특수 상대성 이론의 역사

특수 상대성 이론의 역사는 알버트 A에 의해 얻어진 많은 이론적 결과와 경험적 발견으로 구성되어 있다. 미셸슨, 헨드릭 로렌츠, 앙리 푸앵카레 등그것은 알버트 아인슈타인에 의해 제안된 특수 상대성 이론과 막스 플랑크, 헤르만 민코프스키 등의 후속 연구로 정점에 달했다.

서론

아이작 뉴턴은 절대 시공간에서 물리학을 기반으로 했지만, 갈릴레오 갈릴레이의 상대성 원리도 고수했다.^[1]이것은 역학의 법칙에 관한 한, 관성 운동의 모든 관찰자는 동등한 특권을 가지며, 어떤 특정한 관성 관찰자에게도 바람직한 운동 상태가 주어질 수 없다.그러나 전자기 이론과 전기역학에 관해서는 19세기 동안 빛의 파동 이론이 "빛 매체" 또는 발광 에테르 교란으로 널리 받아들여졌고, 그 이론은 제임스 클러크 맥스웰의 작품에서 가장 발전된 형태로 도달했다.맥스웰의 이론에 따르면, 모든 광학 및 전기 현상은 그 매체를 통해 전파되는데, 이것은 에테르에 대한 상대적인 운동을 실험적으로 결정하는 것이 가능해야 한다는 것을 암시한다.

에테르를 통한 움직임을 감지하는 알려진 실험이 실패함에 따라 헨드릭 로렌츠는 1892년부터 움직이지 않는 발광 에테르(로렌츠가 추측하지 않은 물질 구성), 물리적 길이 수축, 그리고 맥스웰의 방정식이 형태를 유지하는 "현지 시간"에 기초한 전기 역학 이론을 발전시켰다.n 모든 관성 기준 프레임.로렌츠의 에테르 이론을 연구하면서, 앙리 푸앵카레는 일찍이 자연의 일반 법칙으로서 "상대성 원리"를 제안했고, 1905년에 로렌츠의 예비 변환 공식들을 수정하기 위해 이 원리를 사용했고, 그 결과 현재 로렌츠 변환이라고 불리는 정확한 일련의 방정식을 만들었다.같은 해 앨버트 아인슈타인은 특수상대성 원리에 대한 그의 원문을 발표했는데, 그 역시 상대성 원리에 기초해, 가의 절대적인 동시성을 버리고 시공간과 시간 간격의 기본 정의를 바꾸면서 로렌츠 변환을 독립적으로 도출하고 근본적으로 재해석했다.리튬 운동학,^[2] 따라서 고전 전기역학에서 발광 에테르에 대한 참조가 필요하지 않습니다.아인슈타인의 특수상대성이론을 위해 4차원 기하학적 "공간" 모델을 도입한 헤르만 민코프스키의 후속 연구는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 나중에 발전시킬 수 있는 길을 닦았고 상대성 이론의 기초를 닦았다.

에테르 및 이동체의 전기역학

에테르 모형과 맥스웰 방정식

토마스 영 (1804)과 오거스틴 진 프레넬 (1816)의 연구에 따라, 빛이 광택 에테르라고 불리는 탄성 매체 내에서 횡파로 전파된다고 믿어졌다.그러나 광학 현상과 전기 역학 현상의 구분이 만들어졌기 때문에 모든 현상에 대해 특정한 에테르 모델을 만들 필요가 있었다.시도 또는 그들의 완전한 기계적 설명을 창조하는 데 모델 통일을 위해지만 마이클 패러데이와 켈빈 경은 등 많은 과학자들 의한 상당한 일을 마친 뒤에 제임스 클러크 맥스웰(1864년)방정식으로 전기, 자기와 인덕턴스, 이름 집합을 도출하여 전자기학의 정확한 이론을 개발했다 succeed,[3]지 않았다.d맥스웰 방정식그는 빛이 실제로 전기와 자기 현상의 원인이 되는 동일한 에테르성 매질에서 기복(전자파 복사)을 일으킨다고 처음 제안했다.하지만, 맥스웰의 이론은 움직이는 물체의 광학에 관한 불만족스러웠고, 그가 완전한 수학적 모델을 제시할 수 있었지만, 그는 ^[4]에테르에 대한 일관된 기계적인 설명을 제공할 수 없었다.

1887년 하인리히 헤르츠가 전자파의 존재를 증명한 후, 맥스웰의 이론은 널리 받아들여졌다.게다가, 올리버 헤비사이드와 헤르츠는 이 이론을 더욱 발전시켰고 맥스웰 방정식의 현대화된 버전을 도입했다.'맥스웰'Hertz" 또는 "Heaviside-"헤르츠" 방정식은 이후 전기역학의 발전을 위한 중요한 기초가 되었고, 헤비사이드의 표기법은 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.맥스웰 이론에 대한 다른 중요한 공헌들은 조지 피츠제럴드, 조셉 존 톰슨, 존 헨리 포인팅, 헨드릭 로렌츠, 그리고 조셉 ^[5][6]라모어에 의해 이루어졌다.

에테르 찾기

물질과 에테르의 상대운동과 상호영향에 대해서는 두 가지 이론이 있었다.하나는 프레넬(그리고 로렌츠)에 의해 개발되었다.이 모델(정지 에테르 이론)은 빛이 가로파로 전파되고 에테르가 물질에 의해 일정한 계수로 부분적으로 끌려간다고 가정했다.이러한 가정을 바탕으로 프레넬은 빛의 수차와 많은 광학 ^[7]현상을 설명할 수 있었다.
다른 가설은 조지 가브리엘 스톡스에 의해 제안되었는데, 그는 1845년에 에테르가 물질에 의해 완전히 끌려간다고 말했다.이 모델에서 에테르는 (소나무 피치와 유사하게) 빠른 물체에 대해서는 강성이 있고 느린 물체에 대해서는 유체가 있을 수 있습니다.따라서 지구는 꽤 자유롭게 움직일 수 있지만 ^[8]빛을 운반할 수 있을 만큼 단단할 것이다.플레넬의 이론은 1851년 움직이는 ^[9]액체에서 빛의 속도를 측정한 피조 실험에 의해 그의 드래그 계수가 확인되었기 때문에 선호되었다.

앨버트 A. 미셸슨(1881)은 간섭계를 사용하여 지구와 에테르(에테르-바람)의 상대 운동을 측정하려고 했다.그는 상대 운동을 결정할 수 없었기 때문에 그 결과를 스톡스의 ^[10]논문의 확인으로 해석했다.그러나 로렌츠(1886)는 미셸슨의 계산이 틀렸고 그가 측정의 정확성을 과대평가했다는 것을 보여주었다.이것은 큰 오차 범위와 함께, Michelson의 실험의 결과를 결론짓지 못하게 만들었다.게다가, 로렌츠는 스토크스가 에테르를 완전히 질질 끌어서 모순된 결과를 초래한다는 것을 보여주었고, 따라서 그는 프레넬의 ^[11]이론과 유사한 에테르 이론을 지지했다.플레넬의 이론을 다시 확인하기 위해, 미셸슨과 에드워드 몰리 (1886)는 피조 실험을 반복했다.플레넬의 드래그 계수는 그 때 정확히 확인되었고, 미셸슨은 이제 플레넬의 고정 에테르 이론이 ^[12]옳다는 의견을 가지고 있다.상황을 명확히 하기 위해, Michelson과 Morley (1887)는 Michelson의 1881년 실험을 반복했고, 그들은 측정의 정확도를 상당히 높였다.그러나, 현재 유명한 마이클슨-몰리 실험은 다시 부정적인 결과를 낳았습니다. 즉, 에테르를 통한 장치의 움직임은 감지되지 않았습니다(지구 속도는 여름과 북쪽 겨울에 60km/s 차이가 있습니다).그래서 물리학자들은 상반된 두 가지 실험에 직면했습니다: 1886년 프레넬의 정지 에테르에 대한 명백한 확인 실험과 1887년 스톡스가 완전히 질질 끌고 있는 에테르에 ^[13]대한 명백한 확인 실험입니다.

이 문제에 대한 가능한 해결책은 Woldemar Voigt(1887)에 의해 제시되었는데, 그는 비압축 탄성 매체에서 전파되는 파동에 대한 도플러 효과를 조사하고 자유 공간에 파동 방정식을 변경하지 않은 변환 관계를 추론했으며, Michelson-Morley 실험의 부정적인 결과를 설명했다.Voigt 변환에는 로렌츠 계수${\displaystyle }1{\displaystyle \mathrm{}}$/${\displaystyle 1\sqrt{\mathrm{}}}$ ${\displaystyle \sqrt{-}}$ ${\displaystyle \sqrt{{v\mathrm{}}^{}}}$ ${\displaystyle \sqrt{2{}^{}}}$/ ${\displaystyle \sqrt{c{}^{}}}$ ${\displaystyle \sqrt{{2\mathrm{}}^{}}}$ ${\$이(가) 포함되며, y 및 z-cargates에 대한 새로운 $시간{\displaystyle {}^{}}$ 변수 $=$ ${\displaystyle t}$- ${\displaystyle v}$ / $（ display$ \$script style$ {tyle {t`2$`c$}})가 포함됩니다.하지만,^[14][15] 보이트의 작품은 그의 동시대 사람들에 의해 완전히 무시되었다.

피츠제럴드(1889)는 마이클슨-몰리 실험의 부정적인 결과에 대한 또 다른 설명을 내놓았다.Voigt와 달리, 그는 분자간 힘이 전기적 기원이어서 물질체가 운동선상에서 수축할 것이라고 추측했다(길이라고 추측했다.이는 헤비사이드(1887)의 작업과 관련이 있으며, 그는 운동 중인 정전장이 변형되어(^[16]헤비사이드 엘립소이드) 빛의 속도로 물리적으로 결정되지 않은 상태로 이어진다고 결론지었다.하지만 피츠제럴드의 생각은 널리 알려지지 않았고 올리버 로지가 1892년에 ^[17]아이디어의 요약을 발표하기 전까지 논의되지 않았다.또한 로렌츠(1892b)는 미셸슨-몰리 실험을 설명하기 위해 피츠제럴드와 독립적으로 길이 축소를 제안했다.그럴듯한 이유로 로렌츠는 정전장 수축의 유추를 언급했다.하지만, 로렌츠조차도 그것이 필연적인 이유가 아니라는 것을 인정했고, 결과적으로 길이 수축은 임시 ^[18][19]가설로 남았다.

로렌츠의 전자 이론

로렌츠(1892a)는 에테르에서 분리된 전자의 존재를 가정하고 "맥스웰-"을 대체함으로써 로렌츠 에테르 이론의 기초를 다졌다."맥스웰-로렌츠" 방정식에 의한 헤르츠 방정식.그의 모델에서 에테르는 완전히 움직이지 않고 프레넬의 이론과 달리 물질에 의해 부분적으로 끌려가지 않는다.이 개념의 중요한 결과는 빛의 속도가 광원의 속도와 완전히 독립적이라는 것이다.로렌츠는 에테르의 기계적 성질과 전자기적 과정에 대해 언급하지 않고 오히려 전자기적 성질을 통해 기계적 과정을 설명하려 했고, 따라서 추상적인 전자기적 성질을 만들어냈다.그의 이론의 틀에서 로렌츠는 헤비사이드처럼 정전장의 ^[19]수축량을 계산했다.로렌츠(1895)는 또한 v$\$의 1차 조건에 대해 그가 "대응하는 상태의 이론"이라고 부르는 것을 소개했다.이 정리는 에테르에 상대적인 움직이는 관찰자가 그의 "실제" 분야에서 쉬고 있는 관찰자와 같은 관찰을 한다는 것을 말한다.그 중 중요한 부분은 현지 시간 $t{\displaystyle {}^{}t}$ $=$ ${\displaystyle t}$- ${\displaystyle v{}^{}}$ x / ${\displaystyle {c\mathrm{}}^{}}$2 {\$displaystyle \scriptstyle$ {t'=$t-script/c^{2$로 로렌츠 변환의 길을 닦았고 Voigt와는 독립적으로 도입하였다.이 개념의 도움으로 로렌츠는 빛의 수차, 도플러 효과, 피조 실험도 설명할 수 있었다.하지만, 로렌츠의 현지 시간은 한 시스템에서 다른 시스템으로의 변환을 단순화하는 보조적인 수학 도구에 불과했습니다. 즉, 1900년에 푸앵카레는 "현지 시간"이 실제로 움직이는 ^[20][21][22]시계에 의해 표시된다는 것을 인식했습니다.로렌츠는 또한 에테르는 물질에 작용하지만 물질은 움직이지 않는 ^[23]에테르에 작용하지 않기 때문에 그의 이론이 작용과 반작용의 원리를 위반한다는 것을 인정했습니다.

매우 유사한 모델이 조셉 라모르에 의해 만들어졌다.Larmor는 로렌츠의 1895년 변환을 현대의 로렌츠 변환과 대수적으로 동등한 형태로 만든 최초의 사람이었지만, 그의 변환은 맥스웰 방정식의${\displaystyle 형태}$를$$v / c \ $display$style \$script$style { $v/c$의 2차까지만 보존했다고 말했다. 로렌츠는 나중에 이러한 변환 di를 언급했다.d 실제로 맥스웰 방정식의 형태를 v${\displaystyle /c}$ $\$의 $모든{\displaystyle }$ 순서로 보존했다. Larmor는 이 경우 길이 수축이 모델에서 파생된다는 것을 알게 되었다. 나아가 전자 궤도에 대한 시간 확장을 계산했다.라모르는 1900년과 ^[15][24]1904년에 그의 고려사항을 명시했다.Larmor와는 별개로, 로렌츠(1899)는 2차 항에 대한 변환을 확장하고 (수학적인) 시간 확장 효과도 주목했다.

로렌츠와 라모르 외에 다른 물리학자들도 일관된 전기역학 모델을 개발하려고 했다.예를 들어 에밀 콘(1900, 1901)은 에테르(적어도 이전 형태)의 존재를 버리고 대신 에른스트 마하처럼 고정된 별을 기준 프레임으로 사용하는 대체 전기역학을 만들었다.다른 방향의 다른 광속처럼 그의 이론의 불일치 때문에, 그것은 로렌츠와 아인슈타인의 ^[25]이론으로 대체되었다.

전자 질량

맥스웰 이론을 개발하는 동안, J. J. 톰슨 (1881)은 대전된 물체가 대전되지 않은 물체보다 움직이기 어렵다는 것을 인식했다.정전장은 마치 물체의 기계적 질량에 "전자파 질량"을 더하는 것처럼 작용합니다.즉, Thomson에 따르면 전자기 에너지는 특정 질량에 해당합니다.이는 전자기장의 ^[26][27]자기유도 형태로 해석되었다.그는 또한 움직이는 물체의 질량이 일정한 양만큼 증가한다는 것을 알아챘다.톰슨의 작업은 피츠제럴드, 헤비사이드 그리고 조지 프레데릭 찰스 설에 의해 계속되었고 완성되었다.현대 표기법으로 주어진 전자기 질량의 $경우{\displaystyle }$, 공식${\displaystyle }$m ${\displaystyle =}$ (${\displaystyle 4}$/ 3) ${\displaystyle {E\mathrm{}}^{}}$/ ${\displaystyle c{}^{}}$ 2 ( \ $displaystyle$ \scriptstyle { m$$= ($4$/ 3) E / c$^{2}}$ )$$。$여기$서 m ${\$ $displaystyle$$\scriptstyle {m$$}$은 전자기질량이고 E$${$E}$는 전자기 에너지입니다.헤비사이드와 설은 또한 물체의 질량이 일정하지 않고 속도에 따라 달라진다는 것을 알아냈다.결과적으로, Searle은 빛의 속도를 초과하기 위해 무한한 에너지가 필요하기 때문에 초광속 속도의 불가능성에 주목했다.로렌츠(1899년)에게도 톰슨이 인정한 질량의 속도 의존성의 통합은 특히 중요했다.그는 질량이 속도에 의해 변화할 뿐만 아니라 방향에 따라 달라진다는 것을 알아챘고, 그는 나중에 아브라함이 "종방향"과 "횡방향" 질량이라고 불렀던 것을 소개했다.(횡방향 질량은 나중에 상대론적 질량으로 불리게 된 것에 해당합니다.^[28]

빌헬름 빈(1900)은 (톰슨, 헤비사이드, 그리고 Searle의 연구에 따라) 전체 질량이 전자기적 기원이며, 이는 자연의 모든 힘이 전자기적 힘이라는 맥락에서 공식화되었다고 가정했다. (Electragnetic World View'빈은 만약 중력도 전자기 효과라고 가정한다면 전자기 에너지, 관성 질량, 중력 ^[29]질량 사이에 비례성이 있어야 한다고 말했다.같은 논문에서 앙리 푸앵카레(1900b)는 질량과 에너지의 개념을 결합하는 또 다른 방법을 발견했다.그는 전자기 에너지가 m ${\displaystyle =E}$ / ${\displaystyle c{}^{}}$ (\${\displaystyle {displaystyle\mathrm{}}^{}}$ \$scriptstyle$ {$m=E/c^{$2$})($ E $=$ m$c$2 $(\$$displaystyle$ \$scriptstyle {$E$=$$mc^{2$}})의 질량 밀도를 갖는 가상의 유체처럼 작용함을 인식하고 가상 전자기 운동량도 정의하였다.그러나 ^[30]그는 1905년 아인슈타인에 의해 충분히 설명되는 방사선 역설에 도달했다.

Walter Kaufmann(1901–1903)은 음극선의 비율 e$m($$여기$서 e$\displaystyle$ \$scriptstyle {e})$과 $\$질량$$)을 분석하여 전자파 질량의 속도 의존성을 최초로 확인했다.그는 e${\displaystyle }$/$$ \ $displaystyle \scriptstyle {e/m}$의 $값$이 속도에 따라 감소하여 전하량이 일정하다고 가정할 때 전자의 질량은 속도에 따라 증가함을 알 수 있었다.그는 또한 그 실험들이 빈의 가정을 확인시켜주었다고 믿었는데, 그것은 "실제" 기계 질량은 없고, 단지 "겉으로 보이는" 전자기 질량, 즉 모든 물체의 질량은 전자기적 ^[31]기원이라는 것이었다.

전자기 세계관의 지지자였던 맥스 에이브러햄(1902–1904)은 전자기 질량에 대한 표현들을 도출함으로써 카우프만의 실험에 대한 설명을 재빨리 내놓았다.이 개념과 함께 아브라함은(1900년 푸앵카레와 마찬가지로${\displaystyle )}$ E/${\displaystyle {c\mathrm{}}^{}}$2$(\displaystyle$ \$scriptstyle {E/c^{$2$\}\})$에 비례하는 "전자파 운동량" 개념을 도입하였다. 그러나 푸앵카레가 도입한 가공의 양과는 달리 그는 그것을 실제 물리적 실체로 간주하였다.아브라함은 또한 1899년의 로렌츠처럼 이 질량 또한 방향에 따라 달라지고 "종방향"과 "횡방향" 질량이라는 이름을 만들었다.로렌츠와는 대조적으로, 그는 수축 가설을 그의 이론에 포함시키지 않았고, 따라서 그의 질량 항은 로렌츠의 ^[32]그것과 달랐다.

전자기 질량에 대한 선행 연구를 바탕으로, 프리드리히 하세뇌를은 물체의 질량의 일부(외관 질량이라고 함)는 공동 주위를 튕기는 방사선으로 생각할 수 있다고 제안했다.방사선의 "외관 질량"은 온도에 따라 달라지며(모든 가열된 물체는 방사선을 방출하기 때문에) 그 에너지에 비례한다.Hasenöhrl은 이러한 에너지-외관-질량 관계는 신체가 방사하는 한, 즉 신체의 온도가 0K보다 클 경우에만 유지된다고 말했다.처음에 그는 겉보기 질량에 대해 m ${\displaystyle =}$ (${\displaystyle 8}$ /${\displaystyle 3\mathrm{}}$)${\displaystyle \mathrm{E}}$ / ${\displaystyle {c\mathrm{}}^{}}$2 ( \ $displaystyle \scriptstyle${ m$=$( $8$/ 3$) E$ /$c^{$2$$}} )라고 표현하였으나, 1905년 아브라함과 하세뇌를 직접 m ${\displaystyle =}$ (${\displaystyle 4}$ /${\displaystyle 3\mathrm{}}$)${\displaystyle E}$ / ${\displaystyle c{}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$( \ $displaystyle \scriptstyle {$m$$= 4$/3$}) {$c}$로 변경하였다.아니면 ^[33]안치된 시신일 수도 있어요

절대적인 공간과 시간

일부 과학자들과 과학 철학자들은 뉴턴의 절대 ^[34][35][36]시공간 정의에 대해 비판적이었다.에른스트 마하(1883)는 절대 시공간은 본질적으로 형이상학적 개념이며, 따라서 과학적으로 의미가 없다고 주장했고, 물질체 사이의 상대적인 운동만이 물리학에서 유용한 개념이라고 제안했다.마하는 뉴턴에 따라 회전과 같은 절대 공간에 대한 가속 운동에 의존하는 효과조차도 순전히 물질 물체에 대한 참조로 설명될 수 있으며, 대신 뉴턴이 절대 공간을 지지하는 관성 효과는 순수하게 고정된 별에 대한 가속과 관련이 있을 수 있다고 주장했다.칼 노이만(1870)은 관성 운동을 정의하는 일종의 강직하고 고정된 물체를 나타내는 "신체 알파"를 도입했다.노이만의 정의에 기초하여, 하인리히 스트린츠(1883)는 자이로스코프가 회전의 어떤 신호도 측정하지 않는 좌표계에서 관성 운동은 "기본체"와 "기본 좌표계"와 관련이 있다고 주장했다.결국, 루드비히 랑게(1885)는 절대적인 공간과 시간에 대한 연산 대체로서 관성 기준의 표현과 "관성 시간 척도"를 최초로 만들었다. 그는 "관성 프레임"을 세 개의 다른 (비공평면) 방향의 같은 지점에서 던져진 질량점이 직선 경로를 따르는 기준 프레임"으로 정의했다.s는 던져질 때마다 표시됩니다.1902년, 앙리 푸앵카레는 과학과 가설이라는 제목의 에세이집을 출판했는데, 여기에는 공간, 시간, 그리고 먼 동시성의 관습성에 대한 상세한 철학적 토론, 상대성 원리에 대한 위반은 절대 감지될 수 없다는 추측, 에테르의 존재 가능성,그리고 비유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대 유클리드 대유클리드 기하학

시간을 4차원으로 ^[37][38]사용하려는 시도도 있었다.이것은 1754년에 백과사전의 장 르 론드 달랑베르와 그의 소설 타임머신(1895)의 H. G. 웰스 같은 19세기 작가들에 의해 이루어졌다.1901년 Menyhért Palagyi에 의해 시공간이 일종의 "공간적 시간"^[39]의 양면일 뿐이라는 철학 모델이 개발되었습니다.그는 시간을 상상의 4차원으로서 ${\displaystyle i}$ t$t$ t t t \$scriptstyle$ {it$}$ (${\displaystyle \sqrt{\mathrm{여기}}}$서 i$=$ -$1$ \$scriptstyle$ {i$=scriptrt {-1$ (즉, 상상의 숫자)라고 표현했다.그러나 팔라기의 시간 좌표는 빛의 속도와 연결되어 있지 않다.그는 또한 n차원 공간과 비유클리드 기하학의 기존 구성과의 어떠한 연관성도 거부했습니다. 그래서 그의 철학 모델은 나중에 민코프스키에 ^[40]의해 개발되었기 때문에 시공간 물리학과 거의 유사하지 않습니다.

광항성과 상대운동의 원리

19세기 후반에는 전기 신호에 의해 동기화된 세계적인 시계 네트워크를 개발하려는 시도가 많았다.그러한 노력을 위해서는 빛의 제한된 전파 속도를 고려해야 했습니다. 왜냐하면 동기 신호가 빛의 속도보다 더 빨리 이동할 수 없기 때문입니다.

앙리 푸앵카레는 그의 논문 "The Measure of Time" (1898년)에서 이 과정의 몇 가지 중요한 결과들을 기술했고 천문학자들은 빛의 속도를 결정할 때 빛이 일정한 속도를 가지고 있고 이 속도는 모든 방향에서 동일하다고 단순히 가정했다고 설명했다.이 가설이 없다면, Ole Römer가 목성의 위성을 관측한 것에 근거해 했듯이, 천체 관측으로부터 빛의 속도를 추론하는 것은 불가능할 것이다.또한 푸앵카레는 빛의 전파 속도가 공간적으로 분리된 사건 간의 동시성을 정의하는 데 사용될 수 있다고 언급했다.

두 사건의 동시성 또는 그 승계 순서, 두 기간의 동일성은 자연 법칙의 발음이 가능한 한 간단하도록 정의되어야 한다.즉, 이 모든 규칙과 정의는 무의식적인 기회주의의 ^[41]산물일 뿐입니다.

몇몇 다른 논문들 (1895, 1900b)에서, 푸앵카레는 Michelson과 Morley와 같은 실험들은 물질의 절대 운동, 즉 에테르에 대한 물질의 상대 운동을 감지하는 것의 불가능성을 보여준다고 주장했다.그는 이것을 "상대운동의 원리"^[42]라고 불렀다.같은 해, 그는 로렌츠의 현지 시간을 광신호에 기초한 동기화 절차의 결과로 해석했다.그는 에테르 안에서 움직이는 두 관측자가 광신호에 의해 시계를 동기화한다고 가정했다.그들은 자신들이 정지해 있다고 생각하기 때문에, 신호의 전송 시간만을 고려한 다음, 그들의 관찰 결과를 상호 참조하여 그들의 시계가 동기화되는지 여부를 조사합니다.에테르에 정지해 있는 관찰자의 관점에서는 클럭이 동기화되지 않고 $현지시간{\displaystyle {}^{}}$ t ${\displaystyle {\prime }^{}}$ $=$ ${\displaystyle t}$-${\displaystyle }$v ${\displaystyle x{}^{}}$ / ${\displaystyle {c\mathrm{}}^{}}$2 { $displaystyle$ \scriptstyle${t$'=$t-{c^{2$를 나타내지만 이동 관찰자는 자신의 움직임을 인지하지 못하기 때문에 이를 인식하지 못한다.따라서 로렌츠와는 달리 푸앵카레가 정의한 현지 시간을 측정하고 ^[43]클럭으로 표시할 수 있습니다.그러므로, 1902년 노벨상 로렌츠를 추천하면서, 푸앵카레는 로렌츠가 에테르 드리프트 실험의 부정적인 결과를 설득력 있게 설명했다고 주장했습니다. 즉, 서로 다른 장소의 두 사건이 동시에 나타날 수 있는 "소멸" 또는 "지방" 시간, 즉 시간 좌표를 발명했습니다.현실에서 ^[44]무의미하다.

푸앵카레처럼 알프레드 부케레(1903)는 전기역학 영역 내에서의 상대성 원리의 타당성을 믿었지만, 푸앵카레와는 달리, 심지어 이것이 에테르의 존재를 의미한다고 추정했다.그러나 1906년 후반에 그가 만든 이론은 정확하지 않고 일관성이 없었고,^[45] 로렌츠 변환도 그의 이론 안에 없었다.

로렌츠의 1904년 모형

Lorentz(1904)는 빛의 속도보다 작은 속도로 움직이는 시스템의 전자기 현상이라는 그의 논문에서 푸앵카레의 제안을 따라 모든 알려진 에테르 드리프트 실험의 실패, 즉 상대성 원리의 타당성을 설명하는 전기 역학의 공식을 만들려고 시도했다.그는 로렌츠 변환이 모든 차수에 적용 가능한지 증명하려고 노력했지만 완전히 성공하지는 못했습니다.빈과 아브라함처럼, 그는 기계적 질량이 아닌 전자기 질량만이 존재한다고 주장했고, 카우프만의 실험과 일치하는 종적 질량과 횡적 질량에 대한 올바른 표현을 도출했다.그리고 전자기 운동량을 이용하여, 그는 에테르를 통과하는 하전된 평행판 캐패시터가 운동에 대해 수직으로 방향을 잡아야 하는 트라우톤-노블 실험의 부정적인 결과를 설명할 수 있었다.또한 Rayleigh와 Brace의 실험도 설명할 수 있었다.또 다른 중요한 단계는 로렌츠 변환이 비전기력에도 ^[46]유효해야 한다는 가정이었다.

동시에, 로렌츠가 그의 이론을 만들었을 때, 빈(1903)은 질량의 속도 의존성의 중요한 결과를 인식했다.그는 초광속은 불가능하다고 주장했는데, 왜냐하면 그것은 무한한 양의 에너지를 필요로 하기 때문이다 – 톰슨 (1893년)과 설 (1897년)에 의해 같은 것이 이미 언급되었다.그리고 1904년 6월 로렌츠의 논문을 읽은 후 길이 수축과 관련하여 같은 사실을 알게 되었습니다. 왜냐하면 초광속에서는 1${\displaystyle \sqrt{}}$- ${\displaystyle \sqrt{{v2\mathrm{}}^{}}}$/ ${\displaystyle \sqrt{{c2\mathrm{}}^{}}}$(\$displaystyle \scriptstyle \sqrt {1-{v^{2}}/{c^{2}}}}}}$ $인자$가 ^[47]상상이 되기 때문입니다.

로렌츠의 이론은 아브라함에 의해 비판되었는데, 그는 한쪽에서는 이론이 상대성 원리를 따르고 다른 한쪽에서는 모든 힘의 전자기적 기원을 가정한다는 것을 증명했다.아브라함은 두 가정이 양립할 수 없다는 것을 보여주었다. 왜냐하면 로렌츠의 수축 전자 이론에서는 물질의 안정성을 보장하기 위해 비전기력이 필요했기 때문이다.하지만, 아브라함의 강체 전자 이론에서는, 그러한 힘은 필요하지 않았다.따라서, 세계의 전자기적 개념이 맞는가 아니면 상대성 원리(로렌츠 이론과 맞는가)가 문제가 되었다.^[48]

1904년 9월 세인트루이스에서 열린 강연에서. 루이스는 수학물리학의 원리, 푸앵카레는 로렌츠의 이론에서 몇 가지 결과를 끌어냈고 (갈레오의 상대성 원리와 로렌츠의 대응하는 상태의 정리의 수정에서) 다음과 같은 원리를 정의했다: "물리 현상의 법칙이 정적에 대해 동일해야 한다.같은 번역의 움직임으로 운반되는 것과 같은 관찰자에 대해서는, 그러한 움직임으로 운반되고 있는지 아닌지를 판단할 수단도, 수단도, 수단도 가질 수도 없습니다.그는 또한 클럭 동기화 방법을 명시하고 모든 관찰자에게 빛의 속도를 능가할 수 없는 "새로운 방법" 또는 "새로운 역학"의 가능성을 설명했습니다.하지만, 그는 상대성 원리, 뉴턴의 작용과 반응, 질량의 보존, 그리고 에너지의 보존이 완전히 확립되지 않았고 심지어 몇몇 ^[49]실험들에 의해 위협받고 있다고 비판적으로 언급했다.

또한 에밀 콘(1904)은 그의 대안 모델을 계속 개발하였고, 그의 이론을 로렌츠의 이론과 비교하면서 로렌츠 변환의 중요한 물리적 해석을 발견했다.그는 막대기와 시계를 사용하여 (같은 해 조셉 라모르처럼) 이 변화를 설명했다.에테르에 정지해 있는 경우는, 실제의 길이와 시간을 나타내고, 이동중의 경우는 수축치 및 팽창치를 나타냅니다.Poincaré와 마찬가지로 Cohn은 현지 시간을 빛의 등방성 전파 가정에 기초한 시간으로 정의했다.로렌츠와 푸앵카레와는 달리, 어떤 실험도 둘을 구별할 수 없기 때문에 로렌츠의 이론에서 "실제"와 "외관" 좌표의 분리는 인위적이라는 것을 콘은 알아차렸다.하지만 콘의 이론에 따르면, 로렌츠 변환된 양은 광학 ^[25]현상에 대해서만 유효할 것이고 기계 시계는 "실제" 시간을 나타낼 것이다.

푸앵카레의 전자 역학

1905년 6월 5일, 앙리 푸앵카레는 로렌츠 작품의 기존 격차를 좁힌 작품의 요약을 제출하였다. (이 짧은 논문은 1906년 1월에 나중에 출판될 보다 완전한 작품의 결과를 포함하고 있다.)그는 로렌츠의 전기역학 방정식이 완전히 로렌츠 공변수가 아니라는 것을 보여주었다.그래서 그는 변환의 그룹 특성을 지적하고 전하 밀도와 전류 밀도의 변환에 대한 로렌츠의 공식을 수정했습니다(그것은 그가 5월에 로렌츠에게 보낸 편지에서 상세하게 설명한 상대론적 속도 가산 공식을 암묵적으로 포함).푸앵카레는 "로렌츠 변환"이라는 용어를 처음으로 사용하였고, 그는 오늘날까지 사용되는 대칭 형태를 변환에 부여하였다.그는 전자의 안정성을 보장하고 길이 수축을 설명하기 위해 비전기 결합력(이른바 "Poincaré stress")을 도입했다.그는 또한 로렌츠 불변성의 유효성을 비전기력으로 ^[50][51]확장함으로써 중력(중력파 포함)의 로렌츠 불변 모델을 스케치했다.

결국 푸앵카레는 (아인슈타인과는 독립적으로) 그의 6월 논문의 상당한 연장된 작업을 끝냈다.그는 문자 그대로 "상대성 가설"에 대해 말했다.그는 변환이 최소 작용 원리의 결과라는 것을 보여주었고 푸앵카레 응력의 특성을 발전시켰다.그는 로런츠 군이라고 부르는 변환의 군 특성을 보다 상세하게 설명했으며 ${\displaystyle {x\mathrm{}}^{}}$2 + ${\displaystyle {y\mathrm{}}^{}}$2 + ${\displaystyle {}^{}{}^{}}$ - c ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}^{}{}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$(\$displaystyle {x^{2$}+$y^{2}+z^{2}-c^{2}t^{2}}}}$의 조합이 불변함을 보여주었다.그는 중력 이론을 설명하면서 c ${\displaystyle t\sqrt{}}$-$$(\$displaystyle \scriptstyle {ct{\sqrt {-$1}})을$$ 네 번째 상상의 좌표(Palagyi와 반대로 빛의 속도를 포함)로 $소개함$으로써 로렌츠 변환은 기원에 대한 4차원 공간에서의 회전일 뿐이라고 말했다.폴 울리히 빌라드(1904)의 자기음극선 발견은 로렌츠 이론 전체를 위협하는 것처럼 보였지만 이 문제는 빠르게 ^[52]해결됐다고 썼다.하지만, 그의 철학적인 글에서 푸앵카레는 절대적인 시공간 개념을 거부했지만, 그의 물리적인 논문에서 그는 계속해서 (탐지할 수 없는) 에테르를 언급했습니다.그는 또한 (1900b, 1904, 1906, 1908b) 좌표와 현상을 (움직이는 관찰자를 위한) 국소/외관 및 (에테르에 ^[22][53]정지해 있는 관찰자를 위한) 참/실제로 묘사했다.그래서,^{[54][55][56][57]} 비록 푸앵카레가 아인슈타인의 방법과 ^{[58][59][60][61][62][63]}용어의 많은 부분을 예상했다는 것은 인정되지만, 대부분의 과학 역사학자들은 푸앵카레가 현재 특수 상대성 이론이라고 불리는 것을 발명하지 않았다고 주장한다.

특수상대성이론

아인슈타인 1905년

움직이는 물체의 전기역학

1905년 9월 26일, 알버트 아인슈타인은 현재 특수 상대성 이론이라고 불리는 것에 대한 그의 환상 논문을 발표했다.아인슈타인의 논문은 공간과 시간의 근본적인 새로운 정의를 포함하고 있으며(모든 기준 프레임의 모든 시간과 공간 좌표는 동등한 기반 위에 있으므로, "참"과 "명백한" 시간을 구별하는 물리적인 근거는 없다), 적어도 관성 운동과 관련하여 에테르를 불필요한 개념으로 만든다.아인슈타인은 상대성 원리와 빛의 항상성 원리의 두 가지 기본 원리를 확인했는데, 이것은 그의 이론의 자명한 기초가 되었다.아인슈타인의 단계를 더 잘 이해하기 위해 위에서 설명한 바와 같이 1905년 이전의 상황을 요약해야^[64] 한다(아인슈타인은 1895년 로렌츠 이론, 푸앵카레의 과학과 가설에 익숙했지만 1904~1905년의 논문은 그렇지 않았다).

1895년 로렌츠에 의해 제시된 맥스웰의 전기역학은 이 시기에 가장 성공적인 이론이었다.여기서 빛의 속도는 정지 에테르에서 모든 방향으로 일정하며 선원의 속도와는 완전히 독립적이다.

b) 절대 운동 상태를 찾을 수 없음, 즉 모든 에테르 드리프트 실험의 부정적인 결과와 상대적인 운동에만 의존하는 이동 자석 및 도체 문제와 같은 효과의 결과로서의 상대성 원리의 타당성

c) 피조 실험

d) 빛의 수차

당시 알려진 이론과 빛의 속도에 대해 다음과 같은 결과를 초래한다.

1. 빛의 속도는 b에 의해 진공에서의 빛의 속도와 선호하는 기준 프레임의 속도로 구성되어 있지 않다.이것은 고정 에테르 이론과 모순된다.
2. 빛의 속도는 a와 c에 의해 진공 상태에서의 빛의 속도와 광원의 속도로 구성되어 있지 않습니다.이것은 배출 이론과 모순된다.
3. 빛의 속도는 진공 상태에서의 빛의 속도와 물질 내부 또는 그 근처에서 a, c, d에 의해 끌려가는 에테르의 속도로 구성되어 있지 않습니다.이것은 완전한 에테르 항력의 가설과 모순된다.
4. 이동 매체의 광속은 매체가 정지해 있을 때의 광속과 매체의 속도로 구성되는 것이 아니라 프레넬의 드래그 계수에 의해 ^[a]c로 결정된다.

푸앵카레가 요구하는 상대성 원리를 로렌츠의 움직이지 않는 에테르 이론에서 정확한 자연의 법칙으로 만들기 위해 수축 가설, 현지 시간, 푸앵카레 응력 등과 같은 다양한 임시 가설의 도입이 요구되었습니다.이 방법은 에테르 드리프트의 발견을 완전히 막는 효과의 음모를 가정하는 것은 매우 있을 것 같지 않고, 또한 ^{[20][65][66][67]}오캄의 면도칼을 침해하는 것으로 여겨지기 때문에 많은 학자들에 의해 비판을 받았다.아인슈타인은 그러한 보조 가설을 완전히 배제하고 위에 ^{[20][65][66][67]}언급된 사실들로부터 직접적인 결론을 도출한 최초의 인물로 여겨진다: 상대성 원리는 올바르고 직접적으로 관측된 빛의 속도는 모든 관성 기준 프레임에서 동일하다.아인슈타인은 1905년 이전까지 그의 경쟁자들이 같은 수학적 형식주의에 도달하기 위해 수년간의 길고 복잡한 작업을 할애했던 반면, 그의 자명한 접근법에 기초하여 그의 전임자들에 의해 얻어진 모든 결과들, 그리고 상대론적 도플러 효과와 상대론적 수차에 대한 공식들을 몇 페이지에 걸쳐 도출할 수 있었다.1905년 이전에 로렌츠와 푸앵카레는 최종 결과를 얻기 위해 필요한 것과 동일한 원리를 채택했지만, 로렌츠 ^[62][68]변환에 도달하기 위해 정지 에테르를 즉시 가정할 필요가 없다는 점에서 또한 그것들이 충분하다는 것을 인식하지 못했다.아인슈타인이 에테르를 어떤 형태로든 초기에 거부한 또 다른 이유는 양자 물리학에 대한 그의 연구와 관련이 있을 수 있다.아인슈타인은 빛이 (적어도 휴리스틱하게) 입자의 한 종류로 묘사될 수 있다는 것을 발견했고, 그래서 전자기 "파"의 매개체로서의 에테르(로렌츠와 푸앵카레에게 매우 중요함)는 더 이상 그의 개념 ^[69]체계에 들어맞지 않는다.

아인슈타인의 논문이 다른 논문에 대한 직접적인 언급을 포함하고 있지 않다는 것은 주목할 만하다.하지만, 홀튼,^[65][59] 밀러, ^[70]스타첼과 같은 많은 과학 역사학자들은 아인슈타인에게 미칠 수 있는 영향을 알아내려고 노력해왔다.그는 그의 생각이 경험주의 철학자 데이비드 흄과 에른스트 마흐에 의해 영향을 받았다고 말했다.상대성 원리에 관해, 움직이는 자석과 전도체 문제 (아마도 August Föppl의 책을 읽은 후)와 다양한 부정적인 에테르 드리프트 실험은 그가 그 원리를 받아들이는데 중요했지만, 그는 가장 중요한 실험인 Michelson-Morley ^[70]실험의 어떠한 중요한 영향도 부인했다.다른 가능성이 영향 푸앵카레의 과학 가설, 푸앵카레 그 원리성(로 아인슈타인의 친구 모리스 Solovine에 의해 보고된 의사가 있는, 면밀하게 논의된 아인슈타인과 그의 친구들에게년의 기간에 걸쳐 아인슈타인의 1905년 논문의 출판 전에 공부했다)[71]의와 맥스의 글을 포함한다.AB'맥스웰'이라는 용어를 빌려온 라함.헤르츠 방정식" 및 "종방향 및 횡방향 질량"^[72]입니다.

전기역학과 빛의 항상성 원리에 대한 그의 견해에 대해 아인슈타인은 로렌츠의 1895년 이론(또는 맥스웰-로렌츠 전기역학)과 피조 실험이 그의 생각에 상당한 영향을 미쳤다고 말했다.그는 1909년과 1912년에 로렌츠의 정지 에테르로부터 그 원리를 빌렸다고 말했지만, 그는 상대성 원리와 함께 에테르에 대한 언급을 불필요하게 만든다는 것을 인식했다.관성 ^[73]프레임의 CTrodynamics).1907년 그가 썼듯이, 로렌츠의 현지 시간이 보조량이 아니라 단순히 시간으로 정의될 수 있고 신호 속도와 관련이 있다는 것을 인정한다면, 이러한 원리들 사이의 명백한 모순은 해결될 수 있다.아인슈타인 이전에, 푸앵카레는 또한 현지 시간에 대한 유사한 물리적 해석을 발전시켰고 신호 속도와의 연관성을 알아챘지만, 아인슈타인과는 달리 그는 정지 에테르에 있는 정지 상태의 시계는 실제 시간을 보여주는 반면 에테르에 대한 관성 운동 상태의 시계는 겉보기 시간만을 나타낸다고 계속해서 주장했다.결국 1953년 그의 생애가 끝날 무렵 아인슈타인은 로렌츠 이론과 비교하여 그의 이론의 장점을 다음과 같이 설명했다(비록 푸앵카레는 1905년에 로렌츠 불변성이 어떤 물리 ^[73]이론에서도 정확한 조건이라고 이미 말했다).

특수상대성이론이, 우리가 돌이켜보면, 1905년에 발견될 만큼 무르익었다는 것은 의심의 여지가 없다.로렌츠는 이미 그의 이름을 딴 변환이 맥스웰 방정식의 분석에 필수적이라는 것을 알고 있었고, 푸앵카레는 이 통찰력을 더욱 깊게 했다.저에 대해서 말하자면, 저는 로렌츠의 중요한 1895년 작품만 알고 있었고 로렌츠의 후기 작품이나 푸앵카레의 연이은 조사도 알고 있지 않았습니다.이런 의미에서 1905년의 내 작업은 독립적이었다.[..] 로런츠 변환의 방향성이 맥스웰 방정식과의 연관성을 초월하여 공간과 시간의 본질에 대해 전반적으로 관심을 갖는다는 사실을 깨달은 것이 새로운 특징이다.또 다른 새로운 결과는 "로렌츠 불변성"이 모든 물리 이론의 일반적인 조건이라는 것이다.맥스웰의 이론이 방사선의 미세구조를 설명하지 않기 때문에 일반적인 타당성을 가질 수 없다는 것을 이미 알고 있었기 때문에 이것은 나에게 특히 중요한 것이었다.

질량-에너지 등가

아인슈타인은 이미 전기역학에 관한 논문 10파운드에서 공식을 사용했다.

$({displaystyle E_{kin}=mc^{2}\left({\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}}}}}}} - 1 \ right )$

전자의 운동에너지를 얻기 위해서요.이에 대한 자세한 설명으로 아인슈타인은 E의 에너지(방사선 또는 열)를 잃었을 때 질량이 E/c만큼² 감소한다는 것을 보여주는 논문을 발표했다.이는 유명한 질량-에너지 당량 공식 E = mc로² 이어졌다.아인슈타인은 거대한 입자가 고전적인 운동 에너지와 위치 ^[30]에너지와는 다른 에너지인 "휴면 에너지"를 가지고 있다는 것을 보여주었기 때문에 등가 방정식을 가장 중요하게 여겼다.위에서 보듯이 아인슈타인 이전의 많은 저자들은 질량과 에너지의 관계에 대해 유사한 공식(4/3-인자 포함)에 도달했다.그러나 그들의 연구는 (오늘날 우리가 알고 있듯이) 물질 내 전체 에너지의 극히 일부에 불과한 전자기 에너지에 초점을 맞췄다.그래서 아인슈타인이 최초로 이 관계를 모든 형태의 에너지로 돌리고, (b) 질량-에너지 등가성과 상대성 원리의 연관성을 이해했다.

조기 접수

첫 번째 평가

발터 카우프만(1905, 1906년)은 아마도 아인슈타인의 작품을 최초로 언급한 사람일 것이다.그는 로렌츠와 아인슈타인의 이론을 비교했고 아인슈타인의 방법이 선호된다고 말했지만, 그는 두 이론이 관측적으로 동등하다고 주장했다.그러므로, 그는 상대성 원리를 "로렌츠-아인슈타인" 기본 ^[74]가정이라고 말했다.그 직후 막스 플랑크(1906a)는 이 이론을 공개적으로 옹호하고 그의 제자 막스 폰 라우에와 쿠르드 폰 모젠게일에게 이 공식에 관심을 갖게 한 첫 번째 사람이었다.그는 아인슈타인의 이론을 로렌츠 이론의 "일반화"라고 묘사했고, 이 "로렌츠-아인슈타인 이론"에 대해 "상대론"이라는 이름을 붙였다.반면에 아인슈타인과 다른 많은 사람들은 새로운 방법을 단순히 "상대성 원리"라고 계속 언급했습니다.그리고 상대성 원리에 대한 중요한 개요 기사(1908a)에서 아인슈타인은 로렌츠의 현지 시간을 실시간으로 설명할 수 있다는 기본적인 가정을 포함하여 SR을 "로렌츠 이론과 상대성 원리의 결합"이라고 묘사했다.(그러나 1905년 이후 첫 해에 푸앵카레의 공헌은 거의 언급되지 않았다.)그 모든 표현들, (로렌츠-아인슈타인 이론, 상대성 원리, 상대성 이론)은 다음 해에 ^[75]다른 물리학자들에 의해 번갈아 사용되었습니다.

플랑크에 이어, 아놀드 소머펠트, 빌헬름 빈, 막스 보른, 폴 에렌페스트, 알프레드 ^[76]부체러를 포함한 다른 독일 물리학자들은 상대성에 빠르게 관심을 갖게 되었다.플랑크로부터 ^[76]이론을 배운 von Laue는 ^[77]1911년에 처음으로 상대성에 관한 결정적인 논문을 발표했다.1911년 소머펠트는 솔베이 회의에서 상대성 이론이 이미 ^[76]확립된 것으로 여겨졌기 때문에 상대성에 대해 말하기로 계획을 변경했다.

카우프만-부체레르-노이만 실험

카우프만(1903)은 라듐 선원에서 나오는 베타선의 전하 대 질량 비율에 대한 실험 결과를 제시하여 질량에 대한 속도의 의존성을 보여주었다.그는 이 결과들이 아브라함의 이론을 확인했다고 발표했다.그러나 로렌츠(1904a)는 카우프만(1903)의 결과를 그의 이론과 반대하여 재분석했고, 그의 이론과의 일치가 아브라함의 이론과 "못지 않게 만족스러운 것으로 보인다"고 결론지어진 표의 데이터에 기초하여(828페이지) 분석하였다.카우프만(1903)의 데이터에 대한 최근 재분석에 따르면 카우프만(1903)^[78]의 데이터에 적용했을 때 로렌츠 이론(1904a)이 아브라함 이론보다 훨씬 더 잘 일치한다.카우프만(1905, 1906년)은 이번에는 음극선의 전자에 대한 추가 결과를 제시했다.그들은 그의 의견에서 상대성 원리와 로렌츠-아인슈타인-이론에 대한 명확한 반박과 아브라함 이론의 확인을 대변했다.비록 플랑크와 아돌프 베스텔마이어(1906)에 의해 비판되었지만, 카우프만의 실험은 몇 년 동안 상대성 원리에 대한 무거운 반론을 나타냈다.알프레드 부체러(1908)와 귄터 노이만(1914)과 같은 라듐의 베타선으로 작업한 다른 물리학자들도 부체러의 연구를 따라 그의 방법을 개선하면서 질량의 속도 의존성을 조사했고 이번에는 "로렌츠-아인슈타인 이론"과 상대성 원리가 확인되었고 아브라함 이론과 디스피러 이론이 확인되었다.oved. Kaufmann-Bucherer-Neumann 실험 라듐의 베타선은 음극선 전자보다 상당히 큰 속도를 가지기 때문에 베타선 전자와 음극선 전자 사이에 구별이 필요하다. 따라서 상대론적 효과는 베타선으로 검출하기가 매우 쉽다.카우프만의 음극선 전자 실험은 움직이는 전자의 질적 질량 증가를 보여주었을 뿐이지만, 로렌츠-아인슈타인과 아브라함의 모델을 구별할 만큼 정확하지는 않았다.1940년이 되어서야 음극선의 전자에 대한 실험이 로렌츠-아인슈타인 ^[74]공식을 확인하기에 충분한 정확도로 반복되었다.그러나 이 문제는 이런 종류의 실험에서만 발생했다.1917년에 이미 수소선의 미세한 구조에 대한 연구는 로렌츠-아인슈타인 공식과 아브라함 ^[79]이론의 반박에 대한 명확한 확인을 제공했습니다.

상대론적 운동량과 질량

플랑크(1906a)는 1905년 아인슈타인이 제시한 표현의 약간의 오류를 수정함으로써 상대론적 운동량을 정의하고 종질량과 횡질량의 정확한 값을 부여했다.플랑크의 표현은 원칙적으로 1899년 ^[80]로렌츠에 의해 사용된 표현과 동일했다.플랑크의 연구에 기초하여 상대론적 질량의 개념은 길버트 뉴턴 루이스와 리처드 C에 의해 개발되었다. Tolman(1908, 1909)은 질량을 운동량 대 속도의 비율로 정의했다.그래서 종질량과 횡질량의 오래된 정의는 필요 없게 되었습니다. 종질량과 횡질량의 질량은 힘과 가속도의 비율로 정의되었습니다.마지막으로, 톨만은 상대론적 질량을 단순히 신체의 ^[81]질량으로 해석했다.그러나, 많은 현대 상대성 이론 교과서들은 더 이상 상대성 이론의 개념을 사용하지 않고 있으며, 특수 상대성 이론의 질량은 불변의 양으로 간주되고 있다.

질량과 에너지

아인슈타인(1906)은 에너지의 관성(질량-에너지 등가)이 질량 중심 정리를 보존하는 데 필요하고 충분한 조건이라는 것을 보여주었다.그 때, 그는 질량의 중심에 관한 푸앵카레의 논문(1900b)과 그의 논문의 공식 수학적인 내용은 상대성에 ^[30]비추어 볼 때 물리적 해석은 달랐지만, 대부분 비슷했다고 언급했다.

Kurd von Mosengeil(1906)은 공동 내 흑체 방사선에 대한 Hasenöhrl의 계산을 확장함으로써 Hasenöhrl과 같은 전자기 방사선에 의한 물체의 추가 질량에 대한 식을 도출했다.Hasenöhrl의 생각은 물체의 질량이 전자기장의 기여를 포함한다는 것이었다. 그는 물체를 빛을 포함한 공동으로 상상했다.아인슈타인 이전의 모든 것들과 마찬가지로 질량과 에너지 사이의 그의 관계는 잘못된 수치적 사전 인자를 포함하고 있었다.결국 플랑크(1907)는 물질 내 결합력을 포함한 특수 상대성 이론의 틀 안에서 일반적으로 질량-에너지 등가성을 도출했다.그는 E ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {c\mathrm{}}^{}}$ 2$$({displaystyle $E=mc^{2$에 $대한{\displaystyle }$ 아인슈타인의 1905년 연구의 우선 순위를 인정했지만, 플랑크는 자신의 접근 방식이 아인슈타인의 ^[82]접근 방식보다 더 일반적이라고 판단했다.

Fizau와 Sagnac의 실험

위에서 설명한 바와 같이, 로렌츠는 이미 1895년에 전자기 이론과 현지 시간의 개념을 이용하여 프레넬의 드래그 계수(v/c의 1차까지)와 피조 실험을 도출하는 데 성공했다.야콥 라우브(1907)가 상대론적 "움직이는 물체의 광학"을 만들기 위한 첫 번째 시도를 한 후, 상대론적 속도 덧셈 법칙의 공선 사례를 이용하여 모든 차수에 대한 계수를 도출한 사람은 막스 폰 라우에(1907)였다.게다가 라우에의 계산은 ^[23]로렌츠가 사용한 복잡한 방법보다 훨씬 더 간단했다.

1911년에 Laue는 플랫폼 상에서 빛의 빔이 분할되어 두 빔이 반대 방향으로 궤적을 따라가는 상황에 대해서도 논의했습니다.진입점으로 돌아가면 간섭패턴을 얻을 수 있도록 빛을 플랫폼에서 내보낸다.Laue는 플랫폼이 회전하는 경우 간섭 패턴의 변위를 계산했습니다. 왜냐하면 빛의 속도는 광원의 속도와 독립적이기 때문에 한 빔이 다른 빔보다 거리를 적게 커버하기 때문입니다.이러한 종류의 실험은 1913년에 Georges Sagnac에 의해 수행되었는데, 그는 실제로 간섭 패턴의 변위(Sagnac 효과)를 측정했다.Sagnac 자신이 그의 이론이 정지 상태의 에테르 이론을 확인했다고 결론내린 반면, Laue의 초기 계산은 두 이론 모두 빛의 속도가 광원의 속도와 독립적이기 때문에 특수 상대성 이론과도 양립할 수 있다는 것을 보여주었다.이 효과는 예를 들어 푸코 ^[83]진자와 유사한 회전 역학의 전자기적 부분으로 이해될 수 있다.Franz Harress(1912)는 이미 1909-11년에 Fizau와 Sagnac의 실험을 합친 것으로 간주할 수 있는 실험을 수행했다.그는 유리 안의 드래그 계수를 측정하려고 했다.피조와는 반대로 그는 회전 장치를 사용했고 그래서 그는 Sagnac과 같은 효과를 발견했다.하레스 자신이 결과의 의미를 잘못 이해한 반면, 라우에 의해 하리스의 실험에 대한 이론적 설명은 사그낙 ^[84]효과와 일치한다는 것이 증명되었다.결국, Michelson-Gale-Pearson 실험(1925년, Sagnac 실험의 변형)은 특수 상대성 이론과 정지 에테르에 따라 지구 자체의 각 속도를 나타냈다.

동시성의 상대성 이론

광신호와의 동기화에 의한 동시성의 첫 번째 상대성 유도도 ^[85]단순화되었다.대니얼 프로스트 컴스톡(1910)은 두 시계 A와 B 사이에 관찰자를 배치했다.이 옵서버로부터 신호가 양쪽 클럭에 송신되어 A와 B가 정지하고 있는 프레임에서는 동기적으로 실행이 개시됩니다.단, A와 B가 이동하는 시스템의 관점에서 클럭B가 먼저 동작하고 다음으로 클럭A가 오므로 클럭은 동기화되지 않습니다.또한 아인슈타인(1917)은 A와 B 사이에 관찰자가 있는 모형을 만들었다.그러나 그의 설명에 따르면 A와 B에서 움직이는 열차를 타고 있는 관찰자에게 두 개의 신호가 보내진다.A와 B가 정지해 있는 프레임의 관점에서는 동시에 신호가 송신되어 옵서버는 A로부터의 광선보다 앞서 달리는 동안 B로부터의 광선을 향해 돌진하고 있다. 따라서 관찰자는 A에서 방출되는 빛보다 B에서 방출되는 빛 빔을 더 일찍 볼 수 있습니다. 따라서 철도 열차를 기준체로 삼는 관측자는 번개 번개 B가 번개 A보다 먼저 발생했다는 결론을 내려야 합니다."

시공간 물리학

민코프스키 시공간

푸앵카레의 새로운 역학의 4차원 재구성에 대한 시도는 혼자서 ^[52]계속되지 않았기 때문에, 그 개념의 결과를 알아낸 사람은 헤르만 민코프스키였다.^[86]이것은 군 이론, 불변 이론, 투영 기하학에 기여한 아서 케일리, 펠릭스 클라인, 윌리엄 킹던 클리포드와 같은 19세기의 많은 수학자들의 연구에 기초했고, 케일리-클라인 측정법 또는 ${\displaystyle {}_{}^{}}$이 2${\displaystyle {}_{}^{}{}_{}^{}}$+${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ 하이퍼볼로이드 모형과 같은 개념을 공식화했다.$디스플레이$${$$}^{2}+x_{3$$}^{2$}-$x_{4}^$2}} 그리고$$ 그 불변성은 쌍곡 ^[87]기하학의 관점에서 정의되었다.비슷한 방법을 사용하여 민코프스키는 로렌츠 변환의 기하학적 해석을 만드는 데 성공했다.예를 들어, 그는 4개의 벡터의 개념을 완성했다; 그는 시공간을 묘사하기 위한 민코프스키 도표를 만들었다; 그는 세계선, 적절한 시간, 로렌츠 불변성/공분산 등과 같은 표현들을 사용한 최초의 사람이고; 그리고 가장 주목할 만한 것은 전기 역학의 4차원 공식을 제시했다.푸앵카레와 비슷하게 그는 로렌츠 불변 중력의 법칙을 공식화하려고 했지만, 그 작업은 후에 아인슈타인의 중력에 대한 정교함으로 대체되었다.

1907년 민코프스키는 상대성 원리의 공식화에 기여한 네 명의 전임자를 지명했다: 로렌츠, 아인슈타인, 푸앵카레, 그리고 플랑크.그리고 그의 유명한 강의인 공간과 시간(1908)에서 그는 보이그트, 로렌츠, 아인슈타인에 대해 언급했다.민코프스키는 아인슈타인의 이론을 로렌츠의 일반화라고 생각했고 아인슈타인이 시간의 상대성을 완전히 진술했다고 인정했지만, 그는 그의 전임자들이 공간의 상대성을 완전히 발전시키지 않았다고 비판했다.하지만, 현대 과학사학자들은 민코프스키의 우선순위에 대한 주장은 정당하지 않다고 주장한다. 왜냐하면 민코프스키가 전자기 세계 그림을 고수했고 로렌츠의 전자 이론과 아인슈타인의 운동학 ^[88][89]사이의 차이를 완전히 이해하지 못한 것으로 보인다.1908년 아인슈타인과 라우브는 민코프스키의 4차원 전기역학을 지나치게 복잡한 "학습된 과잉성"으로 거부하고 움직이는 물체에 대한 기본 방정식의 4차원적이지 않은 "더 기초적인" 유도를 발표했다.그러나 (a) 특수상대성이론이 완전하고 내부적으로 일관된 이론임을 보여주고 (b) 로렌츠 불변 시간 간격(움직이는 시계에 의해 보여지는 실제 판독치를 설명함)을 추가하며 (c) 상대성이론의 발전을 ^[86]위한 기초가 된 것은 민코프스키의 기하학적 모델이었다.결국, 아인슈타인은 민코프스키의 기하학적 시공간 모델의 중요성을 인식하고 일반 상대성 이론의 기초에 대한 그의 연구의 기초로 그것을 사용했다.

오늘날 특수상대성이론은 선형대수의 적용으로 보여지지만, 특수상대성이론이 개발되고 있을 당시에는 선형대수의 분야는 아직 걸음마 단계에 있었다.현대 벡터 공간과 변환 이론으로서 선형 대수에 대한 교과서는 없었고, 아서 케일리의 행렬 표기법은 아직 널리 사용되지 않았다.케일리의 행렬 미적분 표기법은 민코프스키(1908)가 상대론적 전기역학을 공식화할 때 사용되었지만 나중에 벡터 ^[90]표기법을 사용한 소머펠트로 대체되었다.최근 자료에 따르면 로렌츠 변환은 쌍곡선 ^[91]회전과 같다.그러나 Varicak(1910)은 표준 로렌츠 변환이 쌍곡선 ^[92]공간에서의 번역이라는 것을 보여주었다.

벡터 표기법 및 닫힌 시스템

민코프스키의 시공간 형식주의는 빠르게 받아들여졌고 더욱 ^[89]발전했다.예를 들어, Arnold Sommerfeld(1910)는 민코프스키의 행렬 표기법을 우아한 벡터 표기법으로 대체하고 "4 벡터"와 "6 벡터"라는 용어를 만들었다.그는 또한 상대론적 속도 덧셈 규칙의 삼각 공식을 도입했는데, 솜머펠트에 따르면, 그것은 그 개념의 이상함의 대부분을 제거한다.다른 중요한 공헌은 변형 가능한 물체에 대한 상대론적 ^[93][94]이론과 소립자 이론을 만들기 위해 시공간 형식주의를 사용한 라우에에에 의해 이루어졌다.그는 전자기 과정에 대한 민코프스키의 표현을 모든 가능한 힘으로 확장하여 질량-에너지 등가 개념을 명확히 했다.Laue는 또한 적절한 로렌츠 변환 특성을 보장하고 물질의 안정성을 위해 비전기력이 필요하다는 것을 보여주었습니다 – 그는 (위에서 언급한 바와 같이) "푸앵카레 스트레스"가 상대성 이론의 자연스러운 결과이므로 전자가 닫힌 시스템이 될 수 있다는 것을 보여줄 수 있었습니다.

두 번째 공식이 없는 로렌츠 변환

빛의 속도가 일정하다는 가정 없이 로렌츠 변환을 유도하려는 시도가 있었다.예를 들어 블라디미르 이그나토프스키(1910)는 (a) 상대성의 원리, (b) 공간의 균질성과 등방성, (c) 상호성의 요구 등을 위해 사용된다.Philipp Frank와 Herman Rothe(1911)는 이 추론은 불완전하며 추가적인 가정이 필요하다고 주장했다.이들의 자체 계산은 다음과 같은 가정에 기초했다. (a) 로렌츠 변환은 균질 선형 그룹을 형성하고, (b) 프레임을 변경할 때, 상대 속도 변화의 신호만 생성하며, (c) 길이 수축은 상대 속도에 전적으로 의존한다.그러나 Pauli와 Miller에 따르면 그러한 모델은 빛의 속도로 변환의 불변속 속도를 식별하기에 불충분했다. 예를 들어, 이그나토프스키는 빛의 속도를 포함하기 위해 전기역학에서 의지할 수밖에 없었다.그래서 파울리와 다른 사람들은 로렌츠 변환을 ^[95][96]도출하기 위해 두 가지 가설이 모두 필요하다고 주장했다.하지만, 오늘날까지, 다른 사람들은 빛이 가정하지 않고 특수 상대성 이론을 도출하려는 시도를 계속했다.

상상의 시간 좌표가 없는 비유클리드 공식

민코프스키는 1907년과 1908년 그의 초기 작품에서 공간과 시간을 함께 복잡한 형태(x,y,z,ict)로 표현하면서 유클리드 공간과의 형식적인 유사성을 강조하는데 있어서 푸앵카레를 따랐다.그는 시공간은 어떤 의미에서 4차원 비유클리드 ^[97]다양체라고 언급했다.소머펠트(1910)는 민코프스키의 복소수 표현을 사용하여 비직선 속도를 구면 기하학으로 결합하고 아인슈타인의 덧셈 공식을 도출했다.후속 작가들,^[98] 주로 바리차크는 상상의 시간 좌표를 생략하고 알프레드 롭(1911년)에 의해 이전에 소개된 신속성의 개념을 사용하여 명시적으로 비유클리드(로바초프스키안)를 형성한 상대성 이론을 썼다. 루이스(1912)는 시공간 벡터 표기법을 도입했다; 에밀 보렐(1913)은 비유클리드 공간에서의 평행 수송이 토마스 세차운동의 운동학적 기초를 제공하는 방법을 보여주었다; 펠릭스 클라인(1910)과 루드윅 실버스타인(1914)도 이와 같은 방법을 사용했다.한 역사학자는 비유클리드 스타일은 "발견의 창조적인 힘"을 보여주는 것이 거의 없다고 주장하지만, 몇몇 경우,^[99] 특히 속도 덧셈의 법칙에서, 그것은 상징적인 이점을 제공했다.(그래서 제1차 세계대전 이전 몇 년 동안 비유클리드 스타일은 초기 시공간 형식주의와 거의 같았으며, 20세기의 ^[99]상대성 이론 교과서에 계속 사용되었다.

시간 연장과 쌍둥이 역설

아인슈타인(1907a)은 시간 연장의 직접적인 결과로 횡방향 도플러 효과를 검출하는 방법을 제안했다.사실 이 효과는 1938년에 허버트 E에 의해 측정되었습니다. Ives 및 G. R. Stilwell(Ives-Stilwell 실험).^[100]그리고 루이스와 톨먼(1909)은 두 개의 광시계 A와 B를 사용하여 서로 상대적인 속도로 이동함으로써 시간 연장의 상호성을 설명했다.시계는 서로 평행하고 운동선에 평행한 두 개의 평면 거울로 구성됩니다.미러 간에는 광신호가 바운스되며, A와 같은 기준 프레임에 있는 관찰자의 경우 클럭 A의 주기는 미러 간 거리를 빛의 속도로 나눈 값입니다.그러나 관찰자가 클럭B를 보면 그 클럭 내에서 신호가 더 긴 각도 패스를 트레이스하기 때문에 클럭B가 A보다 느리다는 것을 알 수 있습니다.그러나 B와 나란히 이동하는 관찰자의 경우 상황은 완전히 반대입니다.클럭 B가 더 빠르고 A가 더 느립니다.로렌츠(1910–1912)는 시간 팽창의 상호성에 대해 논하고 시계 "파라독스"를 분석했는데, 이는 분명히 시간 팽창의 상호 작용의 결과로 나타난다.로렌츠는 한 시스템에서 하나의 클럭만 사용되는 반면 다른 시스템에서는 두 개의 클럭이 필요하며 동시성의 상대성이 완전히 고려된다고 생각하면 역설은 없다는 것을 보여주었다.

1911년 폴 랭거빈에 의해 "쌍둥이 역설"이라고 불리는 유사한 상황이 발생했는데, 그는 여기서 시계를 사람으로 대체했다.란제빈은 쌍둥이 하나가 가속하고 방향을 바꾼다는 사실을 암시함으로써 그 모순을 해결했다. 그래서 란제빈은 대칭이 깨지고 가속된 쌍둥이가 더 젊다는 것을 보여줄 수 있었다.그러나 랑게빈 자신은 이것을 에테르 존재에 대한 힌트로 해석했다.랑게빈의 설명은 여전히 일부 사람들에게 받아들여지고 있지만, 에테르에 관한 그의 결론은 일반적으로 받아들여지지 않았다.Laue(1913)는 쌍둥이의 관성 운동과 관련하여 어떤 가속도 임의로 작게 만들 수 있으며, 진정한 설명은 한 쌍둥이는 이동 중에 두 개의 다른 관성 프레임에 정지해 있고 다른 쌍둥이는 단일 관성 ^[101]프레임에 정지해 있다는 것이다.Laue는 또한 특수 상대성 이론에 대한 민코프스키의 시공간 모델에 기초하여 상황을 분석한 최초의 사람이었는데, 이것은 어떻게 관성적으로 움직이는 물체의 세계선이 ^[102]두 사건 사이의 적절한 시간을 최대화하는지를 보여준다.

액셀러레이션

아인슈타인(1908)은 특수상대성이론의 틀의 예비로서 가속 프레임을 상대성 원리에 포함시키려 했다.이 시도 과정에서 그는 가속된 물체가 일시적으로 정지하는 관성 기준 프레임을 물체의 가속 모멘트에 대해 정의할 수 있다는 것을 인식했다.따라서 이와 같이 정의된 가속 프레임에서는 동시성을 정의하기 위한 광속의 항상성 적용이 작은 국소적으로 제한된다.그러나 아인슈타인이 연구 과정에서 사용한 관성 질량과 중력 질량의 동일성, 가속 프레임과 균질 중력장의 등가성을 표현하는 등가원리는 특수상대성이론의 한계를 넘어 일반상대성이론을 ^[103]공식화했다.

아인슈타인과 거의 동시에, 민코프스키(1908)도 그의 시공간 형식주의의 틀 안에서 균일한 가속의 특별한 경우를 고려했다.그는 가속된 물체의 세계선이 쌍곡선에 해당한다는 것을 인식했다.이 개념은 Born(1909)과 Sommerfeld(1910)에 의해 더욱 발전되었고 Born은 "초과기 운동"이라는 표현을 도입했다.그는 균일 가속도가 특수 ^[104]상대성 이론 내의 모든 형태의 가속도에 대한 근사치로 사용될 수 있다고 언급했다.게다가, Harry Bateman과 Ebenzer Cunningham(1910)은 맥스웰의 방정식이 로렌츠 군보다 훨씬 더 넓은 변환 그룹, 즉 구형 파동 변환에서 등각 변환의 한 형태라는 것을 보여주었다.이러한 변환에서 방정식은 일부 가속 ^[105]운동 유형에 대해 그 형태를 유지합니다.민코프스키 공간의 전기역학 일반 공변 공식은 결국 프리드리히 코틀러(1912년)에 의해 제공되었고, 그의 공식은 일반 상대성 ^[106]이론에도 유효하다.특수상대성이론에서의 가속운동의 기술 추가 전개에 관해서는 회전프레임(Born 좌표)에 관한 랑게빈 등의 연구 및 균일한 가속프레임(Rindler 좌표)에 관한 볼프강 린들러 등의 연구 등이 ^[107]언급되어야 한다.

강체와 에렌페스트의 역설

아인슈타인(1907b)은 다른 모든 경우뿐만 아니라 강체에서도 정보의 속도가 빛의 속도를 초과할 수 있는지에 대한 문제를 논의했으며, 이러한 상황에서 정보가 과거로 전달될 수 있으므로 인과관계가 침해될 것이라고 설명했다.이것은 모든 경험에 근본적으로 위배되기 때문에 초광속은 불가능하다고 여겨진다.그는 SR의 프레임워크에서 강체의 역학이 생성되어야 한다고 덧붙였다.결국, Max Born(1909)은 가속 운동에 관한 위에서 언급한 연구 과정에서 강체의 개념을 SR에 포함시키려 했다.그러나 Paul Ehrenfest(1909)는 Born의 개념이 길이 수축으로 인해 회전 원반의 둘레가 짧아지고 반지름은 그대로 유지되는 이른바 Ehrenfest 패러독스를 주도한다는 것을 보여주었다.이 질문은 또한 Gustav Herglotz, Fritz Noether 그리고 von Laue에 의해서도 고려되었다.Laue는 "강체"는 무한히 많은 자유도를 가지고 있기 때문에 고전적인 개념은 SR에 적용할 수 없다고 인식했다.그러나 Born의 정의는 강체에는 적용되지 않았지만 ^[108]강체의 움직임을 기술하는 데 매우 유용했다.에렌페스트 역설과 관련하여, 길이 수축이 "실제"인지 "명백한" 것인지, 그리고 로렌츠의 동적 수축과 아인슈타인의 운동학적 수축 사이에 차이가 있는지에 대해서도 (블라디미르 바리차크와 다른 사람들에 의해) 논의되었다.그러나 아인슈타인이 말했듯이 운동학적 길이 수축은 함께 움직이는 관찰자에게는 "명백한" 것이지만, 정지해 있는 관찰자에게는 "진짜"이고 그 결과는 측정할 ^[109]수 있기 때문에 오히려 단어에 대한 논쟁이었다.

특수 상대성 이론의 수용

1909년 플랑크는 현대 상대성 원리 - 특히 시간의 상대성 원리 -의 함의를 코페르니쿠스 ^[110]체계에 의한 혁명과 비교했다.물리학자들에 의한 특수 상대성 이론의 채택에 있어서 중요한 요소는 민코프스키에 ^[89]의한 시공간 이론으로의 발전이었다.결과적으로, 약 1911년까지, 대부분의 이론 물리학자들은 특수 상대성 ^[111][89]이론을 받아들였다.1912년 빌헬름 빈은 특수상대성이론에 ^[112]대한 상을 수여하지 않기로 결정되었지만 노벨 물리학상에 로렌츠와 아인슈타인을 추천했다.아브라함, 로렌츠, 푸앵카레, 랑게뱅과 같은 소수의 이론 물리학자만이 ^[111]에테르를 여전히 믿었다.아인슈타인은 나중에 상대론적 에테르에 대해 말할 수 있지만 "운동의 아이디어"는 그것에 ^[113]적용될 수 없다고 주장함으로써 그의 입장을 증명했다.로렌츠와 푸앵카레는 에테르를 통한 움직임은 감지할 수 없다고 항상 주장해왔다.아인슈타인은 1915년에 일반 상대성 이론과 구별하기 위해 "특수 상대성 이론"이라는 표현을 사용했다.

상대론적 이론

중력

상대론적 중력 이론을 공식화하려는 첫 번째 시도는 푸앵카레가 맡았다.그는 뉴턴의 중력의 법칙을 수정하여 로렌츠-공변 형태를 취하도록 시도했다.그는 상대론적 법칙에 대한 많은 가능성이 있다고 언급했고, 그 중 두 가지를 논의했다.중력의 속도가 빛의 속도보다 몇 배나 빠르다고 주장한 피에르 시몬 라플라스의 주장은 상대론적 이론에서는 타당하지 않다는 것이 푸앵카레에 의해 증명되었다.즉, 상대론적 중력 이론에서 행성의 궤도는 중력의 속도가 빛의 속도와 같아도 안정적입니다.Poincaré와 유사한 모델은 Minkowski (1907b)와 Sommerfeld (1910)에 의해 논의되었다.하지만, 아브라함(1912년)은 그 모델들이 중력의 "벡터 이론"에 속한다는 것을 보여주었다.이러한 이론의 근본적인 결점은 물질 근처의 중력 에너지에 대한 음의 값을 암묵적으로 포함하고 있다는 것입니다. 이는 에너지 원리를 위반할 것입니다.대안으로, 아브라함(1912)과 구스타프 미에(1913)는 중력에 대한 다른 "스카라 이론"을 제안했다.미에가 그의 이론을 일관된 방식으로 공식화하지 않은 반면, 아브라함은 로렌츠-공변성의 개념을 완전히 포기했고, 따라서 그것은 상대성 이론과 양립할 수 없었다.

게다가, 그 모든 모형들은 등가원리를 위반했고 아인슈타인은 로렌츠 공변수이면서 등가원리를 만족시키는 이론을 만드는 것은 불가능하다고 주장했다.그러나 군나르 노드스트롬(1912, 1913)은 두 가지 조건을 모두 충족하는 모델을 만들 수 있었다.이것은 중력과 관성 질량을 모두 중력 전위에 의존하게 함으로써 달성되었다.노드스트롬의 중력 이론은 아인슈타인과 아드리아안 포커(1914)가 이 모형에서 중력은 시공간 곡률로 완전히 묘사될 수 있다는 것을 보여주었기 때문에 주목할 만했다.노드스트롬의 이론은 모순이 없지만 아인슈타인의 관점에서는 근본적인 문제가 지속되었다.이 이론에서 선호하는 기준 프레임은 여전히 공식화될 수 있기 때문에 일반 공분산의 중요한 조건을 충족하지 못한다.그래서 그러한 "스칼라 이론"과는 반대로, 아인슈타인은 등가 원리와 일반 공분산을 모두 만족시키는 "텐서 이론"을 개발했다.결과적으로, 일반 상대성 이론에서 광속의 항상성(그리고 로렌츠 공분산)은 국소적으로만 유효하기 때문에 완전한 "특수 상대성" 중력이론의 개념은 포기되어야 했다.아인슈타인이 수성의 근일점 세차운동을 정확하게 도출할 수 있었던 반면, 다른 이론들은 잘못된 결과를 낳았다.게다가,^[114][115] 오직 아인슈타인의 이론만이 태양 근처의 빛의 편향에 대한 정확한 값을 주었다.

양자장론

상대성 이론과 양자 역학을 결합할 필요성이 양자장 이론의 발전에 있어 주요한 동기 중 하나였다.파스쿠알 조던과 볼프강 파울리는 1928년에 양자장이 상대론적으로 만들어질 수 있다는 것을 보여주었고, 폴 디락은 전자에 대한 디락 방정식을 만들었고, 그렇게 함으로써 ^[116]반물질의 존재를 예측했다.

상대론적 열역학, 상대론적 통계역학, 상대론적 유체역학, 상대론적 양자화학, 상대론적 열전도 등 많은 다른 영역들이 상대론적 처리로 재구성되었다.

실험 증거

위에서 언급한 바와 같이 특수 상대성을 확인하는 중요한 초기 실험은 피조 실험, 미셸슨-몰리 실험, 카우프만-부체러-노이만 실험, 트라우톤-노블 실험, 레일리-브레이스 실험, 트라우톤-랭킨 실험이었다.

1920년대에 일련의 Michelson-Morley 유형의 실험이 실시되어 원래의 실험보다 훨씬 더 높은 정밀도로 상대성이 확인되었습니다.간섭계 실험의 또 다른 유형은 케네디였다.– 1932년 Thorndike 실험으로 장치의 속도로부터 빛의 속도의 독립성이 확인되었습니다.시간 확장은 1938년 Ives-Stilwell 실험과 1940년 움직이는 입자의 붕괴 속도를 측정하여 직접 측정되었다.그 모든 실험들은 정밀도를 높여 여러 번 반복되었다.게다가, 빛의 속도가 거대한 물체에 도달할 수 없다는 것은 많은 상대론적 에너지와 운동량 테스트에서 측정되었다.따라서 입자 가속기의 건설에는 상대론적 효과에 대한 지식이 필요하다.

1962년에 J. G. 폭스는 빛의 속도의 항상성에 대한 이전의 모든 실험 테스트가 고정된 물질인 유리, 공기, 또는 깊은 공간의 불완전한 진공 상태를 통과하는 빛을 사용하여 수행되었다고 지적했다.그 결과, 모든 것이 멸종 정리의 영향을 받게 되었다.이는 측정되는 빛의 속도가 원래 광원과 다르다는 것을 암시한다.그는 특수 상대성 이론의 두 번째 가설에 대한 받아들일 만한 증거가 아직 없을 것이라고 결론지었다.실험 기록의 놀라운 격차는 이후 몇 년 동안 Fox의 실험과 고에너지 중간자에서 나온 감마선을 사용한 Alvager 등에 의해 빠르게 좁혀졌다.측정된 광자의 높은 에너지 수준은 소멸 효과에 대한 매우 신중한 설명과 함께 결과에서 중요한 의심을 없앴다.

특수 상대성 이론의 많은 다른 테스트들이 수행되었고, 양자 중력의 특정한 변화에서 로렌츠 불변성의 가능한 위반들을 테스트했습니다.그러나 10레벨에서도⁻¹⁷ 빛의 속도의 이방성의 징후는 발견되지 않았으며, 10레벨에서⁻⁴⁰ 로렌츠 위반을 배제하는 실험도 있었다.

우선 순위.

어떤 사람들은 아인슈타인이 아닌 푸앵카레와 로렌츠가 특수 상대성 ^[117]이론의 진정한 발견자라고 주장한다.더 자세한 내용은 상대성 우선권 분쟁에 대한 기사를 참조하십시오.

비판

일부에서는 특수상대성이론을 경험적 증거의 부족, 내부 불일치, 수리물리학의 거부, 철학적 이유 등 다양한 이유로 비판했다.비록 여전히 과학의 주류 밖에서 상대성에 대한 비판들이 있지만, 대다수의 과학자들은 특수상대성이 많은 다른 방식으로 검증되었고 이론 내에 모순이 없다는 것에 동의한다.

「 」를 참조해 주세요.

• 특수상대성이론과 빛의 속도
• 아인슈타인의 사고 실험
• 로렌츠 변환의 역사
• 특수 상대성 검정
• 고전 전자기학의 갈릴레이 비불변성

레퍼런스

주요 소스

메모 및 보조 소스

외부 링크

• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Special relativity", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews
• 산술 페이지:대응하는 국가, 내 라틴어의 종말, 누가 상대성을 발명했는가? 푸앵카레는 코페르니쿠스를 생각한다.
• Berger, Andy "All in Einstein's Head" 2016년 6월 디스커버 잡지 아인슈타인의 사고 실험 설명