Kritika teorie relativity - Criticism of the theory of relativity

Kritika teorie relativity z Albert Einstein byl převážně vyjádřen v prvních letech po jeho zveřejnění na počátku dvacátého století, na vědecké , pseudoscientific , filozofický , nebo ideologických základech. Ačkoli některé z těchto kritik měly podporu renomovaných vědců, Einsteinova teorie relativity je nyní vědeckou komunitou přijímána.

Důvody pro kritiku teorie relativity zahrnovaly alternativní teorie, odmítnutí abstraktně-matematické metody a údajné chyby teorie. Podle některých autorů v těchto námitkách občas hrály roli i antisemitské námitky proti Einsteinovu židovskému dědictví. Stále existuje několik kritiků relativity, ale jejich názory většina vědecké komunity nesdílí.

Speciální relativita

Princip relativity versus elektromagnetický pohled na svět

Kolem konce 19. století se rozšířil názor, že všechny síly v přírodě jsou elektromagnetického původu („ elektromagnetický pohled na svět “), zejména v dílech Josepha Larmora (1897) a Wilhelma Wiena (1900). To zjevně potvrdily experimenty Waltera Kaufmanna (1901–1903), který změřil nárůst hmotnosti tělesa rychlostí, která byla v souladu s hypotézou, že hmota byla generována jeho elektromagnetickým polem. Max Abraham (1902) následně načrtl teoretické vysvětlení Kaufmannova výsledku, ve kterém byl elektron považován za tuhý a sférický. Bylo však zjištěno, že tento model je nekompatibilní s výsledky mnoha experimentů (včetně experimentu Michelson – Morley , experimentů Rayleigha a Brace a experimentu Trouton – Noble ), podle nichž žádný pohyb pozorovatele s ohledem na aether luminiferous ( „éter drift“) byl pozorován i přes četné pokusy tak učinit. Henri Poincaré (1902) usoudil, že toto selhání pochází z obecného přírodního zákona, který nazýval „ principem relativity “. Hendrik Antoon Lorentz (1904) vytvořil podrobnou teorii elektrodynamiky ( teorie Lorentzova éteru ), která byla založena na existenci nehybného éteru a použila soubor transformací souřadnic prostoru a času, které Poincaré nazýval Lorentzovy transformace, včetně účinků kontrakce délky a místního času . Lorentzova teorie však princip relativity uspokojila jen částečně, protože jeho transformační vzorce pro rychlost a hustotu náboje nebyly správné. To napravil Poincaré (1905), který získal plnou Lorentzovu kovarianci elektrodynamických rovnic.

Abraham (1904) kritizoval Lorentzovu teorii z roku 1904 a rozhodl, že Lorentzova kontrakce elektronů vyžaduje k zajištění stability elektronu neelektromagnetickou sílu. To bylo pro jeho zastánce elektromagnetického vidění světa nepřijatelné. Pokračoval, že dokud chybí konzistentní vysvětlení toho, jak tyto síly a potenciály působí společně na elektron, Lorentzův systém hypotéz je neúplný a nesplňuje princip relativity. Poincaré (1905) odstranil tuto námitku tím, že ukázal, že neelektromagnetický potenciál („ Poincaréův stres “) držící elektron pohromadě lze formulovat Lorentzovým kovariantním způsobem a ukázal, že v zásadě je možné vytvořit Lorentzův kovarianční model pro gravitaci které považoval za neelektromagnetické i v přírodě. Byla tedy prokázána konzistence Lorentzovy teorie, ale elektromagnetického vidění světa se bylo nutné vzdát. Nakonec Albert Einstein v září 1905 publikoval to, čemu se dnes říká speciální relativita , která byla založena na radikálně nové aplikaci principu relativity ve spojení se stálostí rychlosti světla. Ve speciální relativitě závisí prostorové a časové souřadnice na referenčním rámci setrvačného pozorovatele a světelný éter ve fyzice nehraje žádnou roli. Ačkoli tato teorie byla založena na velmi odlišném kinematickém modelu, byla experimentálně k nerozeznání od éterové teorie Lorentze a Poincarého, protože obě teorie splňují princip relativity Poincarého a Einsteina a obě využívají Lorentzovy transformace. Poté, co v roce 1908 Minkowski představil geometrický prostoročasový model pro Einsteinovu verzi relativity, se většina fyziků nakonec rozhodla pro Einstein-Minkowského verzi relativity s jejími radikálními novými pohledy na prostor a čas, v nichž éter neměl žádnou užitečnou roli .

Nárokované experimentální vyvrácení

Experimenty Kaufmann – Bucherer – Neumann : Aby se Kaufmann definitivně rozhodl mezi teoriemi Abrahama a Lorentze, zopakoval své experimenty v roce 1905 se zlepšenou přesností. Mezitím se však teoretická situace změnila. Alfred Bucherer a Paul Langevin (1904) vyvinuli další model, ve kterém je elektron stažen v pohybové linii a rozšířen v příčném směru, takže objem zůstává konstantní. Zatímco Kaufmann stále vyhodnocoval své experimenty, Einstein publikoval svou teorii speciální relativity. Nakonec Kaufmann zveřejnil své výsledky v prosinci 1905 a tvrdil, že jsou v souladu s Abrahamovou teorií a vyžadují odmítnutí „základního předpokladu Lorentze a Einsteina“ (princip relativity). Lorentz reagoval větou „Jsem na konci své latiny“, zatímco Einstein se o těchto experimentech nezmínil před rokem 1908. Přesto ostatní experimenty začali kritizovat. Max Planck (1906) narážel na nesrovnalosti v teoretické interpretaci dat a Adolf Bestelmeyer (1906) představil nové techniky, které (zejména v oblasti nízkých rychlostí) poskytovaly různé výsledky a které zpochybňovaly Kaufmannovy metody. Bucherer (1908) proto provedl nové experimenty a dospěl k závěru, že potvrzují hmotnostní vzorec relativity a tedy „princip relativity Lorentze a Einsteina“. Přesto byly Buchererovy experimenty kritizovány Bestelmeyerem, což vedlo k ostrému sporu mezi těmito dvěma experimentátory. Na druhé straně se zdálo, že další experimenty Hupky (1910), Neumanna (1914) a dalších potvrdily Buchererův výsledek. Pochybnosti trvaly až do roku 1940, kdy v podobných experimentech byla Abrahamova teorie přesvědčivě vyvrácena. (Je třeba poznamenat, že kromě těchto experimentů byl relativistický hmotnostní vzorec již potvrzen v roce 1917 při vyšetřování teorie spekter. V moderních urychlovačích částic je relativistický hmotnostní vzorec běžně potvrzován.)

V letech 1902–1906 Dayton Miller zopakoval experiment Michelson – Morley společně s Edwardem W. Morleyem . Potvrdili nulový výsledek počátečního experimentu. V letech 1921–1926 však Miller provedl nové experimenty, které zjevně přinesly pozitivní výsledky. Tyto experimenty zpočátku přitahovaly určitou pozornost v médiích a ve vědecké komunitě, ale byly považovány za vyvrácené z následujících důvodů: Einstein, Max Born a Robert S. Shankland poukázali na to, že Miller vhodně nezohlednil vliv teploty. Moderní Robertsova analýza ukazuje, že Millerův experiment dává nulový výsledek, když jsou řádně zváženy technické nedostatky aparátu a chybové pruhy. Millerův výsledek navíc nesouhlasí se všemi ostatními experimenty, které byly prováděny před a po. Například Georg Joos (1930) použil aparát podobných rozměrů jako Miller, ale získal nulové výsledky. V nedávných experimentech typu Michelson – Morley, kde je délka soudržnosti pomocí laserů a masérů značně prodloužena, jsou výsledky stále negativní.

V roce 2011 rychlejší než světlo neutrin anomálie se OPERA spolupráce publikovány výsledky, které se objevily ukázat, že rychlost neutrin je mírně rychlejší, než je rychlost světla. Zdroje chyb však byly nalezeny a potvrzeny v roce 2012 spoluprací OPERA, která plně vysvětlila počáteční výsledky. V jejich závěrečné publikaci byla uvedena rychlost neutrina odpovídající rychlosti světla. Také následné experimenty našly shodu s rychlostí světla, viz měření rychlosti neutrin .

Zrychlení ve speciální relativitě

Také se tvrdilo, že speciální relativita nezvládá zrychlení, které by v některých situacích vedlo k rozporům. Toto hodnocení však není správné, protože zrychlení lze ve skutečnosti popsat v rámci speciální relativity (viz Zrychlení (speciální relativita) , správný referenční rámec (plochý časoprostor) , hyperbolický pohyb , Rindlerovy souřadnice , Bornovy souřadnice ). Paradoxy opírající se o nedostatečné porozumění těmto skutečnostem byly objeveny v prvních letech relativity. Například Max Born (1909) se pokusil spojit koncept tuhých těles se speciální relativitou. Že byl tento model nedostatečný, ukázal Paul Ehrenfest (1909), který prokázal, že rotující tuhé těleso by podle Bornovy definice podstoupilo stažení obvodu bez stažení poloměru, což je nemožné ( paradox Ehrenfestu ). Max von Laue (1911) ukázal, že tuhá tělesa nemohou existovat ve speciální relativitě, protože šíření signálů nemůže překročit rychlost světla, takže zrychlující a rotující těleso podléhá deformacím.

Paul Langevin a von Laue ukázali, že paradox dvojčat lze zcela vyřešit zvážením zrychlení ve speciální relativitě. Pokud se od sebe vzdálí dvě dvojčata a jedno z nich zrychluje a vrací se k druhému, pak je zrychlené dvojče mladší než druhé, protože se nacházelo alespoň ve dvou inerciálních vztažných soustavách, a proto jeho hodnocení z nichž se během akcelerace současně mění události. U druhého dvojčete se nic nemění, protože zůstal v jediném snímku.

Dalším příkladem je Sagnacův efekt . Kolem rotující plošiny byly vyslány dva signály v opačných směrech. Po jejich příchodu dojde k posunu interferenčních proužků. Sám Sagnac věřil, že existenci éteru dokázal. Speciální relativita však může tento efekt snadno vysvětlit. Při pohledu ze setrvačného referenčního rámce je to jednoduchý důsledek nezávislosti rychlosti světla na rychlosti zdroje, protože přijímač uteče od jednoho paprsku, zatímco se blíží k druhému paprsku. Při pohledu z rotujícího rámce se hodnocení simultánnosti během otáčení mění a v důsledku toho není rychlost světla ve zrychlených rámcích konstantní.

Jak ukázal Einstein, jedinou formou zrychleného pohybu, který nelze lokálně popsat, je gravitace . Einstein také nebyl spokojen s tím, že inerciální rámce jsou upřednostňovány před zrychlenými snímky. V průběhu několika let (1908–1915) tedy Einstein vyvinul obecnou relativitu . Tato teorie zahrnuje výměnu euklidovské geometrie od non-euklidovský geometrie , a výsledný zakřivení dráhy světla vedl Einstein (1912) k závěru, že (stejně jako v rozšířeném zrychlené rámy) rychlost světla není konstantní v prodloužených gravitačním polem . Abraham (1912) proto tvrdil, že Einstein dal speciální relativitě státní převrat . Einstein odpověděl, že v oblasti jeho použití (v oblastech, kde lze opomíjet gravitační vlivy) je speciální relativita stále použitelná s vysokou přesností, takže nelze vůbec hovořit o převratu.

Nadsvětelné rychlosti

Ve speciální relativitě je přenos signálů superluminální rychlostí nemožný, protože by to narušilo synchronizaci Poincaré- Einsteina a princip kauzality . Po starém argumentu Pierra-Simona Laplaceho se Poincaré (1904) zmiňoval o tom, že Newtonův zákon univerzální gravitace je založen na nekonečně velké gravitaci . Synchronizace hodin světelnými signály by tedy v zásadě mohla být nahrazena synchronizací hodin okamžitými gravitačními signály. V roce 1905 tento problém vyřešil sám Poincaré tím, že ukázal, že v relativistické teorii gravitace je rychlost gravitace stejná jako rychlost světla. Ačkoli je to mnohem komplikovanější, je to také případ Einsteinovy ​​teorie obecné relativity .

Další zjevný rozpor spočívá ve skutečnosti, že rychlost skupiny v anomálně disperzních médiích je vyšší než rychlost světla. To zkoumali Arnold Sommerfeld (1907, 1914) a Léon Brillouin (1914). Došli k závěru, že v takových případech se rychlost signálu nerovná skupinové rychlosti, ale přední rychlosti, která nikdy není rychlejší než rychlost světla. Podobně se také tvrdí, že zjevné nadsvětelné efekty objevené Günterem Nimtzem lze vysvětlit důkladným zvážením příslušných rychlostí.

Také kvantové zapletení (označované Einsteinem jako „strašidelné působení na dálku“), podle kterého nelze kvantový stav jedné zapletené částice plně popsat bez popisu druhé částice, neznamená superluminální přenos informací (viz kvantová teleportace ), a je tedy ve shodě se speciální relativitou.

Paradoxy

Nedostatečná znalost základů speciální relativity, zejména aplikace Lorentzovy transformace v souvislosti s kontrakcí délky a dilatací času , vedla a stále vede ke konstrukci různých zjevných paradoxů . Jak paradox dvojčat a Ehrenfest paradox a jejich vysvětlení již bylo zmíněno výše. Kromě paradoxu dvojčat byla Herbert Dingle a další silně kritizována také vzájemnost dilatace času ( tj. Každý setrvačně se pohybující pozorovatel považuje hodiny druhého za rozšířené) . Například Dingle na konci 50. let napsal sérii dopisů přírodě . Vlastní konzistence vzájemnosti dilatace času však již dlouho předtím názorně prokázal Lorentz (ve svých přednáškách z roku 1910, publikoval 1931) a mnoho dalších-zmiňovali se o tom, že je nutné pouze pečlivě zvážit příslušná pravidla měření a relativitu simultánnosti . Dalšími známými paradoxy jsou paradox žebříku a paradox Bellovy kosmické lodi , které lze také jednoduše vyřešit zvážením relativity simultánnosti.

Aether a absolutní prostor

Mnoho fyziků (jako Hendrik Lorentz , Oliver Lodge , Albert Abraham Michelson , Edmund Taylor Whittaker , Harry Bateman , Ebenezer Cunningham , Charles Émile Picard , Paul Painlevé ) bylo nepříjemných s odmítnutím éteru a raději interpretovali Lorentzovu transformaci na základě existence preferovaného referenčního rámce, jak je uvedeno v éterových teoriích Lorentze, Larmora a Poincarého. Myšlenka éteru skrytá před jakýmkoli pozorováním nebyla podporována mainstreamovou vědeckou komunitou, a proto teorii éteru Lorentze a Poincarého nahradila Einsteinova speciální relativita, která byla následně formulována v rámci čtyřrozměrného časoprostoru Minkowským.

Jiní, jako například Herbert E. Ives, tvrdili, že by bylo možné experimentálně určit pohyb takového éteru, ale to nebylo nikdy nalezeno navzdory četným experimentálním testům Lorentzovy invariance (viz testy speciální relativity ).

Také pokusy zavést nějaký druh relativistického éteru (v souladu s relativitou) do moderní fyziky, jako Einstein na základě obecné relativity (1920) nebo Paul Dirac ve vztahu ke kvantové mechanice (1951), nebyly podporovány vědeckými komunita (viz Luminiferous aether#Konec éteru? ).

V jeho Nobelově přednášce , George F. Smoot (2006) popsal své vlastní experimenty na kosmické mikrovlnné záření pozadí anizotropie jako „unášení experimentů New Aether“. Smoot vysvětlil, že „jeden problém, který je třeba překonat, je silná předpojatost dobrých vědců, kteří se poučili z experimentu Michelsona a Morleye a speciální relativity, že neexistují žádné upřednostňované referenční rámce“. Pokračoval, že „existuje vzdělávací práce, která je má přesvědčit, že to neporušuje zvláštní relativitu, ale našlo rámec, v němž expanze vesmíru vypadala obzvláště jednoduše“.

Alternativní teorie

Teorie úplného éterového odporu , jak ji navrhl George Gabriel Stokes (1844), byla některými kritiky použita jako Ludwig Silberstein (1920) nebo Philipp Lenard (1920) jako protimodel relativity. V této teorii byl éter zcela vtažen dovnitř a v blízkosti hmoty a věřilo se, že různé jevy, jako je absence éterového driftu, lze tímto modelem vysvětlit „ilustrativně“. Takové teorie však čelí velkým obtížím. Zvláště aberace světla byla v rozporu s teorií a všechny pomocné hypotézy, které byly vynalezeny k její záchraně, jsou protichůdné, extrémně nepravděpodobné nebo v rozporu s jinými experimenty, jako je experiment Michelson – Gale – Pearson . Stručně řečeno, zdravý matematický a fyzický model úplného aerodynamického odporu nebyl nikdy vynalezen, a proto tato teorie nebyla vážnou alternativou relativity.

Další alternativou byla takzvaná emisní teorie světla. Stejně jako ve speciální relativitě je éterový koncept zahozen, hlavní rozdíl oproti relativitě však spočívá v tom, že rychlost světelného zdroje se přidá k rychlosti světla v souladu s galilejskou transformací . Jako hypotéza úplného vlečení éteru může vysvětlit negativní výsledek všech experimentů s driftem éteru. Přesto existují různé experimenty, které této teorii odporují. Například Sagnacův efekt je založen na nezávislosti rychlosti světla na rychlosti zdroje a podle tohoto modelu by měl být zakódován obraz dvojitých hvězd - což nebylo pozorováno. Také v moderních experimentech na urychlovačích částic nebyla taková závislost na rychlosti pozorována. Tyto výsledky jsou dále potvrzeny De Sitterovým experimentem s dvojitou hvězdou (1913), definitivně opakovaným v rentgenovém spektru K. Brecherem v roce 1977; a pozemský experiment od Alvägera a kol . (1963) ;, které všechny ukazují, že rychlost světla je nezávislá na pohybu zdroje v mezích experimentální přesnosti.

Princip stálosti rychlosti světla

Někteří považují princip stálosti rychlosti světla za nedostatečně podložený. Jak však již ukázal Robert Daniel Carmichael (1910) a další, stálost rychlosti světla lze interpretovat jako přirozený důsledek dvou experimentálně prokázaných skutečností:

1. Rychlost světla je nezávislá na rychlosti zdroje , jak ukazuje experiment De Sitter s dvojitou hvězdou , Sagnacův efekt a mnoho dalších (viz emisní teorie ).
2. Rychlost světla je nezávislá na směru rychlosti pozorovatele , jak bylo prokázáno Michelson-Morley experiment , Kennedy-Thorndike experimentu , a mnoho dalších (viz luminiferous éter ).

Mějte na paměti, že měření rychlosti světla jsou ve skutečnosti měření obousměrné rychlosti světla, protože jednosměrná rychlost světla závisí na tom, která konvence je zvolena pro synchronizaci hodin.

Obecná relativita

Obecná kovariance

Einstein zdůraznil důležitost obecné kovariance pro vývoj obecné relativity a zaujal stanovisko, že obecná kovariance jeho gravitační teorie z roku 1915 zajišťuje implementaci generalizovaného principu relativity. Tento pohled zpochybnil Erich Kretschmann (1917), který tvrdil, že každou teorii prostoru a času (dokonce včetně newtonovské dynamiky) lze formulovat kovariantním způsobem, pokud jsou zahrnuty další parametry, a tedy obecná kovarianční teorie by byla sama o sobě nestačí k implementaci generalizovaného principu relativity. Ačkoli Einstein (1918) s tímto argumentem souhlasil, tvrdil také, že newtonovská mechanika v obecné kovariantní formě by byla pro praktické použití příliš komplikovaná. Ačkoli se nyní chápe, že Einsteinova reakce na Kretschmanna byla mylná (následující články ukázaly, že taková teorie by byla stále použitelná), lze ve prospěch obecné kovariance uvést další argument: je to přirozený způsob, jak vyjádřit princip ekvivalence , tj . ekvivalence v popisu volně padajícího pozorovatele a pozorovatele v klidu, a proto je vhodnější použít obecnou kovarianci společně s obecnou relativitou než s newtonovskou mechanikou. S tím je spojena i otázka absolutního pohybu. Einstein tvrdil, že obecná kovariance jeho gravitační teorie podporuje Machův princip , který by eliminoval jakýkoli „absolutní pohyb“ v rámci obecné relativity. Jak však poukázal Willem de Sitter v roce 1916, Machův princip není v obecné relativitě zcela naplněn, protože existují řešení hmotných rovnic bez hmoty. To znamená, že „inertní gravitační pole“, které popisuje gravitaci i setrvačnost, může existovat bez gravitační hmoty. Jak však zdůraznil Einstein, mezi tímto konceptem a absolutním Newtonovým prostorem je jeden zásadní rozdíl: setrvačně-gravitační pole obecné relativity je určováno hmotou, není tedy absolutní.

Debata Bad Nauheim

V „Debatě o Bad Nauheimu“ (1920) mezi Einsteinem a (mimo jiné) Philippem Lenardem uvedl tento námitky: Kritizoval nedostatek „ilustrativnosti“ Einsteinovy ​​verze relativity, podmínku, kterou navrhl, lze splnit pouze teorií éteru. Einstein odpověděl, že pro fyziky se obsah „ilustrativity“ nebo „ zdravého rozumu “ v čase změnil, takže již nemohl být použit jako kritérium pro platnost fyzikální teorie. Lenard také tvrdil, že Einstein svou relativistickou gravitační teorií mlčky znovu zavedl éter pod názvem „vesmír“. Zatímco tento poplatek odmítl (mimo jiné) Hermann Weyl , na inauguračním projevu uvedeném na univerzitě v Leidenu v roce 1920, krátce po debatách o Bad Nauheimu, sám Einstein uznal, že podle jeho obecné teorie relativity tzv. prostor “má fyzikální vlastnosti, které ovlivňují hmotu a naopak . Lenard také tvrdil, že Einsteinova obecná teorie relativity připouští existenci nadsvětelných rychlostí, v rozporu s principy speciální relativity; například v rotujícím souřadnicovém systému, ve kterém je Země v klidu, se vzdálené body celého vesmíru otáčejí kolem Země nadsvětelnými rychlostmi. Jak však Weyl zdůraznil, není správné zacházet s rotujícím rozšířeným systémem jako tuhým tělesem (ani ve speciální, ani v obecné relativitě) - rychlost signálu objektu tedy nikdy nepřekročí rychlost světla. Další kritika, kterou vznesli Lenard i Gustav Mie, se týkala existence „fiktivních“ gravitačních polí ve zrychlujících se rámcích, které podle Einsteinova principu ekvivalence nejsou o nic méně fyzicky reálné než ty, které vytvářejí materiální zdroje. Lenard a Mie tvrdili, že fyzické síly mohou být produkovány pouze skutečnými hmotnými zdroji, zatímco gravitační pole, které měl Einstein předpokládat v zrychlujícím referenčním rámci, nemá žádný konkrétní fyzický význam. Einstein odpověděl, že na základě Machova principu lze o těchto gravitačních polích uvažovat jako o indukovaných vzdálenými masami. V tomto ohledu byla kritika Lenarda a Mie ospravedlněna, protože podle moderního konsensu, ve shodě s Einsteinovými vyspělými názory, Machův princip, jak jej původně pojal Einstein, není ve skutečnosti podporován obecnou relativitou, jak již bylo uvedeno výše.

Silberstein – Einstein kontroverze

Ludwik Silberstein , který byl původně zastáncem speciální teorie, při různých příležitostech protestoval proti obecné relativitě. V roce 1920 tvrdil, že vychýlení světla sluncem, jak pozorovali Arthur Eddington a kol. (1919), nemusí být nutně potvrzením obecné relativity, ale může být také vysvětleno Stokes-Planckovou teorií úplného éterového odporu. Takové modely jsou však v rozporu s aberací světla a dalšími experimenty (viz „Alternativní teorie“). V roce 1935 Silberstein tvrdil, že našel rozpor v problému dvou těl v obecné relativitě . Toto tvrzení vyvrátili Einstein a Rosen (1935).

Filozofická kritika

Důsledky relativity, jako je změna běžných pojmů prostoru a času, jakož i zavedení neeuklidovské geometrie do obecné relativity, kritizovali někteří filozofové různých filozofických škol . Mnoho filozofických kritiků mělo nedostatečné znalosti matematického a formálního základu relativity, což vedlo ke kritice, která často postrádala podstatu věci. Například relativita byla mylně interpretována jako nějaká forma relativismu . To je však zavádějící, jak zdůraznili Einstein nebo Planck. Na jedné straně je pravda, že prostor a čas se staly relativními a setrvačné referenční rámce jsou zpracovávány na stejné úrovni. Na druhou stranu tato teorie činí přírodní zákony invariantními - příklady jsou stálost rychlosti světla nebo kovariance Maxwellových rovnic. V důsledku toho jej Felix Klein (1910) místo teorie relativity nazval „invariantní teorií Lorentzovy skupiny“ a Einstein (který údajně používal výrazy jako „absolutní teorie“) s tímto výrazem také sympatizoval.

Kritické reakce na relativitu vyjádřili také zastánci neokantovství ( Paul Natorp , Bruno Bauch atd.) A fenomenologie ( Oskar Becker , Moritz Geiger atd.). Zatímco někteří z nich odmítli pouze filozofické důsledky, jiní odmítli také fyzické důsledky teorie. Einstein byl kritizován za porušování Immanuel Kant je kategorické schéma, tj , se tvrdilo, že časoprostor zakřivení způsobené hmoty a energie je nemožné, protože hmota a energie již vyžadují, aby pojmy prostoru a času. Také trojrozměrnost prostoru, euklidovská geometrie a existence absolutní simultánnosti byly prohlašovány za nezbytné pro pochopení světa; žádný z nich nemůže být empirickými nálezy pozměněn. Přesunutím všech těchto konceptů do metafyzické oblasti by bylo zabráněno jakékoli formě kritiky kantianismu . Ostatní pseudokantovci jako Ernst Cassirer nebo Hans Reichenbach (1920) se pokusili upravit Kantovu filozofii. Následně Reichenbach kantianismus vůbec odmítl a stal se zastáncem logického pozitivismu .

Na základě Henri Poincaré ‚s konvencionalismu , filozofové takový jako Pierre Duhem (1914) a Hugo Dingler (1920) tvrdil, že klasické pojetí prostoru, času a geometrie byla a vždy bude, že nejvhodnější výrazy v přírodních vědách, a proto pojmy relativity nemohou být správné. To bylo kritizováno zastánci logického pozitivismu, jako jsou Moritz Schlick , Rudolf Carnap a Reichenbach. Tvrdili, že Poincaréův konvencionalismus by mohl být upraven tak, aby byl v souladu s relativitou. Ačkoli je pravda, že základní předpoklady newtonovské mechaniky jsou jednodušší, lze je uvést do souladu s moderními experimenty pouze vynalézáním pomocných hypotéz. Na druhou stranu relativita takové hypotézy nepotřebuje, takže z koncepčního hlediska je relativita ve skutečnosti jednodušší než newtonovská mechanika.

Někteří zastánci filozofie života , vitality , kritického realismu (v německy mluvících zemích) tvrdili, že existuje zásadní rozdíl mezi fyzickými, biologickými a psychologickými jevy. Například Henri Bergson (1921), který byl jinak zastáncem speciální relativity, tvrdil, že dilataci času nelze aplikovat na biologické organismy, proto popřel relativistické řešení paradoxu dvojčat. Tato tvrzení však odmítli Paul Langevin, André Metz a další. Biologické organismy se skládají z fyzikálních procesů, takže není důvod předpokládat, že nepodléhají relativistickým efektům, jako je dilatace času.

Filozof Oskar Kraus (1921) a další na základě filozofie fikcionalismu tvrdili, že základy relativity jsou pouze fiktivní a dokonce si protiřečí. Příkladem byla stálost rychlosti světla, dilatace času, kontrakce délky. Tyto efekty se zdají být matematicky konzistentní jako celek, ale ve skutečnosti údajně nejsou pravdivé. Přesto byl tento pohled okamžitě odmítnut. Základy relativity (jako je princip ekvivalence nebo princip relativity) nejsou fiktivní, ale založené na experimentálních výsledcích. Také efekty, jako je stálost rychlosti světla a relativita simultánnosti, nejsou v rozporu, ale vzájemně se doplňují.

V Sovětském svazu (většinou ve 20. letech 20. století) byla filozofická kritika vyjádřena na základě dialektického materialismu . Teorie relativity byla odmítnuta jako anti-materialistická a spekulativní a jako alternativa byl vyžadován mechanistický pohled na svět založený na „ zdravém rozumu “. K podobné kritice došlo také v Čínské lidové republice během kulturní revoluce . (Na druhou stranu jiní filozofové považovali relativitu za kompatibilní s marxismem .)

Humbuk relativity a populární kritika

Ačkoli Planck již v roce 1909 porovnával změny způsobené relativitou s Koperníkovou revolucí , a přestože speciální relativita byla většinou teoretických fyziků a matematiků přijata do roku 1911, nebylo to před zveřejněním experimentálních výsledků expedic za zatměním (1919) skupinou kolem Arthura Stanleyho Eddingtona, že si veřejnost všimla relativity. Poté, co Eddington publikoval výsledky zatmění, byl Einstein zářně chválen v hromadných sdělovacích prostředcích a byl srovnáván s Nikolausem Copernicem , Johannesem Keplerem a Isaacem Newtonem , což způsobilo populární „humbuk relativity“ („Relativitätsrummel“, jak mu říkal Sommerfeld, Einstein a další). To vyvolalo protireakci některých vědců a vědeckých laiků, kteří nemohli přijmout pojmy moderní fyziky, včetně teorie relativity a kvantové mechaniky. Následná veřejná kontroverze ohledně vědeckého stavu Einsteinovy ​​gravitační teorie, která byla bezprecedentní, byla částečně provedena v tisku. Část kritiky nebyla zaměřena pouze na relativitu, ale osobně i na Einsteina, kterého někteří z jeho kritiků obvinili z toho, že stál za propagační kampaní v německém tisku.

Akademická a neakademická kritika

Někteří akademičtí vědci, zejména experimentální fyzici jako nositelé Nobelovy ceny Philipp Lenard a Johannes Stark , stejně jako Ernst Gehrcke , Stjepan Mohorovičić , Rudolf Tomaschek a další kritizovali rostoucí abstrakci a matematizaci moderní fyziky, zejména ve formě teorie relativity , a později kvantová mechanika . Bylo to vnímáno jako tendence k budování abstraktní teorie, spojená se ztrátou intuitivního „zdravého rozumu“. Relativita byla ve skutečnosti první teorií, ve které se předpokládalo, že byla prokázána nedostatečnost „ilustrativní“ klasické fyziky. Někteří z Einsteinových kritiků tento vývoj ignorovali a pokusili se revitalizovat starší teorie, jako jsou modely éterového odporu nebo emisní teorie (viz „Alternativní teorie“). Tyto kvalitativní modely však nebyly nikdy dostatečně pokročilé, aby mohly konkurovat úspěchu přesných experimentálních předpovědí a vysvětlujících schopností moderních teorií. Navíc došlo také k velké rivalitě mezi experimentálními a teoretickými fyziky, pokud jde o profesorskou činnost a obsazení kateder na německých univerzitách. Názory se střetly při „ debatách o Bad Nauheimu “ v roce 1920 mezi Einsteinem a (mimo jiné) Lenardem, které přitahovaly velkou pozornost veřejnosti.

Kromě toho existovalo mnoho kritiků (s tělesným tréninkem nebo bez nich), jejichž myšlenky byly daleko mimo vědecký mainstream. Tito kritici byli většinou lidé, kteří vyvinuli své myšlenky dlouho před vydáním Einsteinovy ​​verze relativity, a pokusili se přímo vyřešit některá nebo všechna záhada světa. Wazeck (který studoval některé německé příklady) proto dal těmto „svobodným badatelům“ název „světový řešitel hádanek“ („Welträtsellöser“, například Arvid Reuterdahl , Hermann Fricke nebo Johann Heinrich Ziegler). Jejich názory měly zcela odlišné kořeny v monismu , lebensreformě nebo okultismu . Jejich názory byly typicky charakterizovány skutečností, že prakticky odmítly celou terminologii a (především matematické) metody moderní vědy. Jejich práce byly publikovány soukromými vydavateli nebo v populárních a nespecializovaných časopisech. Pro mnoho „svobodných badatelů“ (zejména monistů) bylo významné vysvětlit všechny jevy intuitivními a názornými mechanickými (nebo elektrickými) modely, které také našly svůj výraz v jejich obraně éteru. Z tohoto důvodu vznesli námitky proti abstraktnosti a nevyzpytatelnosti teorie relativity, která byla považována za čistou výpočetní metodu, která nemůže odhalit skutečné důvody těchto jevů. „Volní badatelé“ často používali Mechanická vysvětlení gravitace , ve kterých je gravitace způsobena jakýmsi „éterovým tlakem“ nebo „hmotnostním tlakem z dálky“. Takové modely byly považovány za ilustrativní alternativu k abstraktním matematickým teoriím gravitace Newtona i Einsteina. Pozoruhodné je obrovské sebevědomí „svobodných badatelů“, protože nejenže věřili, že vyřešili velké hádanky světa, ale mnozí také zřejmě očekávali, že rychle přesvědčí vědeckou komunitu.

Protože se Einstein těmto útokům bránil jen zřídka, ujali se tohoto úkolu další teoretici relativity, kteří (podle Hentschela) vytvořili kolem Einsteina jakýsi „obranný pás“. Někteří představitelé byli Max von Laue , Max Born atd. A na populárně-vědecké a filozofické úrovni Hans Reichenbach , André Metz atd., Kteří vedli mnoho diskusí s kritiky v semi-populárních časopisech a novinách. Většina těchto diskusí však od začátku selhala. Fyzici jako Gehrcke, někteří filozofové a „svobodní badatelé“ byli tak posedlí svými vlastními nápady a předsudky, že nebyli schopni pochopit základy relativity; v důsledku toho účastníci diskusí hovořili jeden přes druhého. Teorie, kterou kritizovali, ve skutečnosti nebyla relativitou, ale spíše její karikaturou. Vědecká komunita „svobodné badatele“ většinou ignorovala, ale časem se také respektovaní fyzici jako Lenard a Gehrcke ocitli v pozici mimo vědeckou komunitu. Kritici však nevěřili, že to bylo kvůli jejich nesprávným teoriím, ale spíše kvůli spiknutí relativistických fyziků (a také ve 20. a 30. letech minulého století Židů ), které se údajně snažily kritiky potlačit, a zachovat a zlepšit své vlastní pozice v akademickém světě. Gehrcke (1920/24) například zastával názor, že šíření relativity je produktem jakési masové sugesce . Proto pověřil službu monitorování médií, aby shromáždila více než 5 000 novinových výstřižků, které se týkaly relativity, a svá zjištění publikoval v knize. Gehrckeova tvrzení však byla zamítnuta, protože prostá existence „humbuku relativity“ nevypovídá nic o platnosti teorie, a proto ji nelze použít pro ani proti relativitě.

Poté se někteří kritici pokusili zlepšit své pozice vytvořením aliancí . Jednou z nich byla „Akademie národů“, kterou v roce 1921 v USA založili Robert T. Browne a Arvid Reuterdahl . Dalšími členy byli Thomas Jefferson Jackson See a také Gehrcke a Mohorovičić v Německu. Není známo, zda byli členy i další američtí kritici jako Charles Lane Poor , Charles Francis Brush , Dayton Miller . Aliance zanikla již v polovině 20. let 20. století v Německu a do roku 1930 v USA.

Šovinismus a antisemitismus

Krátce před a během první světové války se objevila nacionalisticky motivovaná kritika relativity a moderní fyziky. Například Pierre Duhem považoval relativitu za produkt „příliš formálního a abstraktního“ německého ducha, který byl v rozporu s „zdravým rozumem“. Podobně populární kritika v Sovětském svazu a Číně, která byla částečně politicky organizovaná, odmítla teorii nikoli kvůli faktickým námitkám, ale jako ideologicky motivovanou jako produkt západní dekadence.

V těchto zemích tedy byli nepřáteli Němci nebo západní civilizace. V Německu však židovský původ některých předních zastánců relativity, jako byl Einstein a Minkowski, z nich učinil terče rasově smýšlejících kritiků, ačkoli mnoho Einsteinových německých kritiků takové motivy neprokázalo. Inženýr Paul Weyland , známý nacionalistický agitátor, uspořádal první veřejné setkání proti relativitě v Berlíně v roce 1919. Zatímco Lenard a Stark byli známí také svými nacionalistickými názory, odmítli se účastnit Weylandových shromáždění a Weylandova kampaň nakonec vyprchala kvůli nedostatek prominentních řečníků. Lenard a další místo toho reagovali na Einsteinovu výzvu svým profesionálním kritikům diskutovat o jeho teoriích na vědecké konferenci pořádané každoročně v Bad Nauheimu. Zatímco Einsteinovi kritici, bez jakéhokoli skutečného zdůvodnění, že Einstein stojí za aktivitami německého tisku při prosazování triumfu relativity, se ve svých dřívějších publikacích obecně vyhýbali antisemitským útokům, později bylo mnohým pozorovatelům jasné, že antisemitismus hraje významnou roli v některé útoky.

V reakci na tuto základní náladu sám Einstein v novinovém článku otevřeně spekuloval, že kromě nedostatečných znalostí teoretické fyziky antisemitismus alespoň částečně motivuje jejich kritiku. Někteří kritici, včetně Weylanda, reagovali naštvaně a tvrdili, že taková obvinění z antisemitismu byla učiněna pouze proto, aby kritiky donutila mlčet. Následně Weyland, Lenard, Stark a další jasně ukázali své antisemitské předsudky tím, že začali svou kritiku kombinovat s rasismem . Theodor Fritsch například zdůraznil údajné negativní důsledky „židovského ducha“ ve fyzice relativity a krajní pravice v této propagandě bez překážek pokračovala. Po vraždě Walthera Rathenaua (1922) a vyhrožování vraždou Einsteinovi na nějaký čas opustil Berlín. Gehrckeova kniha „Hromadná sugesce teorie relativity“ (1924) nebyla sama o sobě antisemitská, ale byla chválena krajně pravicovým tiskem jako popis údajného typického židovského chování, které bylo také Einsteinovi osobně přičteno. Philipp Lenard v roce 1922 hovořil o „cizím duchu“ jako o základu relativity a poté se v roce 1924 připojil k nacistické straně ; Totéž učinil Johannes Stark v roce 1930. Oba byli zastánci takzvané německé fyziky , která přijímala pouze vědecké poznatky založené na experimentech, a pouze pokud byla přístupná smyslům. Podle Lenarda (1936) jde o „ árijskou fyziku nebo fyziku člověka severského druhu “ na rozdíl od údajné formálně-dogmatické „židovské fyziky“. Další antisemitské kritiky lze nalézt ve spisech Wilhelma Müllera , Bruna Thüringa a dalších. Müller například chybně tvrdil, že relativita je čistě „židovská záležitost“ a odpovídá „židovské podstatě“ atd., Zatímco Thüring porovnával Talmud a relativitu.

Obvinění z plagiátorství a prioritní diskuse

Někteří Einsteinovi kritici, jako Lenard, Gehrcke a Reuterdahl, ho obvinili z plagiátorství a zpochybnili jeho prioritní nároky na autorství teorie relativity. Cílem těchto obvinění bylo propagovat tradičnější alternativy k Einsteinovu abstraktnímu hypoteticko-deduktivnímu přístupu k fyzice, zatímco samotný Einstein měl být osobně zdiskreditován. Einsteinovi zastánci tvrdili, že taková osobní obvinění byla neopodstatněná, protože fyzický obsah a použitelnost dřívějších teorií byly zcela odlišné od Einsteinovy ​​teorie relativity. Jiní však tvrdili, že mezi nimi Poincaré a Lorentz dříve publikovali několik základních prvků Einsteinova článku o relativitě z roku 1905, včetně zobecněného principu relativity, který měl Poincaré zamýšlet, aby se vztahoval na veškerou fyziku. Nějaké příklady:

• Johann Georg von Soldner (1801) byl připočítán za jeho výpočet průhybu světla v blízkosti nebeských těles, dlouho před Einsteinovou předpovědí, která byla založena na obecné relativitě. Soldnerova derivace však nemá nic společného s Einsteinovou, protože byla plně založena na Newtonově teorii a poskytla pouze polovinu hodnoty, jak předpovídala obecná relativita.
• Paul Gerber (1898) publikoval vzorec pro zálohu Merkuru na perihélium, který byl formálně identický s přibližným řešením poskytnutým Einsteinem. Protože však Einsteinův vzorec byl pouze aproximací, řešení nejsou identická. Gerberova derivace navíc nemá žádnou souvislost s obecnou relativitou a byla dokonce považována za nesmyslnou.
• Woldemar Voigt (1887) odvodil transformaci , která je velmi podobná Lorentzově transformaci . Jak sám Voigt uznal, jeho teorie nebyla založena na elektromagnetické teorii, ale na modelu pružného éteru. Jeho transformace také porušuje princip relativity.
• Friedrich Hasenöhrl (1904) aplikoval koncept elektromagnetické hmotnosti a hybnosti (které byly známy dlouho předtím) na dutinové záření a tepelné záření . Einsteinova ekvivalence hmotnosti a energie Einsteina však jde mnohem dále, protože je odvozena z principu relativity a platí pro všechny formy energie.
• Menyhért Palágyi (1901) vyvinul filozofický model „časoprostoru“, v němž čas hraje roli imaginární čtvrté dimenze. Palágyiho model byl pouze přeformulováním newtonovské fyziky a neměl žádnou souvislost s elektromagnetickou teorií, principem relativity ani se stálostí rychlosti světla.

Někteří současní historici vědy oživili otázku, zda byl Einstein pravděpodobně ovlivněn myšlenkami Poincarého, který jako první uvedl princip relativity a aplikoval jej na elektrodynamiku, vyvíjel interpretace a modifikace Lorentzovy elektronové teorie, které podle všeho předvídaly, co je nyní nazývaná speciální relativita. Další diskuse se týká možného vzájemného vlivu mezi Einsteinem a Davidem Hilbertem, pokud jde o dokončení polních rovnic obecné relativity (viz spor o prioritu relativity ).

Sto autorů proti Einsteinovi

Sbírku různých kritik lze nalézt v knize Hundert Autoren gegen Einstein ( Sto autorů proti Einsteinovi ), vydané v roce 1931. Obsahuje velmi krátké texty od 28 autorů a úryvky z publikací dalších 19 autorů. Zbytek tvoří seznam, který také zahrnuje lidi, kteří jen nějakou dobu byli proti relativitě. Z Einsteinových konceptů je nejcílenější časoprostor následovaný rychlostí světla jako konstantou a relativitou simultánnosti , další pojmy následují. Kromě filozofických námitek (většinou založených na kantianismu ) byly zahrnuty také některé údajné elementární selhání teorie; jak však někteří poznamenali, tyto neúspěchy byly způsobeny nepochopením autorů ohledně relativity. Například Hans Reichenbach napsal zprávu v zábavné části novin a popsal knihu jako „velkolepou sbírku naivních chyb“ a jako „nezamýšlenou hloupou literaturu“. Albert von Brunn knihu interpretoval jako brožuru „takové žalostné bezmocnosti, jaká se jinde vyskytuje pouze v politice“ a „úpadek do 16. a 17. století“, a dospěl k závěru „lze jen doufat, že německá věda už nebude takovým způsobem v rozpacích smutní čmáranci “a Einstein v reakci na knihu řekl, že kdyby se mýlil, stačil by jeden autor.

Podle Goennera jsou příspěvky do knihy směsicí matematicko -fyzické neschopnosti, arogance a pocitů kritiků, kteří jsou potlačováni současnými fyziky obhajujícími novou teorii. Kompilace autorů ukazuje, pokračuje Goenner, že to nebyla reakce ve fyzikální komunitě-pouze jeden fyzik ( Karl Strehl ) a tři matematici ( Jean-Marie Le Roux , Emanuel Lasker a Hjalmar Mellin ) byli přítomni-ale reakce nedostatečně vzdělaného akademického občanství, které nevědělo, co s relativitou. Pokud jde o průměrný věk autorů: 57% bylo podstatně starších než Einstein, jedna třetina byla přibližně stejného věku a pouze dvě osoby byly podstatně mladší. Dva autoři (Reuterdahl, von Mitis) byli antisemitští a čtyři další byli možná spojeni s nacistickým hnutím. Na druhou stranu v knize nelze nalézt žádný antisemitský výraz a její součástí jsou i příspěvky některých autorů židovského původu (Salomo Friedländer, Ludwig Goldschmidt, Hans Israel, Emanuel Lasker , Oskar Kraus , Menyhért Palágyi ).

Stav kritiky

Teorie relativity je považována za self-konzistentní, je v souladu s mnoha experimentálními výsledky a slouží jako základ mnoha úspěšných teorií, jako je kvantová elektrodynamika . Základní kritika (jako ta Herberta Dingleho , Louis Essena , Petra Beckmanna , Maurice Allaise a Toma van Flanderna ) proto nebyla vědeckou komunitou brána vážně a vzhledem k nedostatečné kvalitě mnoha kritických publikací (nalezených v procesu of peer review ), které byly vzácně přijat k publikaci v renomovaných vědeckých časopisech. Stejně jako ve 20. letech 20. století je většina kritických děl publikována v malých publikačních domech, alternativních časopisech (jako „Apeiron“ nebo „Galilean Electrodynamics“) nebo na soukromých webových stránkách. V důsledku toho tam, kde se kritikou relativity zabývala vědecká komunita, to bylo většinou v historických studiích.

To však neznamená, že v moderní fyzice nedochází k dalšímu rozvoji. Postup technologie v průběhu času vedl k extrémně přesným způsobům testování předpovědí relativity a dosud úspěšně prošel všemi testy (například v urychlovačích částic k testování speciální relativity a astronomickými pozorováními k testování obecné relativity). Kromě toho v teoretické oblasti pokračuje výzkum zaměřený na sjednocení obecné relativity a kvantové teorie, mezi nimiž stále zůstává zásadní nekompatibilita. Nejslibnějšími modely jsou teorie strun a kvantová gravitace smyčky . Některé variace těchto modelů také předpovídají porušení Lorentzovy invariance ve velmi malém měřítku.

Viz také

• Alternativy k obecné relativitě
• Věda na okraji
• Historie speciální relativity

Reference

Historické analýzy

Papíry relativity

Kritické práce

externí odkazy

• Výstřižky z novin a díla shromážděná Gehrckem a Reuterdahlem tvoří důležitý základ pro historický výzkum kritiky relativity;
  • Ernst Gehrcke Papers . Více než 2700 novinových článků shromážděných společností Gehrcke, digitalizovaných na MPIWG .
  • Arvid Reuterdahl Papers , vykopané knihovnami University of St. Thomas, které jsou přístupné online .