Загадки 1905

[ulitkanasklone]

В 2010-2011 годах я решил разобраться с некоторыми историческими загадками и перепроверить мифы и факты, которыми был наводнен интернет в то время. Пришлось собрать редкие книги, некоторые оцифровать, нашел весьма редкие фотоматериалы, которые обычно почему-то не публикуют. В результате получилась здоровенная статья, которая на статью не потянула и мне сейчас сильно не нравится. Поэтому просто выложу ряд соображений и свое мнение. Выложу свои сравнительные таблицы. Постараюсь быть максимально нейтральным. В конце 1 опуса приведу большой список литературы, может кому пригодится. Многие вещи я уже начинаю подзабывать, но то, что написано, вроде проверено.
Итак, в 1905 году работник патентного бюро в Швейцарии Альберт Эйнштейн публикует сразу 5 статей на самые разные темы, три из которых имели фактически революционный характер.

1. Определение числа Авогадро и размеров молекул.
2. Теоретическое обоснование броуновского движения.
3. Работа по квантовой теории света.
4. Основы новой механики - теории относительности.
5. Вывод соотношения между энергией и массой излучения.

Сразу удивляет то, что этот сделал один человек. Как правило, ученый занимается много лет одной специальностью и делает прорыв именно там.

Например, польский физик Марианн Смолуховский, который считается наряду с Эйнштейном создателем теории броуновского движения, всю жизнь двигался в одном направлении: слушал лекции у Больцмана, затем с 1894 года написал несколько статей по теории вероятностей и статистической теории атомно-молекулярного движения. Затем уже в конце 1905 года он сдал в редакцию Краковского научного журнала статью о теоретическом обосновании броуновского движения, которая вышла только в 1906, то есть позже на несколько месяцев, чем аналогичная статья Эйнштейна.



Макс Планк, немецкий физик, изучал в основном вопросы термодинамики, а затем и теорию относительности, получил Нобелевскую премию за вклад в квантовую теорию света.



Анри Пуанкаре - великий французский математик и физик-теоретик. Кроме исследований фундаментальных задач математики, он с 1885 года размышлял над проблемами пространства и времени и написал несколько серьезных книг, в том числе «Измерение времени» и «Наука и гипотеза», с которых началось его размышления на эту тему, что и привело его к созданию основ теории относительности в 1905 году и написании большой статьи, опубликованной в два этапа в итальянском журнале.



С Эйнштейном было все не так. Он работал экспертом третьего класса в Берне, а своему биографу Карлу Зелигу (1) хвастался, что теорию относительности от идеи до написанной статьи он создал за 5-6 недель.
    К этому времени послужной список научных работ Эйнштейна был скромный: в период с 1901 по 1904 год он опубликует несколько статей по статистической физике и термодинамике (которые были очень похожи на работы американского ученого Гиббса). И, казалось бы, естественным продолжением его работ было написание диссертации по определению размеров молекул и статья с теоретическим обоснованием броуновского движения (обе вышли в центральном научном журнале Германии Annalen der Physik). Поэтому такое количество прорывных работ кажется неожиданным.
Несколько простых вопросов и ответов. Первая статья о Определении числа Авогадро я не рассматривал. Она неинтересная, хотя помогла Эйнштейну впоследствии получить степень. Когда он начал преподавать, то давал студентам свою работу, чтобы они нашли там ошибки. Ошибок было много.
Не буду рассматривать и статью по квантовой теории света.
Работа по броуновскому движению действительно оказалась впереди Смолуховского. Сам Мариан не возражал и поздравил Эйнштейна с удачной работой. Он сдал в редакцию Краковского научного журнала статью о теоретическом обосновании броуновского движения в конце 1905, которая вышла только в 1906, то есть позже на несколько месяцев.



У Смолуховского еще была статья 1904 года, но она никак не соотносится с броуновским движением. Поэтому здесь нет никаких зацепок, что Эйнштейн мог эту идею углядеть у польского физика. Считается, что они открыли уравнение броуновского движения одновременно, но чуть раньше Альберт Эйнштейн.

Далее еще ряд простых вопросов и ответов.
Вопрос 1. Могла ли Милева сама писать статью о теории относительности 1905 года?

В пользу этой версии, казалось бы, говорит несколько моментов.  Милева окончила Политехническое училище, что и Альберт, неплохо разбиралась в математике. Более того, один семестр в 1897 году она отучилась в Гёйдельбергском университете, где преподавал будущий Лауреат Нобелевской Филипп Ленард. Там она познакомилась с опытами по фотоэффекту, броуновскому движению и электродинамики. В любовных письмах к Эйнштейну того времени она затрагивает эти вопросы: «О, вчера было так здорово на лекции проф. Ленарда, который сейчас занимается кинетической теорией газов, было установлено, что молекулы О₂ (кислорода) движутся со скоростью 400 м/сек, затем божественный профессор считал, считал, строил уравнения, дифференцировал, интегрировал, замещал и, наконец, вышло, что эти   молекулы все-таки движутся с такой скоростью, но продвигаются вперед только на 1/100 ширины волоса» (3).



Это значит она была в курсе данной темы.
Второй момент: после опубликования Эйнштейном первой статьи Милева сообщает подруге, что «мы послали копию нашей статьи Людвигу Больцману». Ответ они не получили (5, стр. 89).
Третий:  В 1901 году Эйнштейн писал Милеве: «Я только что прочел замечательную статью Ленарда о генерации катодных лучей (электронов) с помощью ультрафиолетового света. Под впечатлением от этой прекрасной работы я почувствовал такое счастье и такую радость, которую ты непременно должна со мной разделить».
Поэтому его статьи появились не на пустом месте и гипотеза, что в этом ему помогала Милева, имеют под собой основания. Известно также, что Эйнштейн говорил своим друзьям: математику за меня делает жена. Или вот еще ряд свидетельств, основанные на письмах, отнесенных к 1901 году – «я буду горд и счастлив, - пишет Эйнштейн Милеве, - когда мы снова окажемся вместе и сможем довести нашу работу об относительности до победного конца» (5, стр. 94).
  (Подробно о судьбе Милевы Марич можно прочитать в книге П. Картера и Р. Хайфилда «Эйнштейн. Частная жизнь» (5)).
  Существует много случаев, когда жены ученых активно помогали своим мужьям. Например, жена Гильберта Кете переписывала его статьи перед сдачей в редакцию, потому что у нее был прекрасный почерк. К сожалению, сохранилось очень мало документальных свидетельств того периода и уверенно говорить о роли Милевы в написании статей сложно. Многие документы пропали или были уничтожены. Как свидетельствует сам Эйнштейн, он уничтожал рукописные варианты после их опубликования. Поэтому, когда в 1943 году в Америке его попросили продать для аукциона рукописный вариант статьи 1905 года о теории относительности, ему пришлось заново её восстанавливать под диктовку секретарши.
Однако уже после получения Нобелевской премии нигде Милева Марич не упоминала о своей роли в написании данных работ.

В 1905 году она сидела с годовалым ребенком. Кто приходил в гости утверждали, что она фактически была домохозяйкой. Аналогично и Эйншейну писать статьи в таком ракурсе было непросто.
Поэтому приходится признать, что помощь мужу если и была, то скорее консультативная или техническая, как секретарши.



Вопрос 2. Знал ли Эйнштейн статьи классиков?

Следующая странность связана с тем, что Эйнштейн в своих работах по теории относительности в 1905 году не сделал ни одной ссылки на предшествующих исследователей. А уже было достаточно много материала для создания новой механики. Это были работы Лармора, Лоренца по электродинамике, фундаментальные книги и статьи Анри Пуанкаре, напечатанные с 1895 года, и, наконец, отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли по обнаружению «эфира». (подробно о вкладе в СТО не только этих, но и других ученых можно прочитать в популярной статье (6)).
     Такое впечатление, что молодой ученый делал авторское изобретение, а не писал научную работу. Сегодня это недопустимо и редактор любого журнала потребует ссылки на предшественников. А тогда в далеком 1905 году редактор ведущего немецкого журнала Annalen der Physik   Макс Планк, который курировал эту тему, почему-то не обратили на это внимание. Все это очень странно, но об этом чуть позже.
Макс Борн, а потом и журналисты допытывались, знал ли он работы других ученых, Эйнштейн отвечал несколько уклончиво. По его свидетельству статьи Пуанкаре он не знал, Лоренца вроде читал и то раннюю статью 1898 года, а по поводу опыта Майкельсона и Морли путался в показаниях. Сначала отрицал знание этого фундаментального эксперимента, поскольку по его свидетельству работал в Бюро безвылазно, и у него не было времени сходить в библиотеку. Потом уже в 50-х годах говорил, что, наверное, знал этот опыт, но позже написания своей статьи (7).
       Все это не соответствует действительности. Эйнштейн, несомненно, читал фундаментальную работу Пуанкаре «Наука и гипотеза», которая вышла в 1902 году во Франции большим по тем меркам тиражом в 16000 экземпляров, и которая сразу стала дефицитом. Морис Соловин, Альберт Эйнштейн и Конрад Габихт в том же 1902 году за несколько месяцев до устройства Эйнштейна на постоянную работу организовали кружок «Академия Олимпии», в котором читали вслух и обсуждали самые разные философские и научные труды, в том числе труды Эрнста Маха и работу Анри Пуанкаре «Наука и гипотеза» (1). В работе кружка принимала участие и Милева, но в основном не вступала в дискуссии.
«Эта книга произвел на нас столь сильное впечатление, что в течение нескольких недель мы не могли прийти в себя»- писал Соловин (18, стр. 132). В дальнейшем наш сравнительный анализ даст результаты удивительные сходства идей Пуанкаре и Эйнштейна по поводу пространства и времени с той разницей, что Пуанкаре их высказал на три года раньше.


«Академия «Олимпия» (Конрад Габихт, Морис Соловин, Альберт Эйнштейн)

…Продолжение следует. В следующей второй части я приведу обещанные фотодокументы и в третьей свои сравнительные таблицы и кратко остановлюсь на двух основных статьях по теории от носительности. …

Используемая литература:

1. Карл Зелиг «Альберт Эйнштейн. Атомиздат, Москва, 1966
2. Ханс Оханьян «Эйнштейн. Настоящая история великих уравнений» Москва, ЭКСМО. 2009.
3. Collected Papers of Albert Einstein, 1, p.59
4. В.Я. Френкель, Б.Е. Явелов. «Эйнштейн: Изобретения и Эксперимент». Семь лет в Берне.
5. П. Картер, Р.Хайфилд. «Эйнштейн. Частная жизнь». Москва. Захаров. 1998.
6. В. А. Петров «Теория относительности и ее создатели». Новости и проблемы фундаментальной физики. Протвино. 2007. Стр. 26-37.
7. А. Пайс, «Жизнь и творчество Альберта Эйнштейна», М. Наука, 1989.
8. А.А. Логунов. «Анри Пуанкаре и теория относительности», Наука, 2004
9. «Принцип Относительности». Сборник работ под редакцией А. Тяпкина, Атомиздат, 1973.
10. Poincare H. Sur la dynamique de l'electron. Compte rendus de l'Academie des Sciences de. Paris, 140, pages 1504-1508. June 5, 1905.
11. Poincare H. Sur la dynamique de l'electron. Rendiconti de Circolo matematico di Palermo. 21, стр. 129-175, (получена 23 июля 1905, опубликован в январе 1906 года).
       На русском: «Принцип Относительности». Сборник работ под редакцией А. Тяпкина, Москва,  Атомиздат, 1973.
12. Констанс Рид. «Гильберт». Наука. Москва. 1977.
13. C. Marchal.  Poincare, Einstein and the Relativity: the Surprising Secret / General Scientific Direction ONERA, BP 72, 92322 Chatillon, FRANC. IHEP Preprint 99-21.-Protvino, 1999.-p. 12, refs.: 16
14. Эйнштейн. Собрание сочинений в 4-х томах. М. Наука. 1965-1968.
15. А. Пуанкаре. «Теория Лоренца и принцип действия противодействия», 1900. На русском впервые в  2004 году в работе (.
16. «Работы по теории относительности», Предисловие Стивена Хокинга. Санкт-Петербург, АМФОРА, 2008.
19. Анри Пуанкаре «О науке». М. Наука. 1989.
20. Х. Лоренц. «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света», сборник «Принцип относительности», Москва, Атомиздат, 1973, стр. 67.
21. Ives, H. E. (1952), Derivation of the Mass-Energy Relation, Am. J. Phys. 42, 540-543.
22. Minkowski H. Доклад Математическому обществу в Геттингене 5 ноября 1907 г. Das Relativitatsptinzip - Annalen der Physik, b.47, 927 (1907)

[ulitkanasklone]

Часть 2.
Вопрос 3. Знал ли Эйнштейн эту ключевую работу Лоренца от 1904 года (20)?

   Тут нас будет ждать настоящий сюрприз. С 1905 по 1907 год Эйнштейн занимался реферированием научных статей по физике, точнее по термодинамике. Он уже опубликовал несколько статей в Annalen der Physik, и ему предложили писать рефераты для приложения этого журнала “Beiblätter zu den Annalen der Physik”. Хотя он еще не имел докторскую степень, но он хорошо разбирался в этой теме и к тому же, предполагается, неплохо знал французский язык. Работа состояла в том, чтобы делать краткий обзор статей, которые стекались в Анналы со всего мира. В этот период он публикует 23 реферата, причем 21 в его «звездный» 1905 год (4). Надо сказать, что это не только дополнительный заработок, но и серьезная нагрузка, что в какой-то мере отвлекало и без того загруженного основной работой гения от написания прорывных статей по квантовой теории света, броуновскому движению и теории относительности. 

Дальнейшие ссылки — это фактически перепроверка книги А.А. Логунов. «Анри Пуанкаре и теория относительности», Наука, 2004, в которой, к сожалению, нет иллюстративного материала.

Вот, например, (рис. 2), подряд сразу 3 его реферата статей, подписанные инициалами A.E.  в 5-ом номере за 1905 год или реферат статьи Макса Планка "О теореме Клаузиуса для необратимых циклов и об увеличении энтропии" в 7-ом номере приложения. А в 4-ом номере (рис. 3) представлен как раз реферат статьи Лоренца, написанным неким «Гансом». В отличие от лаконичных эйнштейновских рефератов здесь достаточно подробный 2-х страничный обзор статьи «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света», где формулируются основные понятия новой гипотезы Фицжеральда-Лоренца. Несколько раз упоминается эксперимент Майкельсона-Морли, наконец, в явном виде приводятся уравнения сокращения длины и преобразования времени в разных системах отсчета.  Неужели у Эйнштейна не возникло желание из любопытства прочитать полностью данную статью, опубликованную в докладах амстердамской академии за 1904 год?


Рис.2. Реферат Эйнштейна статьи М. Планка в №7, и еще 3 реферата в №5 приложения «Beiblätter zu den Annalen der Physik» 1905 года.



     Рис.3. Реферат статьи Лоренца в №4 приложения “Beiblätter zu den Annalen der Physik”1905 года.

Далее процитирую некоторые фрагменты книг Пуанкаре о времени, относительности, эфире и синхронизации часов.
В книге, ставшей сразу бестселлером после выхода, «Наука и гипотеза» (1902 год), он подвергает критике понятия: абсолютное пространство и абсолютное время (см. таблицу 1, 1 строка).   

«1. Абсолютного пространства не существует, мы знаем только относительные движения. Между тем чаще всего выражают механические факты так, как если бы существовало абсолютное пространство, к которому их можно было бы отнести.
2. Не существует абсолютного времени. Утверждение, что два промежутка времени равны, само по себе не имеет смысла, и можно применять его только условно.
3. Мы не способны к непосредственному восприятию не только равенства двух промежутков времени, но и не можем быть уверенными в одновременности двух   событий, происходящих в различных   местах.

И вот его первое определение принципа относительности 1902 года:
   «Движение всякой системы должно подчиняться одним и тем же законам независимо от того, относить ли его к неподвижным осям или к подвижным, перемещающимся прямолинейно и равномерно. Это — принцип относительного движения, который внушается нам двумя обстоятельствами: во-первых, его подтверждает самый обыденный опыт, и, во-вторых, противоположное допущение совершенно противоречило бы нашему разуму».

Вопрос 4. Кто первый придумал метод синхронизации световыми сигналами?

Пуанкаре предложил на ежегодном конгрессе искусства и науки в Сент-Луисе в 1904 году, способ синхронизации с помощью световых сигналов. (Не исключено, что до Пуанкаре этот метод ходил в печати).
«Пусть, например, из пункта А посылается сигнал, когда часы в нем показывают время 0, а в пункте В сигнал принимается, когда часы в нем показывают время \( t \). Часы выверены, если запаздывание, равное \( t \) представляет собой длительность передачи сигнала; чтобы это проверить, из пункта В посылается сигнал, когда часы в нем показывают время 0; в пункте А должны получить его, когда часы в нем показывают время \( t \). Тогда показания часов согласованы. И действительно, они показывают одно и то же время в одно и то же физическое мгновение, но при условии, что оба пункта были неподвижны» (рис.4).
   Сравните это с тем, как делает синхронизацию Эйнштейн в своей работе «К электродинамике движущихся тел» 1905 года (рис. 4 б).
  Пусть в момент \( t_A \) по «А-времени» луч света выходит из А в В, отражается в момент \( t_B \) по «B-времени» от В к А и возвращается назад в А в момент \(  t`_А \) по «A-времени». Часы в А и В будут идти, согласно определению, синхронно, если
              \[  t_B-t_A= t’_А -t_B \]
  Методы очень похожи. Однако Пуанкаре очень осторожен в таком подходе, поскольку, вообще говоря, скорость сигнала в одну сторону и обратно может быть различна.
 
Он писал:
«Одновременность двух событий или порядок их следования, равенство двух длительностей должны определяться таким образом, чтобы формулировка естественных законов была бы настолько простой, насколько это возможно. Другими словами, все эти правила, все эти определения являются лишь плодом неосознанного соглашения» (1904, «Ценность науки», стр. 21).


По Пуанкаре рис 4а


рис. 4б по Эйнштейну

Таким образом метод синхронизации был разработан задолго до описанного в статье Эйнштейном и скорее всего до Пуанкаре.
    И там же Пуанкаре выдвигает гипотезу об ограничении скорости распространения света:
«Если бы все эти результаты получили подтверждение, то из них возникла бы совершенно новая механика, для которой было бы особенно характерно то положение, что не может существовать скорость, большая, чем скорость света, подобно тому, как невозможно получить температуру ниже абсолютного нуля. С точки зрения наблюдателя, увлекаемого поступательным движением, о котором он не подозревает, никакая кажущаяся скорость точно так же не могла бы превзойти скорость света; здесь можно было бы усмотреть противоречие, если бы мы не вспомнили, что этот наблюдатель пользуется не теми же часами, какими пользуется неподвижный наблюдатель, а часами, показывающими «местное время».
  Таким образом, и принцип относительности и гипотеза об ограничении скорости света, и понятие «местного времени» были сформулированы Пуанкаре до 1905 года.
Эйнштейн оба эти принципа привел в статье «К электродинамике движущихся тел» в более лаконичной форме:
1.   Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся.
2.   Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью с, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом.
   (здесь и далее используется современное обозначение для скорости света с).

Продолжение следует. В частях 3 и 4 (а может и 5) я сведу все высказывания в 2 таблицы и кратко остановлюсь на двух статьях Эйнштейна.

[Fidel]

//В 2010-2011 годах я решил разобраться с некоторыми историческими загадками и перепроверить мифы и факты, которыми был наводнен интернет в то время.

Все эти "загадки, мифы и факты" активно и плодотворно обсуждались задолго до появления "тырнета". Точки давно расставлены. Что-то пропустили? 

[archetip-z]

Ждём новых частей

[ivanij]

 В чём же, собственно, "мифы"? Вы ставите под сомнение авторство Эйнштейна?

[Александр Анохин]

В книге Уиттекера "История эфира и электричества" т. 1 (до 1900 г) и т. 2 (1900-1926) описана история становления теории относительности. В этой книге  есть глава " Теория относительности Лоуренца и Пуанкаре" (а не Эйнштейна!).

Также есть статья и лекция на ютубе Сергей Салль "Истоки и заблуждения релятивизма", в которой сделана попытка анализа влияния Эйнштейна на развитие физики. При этом взлет популярности Эйнштейна автор видит не в физике, а в других вопросах.

В статьях Эйнштена 1905 года нет принципиально новых сведений. Релятивисткие формулы, а также формула е=мс2 получены еще ~1890 году Хевисайдом и др.

[ulitkanasklone]

Часть 3.

Вопрос 5. Странности статьи «К электродинамике движущихся тел» 1905 года.

1. Статья Эйнштейна 1905 года была разбита на 2 части – кинематическую и электромагнитную. Вторая была выполнена более аккуратно, как будто писал ее другой человек. В первой все выводы практически совпадают с результатами Лоренца и Лармора (см. таблицу 2). Многие исследователи отмечают, что первую часть он писал в какой-то спешке или в лихорадке.

2. Автор оперирует понятиями продольной и поперечной массами, хотя нигде не вводит их определение. Он допускает ошибку при выведении поперечной массы.

3. Сначала Эйнштейн планирует найти сокращение стержня для движущейся системы, но затем забывает это и выводит соотношение для сжатия сферы радиуса \( R \) (сравните с Лоренцом, таблица 2, строчка 1).

4. В статье нет иллюстраций к его рассуждениям о системах отсчета, поэтому легко нарисовать мысленный эксперимент совсем не так. Неясно поэтому как он получил сокращения длин в поперечном направлении.

5. Эйнштейн говорит о группах, но его рассуждения непонятны: «Отсюда видно, что такие параллельные преобразования, как это и должно быть, образуют группу». Однако в контексте статьи — это утверждение выглядит голословно. Он не показал, что они образуют группу.

6. Вся математика строится после метода синхронизации световыми сигналами, хотя сразу же возникает возражение – ведь можно синхронизировать и звуком, и сигналом по телеграфу, где скорость меньше скорости света.  Это странно, потому что если теория универсальна, то неважно каким методом синхронизируются часы.

Как выводятся преобразования Лоренца в статье Эйнштейна? После формулировки 2-х постулатов, Эйнштейн строит мысленный эксперимент. Берет 3-х мерное евклидово пространство в декартовых координатах. Затем разбрасывает равномерно одинаковые часы и синхронизирует их радарным методом – теперь часто этот метод называют синхронизация по Эйнштейну. Затем вводит другую систему координат, которая движется равномерно вдоль одной из осей и там также размещает равномерно множество таких же часов и синхронизирует их тем же методом. Таким образом, время и координаты теперь связаны с конкретной системой отсчета. Потом показывает, что теперь временные отрезки в разных инерциальных системах отсчета и длины разные. Далее очень запутанными математическими приемами он находит связь времен и координат двух систем отсчета. И получает преобразования, которое теперь называются преобразованиями Лоренца. Именно поэтому я не рекомендую изучать (особенно новичкам) теорию относительности по данной работе Эйнштейна.

Сейчас в институтах на лекциях вывод математически более аккуратный. Просто вводятся координаты \(  (t,x,y,z)  \) в одной СО и  \( (t’,x’,y’,z’) \) в другой Инерциальной СО, а затем в предположении, что между ними есть линейная связь, вычисляются все коэффициенты матрицы преобразования. Остается одна неизвестная постоянная, которая по смыслу и есть скорость.   
В статье Минковского просто постулируется псевдоевклидова геометрия (пространство-время). Он к трем пространственным координатам добавил временную и интервал теперь записывается немного по-другому – пространство-время стало не евклидово, а псевдоевклидово. Все инвариантные преобразования получаются методом поворота и сдвига (группа Пуанкаре).

Кроме всех этих странностей А. Логунов в своей книге (8, стр. 54) обращает внимание на то, что Эйнштейн получил преобразования Лоренца только на световом конусе, когда система отсчета движется со скоростью c. По сути он не доказал, что вот такой интервал:
\[ c^2dt^2-dx^2-dy^2-dz^2 \]
есть инвариант для произвольной скорости СО. 
Обращу также внимание, что СТО строится в декартовых координатах. В произвольных координатах – это другой разговор.
Эйнштейн также не получил в своей статье фундаментальную характеристику нашего инерциального мира – псевдоевклидовою геометрию. Это сделал Минковский. Преобразования Лоренца в отрыве от этого не имеют особого смысла. Здесь я согласен с Логуновым – Эйнштейн в ранних работах не построил СТО.
Сравнительный анализ статьи Эйнштейна со статьями Пуанкаре и Лоренца представлены в таблицах 1, 2.

Продолжение следует…в следующей части кратко остановлюсь на статье Минковского, статье самого Пуанкаре 1905-1906 годов, кратко о \( E=mc^2 \) и отвечу на вопрос - был ли заговор?

[ulitkanasklone]

Часть 4.

Вопрос 6. Хорошо ли знал Альберт Эйнштейн математику?

По этому вопросу почему-то многие расходятся во мнении даже на форуме dxdy.
Известны высказывания Эйнштейна о математике:
«Главное все же содержание, а не математика. С помощью математики можно доказать все что угодно».. (1). Таков был его взгляд на математику. Что это - очередной миф для обывателя или исключение для правил? Известно, что математики Марсель Гроссман, Якоб Лауб, Вальтер Майер и другие помогали Эйнштейну в построении его теорий. Многие статьи по ОТО написаны совместно с кем-то из математиков. Там, где он пытается сделать расчеты самостоятельно, у него возникают много ошибок. Достаточно привести статьи, где он вычисляет Перигелий Меркурия (17 ошибок) или доказывает, что черные дыры не существуют (статья 1939 года).
В 1908 году происходит нечто странное – Эйнштейн перестает понимать теорию относительности (!). «...когда математики взялись за теорию, я перестал ее понимать».  «..С тех пор, как математики накинулись на теорию относительности, я ее больше не узнаю».

Минковский был учителем у Эйнштейна и однажды сказал:
«Ach, der Einstein,"— der schwanzte immer die Vorlesungen — dem hätte ich das gar nicht zugetraut». (Ах, этот Айнштайн, всегда пропускавший лекции, я бы никогда не поверил, что он способен на такое) - говорил позже Герман Минковский своим студентам (12).
Однако нельзя не признать, что он сделал титанические усилия и освоил тензорный анализ для построения ОТО.

Вопрос 7. Статья Минковского и ее роль в ТО

В 1907 году Минковский делает доклад на семинаре в Гёттингене как раз по геометрической интерпретации теории относительности (22). Кстати до сих пор не переведенный на русский. А в 1908 уже обзорный доклад «Пространство и время» на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Кельне. Минковский предложил так называемую «геометродинамику» — четырёхмерную математическую модель теории относительности. К трем координатам он добавил время и интервал записал не как в евклидовой геометрии, а как в псевдоевклидовой:
\[ ds^2= c^2dt^2-dx^2-dy^2-dz^2 \]
В результате этого суть теории относительности стала намного яснее. Коэффициент перед временным членом просто введен для размерности. Это и есть постоянная скорость распространения сигнала. Тут не надо посылать сигналы и синхронизировать часы и ломать голову, что там пришло раньше. Не надо ломать голову над парадоксом близнецов. Лоренцовский буст получался незатейливо и это оказалось свойством самого пространства, объединенного со временем. По сути именно с его работ и началось правильное восхождение СТО (проще всего это изложено у Рашевского).
Надо уточнить, что форма инварианта, записанная выше, предложил еще Пуанкаре в статье 1905 года (11). Это инвариант относительно лоренцовых преобразований и сдвигов (группа Пуанкаре).

Вопрос 8. Статья Пуанкаре и ее роль в ТО

Пуанкаре написал статью «О динамике электрона» (11), где изложил теорию относительности в 2 этапа и опубликовал в редком журнале в Палермо. Статья настолько редкая, что ее мало цитируют и мало на нее ссылаются. Ее не читал даже Эйнштейн и познакомился со статьей только в Америке.
Он по-другому подходит к обоснованию и выводу преобразований Лоренца. Он уже не рассматривает синхронизацию часов и не постулирует постоянство скорости света в пустоте.
   Фактически Пуанкаре ещё раз провозглашает принцип относительности и ищет такие преобразования, чтобы уравнения Максвелла не меняли бы свой вид (как говорят физики-теоретики, относительно которых уравнения были бы форминварианты).  А их не надо было долго искать: он взял за основу преобразования, которые дал Лоренц в своей статье 1904 года, только несколько подправил и упростил их. И тут - невиданное благородство – он предлагает называть эти преобразования именем Лоренца. Он подробно еще раз пересказывает некоторые вычислений из статьи Лоренца 1904 года, попутно устраняя его ошибки. Пуанкаре не скупится на ссылки и на других физиков – у него фигурирует результаты Абрагама, Герца, Лармора, опыт Майкельсона-Морли. Кроме преобразований Лоренца Пуанкаре находит еще несколько преобразований-трансляций, для которых уравнения Максвелла не меняют свой вид, затем показывает, что обратные преобразования также оставляют уравнения форминвариантыми, и вместе они образую группу, которую предлагает назвать «группой Лоренца».

Во второй части статьи, которая вышла в Палермском журнале уже в 1906 году было много идей, которые мало кто оценил, возможно из-за большого количества математических уравнений.
•    Он впервые вводит понятие гравитационных волн и предполагает, что они также распространяются с конечной скорость с.  Это противоречит ньютоновской механике.
•    Он выводит уравнения для трех составляющих сил тяготения для случая конечной скорости распространения волн и для бесконечной.
•    Он показывает, что они отличаются от ньютоновских уравнений и только точный эксперимент может показать, какие из них верны.
•    Он на основе запаздывающего потенциала пытается найти эффект вращения перигелия Меркурия только в рамках новой теории относительности. Результат был получен, но отличался от эксперимента.
За два года до статей Минковского (!) он получил еще один инвариант в виде квадратичной формы                 
                                        \[ J=x^2+y^2+z^2-(ct)^2, \]
который остается неизменным при преобразовании Лоренца. Преобразования Лоренца получаются простым вращением в плоскостях \( tx, ty, tz \) на постоянный угол.
Таким образом, он заложил основы релятивисткой теории гравитации, которая, к сожалению, не получила у него дальнейшего развития.

Вопрос 9. Загадка статьи Пуанкаре

Что же произошло со статьей Анри Пуанкаре «О динамике электрона», которая должна была сыграть ключевую роль в признании за ним приоритета в создании теории относительности?
И тут без сюрпризов не обошлось, потому что все дальнейшее напоминает детективную историю.
   Первая часть статьи, где были кратко представлены революционные результаты, была опубликована 5 июня (10) в Трудах Французской Академии наук №23 ( рис.7 ) (статья Эйнштейна сдана в редакцию 30 июня). Нет сомнения, что почти сразу в июне она попала в Лейпциг в редакцию Annalen der Physik к Максу Планку и Полю Друде, в патентное Бюро в Бёрне к Альберту Эйнштейну и в Гёттинген к Давиду Гильберту и Герману Минковскому. Напомним, в Анналы и в патентное Бюро стекалась научная информация со всего света.
   В июне в 18-ом номере “Beiblätter zu den Annalen der Physik” печатается реферат Эйнштейна статьи Понсо (M. Ponsot) в майском 18-ом номере Трудах Французской Академии.
   Там же, кстати, в 18 номере Академии была статья Ланжевена «О невозможности обнаружить поступательное движение Земли с помощью физических опытов», которую не мог не заметить Эйнштейн.  Поэтому он мог вполне прочитать доклад Пуанкаре в июньском номере Трудах Французской Академии Наук до сдачи своей статьи «К электродинамике движущихся тел», а вот развёрнутую статью «О динамике электрона» в математическом журнале в Палермо (11) скорее всего тогда не увидел. На неё ссылался и Минковский и Зоммерфельд. Биограф-эйнштейновед Абрагам Пайс дал прочитать Эйнштейну эту статью Пуанкаре только незадолго до его смерти (7).   




Рис.7 Статья А. Пуанкаре «О динамике электрона», опубликованная 5 июня в Трудах Французской Академии наук №23.

    В июне-августе 1905 года Герман Минковский и Давид Гильберт проводили семинар в Гёттингене по теме «Электродинамика движущихся тел». Очень вероятно, что в июне они получили статью Пуанкаре. Статья Эйнштейна там не упоминалась, поскольку вышла только в сентябре. А вот почему не всплыла статья Пуанкаре – непонятно. И через два года, вводя свой формализм, Минковский сначала ссылается на эту статью, а затем неожиданно забывает о ней.

Вот цитата из доклада Минковского за 1907 год на семинаре в Гёттингене (переведено с немецкого).

“Наконец, я хотел бы сказать несколько слов о гравитации. Возникает большой вопрос: как включить закон всемирного тяготения в систему   принципа относительности.  Пуанкаре в своей работе в «Rendiconti de Circolo matematico di Palermo» за 1906 год рассматривал этот вопрос. Лаплас считал, что ему удалось доказать, что распространение гравитации должно происходить мгновенно или с гораздо большей скоростью, чем скорость света. Но, конечно, доказательство Лапласа при сведении гравитации к электромагнетизму уже несовершенно. На самом деле и Пуанкаре считает, что гравитация распространяется не иначе как со скоростью света. Он ставит чисто математическую задачу: найти закон, который соответствовал бы постулату относительности, и который переходил бы в закон Ньютона, когда можно пренебречь квадратами скоростей звезд и произведением ускорения на расстояние (по сравнению со скоростью света в квадрате). Пуанкаре обнаруживает такой закон, рассматривая инварианты группы Лоренца, но закон является лишь одним из многих возможных, и данные исследования никоим образом не носят окончательного характера. Более подробно я, может быть, расскажу об этом в другой раз.
   Из моего доклада, я надеюсь, стало ясно, что речь идёт об исследованиях, которые могут представлять значительный интерес для математики. “

Как видно Минковский не просто ссылается, но и вступает в дискуссию с Пуанкаре. А в популярной статье 1908 года он не дает ссылку на него.
 
Продолжение следует… К сожалению, нужна еще одна 5 часть, где будет важная деталь о выводе \( E=mc^2 \)  и конечно о заговоре..

[ulitkanasklone]

Часть 5.
Вопрос 9. Загадка формулы \( E=mc^2 \)

Со школьной скамьи мы знаем, что известную формулу \( E=mc^2 \) открыл Эйнштейн. В общественном сознании также устоялось подобное мнение. Соответствует ли это действительности?
   Вот только примерный список ученых, внесший вклад в вывод этой формулы.

  1872 год – Генрих Шрам (Heinrich Schramm)           \( E=mc^2 \)
   1881 год – Джозеф Томсон (Joseph John Thomson)  \( E=3/4 mc^2 \)
   1890 год – Оливер Хевисайд (Oliver Heaviside)       \( E=mc^2 \)
   1900 год – Анри Пуанкаре (H. Poincare)                   \( E=mc^2 \)  (побочный вывод )
   1904 год – Хендрик Лоренц (H. Lorenz)                   \( E=mc^2 \)  (побочный вывод )
   1904 год – Франц Газенёрль (F. Hasenohrl)              \( E=3/4 mc^2 \)
   1905 год – Альберт Эйнштейн (A. Einstein)      \( E=mc^2 \) (приближенный некорректный вывод )
   1906 год  – А. Эйнштейн                                   \( E=mc^2 \) (повторение вывода Пуанкаре)
   1907 год  – А. Эйнштейн                                   \( E=mc^2 \) (вывод для гравитационного поля)
   1907 год – Макс Планк (M. Plank)                      \( E=mc^2 \) (исправленное решение вывода Эйнштейна)
   1908 год – Гильберт Ньютон Льюис (Gilbert Newton Lewis)         \( E=mc^2 \)
   1912 год – Макс фон Лауэ (Max von Laue)      \( E=mc^2 \) (самый общий вывод)
   1918 год – Феликс Клейн (F. Klein)                   \( E=mc^2 \)(самый общий вывод)
   
   Статья «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?» явилась последней в урожайный 1905 год. Создается впечатление, что она тоже написана в какой-то спешке.
   На первый взгляд, кажется, что Эйнштейн получает элегантным образом результат, что Инертная масса излучения равна Энергии этого излучения деленной на \( c^2 \).
Но уже при внимательном рассмотрении видно, что Эйнштейн при разложении выражения
\( \frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}} \) оставил только первые 2 члена, и результат получен только для слабодвижущихся тел, то есть для нерелятивистского случая:
                                                         \(   E \approx {mc^2}        \)     
                                                             
Но сначала Айвс (в 1959), а затем и Логунов (8, стр. 125) еще раз проанализировали доказательство в его работе и пришли к выводу, что Эйнштейн совершил логическую ошибку и вообще не получил известный результат. А получил следующее:

Энергия тела до излучения минус энергия тела после излучения равно энергии самого излучения.

Данный вывод я не буду комментировать, поскольку не до конца понял в чем суть. К тому же впоследствии была критика этого утверждения. В частности, апологет Эйнштейна Стейчел наоборот утверждал (1988), что как раз Эйнштейн придумал уникальный и оригинальный способ доказательства этого выражения. Поэтому я просто приведу 3 страницы из (8, 125-127).





Пуанкаре получает соотношение \( m=Е/c^2 \) для случая электромагнитного излучения в работе (15) 1900 года, но не могу согласиться с автором ( 8 ), что она у него там появляется в явном виде. Во-первых, на русском статья Пуанкаре приводится только у А. Логунова (ссылка 8, стр. 116), а во-вторых, ему приходится делать специальные пояснения, чтобы читатель увидел, в каком месте это соотношение возникает. Но это уже не так важно. Дело в том, что в своей статье 1906 года Эйнштейн ссылается именно на эту статью Пуанкаре. Это значит, что он не просто читал ее, но и разобрался и повторил его вывод. Кажется, это единственный случай, когда Эйнштейн ссылается на работу Пуанкаре.  Неспроста в издании 2008 года (16) с предисловием Стивена Хокинга, посвященной теории относительности, приводится только третье доказательство Эйнштейном формулы \( E=mc^2 \) от 1907 года, наиболее корректное.

Вопрос 10. А был ли заговор?

Сначала проанализируем даты сдачи статей Альберта Эйнштейна в редакцию и даты выхода в печать.
  Таблица 3.

                                                                                                                                                         Дата сдачи в журнал Annalen der Physik 1905     Дата выхода журнала со статьей Annalen der Physik 1905

Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света                                                      18 марта                      9 июня
О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц,
требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты                                                                                                             11 мая                            18 июля
К электродинамике движущихся тел                                                                                                                                             30 июня                    26 сентября
Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?                                                                                                    27 сентября                    21 ноября

   То есть в редакции они находились два, два с половиной месяца. Удивительные результаты и политика со стороны Макса Планка. Статьи ведущих ученых, как и положено, могли находиться в редакции 4-6 месяцев. Пуанкаре сдал статью «О динамике электрона» в Палермский журнал 23 июля 1905 года, а вышла она только в январе 1906.  Это странное обстоятельство до их пор никто не может объяснить.
Почему Пуанкаре не отдал статью во французские научные журналы? Это также остается загадкой. На этом мистика не кончается.

Теперь о заговоре. Он на мой взгляд имел место быть, но не тот о котором обычно упоминают в интернете.
В тетрадях “Beiblätter zu den Annalen der Physik” за 1905 года имеется сразу три реферата статей Пуанкаре о математических проблемах, но ни в этом году, ни позднее нет упоминания его революционной статьи «О динамике электрона». Такое замалчивания со стороны главного редактора Анналов Макса Планка и гёттингенского математика Германа Минковского дало основание некоторым исследователям (Кристиан Маршаль (13)) писать о заговоре немецких физиков против французских.
   Не секрет, что существовало противостояние немецкой математической школы в лице Д. Гильберта, Ф. Клейна, Г. Минковского и французской в лице Анри Пуанкаре. Об этом написано много у Констанс Рид в книге «Гильберт». Но при этом Пуанкаре часто приглашался в Германию читать лекции, здесь публиковались его статьи. Любая статья Пуанкаре с интересом и ревностным анализом изучалась Гильбертом и Минковским. В данном случае история произошла беспрецедентная. Уже впоследствии, в 1909 году Пуанкаре читает лекции в Гёттингене о новой механике, тоже, правда, без ссылок на Эйнштейна — это был его единственный способ протеста.

[AndyO]

Насколько я понимаю, тот же Лоренц предложил свои формулы в попытках "спасения эфира". А Эйнштейн "похоронил" эфир. В этом принципиальная новизна и, возможно, поэтому Макс Планк ускорил печатание его работы.

Впрочем, не являясь специалистом по ТО и истории ее появления, могу предложить Вам попытаться пригласить на форум Евгения Берковича, который опубликовал множество статей на эту тему. Было бы интересно узнать его точку зрения.

[ulitkanasklone]

Все эти "загадки, мифы и факты" активно и плодотворно обсуждались задолго до появления "тырнета". Точки давно расставлены. Что-то пропустили?

Только иллюстративный материал было найти сложно. Сейчас проще. Я например не видел ранее сканы с журналов Анналы и Тетрадок к Анналам.
И все надо перепроверять. Никому нет доверия.

В чём же, собственно, "мифы"? Вы ставите под сомнение авторство Эйнштейна?

Авторство чего? Я могу высказать свою более радикальную точку зрения - Эйнштейн в статье 1905 года подгонял свою математику под получения преобразований Лоренца.
Он сам не понял, что изобрел. Но он отлично продвигал Теорию Относительности по всему миру, читая лекции.

В книге Уиттекера "История эфира и электричества" т. 1 (до 1900 г) и т. 2 (1900-1926) описана история становления теории относительности. В этой книге  есть глава " Теория относительности Лоуренца и Пуанкаре" (а не Эйнштейна!).

Да, Уиттекер был первым, кто поднял тему. 

[ivanij]

Авторство чего?

 Не понял. Вы опубликовали несколько статей и сами не можете определиться, о чём в них речь?

предложить Вам попытаться пригласить на форум Евгения Берковича

 Ну что же, пригласите, если знакомы лично или через Сеть.

  https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87,_%D0%95%D0%B2%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%9C%D0%B8%D1%85%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87

[AndyO]

С Берковичем не знаком, к тому же ТО  - "не моя тема", но для интересующихся  его почта есть здесь:
https://voplit.ru/author/berkovich-evgenij-mihajlovich/

[ulitkanasklone]

Не понял. Вы опубликовали несколько статей и сами не можете определиться, о чём в них речь?

Я не пойму вопрос. Я дал ссылки на несколько статей и книг классики начала 20 века. У меня не вызывает сомнения, что авторство есть и кому оно принадлежит, на что я указал. Если и есть спорные моменты, то я
постарался их разъяснить.
Тут дело больше в другом - есть много загадок , касаемых написания статей. У меня получилось 10 странностей. Я дал большой иллюстративный материал, который немного помогает найти истину.   

[ivanij]

Я не пойму вопрос.

  Авторство Эйнштейна, разумеется. Из сопоставлений сканов фрагментов разных публикаций следует именно такой вывод.

[ulitkanasklone]

Я не пойму вопрос.

  Авторство Эйнштейна, разумеется. Из сопоставлений сканов фрагментов разных публикаций следует именно такой вывод.

Я могу только повторить. Авторство Эйнштейна в этих 5 статьях не вызывает сомнения. В частности это видно по неуклюжей математике. Вызывает большой вопрос о его вкладе в создании СТО , а также то, что многие идеи не он сам придумал.

[ivanij]

Вызывает большой вопрос о его вкладе в создании СТО , а также то, что многие идеи не он сам придумал.

 Вот это и есть сомнение в авторстве теории, а не собственно статей.

[Degen1103]

Всем, интересующимся историей и философией науки, можно порекомендовать цикл лекций Евгения Берковича "Альберт Эйнштейн и революции в физике".
Материал очень объёмный, но анализ увлекательный и всесторонний.
В частности, детально и объективно рассматривается вклад Пуанкаре и Лоренца в теорию относительности Эйнштейна.
 

[Degen1103]

цикл лекций Евгения Берковича "Альберт Эйнштейн и революции в физике".

В свете данной темы особенно полезно послушать лекцию 7, где последовательно рассматриваются и критикуются аргументы ниспровергателей Эйнштейна.

[Александр Анохин]

В частности, детально и объективно рассматривается вклад Пуанкаре и Лоренца в теорию относительности Эйнштейна.

В книге "История эфира и электричества" изложена другая точка зрения. Теория относительности носит имена Лорннца и Пуанкаре. Автор книги - современник становления теории относительности.