieron (y rechazan) la SRT. Para más detalles ver el artículo → Crítica de la teoría de la relatividad .

prioridad

Edmund Taylor Whittaker habló de la teoría de la relatividad como la creación de Poincaré y Lorentz en la segunda edición de su conocida Historia de las teorías del éter y la electricidad en 1953 y solo dio una importancia secundaria a las contribuciones de Einstein. Sin embargo, esta no es la opinión de la gran mayoría del mundo profesional. Historiadores de la ciencia como Gerald Holton , Arthur I. Miller, Abraham Pais y John Stachel reconocen los logros de Poincaré, pero se enfatiza que Einstein fue el primero en enseñar la relativización completa del espacio y el tiempo per se, prohibiendo la (clásica ) éter de la física, y solo entonces allanó el camino para una teoría fundamentalmente nueva. Otros historiadores de la ciencia van un poco más allá y llaman a la teoría de Poincaré una especie de “física relativista” (Katzir) o “teoría de la relatividad” (Walter), aunque no es lo mismo que la SRT de Einstein. Por otro lado, la opinión de que Poincaré (y Lorentz), y no Einstein, son los verdaderos fundadores de la SRT que se enseña hoy en día, solo está representada fuera de la corriente científica principal (por ejemplo, Logunov).

Lorentz

Aunque Lorentz continuó adhiriéndose a la idea etérica, habló en su obra principal La teoría de los electrones (1909) con plena apreciación sobre el "principio de relatividad de Einstein" y sus comentarios sobre relojes, escalas y sincronización. El gran logro de Einstein fue reemplazar la engorrosa formulación de Lorentz por una mucho más transparente y simple al equiparar completamente los diferentes sistemas inerciales (especialmente la variable de tiempo). Es de destacar que ni aquí ni en la nueva edición (1916) se menciona el nombre de Poincaré en este contexto.

Por otro lado, Lorentz rindió homenaje a Poincaré por su obra de 1905/1906 en una obra escrita en 1914 pero no publicada hasta 1921. Se refirió a esto como el primero en reconocer la equivalencia formal de la hora local con la hora "normal", mientras que él mismo lo había visto como un truco matemático. Es por eso que él mismo no pudo especificar la aplicación correcta de la transformación; esto fue hecho primero por Poincaré y luego por Einstein y Minkowski. Poincaré también reconoció la importancia fundamental del principio de relatividad para la electrodinámica antes que él y fue el primero en utilizar los términos “postulado de relatividad” y “principio de relatividad”. Finalmente, se refirió a los hallazgos fundamentales hechos por Poincaré (presentados en el apartado “Transformación de Lorentz”).

Aparte de esta excepción, sin embargo, Lorentz continuó mencionando solo a Einstein en este contexto. Por ejemplo, Michelson (1928) sugirió que Lorentz fue el creador de la teoría de la relatividad. Lorentz respondió que en el momento en que Einstein estaba creando el SRT, solo miraba su transformación temporal como una hipótesis de trabajo heurística. La teoría de la relatividad es, por lo tanto, realmente el trabajo de Einstein solo; no puede haber duda de que Einstein la descubrió, incluso si el trabajo de sus predecesores en esta área no se había realizado en absoluto.

Poincaré

Poincaré, por otro lado, siempre presentó las nuevas teorías como creación de Lorentz y no vio ninguna razón para mencionar siquiera a Einstein y Minkowski en este contexto. En 1912, poco antes de su muerte, escribió sobre la cuestión de si la "mecánica de Lorentz" continuará existiendo después del desarrollo de la física cuántica :

Aunque Poincaré enfatizó la relatividad del tiempo en sus escritos filosóficos, continuó refiriéndose en sus obras físicas (1900b, 1904, 1906, 1908b) a un éter (imposible de descubrir) y subdividió coordenadas o fenómenos en locales / aparentemente para observadores en movimiento. y verdadero / real para los observadores que descansan en el éter. Por eso, la mayoría de los historiadores asumen (salvo contadas excepciones) que la teoría de Poincaré no se corresponde con lo que se ha denominado la relatividad especial hasta el día de hoy, aunque se reconoce que anticipó métodos y contenidos esenciales de la teoría.

Einstein

El trabajo de Einstein sobre electrodinámica (1905) no contiene referencias a otros trabajos. Por lo tanto, los biógrafos de Einstein Abraham Pais y Albrecht Fölsing se refieren a la siguiente cita de Einstein en relación con su recepción literaria:

En una carta a Stark de 1907, Einstein también escribió que debido a su trabajo en la oficina de patentes, apenas tuvo la oportunidad de estudiar literatura especializada relevante en las bibliotecas. Sin embargo, eso no significa que Einstein en general no estuviera informado sobre el estado de la ciencia, sino que estaba bien informado en ciertas áreas. Entonces, algunos historiadores de la ciencia intentan enumerar las fuentes utilizadas por Einstein.

En términos filosóficos, Einstein afirmó haber sido influenciado por los filósofos empíricos David Hume y Ernst Mach . Einstein también puede tener conocimiento de las importantes obras de Wien, Cohn, Abraham, Bucherer o Hasenöhrl en Annals of Physics , ya que él mismo publicó varios artículos en esta revista a partir de 1901. Siguiendo a Abraham, por ejemplo, utilizó la expresión “ecuaciones de Maxwell-Hertz” y “basado en el enfoque habitual” los términos de masa transversal y longitudinal. Finalmente, en el § 9 menciona la “teoría de la electrodinámica de Lorentz”. Además, Einstein publicó en suplementos de los anales de la física sólo en 1905 veintiuna reseñas sobre trabajos principalmente termodinámicos. Jürgen Renn , director del MPIWG , escribió:

Una fuente importante fue el libro de texto de August Föppl sobre electrodinámica (1894), que contenía la teoría de Maxwell en la formulación de Heaviside y Hertz y una variante del problema del "imán y conductor en movimiento", que era importante para Einstein en relación con el principio de relatividad. Además, estaba la actividad de Einstein como examinador de patentes, donde posiblemente tuvo que ver con varias patentes de sincronización de relojes sobre una base eléctrica. También conoció la obra de Lorentz de 1895, donde describió la hora local, la contracción de la longitud y el experimento de Michelson-Morley. Como explicó en 1909, Einstein tomó el principio de constancia de la luz del éter de Lorentz (o de las ecuaciones de “Maxwell-Lorentzian”). En 1912 lo resumió de la siguiente manera:

Einstein llegó a la convicción de que la hora local era una indicación de tiempo real e igual y no solo un truco matemático. Y, a diferencia de Poincaré y Lorentz, reconoció que era precisamente la igualdad de los sistemas de referencia y, por tanto, la imposibilidad de descubrir el éter lo que hacía que el concepto de éter en general careciera de sentido.

También se sabe que antes de 1905 leyó con Maurice Solovine y Conrad Habicht en el libro Science and Hypothesis de la Olympia Academy Poincaré , que “los cautivó y fascinó durante semanas”. No está claro si Einstein leyó alguna de las otras obras de Poincaré antes de 1905. En sus escritos científicos posteriores a 1905, Einstein solo se refiere a Poincaré en relación con la inercia de la energía (1906) y la geometría no euclidiana (1921), pero no a sus logros en la formulación de la transformación de Lorentz, la conexión entre la sincronización del reloj y la geometría no euclidiana (1921). simultaneidad, o el principio de relatividad. No fue hasta 1953, en el 50 aniversario de la SRT, que mencionó a Poincaré por primera vez, tal vez porque Abraham Pais le había dado a Einstein una copia de la obra de Palermo de Poincaré alrededor de 1950. El escribio:

Y en 1955 le escribió a Carl Seelig :

Ver también

• Pruebas de relatividad especial
• Historia de la transformación de Lorentz

literatura

hinchar

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Referencias individuales y fuentes secundarias

En el texto, los números de año entre paréntesis junto a los nombres se refieren a la fecha de publicación de la fuente principal del autor respectivo. Las referencias individuales dadas en las notas a pie de página, por otro lado, se refieren a las siguientes fuentes secundarias de los historiadores de la ciencia, que forman la base sustantiva del artículo.

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