Критика теории относительности - Criticism of the theory of relativity

Критика теории относительности от Альберта Эйнштейна , в основном выражается в первые годы после его публикации в начале двадцатого века, на научных , псевдонаучных , философской или идеологических оснований. Хотя некоторые из этих критических замечаний получили поддержку авторитетных ученых, теория относительности Эйнштейна теперь принята научным сообществом.

Причины критики теории относительности включали альтернативные теории, отказ от абстрактно-математического метода и предполагаемые ошибки теории. По мнению некоторых авторов, антисемитские возражения против еврейского наследия Эйнштейна также иногда играли роль в этих возражениях. Некоторые критики теории относительности все еще существуют, но их мнение не разделяется большинством в научном сообществе.

Специальная теория относительности

Принцип относительности против электромагнитного мировоззрения

Примерно в конце 19 века было широко распространено мнение, что все силы в природе имеют электромагнитное происхождение (« электромагнитное мировоззрение »), особенно в работах Джозефа Лармора (1897) и Вильгельма Вина (1900). Это, по-видимому, было подтверждено экспериментами Вальтера Кауфмана (1901–1903), который измерил увеличение массы тела со скоростью, которая соответствовала гипотезе о том, что масса была создана его электромагнитным полем. Макс Абрахам (1902) впоследствии набросал теоретическое объяснение результата Кауфмана, в котором электрон считался жестким и сферическим. Однако было обнаружено, что эта модель несовместима с результатами многих экспериментов (включая эксперимент Майкельсона – Морли , эксперименты Рэлея и Брейса и эксперимент Траутона – Нобла ), согласно которым нет движения наблюдателя относительно эфир ( «эфир дрейф») было отмечено , несмотря на многочисленные попытки сделать это. Анри Пуанкаре (1902) предположил, что эта неудача возникла из-за общего закона природы, который он назвал « принципом относительности ». Хендрик Антун Лоренц (1904) создал подробную теорию электродинамики ( теория эфира Лоренца ), которая основывалась на существовании неподвижного эфира и использовала набор преобразований координат пространства и времени, которые Пуанкаре назвал преобразованиями Лоренца, включая эффекты сокращения длины. и местное время . Однако теория Лоренца лишь частично удовлетворяла принципу относительности, потому что его формулы преобразования для скорости и плотности заряда были неверными. Это было исправлено Пуанкаре (1905), который получил полную лоренцеву ковариацию уравнений электродинамики.

Критикуя теорию Лоренца 1904 года, Абрахам (1904) утверждал, что для лоренцевского сжатия электронов требуется неэлектромагнитная сила, чтобы гарантировать стабильность электрона. Это было неприемлемо для него как сторонника электромагнитного мировоззрения. Он продолжил, что до тех пор, пока отсутствует последовательное объяснение того, как эти силы и потенциалы вместе действуют на электрон, система гипотез Лоренца является неполной и не удовлетворяет принципу относительности. Пуанкаре (1905) снял это возражение, показав, что неэлектромагнитный потенциал (« напряжение Пуанкаре »), удерживающий электрон вместе, может быть сформулирован ковариантным способом Лоренца, и показал, что в принципе можно создать ковариантную модель Лоренца для гравитации. которые он также считал неэлектромагнитными по своей природе. Таким образом, непротиворечивость теории Лоренца была доказана, но от электромагнитного мировоззрения пришлось отказаться. В конце концов, Альберт Эйнштейн опубликовал в сентябре 1905 года то, что сейчас называется специальной теорией относительности , которая была основана на радикально новом применении принципа относительности в связи с постоянством скорости света. В специальной теории относительности пространственные и временные координаты зависят от системы отсчета инерционного наблюдателя, а светоносный эфир не играет никакой роли в физике. Хотя эта теория была основана на совершенно другой кинематической модели, она была экспериментально неотличима от теории эфира Лоренца и Пуанкаре, поскольку обе теории удовлетворяют принципу относительности Пуанкаре и Эйнштейна и обе используют преобразования Лоренца. После введения Минковским в 1908 году геометрической модели пространства-времени для версии теории относительности Эйнштейна большинство физиков в конечном итоге решило в пользу версии теории относительности Эйнштейна-Минковского с ее радикально новыми взглядами на пространство и время, в которых эфир не играл полезной роли. .

Заявленные экспериментальные опровержения

Эксперименты Кауфмана – Бухерера – Неймана . Чтобы окончательно определиться между теориями Абрахама и Лоренца, Кауфман повторил свои эксперименты в 1905 году с повышенной точностью. Однако за это время теоретическая ситуация изменилась. Альфред Бухерер и Поль Ланжевен (1904) разработали другую модель, в которой электрон сжимается по линии движения и расширяется в поперечном направлении, так что объем остается постоянным. Пока Кауфман еще оценивал свои эксперименты, Эйнштейн опубликовал свою специальную теорию относительности. В конце концов, Кауфман опубликовал свои результаты в декабре 1905 года и утверждал, что они согласуются с теорией Абрахама и требуют отказа от «основного предположения Лоренца и Эйнштейна» (принцип относительности). Лоренц отреагировал фразой «Я кончил на латыни», в то время как Эйнштейн не упоминал об этих экспериментах до 1908 года. Тем не менее, другие начали критиковать эксперименты. Макс Планк (1906) сослался на несоответствие в теоретической интерпретации данных, а Адольф Бестельмейер (1906) представил новые методы, которые (особенно в области малых скоростей) дали разные результаты и поставили под сомнение методы Кауфмана. Поэтому Бухерер (1908) провел новые эксперименты и пришел к выводу, что они подтверждают массовую формулу относительности и, таким образом, «принцип относительности Лоренца и Эйнштейна». Однако Бестельмейер раскритиковал эксперименты Бухерера, что привело к острому спору между двумя экспериментаторами. С другой стороны, дополнительные эксперименты Хупки (1910), Неймана (1914) и других, казалось, подтвердили результат Бухерера. Сомнения сохранялись до 1940 года, когда в аналогичных экспериментах теория Авраама была окончательно опровергнута. (Следует отметить, что, помимо этих экспериментов, релятивистская формула массы была подтверждена уже к 1917 году в ходе исследований по теории спектров. В современных ускорителях частиц формула релятивистской массы обычно подтверждается.)

В 1902–1906 годах Дейтон Миллер повторил эксперимент Майкельсона – Морли вместе с Эдвардом В. Морли . Они подтвердили нулевой результат первоначального эксперимента. Однако в 1921–1926 годах Миллер провел новые эксперименты, которые, по-видимому, дали положительные результаты. Эти эксперименты первоначально привлекли внимание средств массовой информации и научного сообщества, но были сочтены опровергнутыми по следующим причинам: Эйнштейн, Макс Борн и Роберт С. Шенкланд указали, что Миллер не учел должным образом влияние температуры. Современный анализ Робертса показывает, что эксперимент Миллера дает нулевой результат, если должным образом учтены технические недостатки устройства и планки погрешностей. Кроме того, результат Миллера не согласуется со всеми другими экспериментами, которые проводились до и после. Например, Георг Йоос (1930) использовал аппарат, размеры которого аналогичны аппарату Миллера, но он получил нулевые результаты. В недавних экспериментах типа Майкельсона – Морли, где длина когерентности значительно увеличена за счет использования лазеров и мазеров, результаты все еще отрицательны.

В 2011 году более быстрого, чем свет нейтрино аномалии , то OPERA сотрудничества опубликованных результаты , которые появились , чтобы показать , что скорость нейтрино немного быстрее , чем скорость света. Однако источники ошибок были обнаружены и подтверждены в 2012 году коллаборацией OPERA, которая полностью объяснила первоначальные результаты. В их последней публикации была указана скорость нейтрино, соответствующая скорости света. Также в последующих экспериментах было обнаружено согласие со скоростью света, см. Измерения скорости нейтрино .

Ускорение в специальной теории относительности

Также утверждалось, что специальная теория относительности не может справиться с ускорением, что в некоторых ситуациях может приводить к противоречиям. Тем не менее, эта оценка не является правильным, поскольку ускорение на самом деле может быть описано в рамках специальной теории относительности (см ускорение (специальной теории относительности) , собственной системе отсчета (плоские пространства - времени) , движение гиперболического , координаты Риндлера , Born координатами ). Парадоксы, основанные на недостаточном понимании этих фактов, были обнаружены в первые годы теории относительности. Например, Макс Борн (1909) попытался объединить концепцию твердых тел со специальной теорией относительности. То, что эта модель была недостаточной, было показано Полом Эренфестом (1909), который продемонстрировал, что вращающееся твердое тело, согласно определению Борна, подвергалось бы сжатию окружности без сокращения радиуса, что невозможно ( парадокс Эренфеста ). Макс фон Лауэ (1911) показал, что твердые тела не могут существовать в специальной теории относительности, поскольку распространение сигналов не может превышать скорость света, поэтому ускоряющееся и вращающееся тело будет претерпевать деформации.

Поль Ланжевен и фон Лауэ показали, что парадокс близнецов можно полностью разрешить, рассматривая ускорение в специальной теории относительности. Если два близнеца удаляются друг от друга, и один из них ускоряется и возвращается к другому, то ускоренный близнец моложе другого, так как он находился как минимум в двух инерциальных системах отсчета, и, следовательно, его оценка из которых события одновременно меняются во время разгона. Для другого близнеца ничего не меняется, так как он остался в едином кадре.

Другой пример - эффект Саньяка . Два сигнала были отправлены в противоположных направлениях вокруг вращающейся платформы. После их прихода происходит смещение интерференционных полос. Сам Саньяк считал, что доказал существование эфира. Однако специальная теория относительности легко объясняет этот эффект. Если смотреть из инерциальной системы отсчета, это простое следствие независимости скорости света от скорости источника, поскольку приемник убегает от одного луча, а приближается к другому лучу. Если смотреть из вращающейся рамки, оценка одновременности изменяется во время вращения, и, следовательно, скорость света не постоянна в ускоренных кадрах.

Как показал Эйнштейн, единственная форма ускоренного движения, которую нельзя описать нелокально, - это движение, вызванное гравитацией . Эйнштейна также не удовлетворил тот факт, что инерциальные системы отсчета предпочтительнее ускоренных. Таким образом, в течение нескольких лет (1908–1915) Эйнштейн развил общую теорию относительности . Эта теория включает в себя замену евклидовой геометрии по неевклидовой геометрии , и результирующей кривизна пути света привел Эйнштейн (1912) к выводу , что (как и в расширенной ускоренные кадры) скорость света не постоянна в расширенных гравитационных полей . Поэтому Абрахам (1912) утверждал, что Эйнштейн совершил решительный удар по специальной теории относительности . Эйнштейн ответил, что в рамках своей области применения (в тех областях, где гравитационными влияниями можно пренебречь) специальная теория относительности все еще применима с высокой точностью, так что вообще нельзя говорить о coup de grâce.

Сверхсветовые скорости

В специальной теории относительности передача сигналов со сверхсветовой скоростью невозможна, поскольку это нарушило бы синхронизацию Пуанкаре- Эйнштейна и принцип причинности . Следуя старому аргументу Пьера-Симона Лапласа , Пуанкаре (1904) сослался на тот факт, что закон всемирного тяготения Ньютона основан на бесконечно большой скорости гравитации . Таким образом, синхронизацию часов световыми сигналами можно в принципе заменить синхронизацией часов мгновенными гравитационными сигналами. В 1905 году сам Пуанкаре решил эту проблему, показав, что в релятивистской теории гравитации скорость гравитации равна скорости света. Хотя это намного сложнее, это также относится к общей теории относительности Эйнштейна .

Другое очевидное противоречие заключается в том, что групповая скорость в аномально диспергирующих средах больше скорости света. Это исследовали Арнольд Зоммерфельд (1907, 1914) и Леон Бриллюэн (1914). Они пришли к выводу, что в таких случаях скорость сигнала равна не групповой скорости, а скорости фронта, которая никогда не превышает скорость света. Точно так же утверждается, что очевидные сверхсветовые эффекты, открытые Гюнтером Нимцем, могут быть объяснены тщательным рассмотрением задействованных скоростей.

Также квантовая запутанность (обозначаемая Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии»), согласно которой квантовое состояние одной запутанной частицы не может быть полностью описано без описания другой частицы, не подразумевает сверхсветовой передачи информации (см. Квантовую телепортацию ), и поэтому это соответствует специальной теории относительности.

Парадоксы

Недостаточное знание основ специальной теории относительности, особенно применения преобразования Лоренца в связи с сокращением длины и замедлением времени , привело и до сих пор ведет к построению различных кажущихся парадоксов . И парадокс близнецов и Ехренфест парадокс и их объяснение уже были упомянуты выше. Помимо парадокса близнецов, Герберт Дингл и другие подвергали резкой критике также взаимность замедления времени ( т.е. каждый движущийся по инерции наблюдатель считает часы другого расширенными) . Например, Дингл написал серию писем в Nature в конце 1950-х годов. Однако самосогласованность взаимности замедления времени уже была продемонстрирована задолго до этого в иллюстративной форме Лоренцем (в его лекциях 1910 г., опубликованных в 1931 г.) и многими другими - они ссылались на тот факт, что необходимо только тщательно учитывать соответствующие правила измерения и относительность одновременности . Другие известные парадоксы являются Ladder парадокс и Парадокс Белла , который также просто может быть решена путем рассмотрения относительности одновременности.

Эфир и абсолютное пространство

Многие физики (например, Хендрик Лоренц , Оливер Лодж , Альберт Абрахам Михельсон , Эдмунд Тейлор Уиттакер , Гарри Бейтман , Эбенезер Каннингем , Чарльз Эмиль Пикар , Пол Пенлеве ) были не в восторге от отказа от эфира и предпочитали интерпретировать преобразование Лоренца на основе существование предпочтительной системы отсчета, как в основанных на эфире теориях Лоренца, Лармора и Пуанкаре. Однако идея эфира, скрытого от любых наблюдений, не была поддержана основным научным сообществом, поэтому теория эфира Лоренца и Пуанкаре была заменена специальной теорией относительности Эйнштейна, которая впоследствии была сформулирована Минковским в рамках четырехмерного пространства-времени.

Другие, такие как Герберт Э. Айвз, утверждали, что можно экспериментально определить движение такого эфира, но это так и не было обнаружено, несмотря на многочисленные экспериментальные проверки лоренц-инвариантности (см. Тесты специальной теории относительности ).

Также попытки ввести какой-то релятивистский эфир (совместимый с теорией относительности) в современную физику, например, Эйнштейном на основе общей теории относительности (1920 г.) или Полем Дираком в отношении квантовой механики (1951 г.), не были поддержаны учеными. сообщество (см. Светоносный эфир # Конец эфира? ).

В своей Нобелевской лекции , Джордж Ф. Смут (2006) описал свои собственные эксперименты на реликтового излучения анизотропии как «эксперименты дрейфа New Aether». Смут объяснил, что «одной проблемой, которую необходимо преодолеть, было сильное предубеждение хороших ученых, которые извлекли урок из эксперимента Майкельсона и Морли и специальной теории относительности, что не существует предпочтительных систем отсчета». Он продолжил, что «была образовательная работа, чтобы убедить их, что это не нарушает Специальную теорию относительности, но действительно нашло систему, в которой расширение Вселенной выглядело особенно простым».

Альтернативные теории

Теория полного сопротивления эфира , предложенная Джорджем Габриэлем Стоуксом (1844 г.), использовалась некоторыми критиками, такими как Людвиг Зильберштейн (1920) или Филипп Ленард (1920), в качестве контрмодели теории относительности. В этой теории эфир полностью увлекался внутри и вблизи материи, и считалось, что с помощью этой модели можно «иллюстративно» объяснить различные явления, такие как отсутствие дрейфа эфира. Однако такие теории сопряжены с большими трудностями. В частности, аберрация света противоречила теории, и все вспомогательные гипотезы, которые были изобретены для ее спасения, противоречивы, крайне неправдоподобны или противоречат другим экспериментам, таким как эксперимент Майкельсона-Гейла-Пирсона . Таким образом, надежная математическая и физическая модель полного сопротивления эфира так и не была изобретена, следовательно, эта теория не была серьезной альтернативой теории относительности.

Другой альтернативой была так называемая эмиссионная теория света. Как и в специальной теории относительности, концепция эфира отбрасывается, но главное отличие от теории относительности заключается в том, что скорость источника света добавляется к скорости света в соответствии с преобразованием Галилея . Как гипотеза полного сопротивления эфира, она может объяснить отрицательный результат всех экспериментов по дрейфу эфира. Тем не менее, существуют различные эксперименты, которые противоречат этой теории. Например, эффект Саньяка основан на независимости скорости света от скорости источника, и изображение двойных звезд должно быть искажено в соответствии с этой моделью, чего не наблюдалось. Также в современных экспериментах на ускорителях частиц такой зависимости от скорости не наблюдалось. Эти результаты дополнительно подтверждаются экспериментом с двойной звездой Де Ситтера (1913 г.), окончательно повторенным в рентгеновском спектре К. Брехером в 1977 г .; и земной эксперимент Альвэгера и др . (1963); все они показывают, что скорость света не зависит от движения источника в пределах экспериментальной точности.

Принцип постоянства скорости света

Некоторые считают принцип постоянства скорости света недостаточно обоснованным. Однако, как уже показали Роберт Дэниел Кармайкл (1910) и другие, постоянство скорости света можно интерпретировать как естественное следствие двух экспериментально продемонстрированных фактов:

1. Скорость света не зависит от скорости источника , как продемонстрировал эксперимент с двойной звездой Де Ситтера , эффект Саньяка и многие другие (см. Теорию излучения ).
2. Скорость света не зависит от направления скорости наблюдателя , о чем свидетельствует Майкельсона-Морли , Кеннеди-Торндайка эксперимента , и многие другие (см эфир ).

Обратите внимание, что измерения скорости света на самом деле являются измерениями двусторонней скорости света, поскольку односторонняя скорость света зависит от того, какое соглашение выбрано для синхронизации часов.

Общая теория относительности

Общая ковариация

Эйнштейн подчеркивал важность общей ковариантности для развития общей теории относительности и придерживался позиции, согласно которой общая ковариантность его теории гравитации 1915 года обеспечила реализацию общего принципа относительности. Эта точка зрения была оспорена Эрихом Кречманном (1917), который утверждал, что любая теория пространства и времени (даже включая ньютоновскую динамику) может быть сформулирована ковариантным образом, если включены дополнительные параметры, и, таким образом, общая ковариантность теории сама по себе быть недостаточным для реализации общего принципа относительности. Хотя Эйнштейн (1918) согласился с этим аргументом, он также возражал, что ньютоновская механика в общей ковариантной форме была бы слишком сложной для практического использования. Хотя сейчас стало понятно , что ответ Эйнштейна Кречманн ошиблась (последующие работы показали , что такая теория все равно будет использоваться), еще один аргумент может быть сделан в пользу общековариантности: это естественный способ выразить принцип эквивалентности , то есть , эквивалентность в описании свободно падающего наблюдателя и наблюдателя в состоянии покоя, и, таким образом, более удобно использовать общую ковариантность вместе с общей теорией относительности, чем с ньютоновой механикой. В связи с этим был затронут и вопрос об абсолютном движении. Эйнштейн утверждал, что общая ковариантность его теории гравитации поддерживает принцип Маха , который устранил бы любое «абсолютное движение» в рамках общей теории относительности. Однако, как указал Виллем де Ситтер в 1916 году, принцип Маха не выполняется полностью в общей теории относительности, поскольку существуют безматериальные решения уравнений поля. Это означает, что «инерционно-гравитационное поле», описывающее как гравитацию, так и инерцию, может существовать в отсутствие гравитирующей материи. Однако, как указал Эйнштейн, есть одно фундаментальное различие между этой концепцией и абсолютным пространством Ньютона: инерционно-гравитационное поле общей теории относительности определяется материей, поэтому оно не является абсолютным.

Бад-Наухайм Дебаты

В «Дебатах в Бад-Наухейме» (1920) между Эйнштейном и (среди прочих) Филиппом Ленардом последний высказал следующие возражения: он критиковал отсутствие «иллюстративности» версии относительности Эйнштейна, условие, которое, как он предлагал, могло быть выполнено только по теории эфира. Эйнштейн ответил, что для физиков содержание «иллюстративности» или « здравого смысла » изменилось со временем, поэтому его больше нельзя использовать в качестве критерия обоснованности физической теории. Ленард также утверждал, что своей релятивистской теорией гравитации Эйнштейн молчаливо повторно ввел эфир под названием «пространство». Хотя это обвинение было отвергнуто (среди прочего) Германом Вейлем в инаугурационной речи, произнесенной в Лейденском университете в 1920 году, вскоре после дебатов в Бад-Наухайме, сам Эйнштейн признал, что, согласно его общей теории относительности, так называемый «пустой пространство »обладает физическими свойствами, влияющими на материю, и наоборот . Ленард также утверждал, что общая теория относительности Эйнштейна допускает существование сверхсветовых скоростей, что противоречит принципам специальной теории относительности; например, во вращающейся системе координат, в которой Земля покоится, удаленные точки всей Вселенной вращаются вокруг Земли со сверхсветовой скоростью. Однако, как указал Вейль, неправильно рассматривать вращающуюся расширенную систему как твердое тело (ни в специальной, ни в общей теории относительности) - поэтому скорость сигнала объекта никогда не превышает скорость света. Другая критика, высказанная Ленардом и Густавом Ми, касалась существования «фиктивных» гравитационных полей в ускоряющихся системах отсчета, которые, согласно принципу эквивалентности Эйнштейна, не менее физически реальны, чем те, которые создаются материальными источниками. Ленард и Ми утверждали, что физические силы могут создаваться только реальными материальными источниками, в то время как гравитационное поле, которое, как предполагал Эйнштейн, существует в ускоряющейся системе отсчета, не имеет конкретного физического смысла. Эйнштейн ответил, что, основываясь на принципе Маха , эти гравитационные поля можно рассматривать как индуцированные удаленными массами. В этом отношении критика Ленарда и Ми была подтверждена, поскольку согласно современному консенсусу, в соответствии с собственными зрелыми взглядами Эйнштейна, принцип Маха в том виде, в каком он первоначально был задуман Эйнштейном, на самом деле не поддерживается общей теорией относительности, как уже упоминалось выше.

Противоречие Зильберштейна-Эйнштейна

Людвик Зильберштейн , который изначально был сторонником специальной теории, неоднократно возражал против общей теории относительности. В 1920 году он утверждал, что отклонение света солнцем, наблюдаемое Артуром Эддингтоном и др. (1919), не обязательно является подтверждением общей теории относительности, но также может быть объяснено теорией Стокса-Планка полного сопротивления эфира. Однако такие модели противоречат аберрации света и другим экспериментам (см. «Альтернативные теории»). В 1935 году Зильберштейн заявил, что нашел противоречие в проблеме двух тел в общей теории относительности . Это утверждение было опровергнуто Эйнштейном и Розеном (1935).

Философская критика

Последствия теории относительности, такие как изменение обычных представлений о пространстве и времени, а также введение неевклидовой геометрии в общую теорию относительности, подвергались критике со стороны некоторых философов различных философских школ . Многие философские критики не обладали достаточным знанием математических и формальных основ теории относительности, что приводило к критике, часто упускающей из виду суть вопроса. Например, относительность была неверно истолкована как некоторая форма релятивизма . Однако это заблуждение, как подчеркивали Эйнштейн или Планк. С одной стороны, верно, что пространство и время стали относительными, и инерциальные системы отсчета обрабатываются на равных основаниях. С другой стороны, теория делает естественные законы инвариантными - примерами являются постоянство скорости света или ковариантность уравнений Максвелла. Следовательно, Феликс Кляйн (1910) назвал это «инвариантной теорией группы Лоренца» вместо теории относительности, и Эйнштейн (который, как сообщается, использовал такие выражения, как «абсолютная теория») также симпатизировал этому выражению.

Критические отклики на теорию относительности выразили также сторонники неокантианства ( Пол Наторп , Бруно Баух и др.) И феноменологии ( Оскар Беккер , Мориц Гейгер и др.). В то время как некоторые из них отвергали только философские следствия, другие отвергали также и физические следствия теории. Эйнштейн был подвергнут критике за нарушение Иммануил Кант «s категорический схемы, то есть , он утверждал , что кривизна пространства-времени , вызванное веществом и энергией невозможно, так как материя и энергия уже требуют представления о пространстве и времени. Также утверждали, что трехмерность пространства, евклидова геометрия и существование абсолютной одновременности необходимы для понимания мира; ни один из них не может быть изменен эмпирическими данными. Переместив все эти концепции в метафизическую область, можно было бы предотвратить любую форму критики кантианства . Другие псевдокантианцы, такие как Эрнст Кассирер или Ганс Райхенбах (1920), пытались изменить философию Канта. Впоследствии Райхенбах вообще отверг кантианство и стал сторонником логического позитивизма .

На основании Анри Пуанкаре «s конвенционализма , философы , такие как Дюгем (1914) и Уго Динглер (1920) утверждал , что классические представления о пространстве, времени и геометрии были, и всегда будут, наиболее удобные выражения в естествознании, поэтому концепции относительности не могут быть правильными. Это подверглось критике со стороны сторонников логического позитивизма, таких как Мориц Шлик , Рудольф Карнап и Райхенбах. Они утверждали, что конвенционализм Пуанкаре можно модифицировать, чтобы привести его в соответствие с теорией относительности. Хотя верно то, что основные предположения ньютоновской механики проще, ее можно согласовать с современными экспериментами, только выдвинув вспомогательные гипотезы. С другой стороны, теория относительности не нуждается в таких гипотезах, поэтому с концептуальной точки зрения относительность на самом деле проще, чем механика Ньютона.

Некоторые сторонники философии жизни , витализма , критического реализма (в немецкоговорящих странах) утверждали, что существует фундаментальное различие между физическими, биологическими и психологическими явлениями. Например, Анри Бергсон (1921), который в остальном был сторонником специальной теории относительности, утверждал, что замедление времени не может применяться к биологическим организмам, поэтому он отрицал релятивистское решение парадокса близнецов. Однако эти утверждения были отвергнуты Полем Ланжевеном, Андре Мец и другими. Биологические организмы состоят из физических процессов, поэтому нет оснований предполагать, что они не подвержены релятивистским эффектам, таким как замедление времени.

Основываясь на философии фикционализма , философ Оскар Краус (1921) и другие утверждали, что основы теории относительности были лишь вымышленными и даже противоречивыми. Примерами были постоянство скорости света, замедление времени, сокращение длины. Эти эффекты кажутся математически последовательными в целом, но на самом деле они якобы неверны. Однако эта точка зрения была немедленно отвергнута. Основы относительности (такие как принцип эквивалентности или принцип относительности) не являются фиктивными, а основаны на экспериментальных результатах. Кроме того, такие эффекты, как постоянство скорости света и относительность одновременности, не противоречат друг другу, а дополняют друг друга.

В Советском Союзе (в основном в 1920-е годы) философская критика выражалась на основе диалектического материализма . Теория относительности была отвергнута как антиматериалистическая и спекулятивная, и в качестве альтернативы требовалось механистическое мировоззрение, основанное на « здравом смысле ». Подобная критика также имела место в Китайской Народной Республике во время Культурной революции . (С другой стороны, другие философы считали относительность совместимой с марксизмом .)

Шумиха вокруг теории относительности и популярная критика

Хотя Планк еще в 1909 году сравнивал изменения, вызванные теорией относительности, с коперниканской революцией , и хотя специальная теория относительности была принята большинством физиков-теоретиков и математиков к 1911 году, это было не раньше публикации экспериментальных результатов экспедиций по затмениям (1919). группой Артура Стэнли Эддингтона, что теория относительности была замечена общественностью. После публикации Эддингтоном результатов затмения Эйнштейна горячо хвалили в средствах массовой информации и сравнивали с Николаусом Коперником , Иоганном Кеплером и Исааком Ньютоном , что вызвало популярную «ажиотаж вокруг теории относительности» («Relativitätsrummel», как это называл Зоммерфельд, Эйнштейн и др.). Это вызвало ответную реакцию некоторых ученых и научных кругов, которые не могли принять концепции современной физики, включая теорию относительности и квантовую механику. Последовавшая за этим беспрецедентная публичная полемика относительно научного статуса теории гравитации Эйнштейна была частично проведена в прессе. Некоторая критика была направлена ​​не только на относительность, но и лично на Эйнштейна, которого некоторые из его критиков обвиняли в том, что он стоит за рекламной кампанией в немецкой прессе.

Академическая и неакадемическая критика

Некоторые академические ученые, особенно физики-экспериментаторы, такие как лауреаты Нобелевской премии Филипп Ленард и Йоханнес Старк , а также Эрнст Герке , Степан Мохорович , Рудольф Томашек и другие критиковали растущую абстракцию и математизацию современной физики, особенно в форме теории относительности , и позже квантовая механика . Это рассматривалось как тенденция к построению абстрактных теорий, связанная с потерей интуитивного «здравого смысла». Фактически, теория относительности была первой теорией, в которой, как считалось, была продемонстрирована неадекватность «иллюстративной» классической физики. Некоторые критики Эйнштейна игнорировали эти разработки и пытались оживить старые теории, такие как модели сопротивления эфира или теории выбросов (см. «Альтернативные теории»). Однако эти качественные модели никогда не были достаточно продвинутыми, чтобы конкурировать с успехом точных экспериментальных предсказаний и объяснительной силой современных теорий. Кроме того, между физиками-экспериментаторами и физиками-теоретиками шла серьезная конкуренция в отношении профессорской деятельности и занятия кафедр в немецких университетах. Мнения столкнулись во время « дебатов в Бад-Наухайме » в 1920 году между Эйнштейном и (среди прочих) Ленардом, которые привлекли большое внимание общественности.

Кроме того, было много критиков (с физической подготовкой или без нее), чьи идеи были далеко за пределами научного мейнстрима. Эти критики были в основном людьми, которые разработали свои идеи задолго до публикации версии теории относительности Эйнштейна, и они пытались прямо разрешить некоторые или все загадки мира. Поэтому Вазек (изучавший некоторые немецкие примеры) дал этим «свободным исследователям» название «решатель загадок мира» («Welträtsellöser», такой как Арвид Ройтердал , Герман Фрике или Иоганн Генрих Циглер). Их взгляды имели совершенно разные корни в монизме , реформе жизни или оккультизме . Их взгляды, как правило, характеризовались тем, что они практически отвергали всю терминологию и (прежде всего математические) методы современной науки. Их работы публиковались частными издательствами или в популярных и неспециализированных журналах. Для многих «свободных исследователей» (особенно монистов) было важно объяснить все явления с помощью интуитивных и иллюстративных механических (или электрических) моделей, которые также нашли свое выражение в их защите эфира. По этой причине они возражали против абстрактности и непостижимости теории относительности, которая считалась чистым методом вычислений, не способным выявить истинные причины, лежащие в основе явлений. «Свободные исследователи» часто использовали механические объяснения гравитации , в которых гравитация вызывается неким «давлением эфира» или «давлением массы на расстоянии». Такие модели рассматривались как иллюстративная альтернатива абстрактным математическим теориям гравитации как Ньютона, так и Эйнштейна. Обращает на себя внимание огромная самоуверенность «свободных исследователей», поскольку они не только полагали, что разгадывают великие загадки мира, но и многие, казалось, ожидали, что они быстро убедят научное сообщество.

Поскольку Эйнштейн редко защищался от этих атак, эту задачу взяли на себя другие теоретики относительности, которые (согласно Хентшелю) сформировали своего рода «защитный пояс» вокруг Эйнштейна. Некоторыми представителями были Макс фон Лауэ , Макс Борн и т. Д., А также на научно-популярном и философском уровне Ганс Райхенбах , Андре Мец и т. Д., Которые вели много дискуссий с критиками в полупопулярных журналах и газетах. Однако большинство этих обсуждений с самого начала провалились. Физики, такие как Герке, некоторые философы и «свободные исследователи» были настолько одержимы своими идеями и предрассудками, что не могли постичь основ теории относительности; следовательно, участники дискуссий разговаривали друг с другом. Фактически, теория, которую они критиковали, была вовсе не относительностью, а скорее карикатурой на нее. «Свободные исследователи» в основном игнорировались научным сообществом, но со временем уважаемые физики, такие как Ленард и Герке, оказались в положении вне научного сообщества. Однако критики полагали, что это произошло не из-за их неверных теорий, а из-за заговора физиков-релятивистов ( а также евреев в 1920-х и 1930-х годах ), которые якобы пытались подавить критиков. и сохранить и улучшить свои позиции в академическом мире. Например, Герке (1920/24) считал, что распространение теории относительности является продуктом некоего массового внушения . Поэтому он поручил службе мониторинга СМИ собрать более 5000 газетных вырезок, относящихся к теории относительности, и опубликовал свои выводы в книге. Однако утверждения Герке были отвергнуты, потому что простое существование «шумихи вокруг относительности» ничего не говорит о справедливости теории и, следовательно, не может быть использовано за или против теории относительности.

После этого некоторые критики пытались улучшить свои позиции путем заключения союзов . Одной из них была «Академия Наций», основанная в 1921 году в США Робертом Т. Брауном и Арвидом Рейтердалом . Другими участниками были Томас Джефферсон Джексон Си, а также Герке и Мохорович из Германии. Неизвестно, были ли в ее составе и другие американские критики, такие как Чарльз Лейн Пур , Чарльз Фрэнсис Браш , Дейтон Миллер . Альянс исчез еще в середине 1920-х годов в Германии и к 1930 году в США.

Шовинизм и антисемитизм

Незадолго до и во время Первой мировой войны появилась националистически мотивированная критика теории относительности и современной физики. Например, Пьер Дюгем считал относительность продуктом «слишком формального и абстрактного» немецкого духа, противоречащего «здравому смыслу». Точно так же популярная критика в Советском Союзе и Китае, которая частично была политически организованной, отвергала теорию не из-за фактических возражений, а как идеологически мотивированный продукт западного упадка.

Итак, в этих странах немцы или западная цивилизация были врагами. Однако в Германии еврейское происхождение некоторых ведущих сторонников теории относительности, таких как Эйнштейн и Минковский, сделало их мишенями для расово настроенных критиков, хотя многие немецкие критики Эйнштейна не представили доказательств таких мотивов. Инженер Пол Вейланд , известный националистический агитатор, организовал первую публичную встречу против теории относительности в Берлине в 1919 году. Хотя Ленард и Старк также были известны своими националистическими взглядами, они отказались участвовать в митингах Вейланда, и кампания Вейланда в конечном итоге провалилась из-за отсутствие выдающихся спикеров. Вместо этого Ленард и другие ответили на призыв Эйнштейна к своим профессиональным критикам обсудить его теории на научной конференции, ежегодно проводимой в Бад-Наухайме. В то время как критики Эйнштейна, без каких-либо реальных оснований предполагая, что Эйнштейн стоял за деятельностью немецкой прессы по продвижению триумфа теории относительности, в целом избегали антисемитских нападок в своих более ранних публикациях, позже многим наблюдателям стало ясно, что антисемитизм действительно сыграл значительную роль в развитии теории относительности. некоторые из атак.

Реагируя на это скрытое настроение, сам Эйнштейн в газетной статье открыто высказал предположение, что, помимо недостаточного знания теоретической физики, антисемитизм, по крайней мере, частично мотивировал их критику. Некоторые критики, в том числе Вейланд, отреагировали гневно и заявили, что подобные обвинения в антисемитизме были сделаны только для того, чтобы заставить критиков замолчать. Однако впоследствии Вейланд, Ленард, Старк и другие ясно продемонстрировали свои антисемитские предубеждения, начав сочетать свою критику с расизмом . Например, Теодор Фрич подчеркивал предполагаемые негативные последствия «еврейского духа» в физике относительности, а крайне правая пресса беспрепятственно продолжала эту пропаганду. После убийства Вальтера Ратенау (1922) и угроз убийством Эйнштейну он на некоторое время покинул Берлин. Книга Герке «Массовое предположение теории относительности» (1924) сама по себе не была антисемитской, но крайне правая пресса хвалила ее как описание якобы типичного еврейского поведения, которое также приписывалось лично Эйнштейну. Филипп Ленард в 1922 году говорил о «инородном духе» как об основании теории относительности, а затем он присоединился к нацистской партии в 1924 году; Иоганнес Старк сделал то же самое в 1930 году. Оба были сторонниками так называемой немецкой физики , которая принимала научные знания, основанные только на экспериментах, и только в том случае, если они доступны для органов чувств. Согласно Ленарду (1936), это « арийская физика или физика человека нордического толка » в противоположность предполагаемой формально-догматической «еврейской физике». Дополнительных антисемитских критиков можно найти в трудах Вильгельма Мюллера , Бруно Тюринга и других. Например, Мюллер ошибочно утверждал, что относительность была чисто «еврейским делом» и соответствовала «еврейской сущности» и т. Д., В то время как Тюринг проводил сравнения между Талмудом и теорией относительности.

Обвинения в плагиате и приоритетные обсуждения

Некоторые критики Эйнштейна, такие как Ленард, Герке и Ройтердал, обвинили его в плагиате и поставили под сомнение его приоритетные претензии на авторство теории относительности. Суть таких обвинений заключалась в том, чтобы продвигать более традиционные альтернативы абстрактному гипотетико-дедуктивному подходу Эйнштейна к физике, в то время как сам Эйнштейн был лично дискредитирован. Сторонники Эйнштейна утверждали, что такие личные обвинения были необоснованными, поскольку физическое содержание и применимость прежних теорий сильно отличались от теории относительности Эйнштейна. Однако другие утверждали, что между ними Пуанкаре и Лоренц ранее опубликовали несколько основных элементов статьи Эйнштейна 1905 года по теории относительности, включая общий принцип относительности, который Пуанкаре планировал применить ко всей физике. Некоторые примеры:

• Иоганну Георгу фон Зольднеру (1801 г.) приписывают расчет отклонения света вблизи небесных тел задолго до предсказания Эйнштейна, основанного на общей теории относительности. Однако вывод Зольднера не имеет ничего общего с выводом Эйнштейна, поскольку он полностью основан на теории Ньютона и дает только половину значения, предсказанного общей теорией относительности.
• Пол Гербер (1898) опубликовал формулу для продвижения перигелия Меркурия, которая формально была идентична приближенному решению, данному Эйнштейном. Однако, поскольку формула Эйнштейна была лишь приближением, решения не идентичны. Кроме того, вывод Гербера не имеет никакого отношения к общей теории относительности и даже считался бессмысленным.
• Вольдемар Фойгт (1887) вывел преобразование , очень похожее на преобразование Лоренца . Как признал сам Фойгт, его теория была основана не на теории электромагнетизма, а на модели упругого эфира. Его преобразование также нарушает принцип относительности.
• Фридрих Хазенёрль (1904) применил концепции электромагнитной массы и импульса (которые были известны задолго до этого) к излучению резонатора и тепловому излучению . Тем не менее, применимость теории эквивалентности массы и энергии Эйнштейна идет намного дальше, поскольку она выводится из принципа относительности и применяется ко всем формам энергии.
• Menyhért Palágyi (1901) разработал философскую модель «пространства-времени», в которой время играет роль воображаемого четвертого измерения. Модель Паладьи была всего лишь переформулировкой ньютоновской физики и не имела никакого отношения к электромагнитной теории, принципу относительности или постоянству скорости света.

Некоторые современные историки науки возродили вопрос о том, возможно ли влияние на Эйнштейна идей Пуанкаре, который первым сформулировал принцип относительности и применил его к электродинамике, развивая интерпретации и модификации электронной теории Лоренца, которые, по-видимому, предвосхитили то, что происходит сейчас. называется специальной теорией относительности. Другое обсуждение касается возможного взаимного влияния между Эйнштейном и Дэвидом Гильбертом в отношении завершения уравнений поля общей теории относительности (см. Спор о приоритете теории относительности ).

Сотня авторов против Эйнштейна

Собрание различных критических замечаний можно найти в книге Hundert Autoren gegen Einstein ( Сотня авторов против Эйнштейна ), опубликованной в 1931 году. Она содержит очень короткие тексты 28 авторов и отрывки из публикаций еще 19 авторов. Остальное - это список, в который также входят люди, которые лишь какое-то время выступали против теории относительности. Из концепций Эйнштейна наиболее целенаправленной является пространство-время, за которым следуют скорость света как константа и относительность одновременности , за которыми следуют другие концепции. Помимо философских возражений (в основном основанных на кантианстве ), были включены также некоторые предполагаемые элементарные недостатки теории; однако, как отмечали некоторые, эти неудачи были вызваны неправильным пониманием авторами теории относительности. Например, Ханс Райхенбах написал репортаж в разделе развлечений газеты, назвав книгу «великолепным собранием наивных ошибок» и «непреднамеренной забавной литературой». Альберт фон Брунн истолковал книгу как брошюру «о таком прискорбном бессилии, которое проявляется только в политике» и «отступление в XVI и XVII веках», и пришел к выводу, что «можно только надеяться, что немецкая наука больше не будет смущена подобным образом. печальные каракули », и Эйнштейн в ответ на книгу сказал, что если бы он был неправ, то было бы достаточно одного автора.

По словам Геннера, вклад в книгу представляет собой смесь математико-физической некомпетентности, высокомерия и чувств критиков, которые подавляются современными физиками, защищающими новую теорию. Сборник авторов показывает, продолжает Геннер, что это была не реакция в физическом сообществе - присутствовали только один физик ( Карл Штрел ) и три математика ( Жан-Мари Ле Ру , Эмануэль Ласкер и Яльмар Меллин ), а реакция неадекватно образованного академического гражданства, которое не знало, что делать с теорией относительности. Что касается среднего возраста авторов: 57% были существенно старше Эйнштейна, одна треть была примерно того же возраста и только два человека были значительно моложе. Два автора (Рейтердал, фон Митис) были антисемитами, а четверо других, возможно, были связаны с нацистским движением. С другой стороны, в книге нельзя найти никаких антисемитских выражений, и в нее также вошли работы некоторых авторов еврейского происхождения (Саломо Фридлендер, Людвиг Гольдшмидт, Ганс Исраэль, Эмануэль Ласкер , Оскар Краус , Менихерт Палегий ).

Статус критики

Теория относительности считается самосогласованной, согласуется со многими экспериментальными результатами и служит основой многих успешных теорий, таких как квантовая электродинамика . Таким образом, фундаментальная критика (например, Герберта Дингла , Луи Эссена , Петра Бекмана , Мориса Алле и Тома ван Фландерна ) не принималась всерьез научным сообществом, а из-за некачественности многих критических публикаций (найденных в процессе от экспертной оценки ) , они редко принимаются к публикации в авторитетных научных журналах. Как и в 1920-е годы, наиболее критические работы публикуются в небольших издательствах, альтернативных журналах (например, «Апейрон» или «Галилеевская электродинамика») или на частных сайтах. Следовательно, если критика теории относительности была встречена научным сообществом, то в основном это были исторические исследования.

Однако это не означает, что у современной физики нет дальнейшего развития. Прогресс технологий с течением времени привел к чрезвычайно точным способам проверки предсказаний относительности, и до сих пор он успешно прошел все испытания (например, в ускорителях частиц для проверки специальной теории относительности и с помощью астрономических наблюдений для проверки общей теории относительности). Кроме того, в теоретической области продолжаются исследования, призванные объединить общую теорию относительности и квантовую теорию, между которыми все еще сохраняется фундаментальная несовместимость. Наиболее многообещающие модели - теория струн и петлевая квантовая гравитация . Некоторые варианты этих моделей также предсказывают нарушения лоренц-инвариантности в очень малых масштабах.

Смотрите также

• Альтернативы общей теории относительности
• Крайняя наука
• История специальной теории относительности

использованная литература

Исторический анализ

Статьи по теории относительности

Критические работы

внешние ссылки

• Газетные вырезки и работы, собранные Герке и Ройтердалом, составляют важную основу для исторических исследований критики теории относительности;
  • Документы Эрнста Герке . Более 2700 газетных статей, собранных Герке, оцифрованы в MPIWG .
  • Документы Арвида Рейтердала , оцифрованные библиотеками Университета Сент-Томаса, которые доступны в Интернете .