Войти
История специальной теории относительности состоит из множества теоретических результатов и эмпирических открытий, полученных Альбертом А. Михельсон, Хендрик Лоренц, Анри Пуанкаре и другие. Его кульминацией стала теория специальной теории относительности, предложенная Альбертом Эйнштейном, и последующие работы Макса Планка, Германа Минковского и других.
Хотя Исаак Ньютон основывал свою физику на абсолютном времени и пространстве, он также придерживался принципа относительности из Галилео Галилей, повторяя это точно для механических систем. Это можно сформулировать так: что касается законов механики, все наблюдатели в инерционном движении имеют равные привилегии, и никакое предпочтительное состояние движения не может быть приписано какому-либо конкретному инерционному наблюдателю. Однако что касается теории электромагнетизма и электродинамики, то в XIX веке волновая теория света как возмущения «световой среды» или светоносного эфира была широко принята, и наиболее развитая форма теория достигла в работе. из Джеймс Клерк Максвелл. Согласно теории Максвелла, все оптические и электрические явления распространяются через эту среду, что предполагает возможность экспериментального определения движения относительно эфира.
Провал какого-либо известного эксперимента по обнаружению движения в эфире привел Хендрика Лоренца, начиная с 1892 года, к разработке теории электродинамики, основанной на неподвижном светоносном эфире. (о чьей материальной структуре Лоренц не размышлял), сокращение физической длины и «местное время», в котором уравнения Максвелла сохраняют свою форму во всех инерциальных системах отсчета. Работая с теорией эфира Лоренца, Анри Пуанкаре, ранее предложивший «принцип относительности» как общий закон природы (включая электродинамику и гравитацию ), использовал это в 1905 г., чтобы исправить предварительные формулы преобразования Лоренца, что привело к точному набору уравнений, которые теперь называются преобразованиями Лоренца. Немного позже в том же году Альберт Эйнштейн опубликовал свою оригинальную статью по специальной теории относительности, в которой, снова на основе принципа относительности, он независимо вывел и радикально переосмыслил преобразования Лоренца, изменив фундаментальные определения пространственных и временных интервалов, отказываясь при этом от абсолютной одновременности кинематики Галилея, тем самым избегая необходимости в любой ссылке на светоносный эфир в классической электродинамике. Последующая работа Германа Минковского, в которой он представил 4-мерную геометрическую модель «пространства-времени» для версии специальной теории относительности Эйнштейна, проложила путь к более позднему развитию Эйнштейном его общей теории относительности и заложил основы релятивистских теорий поля.
Следуя работам Томаса Янга (1804) и Огюстен-Жан Френель (1816) считалось, что свет распространяется в виде поперечной волны в упругой среде, называемой светоносным эфиром. Однако проводилось различие между оптическими и электродинамическими явлениями, поэтому необходимо было создать конкретные модели эфира для всех явлений. Попытки объединить эти модели или создать их полное механическое описание не увенчались успехом, но после значительной работы многих ученых, в том числе Майкла Фарадея и лорда Кельвина, Джеймса Клерка Максвелл (1864) разработал точную теорию электромагнетизма, выведя систему уравнений для электричества, магнетизма и индуктивности, названы уравнениями Максвелла. Он первым предположил, что свет на самом деле представляет собой волны (электромагнитное излучение ) в той же эфирной среде, которая является причиной электрических и магнитных явлений. Однако теория Максвелла в отношении оптики движущихся тел была неудовлетворительной, и, хотя он смог представить полную математическую модель, он не смог дать связного механического описания эфира.
После Генриха. Герц в 1887 г. продемонстрировал существование электромагнитных волн, теория Максвелла получила широкое признание. Кроме того, Оливер Хевисайд и Герц продолжили развитие теории и представили модернизированные версии уравнений Максвелла. Уравнения «Максвелла-Герца» или «Хевисайда-Герца» впоследствии стали важной основой для дальнейшего развития электродинамики, и обозначения Хевисайда используются до сих пор. Другой важный вклад в теорию Максвелла был сделан Джорджем Фицджеральдом, Джозефом Джоном Томсоном, Джоном Генри Пойнтингом, Хендриком Лоренцем и Джозеф Лармор.
Относительно относительного движения и взаимного влияния материи и эфира существовали две противоречивые теории. Один был разработан Френелем (а затем Лоренцем). Эта модель (стационарная теория эфира) предполагала, что свет распространяется как поперечная волна, а эфир частично увлекается материей с определенным коэффициентом. Основываясь на этом предположении, Френель смог объяснить аберрацию света и многие оптические явления.. Другая гипотеза была предложена Джорджем Габриэлем Стоуксом, который в 1845 году заявил, что эфир был полностью увлечен материей (позже эту точку зрения разделял и Герц). В этой модели эфир может быть (по аналогии с сосновой смолой) жестким для быстрых объектов и жидким для более медленных. Таким образом, Земля могла бы перемещаться через нее довольно свободно, но она была бы достаточно жесткой, чтобы переносить свет. Теория Френеля была предпочтительнее, потому что его коэффициент увлечения был подтвержден экспериментом Физо в 1851 г., который измерял скорость света в движущихся жидкостях.
A. А. Майкельсон Альберт А. Майкельсон (1881) попытался измерить относительное движение Земли и эфира (Эфир-Ветер), как и ожидалось в теории Френеля, с помощью интерферометра . Он не мог определить какое-либо относительное движение, поэтому интерпретировал результат как подтверждение тезиса Стокса. Однако Лоренц (1886) показал, что расчеты Майкельсона ошибочны и что он переоценил точность измерения. Это вместе с большой погрешностью сделало результат эксперимента Майкельсона неубедительным. Кроме того, Лоренц показал, что полностью увлеченный эфир Стокса привел к противоречивым последствиям, и поэтому он поддержал теорию эфира, аналогичную теории Френеля. Чтобы еще раз проверить теорию Френеля, Майкельсон и Эдвард В. Морли (1886) повторили эксперимент Физо. В этом случае коэффициент увлечения Френеля был подтвержден очень точно, и Майкельсон теперь придерживался мнения, что теория стационарного эфира Френеля верна. Чтобы прояснить ситуацию, Майкельсон и Морли (1887) повторили эксперимент Майкельсона 1881 года, и они существенно повысили точность измерения. Однако этот теперь знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли снова дал отрицательный результат, т.е. движение аппарата в эфире не было обнаружено (хотя скорость Земли зимой на 60 км / с отличается от скорости летом.). Таким образом, физики столкнулись с двумя, казалось бы, противоречивыми экспериментами: экспериментом 1886 года как очевидным подтверждением стационарного эфира Френеля и экспериментом 1887 года как очевидным подтверждением полностью увлеченного эфира Стокса.
Возможное решение проблемы. проблема была показана Вольдемаром Фойгтом (1887), который исследовал эффект Доплера для волн, распространяющихся в несжимаемой упругой среде, и вывел соотношения преобразования, которые оставили волновое уравнение в свободном пространстве без изменений и объяснил отрицательный результат эксперимента Майкельсона – Морли. преобразования Фойгта включают фактор Лоренца 
Фитцджеральд (1889) предложил другое объяснение отрицательного результата эксперимента Майкельсона-Морли. В отличие от Фойгта, он предположил, что межмолекулярные силы, возможно, имеют электрическое происхождение, так что материальные тела будут сжиматься по линии движения (сокращение длины ). Это было связано с работой Хевисайда (1887), который определил, что электростатические поля в движении были деформированы (эллипсоид Хевисайда), что приводит к физически неопределенным условиям со скоростью света. Однако идея Фитцджеральда оставалась широко неизвестной и не обсуждалась до тех пор, пока Оливер Лодж не опубликовал краткое изложение идеи в 1892 году. Также Лоренц (1892b) предложил сокращение длины независимо от Фитцджеральда, чтобы объяснить эксперимент Майкельсона-Морли. По причинам правдоподобия Лоренц сослался на аналогию с сжатием электростатических полей. Однако даже Лоренц признал, что это не было необходимой причиной, и сокращение длины, следовательно, оставалось специальной гипотезой.
Хендрик Антун Лоренц Лоренц (1892a) заложил основы Теория эфира Лоренца, предполагая существование электронов, которые он отделил от эфира, и заменяя уравнения «Максвелла-Герца» уравнениями «Максвелла-Лоренца». В его модели эфир полностью неподвижен и, вопреки теории Френеля, также частично не увлекается материей. Важным следствием этого представления было то, что скорость света полностью не зависит от скорости источника. Лоренц не делал никаких заявлений о механической природе эфира и электромагнитных процессов, но, наоборот, пытался объяснить механические процессы электромагнитными и поэтому создал абстрактный электромагнитный эфир. В рамках своей теории Лоренц вычислил, как и Хевисайд, сокращение электростатических полей. Лоренц (1895) также представил то, что он назвал «Теоремой о соответствующих состояниях» для терминов первого порядка в 
Очень похожая модель была создана Джозефом Лармором (1897, 1900). Лармор был первым, кто придал преобразованию Лоренца 1895 года форму, алгебраически эквивалентную современным преобразованиям Лоренца, однако он заявил, что его преобразования сохранили форму уравнений Максвелла только до второго порядка
Другие физики, помимо Лоренца и Лармора, также пытались разработать последовательную модель электродинамики. Например, Эмиль Кон (1900, 1901) создал альтернативную электродинамику, в которой он одним из первых отказался от существования эфира (по крайней мере, в предыдущей форме) и использовал бы, например, Эрнст Мах, вместо этого неподвижные звезды используются в качестве системы отсчета. Из-за несоответствий в его теории, таких как разные скорости света в разных направлениях, ее заменили теории Лоренца и Эйнштейна.
Во время развития теории Максвелла Дж. Дж. Томсон (1881) признал, что заряженные тела труднее привести в движение, чем незаряженные. Электростатические поля ведут себя так, как будто они добавляют «электромагнитную массу» к механической массе тел. То есть, согласно Томсону, электромагнитная энергия соответствует определенной массе. Это было интерпретировано как некоторая форма собственной индуктивности электромагнитного поля. Он также заметил, что масса движущегося тела увеличивается на постоянную величину. Работа Томсона была продолжена и усовершенствована Фитцджеральдом, Хевисайдом (1888) и Джорджем Фредериком Чарльзом Сирлом (1896, 1897). Для электромагнитной массы они дали - в современных обозначениях - формулу 
Вильгельм Вин (1900) предположил (следуя работам Томсона, Хевисайда и Серла), что вся масса имеет электромагнитное происхождение, сформулированное в контексте того, что все силы природы являются электромагнитными («Электромагнитный взгляд на мир»). Вин заявил, что если предположить, что гравитация также является электромагнитным эффектом, тогда должна быть пропорциональность между электромагнитной энергией, инертной массой и гравитационной массой. В той же статье Анри Пуанкаре (1900b) нашел другой способ объединения понятий массы и энергии. Он признал, что электромагнитная энергия ведет себя как фиктивная жидкость с массовой плотностью 
Вальтер Кауфманн (1901–1903) был первым, кто подтвердил зависимость электромагнитной массы от скорости путем анализа отношения 
Макс. Абрахам (1902–1904), который был сторонником электромагнитного мировоззрения, быстро предложил объяснение экспериментов Кауфмана, выведя выражения для электромагнитной массы. Вместе с этой концепцией Абрахам ввел (как и Пуанкаре в 1900 году) понятие «электромагнитный импульс», который пропорционален 
Основываясь на предыдущей работе по электромагнитной массе, Фридрих Хазенёрль предположил, что часть массы тела (которую он назвал кажущейся массой) можно рассматривать как излучение, отражающееся вокруг полости. «Кажущаяся масса» излучения зависит от температуры (потому что каждое нагретое тело испускает излучение) и пропорциональна его энергии. Хазенёрль заявил, что это отношение энергии к кажущейся массе сохраняется только до тех пор, пока тело излучает, то есть если температура тела больше 0 К. Сначала он дал выражение 
Некоторые ученые и философы науки критически относились к определениям Ньютона абсолютного пространства и время. Эрнст Мах (1883) утверждал, что абсолютное время и пространство являются по существу метафизическими понятиями и, следовательно, не имеют научного смысла, и предположил, что только относительное движение между материальными телами является полезным понятием в физике.Мах утверждал, что даже эффекты, которые, согласно Ньютону, зависят от ускоренного движения по отношению к абсолютному пространству, такие как вращение, могут быть описаны исключительно применительно к материальным телам, и что инерционные эффекты, цитируемые Ньютоном в поддержку абсолютного пространства, вместо этого могут быть связаны чисто к ускорению относительно неподвижных звезд. Карл Нойман (1870) ввел «альфа-тело», которое представляет своего рода твердое и неподвижное тело для определения инерционного движения. Основываясь на определении Неймана, Генрих Штрейнц (1883) утверждал, что в системе координат, где гироскопы не измеряют никаких признаков вращения, инерционное движение связано с «основным телом» и «Фундаментальная система координат». В конце концов, Людвиг Ланге (1885) был первым, кто придумал выражение инерциальная система отсчета и «инерционная шкала времени» в качестве оперативной замены для абсолютного пространства и времени; он определил «инерциальную систему отсчета» как «систему отсчета, в которой точка массы, брошенная из одной и той же точки в трех разных (не копланарных) направлениях, следует по прямолинейным траекториям каждый раз, когда ее бросают». В 1902 г. Анри Пуанкаре опубликовал сборник эссе под названием Наука и гипотеза, который включал: подробные философские дискуссии об относительности пространства, времени и условности далекой одновременности; гипотеза о том, что нарушение принципа относительности никогда не может быть обнаружено; возможное отсутствие эфира вместе с некоторыми аргументами в пользу эфира; и множество замечаний о неевклидовой и евклидовой геометрии.
Были также попытки использовать время как четвертое измерение. Это было сделано еще в 1754 году Жаном ле Рондом Даламбером в Энциклопедии и некоторыми авторами XIX века, такими как Х. Дж. Уэллс в своем романе Машина времени (1895). В 1901 году Менихерт Паладьи разработал философскую модель, в которой пространство и время были лишь двумя сторонами некоего «пространства-времени». Он использовал время как воображаемое четвертое измерение, которому он придал форму 
Анри Пуанкаре Во второй половине XIX века было много попыток разработать всемирную сеть часов, синхронизируемых электрическими сигналами. Для этого нужно было учитывать конечную скорость распространения света, потому что сигналы синхронизации не могли двигаться быстрее скорости света.
В своей статье Мера времени (1898) Анри Пуанкаре описал некоторые важные последствия этого процесса и объяснил, что астрономы, определяя скорость света, просто предполагалось, что свет имеет постоянную скорость и что эта скорость одинакова во всех направлениях. Без этого постулата было бы невозможно определить скорость света из астрономических наблюдений, как это сделал Оле Рёмер, основываясь на наблюдениях за лунами Юпитера. Пуанкаре также отметил, что скорость распространения света может использоваться (и на практике часто используется) для определения одновременности между пространственно разделенными событиями:
Одновременность двух событий или порядок их следования, равенство двух длительностей, есть должны быть определены таким образом, чтобы изложение законов природы было настолько простым, насколько это возможно. Другими словами, все эти правила, все эти определения являются лишь плодом бессознательного оппортунизма.
В некоторых других статьях (1895, 1900b) Пуанкаре утверждал, что эксперименты, подобные экспериментам Майкельсона и Морли, показывают невозможность обнаружения абсолютного движение материи, т. е. относительное движение материи относительно эфира. Он назвал это «принципом относительного движения». В том же году он интерпретировал местное время Лоренца как результат процедуры синхронизации , основанной на световых сигналах. Он предположил, что два наблюдателя, которые движутся в эфире, синхронизируют свои часы с помощью оптических сигналов. Поскольку они считают, что находятся в состоянии покоя, они рассматривают только время передачи сигналов, а затем сверяют свои наблюдения, чтобы проверить, синхронны ли их часы. С точки зрения наблюдателя, покоящегося в эфире, часы не синхронны и показывают местное время 
Как и Пуанкаре, Альфред Бухерер (1903) верил в справедливость принципа относительности в области электродинамики, но в отличие от Пуанкаре, Бюшерер даже предположил, что это подразумевает несуществование эфира. Однако теория, которую он создал позже в 1906 году, была неверной и несовместимой, и преобразование Лоренца также отсутствовало в его теории.
В его статье Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей, чем скорость света, Лоренц (1904) следовал предложению Пуанкаре и попытался создать формулировку электродинамики, которая объясняет неудачу всех известных экспериментов по дрейфу эфира, т.е. принцип относительности. Он попытался доказать применимость преобразования Лоренца для всех порядков, хотя полностью ему это не удалось. Как Вин и Абрахам, он утверждал, что существует только электромагнитная масса, а не механическая масса, и вывел правильные выражения для продольной и поперечной массы, которые согласовывались с экспериментами Кауфмана (хотя эти эксперименты не были точными. достаточно, чтобы различать теории Лоренца и Авраама). А используя электромагнитный импульс, он мог объяснить отрицательный результат эксперимента Траутона – Нобла, в котором заряженный конденсатор с параллельными пластинами, движущийся через эфир, должен ориентироваться перпендикулярно движению. Также можно объяснить эксперименты Рэлея и Брейса. Другим важным шагом был постулат о том, что преобразование Лоренца должно быть справедливо и для неэлектрических сил.
В то же время, когда Лоренц разработал свою теорию, Вин (1903) признал важное следствие зависимость массы от скорости. Он утверждал, что сверхсветовые скорости невозможны, потому что для этого потребуется бесконечное количество энергии - это уже было отмечено Томсоном (1893 г.) и Сёрлом (1897 г.). А в июне 1904 года, после прочтения статьи Лоренца 1904 года, он заметил то же самое в отношении сокращения длины, потому что при сверхсветовых скоростях коэффициент 
Теория Лоренца подверглась критике со стороны Абрахама, который продемонстрировал, что, с одной стороны, теория подчиняется принцип относительности, а с другой стороны предполагается электромагнитное происхождение всех сил. Абрахам показал, что оба предположения несовместимы, потому что в теории сжатых электронов Лоренца неэлектрические силы были необходимы для того, чтобы гарантировать стабильность материи. Однако в теории жесткого электрона Абрахама такие силы не нужны. Таким образом, возник вопрос, верна ли электромагнитная концепция мира (совместимая с теорией Абрахама) или принцип относительности (совместимая с теорией Лоренца).
В лекции в сентябре 1904 года в St. Луи назвал Принципы математической физики, Пуанкаре извлек некоторые следствия из теории Лоренца и определил (в модификации принципа относительности Галилея и теоремы Лоренца о соответствующих состояниях) следующий принцип: «Принцип относительности, согласно которому законы физических явлений должны быть такими же, как для неподвижного наблюдателя, так и для наблюдателя, увлекаемого равномерным движением, так что у нас нет и не может быть никаких средств, чтобы определить, ведем ли мы нас или нет. в таком движении ". Он также уточнил свой метод синхронизации часов и объяснил возможность «нового метода» или «новой механики», в которых никакая скорость не может превзойти скорость света для всех наблюдателей. Однако он критически отметил, что принцип относительности, действие и противодействие Ньютона, сохранение массы и сохранение энергии не полностью установлены и даже находятся под угрозой в некоторых экспериментах.
Также Эмиль Кон (1904) продолжал развивать свою альтернативную модель (как описано выше), и, сравнивая свою теорию с теорией Лоренца, он обнаружил некоторые важные физические интерпретации преобразований Лоренца. Он проиллюстрировал (как и Джозеф Лармор в том же году) эту трансформацию с помощью стержней и часов: если они покоятся в эфире, они указывают истинную длину и время, а если они движутся, они указывают сокращенные и расширенные значения. Как и Пуанкаре, Кон определил местное время как время, основанное на предположении об изотропном распространении света. В отличие от Лоренца и Пуанкаре, Кон заметил, что в рамках теории Лоренца разделение «реальных» и «видимых» координат является искусственным, потому что никакой эксперимент не может различить их. Тем не менее, согласно собственной теории Кона, преобразованные величины Лоренца будут действительны только для оптических явлений, в то время как механические часы будут показывать «реальное» время.
5 июня 1905 г. Анри Пуанкаре представил краткое изложение работы, которая закрыла существующие пробелы в работе Лоренца. (Эта небольшая статья содержала результаты более полной работы, которая будет опубликована позже, в январе 1906 г.) Он показал, что уравнения электродинамики Лоренца не были полностью лоренц-ковариантными. Таким образом, он указал на характеристики преобразования группы и исправил формулы Лоренца для преобразований плотности заряда и плотности тока (которые неявно содержали релятивистскую формулу сложения скоростей, которое он подробно изложил в мае в письме Лоренцу). Пуанкаре впервые использовал термин «преобразование Лоренца» и придал преобразованиям их симметричную форму, используемую по сей день. Он ввел неэлектрическую связывающую силу (так называемые «напряжения Пуанкаре»), чтобы гарантировать стабильность электронов и объяснить сокращение длины. Он также набросал лоренц-инвариантную модель гравитации (включая гравитационные волны), распространив действие лоренц-инвариантности на неэлектрические силы.
В конце концов Пуанкаре (независимо от Эйнштейна) закончил существенно расширенную работу своей июньской работы. бумага (так называемая «Палермская газета», полученная 23 июля, напечатанная 14 декабря, опубликованная в январе 1906 года). Он буквально говорил о «постулате относительности». Он показал, что преобразования являются следствием принципа наименьшего действия, и развил свойства напряжений Пуанкаре. Он более подробно продемонстрировал групповые характеристики преобразования, которые он назвал группой Лоренца, и показал, что комбинация 
Альберт Эйнштейн, 1921 26 сентября 1905 года (получен 30 июня) Альберт Эйнштейн опубликовал свою annus mirabilis статью о том, что теперь называется специальной теорией относительности. Статья Эйнштейна включает фундаментальное новое определение пространства и времени (все временные и пространственные координаты во всех системах отсчета равны, поэтому нет физической основы для различения «истинного» времени от «кажущегося») и делает эфир ненужным. концепция, по крайней мере, в отношении инерционного движения. Эйнштейн выделил два фундаментальных принципа: принцип относительности и принцип постоянства света (принцип света), которые послужили аксиоматической основой его теории. Чтобы лучше понять шаг Эйнштейна, будет дано краткое изложение ситуации до 1905 года, как это было описано выше (следует отметить, что Эйнштейн был знаком с теорией Лоренца 1895 года, а Наука и гипотеза Пуанкаре, но не их работы 1904–1905 гг.):
со следующими последствиями для скорости света и теорий, известных в то время:
Для того, чтобы сделать принцип относительности, как того требует Пуанкаре, точным законом природы в теории неподвижного эфира Лоренца, требовалось введение множества специальных гипотез, таких как в качестве гипотезы сжатия, местного времени, напряжений Пуанкаре и т. д. Этот метод подвергался критике со стороны многих ученых, поскольку предположение о заговоре эффектов, полностью предотвращающих открытие дрейфа эфира, считается очень маловероятным, и это могло бы нарушить также бритву Оккама. Эйнштейн считается первым, кто полностью отказался от таких вспомогательных гипотез и сделал прямые выводы из изложенных выше фактов: принцип относительности верен и непосредственно наблюдаемая скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Основываясь на своем аксиоматическом подходе, Эйнштейн смог вывести все результаты, полученные его предшественниками, а также формулы для релятивистского эффекта Доплера и релятивистской аберрации - на нескольких страницах, в то время как до 1905 года его конкуренты посвятили годы долгой и сложной работе, чтобы прийти к тому же математическому формализму. До 1905 года Лоренц и Пуанкаре принимали эти же принципы, необходимые для достижения своих окончательных результатов, но не признавали, что они также были достаточными в том смысле, что не было непосредственной логической необходимости предполагать существование стационарного эфира, чтобы получить при преобразованиях Лоренца. Другая причина раннего отказа Эйнштейна от эфира в любой форме (от которой он позже частично отказался) могла быть связана с его работой по квантовой физике. Эйнштейн обнаружил, что свет также можно описать (по крайней мере, эвристически) как своего рода частицу, поэтому эфир как среда для электромагнитных «волн» (что было очень важно для Лоренца и Пуанкаре) больше не вписывалось в его концептуальную схему.
Примечательно, что в статье Эйнштейна нет прямых ссылок на другие статьи. Однако многие историки науки, такие как Холтон, Миллер, Стэчел, пытались выяснить возможное влияние на Эйнштейна. Он заявил, что на его мышление повлияли эмпирики философы Дэвид Хьюм и Эрнст Мах. Что касается принципа относительности, то проблема движущегося магнита и проводника (возможно, после прочтения книги Августа Фёппля ) и различные эксперименты с отрицательным дрейфом эфира были важны для его принятия этим принципом, но он отрицал какое-либо существенное влияние самого важного эксперимента: эксперимента Майкельсона-Морли. Другие вероятные источники влияния включают работу Пуанкаре Наука и гипотеза, в которой Пуанкаре представил принцип относительности (который, как сообщил друг Эйнштейна Морис Соловин, внимательно изучался и обсуждался Эйнштейном и его друзьями в течение многих лет. до публикации статьи Эйнштейна 1905 г.), а также сочинения Макса Абрахама, от которого он позаимствовал термины «уравнения Максвелла-Герца» и «продольная и поперечная масса».
Что касается его Взгляды на электродинамику и принцип постоянства света, Эйнштейн заявил, что теория Лоренца 1895 г. (или электродинамика Максвелла-Лоренца), а также эксперимент Физо оказали значительное влияние на его мышление. В 1909 и 1912 годах он сказал, что заимствовал этот принцип из стационарного эфира Лоренца (что подразумевает справедливость уравнений Максвелла и постоянство света в системе эфира), но он признал, что этот принцип вместе с принципом относительности делает любую ссылку на лишний эфир (по крайней мере, для описания электродинамики в инерциальных системах отсчета). Как он писал в 1907 году и в более поздних статьях, очевидное противоречие между этими принципами может быть разрешено, если допустить, что местное время Лоренца не является вспомогательной величиной, а может быть просто определено как время и связано со скоростью сигнала. До Эйнштейна Пуанкаре также разработал аналогичную физическую интерпретацию местного времени и заметил связь со скоростью сигнала, но, в отличие от Эйнштейна, онпродолжал утверждать, что часы, покоящиеся в неподвижном эфире, показывают истинное время, а часы, движущиеся по инерции, относительно времени. эфир показывает только кажущееся время. В конце концов, ближе к концу своей жизни в 1953 году Эйнштейн описал преимущества своей теории над теорией Лоренца следующим образом (хотя Пуанкаре уже заявил в 1905 году, что лоренц-инвариантность является точным условием для любой физической теории):
сомневаюсь, что специальная теория относительности, если рассматривать ее развитие ретроспективно, созрела для открытия в 1905 году. Лоренц уже признал, что преобразования, названные в его честь, существенны для анализа уравнений Максвелла, и Пуанкаре еще больше углубил это понимание. Что касается меня, то я знал только важную работу Лоренца 1895 года [...], но не более поздние работы Лоренца, ни последовательные исследования Пуанкаре. В этом смысле моя работа 1905 года была самостоятельной. [...] Новой особенностью этого было осознание того факта, что значение преобразования Лоренца выходит за рамки его связи с уравнениями Максвелла и касается природы пространства и времени в целом. Еще один новый результат состоял в том, что «лоренц-инвариантность» является общим условием любой физической теории. Это было для меня особенно важно, потому что ранее я уже обнаружил, что теория Максвелла не учитывает микроструктуру излучения и поэтому не может иметь общего значения.
Уже в § 10 своей статьи по электродинамике Эйнштейн использовал формулу
для кинетической энергии электрона. В развитие этого он опубликовал статью (полученную 27 сентября 1905 г.), в которой Эйнштейн показал, что когда материальное тело теряет энергию (излучение или тепло) на величину E, его масса уменьшается на величину E / c. Это привело к знаменитой формуле эквивалентности массы и энергии : E = mc. Эйнштейн считал уравнение эквивалентности чрезвычайно важным, поскольку оно показало, что массивная частица обладает энергией, «энергией покоя», отличной от ее классической кинетической и потенциальной энергий. Как было показано выше, многие авторы до Эйнштейна пришли к аналогичным формулам (включая фактор 4/3) для отношения массы к энергии. Однако их работа была сосредоточена на электромагнитной энергии, которая (как мы знаем сегодня) составляет лишь небольшую часть всей энергии внутри материи. Таким образом, именно Эйнштейн был первым, кто: (а) приписал это отношение всем формам энергии и (б) понял связь эквивалентности массы и энергии с принципом относительности.
Вальтер Кауфманн (1905, 1906), вероятно, был первым, кто сослался на работу Эйнштейна. Он сравнил теории Лоренца и Эйнштейна и, хотя он сказал, что предпочтение следует отдать методу Эйнштейна, он утверждал, что обе теории эквивалентны с точки зрения наблюдений. Поэтому он говорил о принципе относительности как о базовом допущении «Лоренца-Эйнштейна». Вскоре после этого Макс Планк (1906a) был первым, кто публично защитил теорию и заинтересовал своих учеников, Макса фон Лауэ и Курда фон Мозенгейля, в этой формулировке.. Он описал теорию Эйнштейна как «обобщение» теории Лоренца и дал этой «теории Лоренца-Эйнштейна» название «относительная теория»; тогда как Альфред Бухерер изменил номенклатуру Планка на общепринятую ныне «теорию относительности» («Einsteinsche Relativitätstheorie»). С другой стороны, сам Эйнштейн и многие другие продолжали просто называть новый метод «принципом относительности». А в важной обзорной статье о принципе относительности (1908a) Эйнштейн описал СТО как «союз теории Лоренца и принципа относительности», включая фундаментальное предположение о том, что местное время Лоренца можно описать как реальное время. (Тем не менее, вклад Пуанкаре редко упоминался в первые годы после 1905 г.) Все эти выражения (теория Лоренца-Эйнштейна, принцип относительности, теория относительности) использовались разными физиками поочередно в последующие годы.
Вслед за Планком теорией относительности быстро заинтересовались и другие немецкие физики, в том числе Арнольд Зоммерфельд, Вильгельм Вин, Макс Борн, Пауль Эренфест и Альфред Бухерер. Фон Лауэ, узнавший об этой теории от Планка, опубликовал первую окончательную монографию по теории относительности в 1911 году. К 1911 году Зоммерфельд изменил свой план, чтобы говорить об относительности на Сольвеевском конгрессе, поскольку теория уже считалась хорошо обоснованной.
Кауфманн (1905, 1906) объявил о результатах своих новых экспериментов по отношению заряда к массе, то есть зависимости массы от скорости. По его мнению, они представляют собой явное опровержение принципа относительности и теории Лоренца-Эйнштейна, а также подтверждение теории Абрахама. В течение нескольких лет эксперименты Кауфмана представляли серьезное возражение против принципа относительности, хотя его критиковали Планк и Адольф Бестельмейер (1906). Вслед за Кауфманом другие физики, такие как Альфред Бухерер (1908) и (1914), также исследовали зависимость массы от скорости, и на этот раз считалось, что «теория Лоренца-Эйнштейна» и принцип относительности подтвердились., и теория Авраама опровергнута. Однако позже было указано, что эксперименты Кауфмана-Бухерера-Неймана показали только качественное увеличение массы движущихся электронов, но они не были достаточно точными, чтобы различать модели Лоренца-Эйнштейна и Абрахама. Так продолжалось до 1940 г., когда эксперименты подобного рода были повторены с достаточной точностью для подтверждения формулы Лоренца-Эйнштейна. Однако эта проблема возникла только при таком эксперименте. Исследования тонкой структуры линий водородных линий уже в 1917 г. дали четкое подтверждение формулы Лоренца-Эйнштейна и опровержение теории Абрахама.
Макс Планк Планк (1906a) определил релятивистский импульс и дал правильные значения для продольной и поперечной массы, исправив небольшую ошибку в выражении, данном Эйнштейном в 1905 году. Выражения были в принципе эквивалентны тем, которые использовал Лоренц в 1899 году. Основываясь на работе Планка, концепция релятивистской массы была разработана Гилбертом Ньютоном, Льюисом и Ричардом К. Толмен (1908, 1909), определив массу как отношение количества движения к скорости. Таким образом, старое определение продольной и поперечной массы, в котором масса определялась как отношение силы к ускорению, стало излишним. Наконец, Толмен (1912) интерпретировал релятивистскую массу просто как массу тела. Однако многие современные учебники по теории относительности больше не используют понятие релятивистской массы, а масса в специальной теории относительности рассматривается как инвариантная величина.
Эйнштейн (1906) показал, что инерция энергии (эквивалентность массы и энергии) является необходимым и достаточным условием сохранения центра масс теорема. В этом случае он отметил, что формальное математическое содержание статьи Пуанкаре о центре масс (1900b) и его собственной работы в основном одинаковы, хотя физическая интерпретация различалась в свете теории относительности.
Курд фон Мозенгейл (1906), расширив расчет Хазенёрля для излучения черного тела в полости, получил то же выражение для дополнительной массы тела из-за электромагнитного излучения, что и Хазенёрль. Идея Хазенёрля заключалась в том, что масса тел включает вклад электромагнитного поля, он представлял тело как полость, содержащую свет. Его отношения между массой и энергией, как и все другие доэйнштейновские, содержали неверные числовые префакторы (см. Электромагнитная масса). В конце концов Планк (1907) вывел эквивалентность массы и энергии в целом в рамках специальной теории относительности, включая силы связи внутри вещества. Он признал приоритет работы Эйнштейна 1905 года над 
Как было объяснено выше, уже в 1895 году Лоренцу удалось получить коэффициент увлечения Френеля (до первого порядка v / c) и эксперимент Физо с помощью электромагнитная теория и концепция местного времени. После первых попыток Якоба Лауба (1907) создать релятивистскую «оптику движущихся тел», именно Макс фон Лауэ (1907) вывел коэффициент для членов всех порядков по формуле с использованием коллинеарного случая релятивистского закона сложения скоростей. Кроме того, расчет Лауэ был намного проще, чем сложные методы, использованные Лоренцем.
В 1911 году Лауэ также обсуждал ситуацию, когда на платформе луч света разделяется, и два луча вынуждены следовать по траектории в противоположные направления. По возвращении к точке входа свету разрешается выходить с платформы таким образом, чтобы получилась интерференционная картина. Лауэ рассчитал смещение интерференционной картины, если платформа вращается - потому что скорость света не зависит от скорости источника, поэтому один луч прошел меньшее расстояние, чем другой луч. Эксперимент такого рода был проведен Жоржем Саньяком в 1913 году, который фактически измерил смещение интерференционной картины (эффект Саньяка ). Хотя сам Саньяк пришел к выводу, что его теория подтвердила теорию покоящегося эфира, более ранние вычисления Лауэ показали, что они совместимы также со специальной теорией относительности, потому что в обеих теориях скорость света не зависит от скорости источника. Этот эффект можно понимать как электромагнитный аналог механики вращения, например, по аналогии с маятником Фуко. Уже в 1909–1911 годах Франц Харресс (1912) провел эксперимент, который можно рассматривать как синтез экспериментов Физо и Саньяка. Он попытался измерить коэффициент лобового сопротивления стекла. В отличие от Физо, он использовал вращающееся устройство, поэтому он обнаружил тот же эффект, что и Саньяк. Хотя сам Харресс неправильно понял значение результата, Лауэ показал, что теоретическое объяснение эксперимента Харресса согласуется с эффектом Саньяка. В конце концов, эксперимент Майкельсона – Гейла – Пирсона (1925, разновидность эксперимента Саньяка) показал угловую скорость самой Земли в соответствии со специальной теорией относительности и покоящимся эфиром.
Первые выводы об относительности одновременности посредством синхронизации со световыми сигналами также были упрощены. Дэниел Фрост Комсток (1910) поместил наблюдателя посередине между два тактовых генератора A и B. Этот наблюдатель посылает сигнал обоим часам, и в кадре, в котором A и B находятся в состоянии покоя, они синхронно начинают работать. Но с точки зрения системы, в которой движутся A и B, сначала приводятся в движение часы B, а затем идут часы A, поэтому часы не синхронизированы. Также Эйнштейн (1917) создал модель с наблюдателем посередине между A и B. Однако в его описании два сигнала посылаются от A и B к наблюдателю. С точки зрения кадра, в котором A и B находятся в состоянии покоя, сигналы посылаются одновременно, и наблюдатель «спешит навстречу лучу света, идущему от B, в то время как он едет впереди луча света, идущего впереди. из A. Следовательно, наблюдатель увидит луч света, излучаемый из B, раньше, чем он увидит луч света, излучаемый из A. Таким образом, наблюдатели, которые принимают железнодорожный поезд в качестве своего эталонного тела, должны прийти к выводу, что вспышка молнии B произошла раньше. чем молния А. "
Герман Минковский Попытка Пуанкаре четырехмерной переформулировки новой механики не была продолжена им самим, поэтому она была Германом Минковским (1907), который разработал последствия этого понятия (другие вклады были сделаны Роберто Марколонго (1906) и (1908)). Это было основано на работах многих математиков 19 века, таких как Артур Кэли, Феликс Клейн или Уильям Кингдон Клиффорд, которые внесли свой вклад в группу теория, теория инвариантов и проективная геометрия, формулирующие такие концепции, как метрика Кэли – Клейна или модель гиперболоида, в которой интервал 
В 1907 году Минковский назвал четырех предшественников, внесших вклад в формулировку принципа относительности: Лоренца, Эйнштейна, Пуанкаре и Планка. А в своей знаменитой лекции Пространство и время (1908) он упомянул Фойгта, Лоренца и Эйнштейна. Сам Минковский считал теорию Эйнштейна обобщением теории Лоренца и приписывал Эйнштейну полную формулировку относительности времени, но критиковал своих предшественников за неполное развитие теории относительности пространства. Однако современные историки науки утверждают, что требование Минковского о приоритете было необоснованным, потому что Минковский (как Вин или Абрахам) придерживался электромагнитной картины мира и, по-видимому, не полностью понимал разницу между электронной теорией Лоренца и кинематикой Эйнштейна. В 1908 году Эйнштейн и Лауб отвергли четырехмерную электродинамику Минковского как чрезмерно сложную «усвоенную избыточность» и опубликовали «более элементарный», не четырехмерный вывод основных уравнений для движущихся тел. Но именно геометрическая модель Минковского (а) показала, что специальная теория относительности является полной и внутренне самосогласованной теорией, (б) добавила инвариантный лоренц-инвариантный собственный временной интервал (который учитывает фактические показания, показываемые движущимися часами), и ( в) послужила основой для дальнейшего развития теории относительности. В конце концов, Эйнштейн (1912) осознал важность геометрической модели пространства-времени Минковского и использовал ее в качестве основы для своей работы по основам общей теории относительности.
Сегодня специальная теория относительности рассматривается как приложение линейной алгебры, но в то время, когда развивалась специальная теория относительности, область линейной алгебры все еще находилась в зачаточном состоянии. Учебников по линейной алгебре как современному векторному пространству и теории преобразований не существовало, а матричная запись Артура Кэли (объединяющая предмет) еще не получила широкого распространения. Обозначение матричного исчисления Кэли использовалось Минковским (1908) при формулировке релятивистской электродинамики, хотя позже оно было заменено Зоммерфельдом с использованием векторной записи. Согласно недавнему источнику, преобразования Лоренца эквивалентны гиперболическим поворотам. Однако Варичак (1910) показал, что стандартное преобразование Лоренца - это перевод в гиперболическом пространстве.
Пространственно-временной формализм Минковского был быстро принят и получил дальнейшее развитие. Например, Арнольд Зоммерфельд (1910) заменил матричную нотацию Минковского элегантной векторной нотацией и ввел термины «четыре вектора» и «шесть векторов». Он также представил тригонометрическую формулировку релятивистского правила сложения скоростей, которое, согласно Зоммерфельду, устраняет большую часть странностей этой концепции. Другой важный вклад был сделан Лауэ (1911, 1913), который использовал формализм пространства-времени для создания релятивистской теории деформируемых тел и теории элементарных частиц. Он распространил выражения Минковского для электромагнитных процессов на все возможные силы и тем самым прояснил концепцию эквивалентности массы и энергии. Лауэ также показал, что неэлектрические силы необходимы для обеспечения надлежащих свойств преобразования Лоренца и для стабильности материи - он смог показать, что «напряжения Пуанкаре» (как упоминалось выше) являются естественным следствием теории относительности, так что электрон может быть закрытой системой.
Было несколько попыток вывести преобразование Лоренца без постулата о постоянстве скорости света. Владимир Игнатовский (1910), например, использовал для этой цели (а) принцип относительности, (б) однородность и изотропность пространства и (в) требование взаимности. Филипп Франк и Герман Роте (1911) утверждали, что этот вывод является неполным и требует дополнительных предположений. Их собственный расчет был основан на предположениях, что: (а) преобразование Лоренца образует однородную линейную группу, (б) при смене кадров изменяется только знак относительной скорости, (в) сокращение длины зависит исключительно от относительной скорости. Однако, согласно Паули и Миллеру, таких моделей было недостаточно, чтобы отождествить инвариантную скорость их преобразования со скоростью света - например, Игнатовский был вынужден прибегнуть к помощи электродинамики, чтобы учесть скорость света. Таким образом, Паули и другие утверждали, что оба постулата необходимы для вывода преобразования Лоренца. Однако до сегодняшнего дня другие продолжали попытки вывести специальную теорию относительности без постулата света.
Минковский в своих ранних работах в 1907 и 1908 годах последовал за Пуанкаре в представлении пространства и времени вместе в сложной форме (x, y, z, ict), подчеркивая формальное сходство с евклидовым пространством. Он отметил, что пространство-время в определенном смысле представляет собой четырехмерное неевклидово многообразие. Зоммерфельд (1910) использовал комплексное представление Минковского, чтобы объединить неколлинеарные скорости с помощью сферической геометрии и таким образом вывести формулу сложения Эйнштейна. Последующие авторы, в основном Варичак, обходились без мнимой координаты времени и писали в явно неевклидовой (т. Е. Лобачевской) форме, переформулируя относительность с использованием концепции скорости, ранее введенной Альфред Робб (1911); Эдвин Бидвелл Уилсон и Гилберт Н. Льюис (1912) ввели векторные обозначения для пространства-времени; Эмиль Борель (1913) показал, как параллельный перенос в неевклидовом пространстве обеспечивает кинематическую основу прецессии Томаса за двенадцать лет до ее экспериментального открытия Томасом; Феликс Кляйн (1910) и Людвик Зильберштейн (1914) также использовали такие методы. Один историк утверждает, что неевклидов стиль мало что мог показать «на пути творческой силы открытия», но в некоторых случаях он давал преимущества в обозначениях, особенно в законе сложения скоростей. (Таким образом, в годы перед Первой мировой войной принятие неевклидова стиля былопримерно таким же, как и первоначального формализма пространства-времени, и он продолжал в учебниках по теории относительности 20-го века.
Эйнштейн (1907a) использует метод обнаружения поперечного эффекта Доплера как прямого следствия замедления времени. И фактически, этот эффект был измерено в 1938 г. Гербертом Э. Айвсом и Г.Р. Стилвеллом (эксперимент Айвса-Стилуэлла ). А Льюис и Толмен (1909) описали взаимность замедления времени посредством использования двух световых часов A и B, движущихся с определенной относительной скоростью друг к другу. Часы состоят из двух плоских зеркал, параллельных друг другу и линии движения. Между зеркалами отражается световой сигнал, находящегося в покое в системе же отсчета, что и A, период часов A - это расстояние между зеркалами, деленное на скорость света. Когда наблюдатель смотрит на часы B, он видит, что внутри этих часов сигнал проходит по более длинному наклонному пути, таким образом, часы B быстрее, чем A. а медленнее. Лоренц (1910–1912) обсудил взаимность замедления времени и проанализировал «парадокс» часов, который, по-видимому, возникает как следствие взаимности замедления времени. Лоренц показан, что парадокса нет, если учесть, что в одной системе используются только одни часы, в то время как в другой системе необходимы два часа, при этом полностью учитывается относительность одновременности.
Макс фон Лауэ Похожая ситуация была создана Полем Ланжевеном в 1911 году с тем, что позже было названо «парадоксом близнецов », где он заменил часы людьми (Ланжевен никогда не употреблял слова «близнецы», но его описание содержало все остальные черты парадокса). Ланжевен разрешил парадокс, сославшись на тот факт, что один из близнецов ускоряется и меняет направление, поэтому Ланжевен мог показать, что симметрия нарушена и ускоренный близнец моложе. Однако сам Ланжевен интерпретировал это как намек на существование эфира. Хотя объяснение Ланжевена все еще принимается некоторые, его выводы относительно не были общепринятыми. Лауэ (1913) указывает, что любое ускорение можно сделать сколь угодно малым по с инерционным движением близнеца, и что реальное объяснение в том, что одно близнец во время своего путешествия находится в состоянии покоя в двух разных инерциальных системах отсчета, в то время как другой близнец неподвижен. в покое в единой инерциальной системе отсчета. Лауэ был первым, кто проанализировал ситуацию на основе пространственно-временной модели Минковского для специальной теории относительности, показав, как мировые линии инерционно движущихся тел максимизируют собственное время, прошедшее между двумя событиями.
Эйнштейн. (1908) попытался - в качестве предварительного предложения в специальной теории относительности - также включить ускоренные системы отсчета в принцип относительности. В ходе этого осознавания он осознал, что для любого момента ускорения тела можно определить инерциальную систему отсчета, в котором ускоряемое тело временно находится в состоянии покоя. Следует, что в ускоренных кадрах, определенным таким образом, применение постоянства скорости света для одновременности ограничено небольшими местами. принцип эквивалентности, который использует Эйнштейн в ходе этого исследования, который использует равенство инерционной и гравитационной массы и эквивалентность ускоренных системчета и однородных гравитационных полей, выходит за пределы стандартной теории относительности и соответствует к формулировке общей теории относительности.
Почти одновременно с Эйнштейном Минковский (1908) рассмотрел частный случай равномерных ускорений в рамках своего пространственно-временного формализма. Он признал, что мировая линия такого ускоренного тела соответствует гиперболе. Это понятие было развито Борном (1909) и Зоммерфельдом (1910), где Борн ввел выражение «гиперболическое движение ». Он обозначил, что такое введение в систему относительности в качестве приближения для любой формы ускорения в рамках специальной теории теории теории. Кроме того, Гарри Бейтман и Эбенезер Каннингем (1910) показали, что уравнения Максвелла инвариантны гораздо более широкой группы преобразований, чем группа Лоренца, т. Е. сферической волны преобразования, являющиеся формой конформных преобразований. При этих преобразованиях уравнения сохраняют свой вид для некоторых ускоренных движений. Общая ковариантная формулировка электродинамики в конечном итоге дана Фридрихом Коттлером (1912 г.), благодаря чему его формулировка также верна для общей теории относительности. Что касается дальнейшего развития описания ускоренного движения в специальной теории относительности, то работы Ланжевена и других для вращающихся систем отсчета (Координаты Борна ), а также Вольфганга Риндлера и других для дополнительно ускоренных систем отсчета (( Координаты Риндлера ).
Эйнштейн (1907b) обсуждал вопрос о том, в твердых телах, как и во всех других, других случаях скорости информации может превышать скорость света, и объяснил, что информация может быть передана при этих обстоятельствах, таким образом, причинно-следственная связь будет нарушена. Это радикально противоречит любому опыту, сверхсветовые скорости невозможными. Он добавил, что динамика твердого тела твердого тела должна быть создана в рамках СТО. В конце концов, Макс Борн (1909) в ходе вышеупомянутой работы, касающейся ускоренного движения, попытался включить концепцию твердого тел в СТО. Однако Пауль Эренфест (1909) показал, что концепция Борна приводит к так называемому парадоксу Эренфеста, в котором из-за сокращения окружности вращающегося диска укорачивается, и остается такой же. Этот вопрос рассматривали также Густав Херглотц (1910), Фриц Нётер (1910) и фон Лауэ (1911). Лауэ признал, что классическая концепция неприменима в СТО, поскольку «твердое» тело обладает бесконечным числом степеней свободы. Тем не менее, хотя определение Борна неприменимо к твердым телам, оно было очень полезно для описания жестких движений тел. В связи с парадоксом Эренфеста также обсуждалось (Владимиром Варичак и другими), является ли сокращение длины «реальным» или «очевидным», и есть ли разница между динамическим сокращением Лоренца и кинематическое сжатие Эйнштейна. Однако это был скорее спор из-за слов, потому что, как сказал Эйнштейн, кинематическое сокращение длины «очевидно» для движущегося вместе наблюдателя, но для наблюдателя в состоянии покоя оно «реально», и последствия измеримы.
Планк в 1909 году сравнил последствия современного принципа относительности - он особенно упомянул относительность времени - с революцией, совершенной системой Коперника. Важным фактором в принятии специальной теории относительности физиками было ее превращение Минковским в теорию пространства-времени. Следовательно, примерно к 1911 году большинство физиков-теоретиков приняли специальную теорию относительности. В 1912 году Вильгельм Вин рекомендовал и Лоренца (за математическую основу), и Эйнштейна (за сведение ее к простому принципу) на Нобелевскую премию по физике - хотя это было решено Нобелевской премией. комитет не присуждать премию по специальной теории относительности. Лишь меньшинство физиков-теоретиков, таких как Абрахам, Лоренц, Пуанкаре или Ланжевен, все еще верили в существование эфира. Эйнштейн позже (1918–1920) уточнил свою позицию, утверждая, что можно говорить о релятивистском эфире, но «идея движения» к нему неприменима. Лоренц и Пуанкаре всегда утверждали, что движение в эфире невозможно обнаружить. Эйнштейн использовал выражение «специальная теория относительности» в 1915 году, чтобы отличить ее от общей теории относительности.
Первая попытка сформулировать релятивистскую теорию гравитации была предпринята Пуанкаре (1905). Он попытался изменить закон всемирного тяготения Ньютона, чтобы он принял лоренц-ковариантную форму. Он отметил, что существует много возможностей для релятивистского закона, и обсудил две из них. Пуанкаре показал, что аргумент Пьера-Симона Лапласа, который утверждал, что скорость гравитации во много раз превышает скорость света, неверен в рамках релятивистской теории.. То есть в релятивистской теории гравитации орбиты планет стабильны, даже когда скорость гравитации равна скорости света. Модели, аналогичные модели Пуанкаре, обсуждались Минковским (1907b) и Зоммерфельдом (1910). Однако Абрахам (1912) показал, что эти модели принадлежат к классу «векторных теорий» гравитации. Фундаментальный недостаток этих теорий состоит в том, что они неявно содержат отрицательное значение гравитационной энергии вблизи материи, что нарушило бы принцип энергии. В качестве альтернативы Авраам (1912) и Густав Ми (1913) предложили различные «скалярные теории» гравитации. В то время как Ми никогда не формулировал свою теорию последовательным образом, Абрахам полностью отказался от концепции лоренц-ковариантности (даже локально), и поэтому она несовместима с теорией относительности.
Кроме того, все эти модели нарушали принцип эквивалентности, и Эйнштейн утверждал, что невозможно сформулировать теорию, которая одновременно является лоренц-ковариантной и удовлетворяет принципу эквивалентности. Однако Гуннар Нордстрём (1912, 1913) смог создать модель, которая удовлетворяла обоим условиям. Это было достигнуто за счет зависимости как гравитационной, так и инертной массы от гравитационного потенциала. Теория гравитации Нордстрема была замечательна тем, что Эйнштейн и Адриан Фоккер (1914) показали, что в этой модели гравитацию можно полностью описать в терминах кривизны пространства-времени. Хотя теория Нордстрема не противоречит, с точки зрения Эйнштейна, сохраняется фундаментальная проблема: она не удовлетворяет важному условию общей ковариантности, как в этой Теоретически предпочтительные системы отсчета все еще могут быть сформулированы. Таким образом, вопреки этим «скалярным теориям» Эйнштейн (1911–1915) разработал «тензорную теорию» (то есть общую теорию относительности ), которая удовлетворяет как принцип эквивалентности, так и общей ковариантности. Как следствие, от концепции «специальной релятивистской» теории гравитации пришлось отказаться, в общей теории относительности скорости света (и лоренц-ковариантность) справедливо только локально. Решение между этими моделями было принято Эйнштейном, когда он смог точно вывести прецессию перигелия Меркурия, в то время как другие теории дали ошибочные результаты. Кроме того, только теория Эйнштейна дала правильное значение для отклонения света около Солнца.
Необходимость объединения теории относительности и квантовая механика была одним из основных мотивов развития квантовой теории поля. Паскуаль Джордан и Вольфганг Паули показал в 1928 году, что квантовые поля можно сделать релятивистскими, а Поль Дирак создал уравнение Дирака для электронов, и тем самым предсказал существование антивещества.
. С тех пор многие области были переформулированы с использованием релятивистских трактовок: релятивистская квантовая химия, релятивистская теплопроводность и т. д..
Важными ранними экспериментами, подтверждающими специальную теорию относительности, как показано выше, были эксперимент Физо, эксперимент Майкельсона - Морли, Эксперименты Кауфмана-Бухерера-Неймана, эксперимент Траутона-Нобла, эксперименты Рэлея и Брейса и эксперимент Траутона-Ренкина.
В 1920-х годах была проведена серия экспериментов типа Майкельсона - Морли, подтвердили относительность с даже более высокой точностью, чем первоначальный эксперимент. Другим типом интерферометрических экспериментов был эксперимент Кеннеди-Торндайка 1932 года, в котором была подтверждена независимость скорости света от скорости аппарата. Также замедление времени было непосредственно измерено в эксперименте Айвса - Стилвелла в 1938 году и путем измерения скорости распада движущихся частиц в 1940 году. Все эти эксперименты были повторены несколько раз с повышенной точностью. Кроме того, что скорость света недостижима для массивных тел, было измерено во многих тестах релятивистской энергии и импульса. Следовательно, знание этих релятивистских эффектов требуется при создании ускорителей частиц.
В 1962 году Дж. Г. Фокс указатель, что все предыдущие экспериментальные испытания постоянства скорости света проводились с использованием света, прошедшего через неподвижный материал: стекло, воздух или неполный вакуум глубокого космоса. В результате все подверглись воздействию теоремы о вымирании. Это означало, что измеряемый свет имел бы скорость, отличную от источника скорости источника. Он пришел к выводу, что, вероятно, еще нет приемлемого доказательства второго постулата специальной теории относительности. Этот удивительный пробел в экспериментальных данных был быстро закрыт в последующие годы экспериментов Фокса и Альвагера и др., Использовались гамма-лучи, полученные от мезонов высоких энергий. Высокие уровни энергии измеренных фотонов, наряду с очень тщательными эффектами экстинкции, любые сомнения в их результатах.
Было проведено множество других тестов специальной теории относительности, проверяющих возможные нарушения лоренц-инвариантности в определенных вариациях квантовой гравитации. Однако никаких признаков анизотропии скорости света не было обнаружено даже на уровне 10, а некоторые эксперименты даже исключили нарушения Лоренца на уровне 10, см. Современные поиски нарушений Лоренца.
Некоторые утверждают, что истинными основателями специальной теории относительности являются Пуанкаре и Лоренц, а не Эйнштейн. Подробнее см. Статью о споре о приоритете относительности.
Некоторые критиковали специальную теорию относительности по разным причинам, таким как отсутствие эмпирических доказательств, внутренних противоречий, отказ от математической физики как таковой или по философским причинам.. Хотя все еще есть критики теории относительности за пределами научного мейнстрима, подавляющее большинство ученых согласны с тем, что специальная теория относительности проверена множеством различных способов и в теории нет противоречий.
Физический портал  | Викиисточник содержит оригинальные работы по теме: Исторические статьи по теории относительности |
