Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Lịch sử thuyết tương đối hẹp”
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
→Mô hình của Lorentz 1904: clean up, replaced: → using AWB |
n AlphamaEditor, thêm ref thiếu nội dung, Excuted time: 00:00:21.2440000 |
||
Dòng 30:
[[Tập tin:Hendrik Antoon Lorentz, in 1916 geschilderd door Menso Kamelingh Onnes.jpg|nhỏ|phải|Hendrik Antoon Lorentz]] Lorentz (1892a) đặt cơ sở cho lý thuyết Ether Lorentz bằng cách giả sử sự tồn tại các [[electron]] tách biệt khỏi Ether, và thay thế các phương trình "Maxwell-Hertz" bằng các phương trình "Maxwell-Lorentz". Trong mô hình của ông, Ether hoàn toàn không chuyển động, và ngược lại với lý thuyết của Fresnel, nó cũng không bị kéo theo từng phần bởi vật chất. Một hệ quả quan trọng của quan điểm này là vận tốc của ánh sáng hoàn toàn độc lập với vận tốc của nguồn sáng.Lorentz không đưa ra quan điểm về bản chất cơ học của ether và các quá trình điện từ, nhưng ngược lại cố gắng giải thích các quá trình cơ học do điện từ đã tạo ra một ether điện từ giả tưởng(an abstract electromagnetic æther). Trong lý thuyết của mình, Lorentz đã tính toán, giống như Heaviside, sự co lại của trường tĩnh điện.<ref>Janssen (1995), Ch. 3.3</ref> Lorentz (1895) cũng đưa ra cái mà ông gọi là "Định lý các trạng thái tương ứng" cho các số hạng có bậc nhất theo v/c. Định lý nói rằng một người quan sát chuyển động (tương đối với Ether) trong một trường 'giả' của anh ta sẽ quan sát giống như những người quan sát khác khi đứng yên trong trường 'thật' của anh ta. Một phần quan trọng của định lý là thời gian cục bộ ''t''′ = ''t'' − ''vx''/''c''<sup>2</sup>, nó sẽ mở đường đến phép biến đổi Lorentz mà ông đã đưa ra độc lập với Voigt. Cùng với khái niệm thời gian cục bộ, Lorentz có thể giải thích hiện tượng [[quang sai (định hướng)|quang sai]], [[hiệu ứng Doppler]] và thí nghiệm của Fizeau. Tuy nhiên, thời gian cục bộ của Lorentz chỉ là một công cụ toán học phụ trợ để làm đơn giản phép biến đổi từ một hệ sang hệ khác - cho đến khi Poincaré (1900) nhận ra rằng "thời gian cục bộ" được biểu lộ thực sử bởi các đồng hồ di chuyển.<ref>Miller (1982)</ref><ref>Zahar (1989)</ref><ref name="Galison 2002">Galison (2002)</ref> Lorentz cũng nhận ra là quả thực lý thuyết của ông đã vi phạm nguyên lý tác dụng và phản tác dụng, do ether tác dụng lên vật chất, nhưng vật chất không thể tác dụng lên ether đứng im.<ref name="Janssen 1995, Ch. 3.1">Janssen (1995), Ch. 3.1</ref>
Một mô hình tương tự được nghĩ ra bởi [[Joseph Larmor]] (1897, 1900). Larmor là người đầu tiên viết phép biến đổi Lorentz (1895) thành dạng đại số tương đương với phép biến đổi Lorentz hiện đại. Tuy nhiên, ông cho rằng phép biến đổi của ông giữ nguyên dạng của các phương trình Maxwell chỉ đối với bậc hai của v/c. Lorentz sau đó đã chỉ ra rằng những phép biến đổi này quả thực bảo tồn dạng các phương trình Maxwell đối với mọi bậc của v/c. Larmor chú đến sự kiện này, rằng không chỉ sự co ngắn độ dài được dẫn ra từ phép biến đổi, mà ông cũng tính toán ra một vài loại giãn thời gian đối với các quỹ đạo của các electron. Larmor công bố các kết quả của mình vào năm 1900.<ref name=pais>Pais (1982), Chap. 6b</ref><ref>Macrossan (1986)</ref> Độc lập với Larmor, Lorentz (1899) cũng mở rộng phép biến đổi của ông cho các số hạng bậc hai và cũng chú ý đến (về mặt toán học) hiệu ứng giãn thời gian. Sự kết hợp với khẳng định của Thomson là sự phụ thuộc vào vận tốc của khối lượng là rất quan trọng đối với lý thuyết của ông. Lorentz thấy rằng khối lượng không chỉ thay đổi theo vận tốc, mà cũng phụ thuộc vào hướng chuyển động, và ông đưa ra hai loại khối lượng mà Abraham sau đó gọi là khối lượng "dọc" và "ngang". (Khối lượng ngang tương ứng với khái niệm của ngày nay là [[khối lượng#Khối lượng tương đối tính|khối lượng tương đối tính]].<ref>Janssen (1995), Ch. 3.4</ref>
[[Wilhelm Wien]] (1900) giả sử rằng (theo các công việc của Thomson, Hearviside, and Searle) rằng "toàn bộ" khối lượng có nguồn gốc của điện từ và công thức cho mối liên hệ khối lượng-năng lượng là ''m'' = (4/3)''E''/''c''<sup>2</sup>. Công thức này đặt trong trường hợp tất cả các lực trong tự nhiên đều là lực điện từ (quan điểm thế giới Điện từ). Wien cho rằng, nếu chúng ta giả sử lực hấp dẫn cũng là một loại lực từ, thì sẽ phải có một tỷ lệ giữa năng lượng điện từ, khối lượng quán tính, và khối lượng hấp dẫn.<ref>Miller (1981), 46, 103</ref> Trong một bài báo, [[Henri Poincaré]] (1900b) đã tìm ra một cách khác để kết hợp giữa các khái niệm khối lượng và năng lượng. Ông nhận ra rằng năng lượng điện từ cư xử như một chất lỏng lý tưởng với mật độ khối lượng ''m'' = ''E''/''c''<sup>2</sup> (or ''E'' = ''mc''<sup>2</sup>) và định nghĩa động lượng của chất điện từ lý tưởng cũng như vậy. Tuy nhiên, ông đã đi đến nghịch lý về phát xạ mà sau đó được giải thích hoàn toàn bởi Einstein vào năm 1905.<ref name="Darrigol 2005, 18-21">Darrigol (2005), 18-21</ref>
Dòng 78:
Vào ngày 5 tháng 6 năm 1905, [[Henri Poincaré]] đã đưa ra giản lược công việc ông thực hiện là sửa đổi những lỗ hổng trong lý thuyết của Lorentz.(Bài báo ngắn này chứa kết quả của một việc nghiên cứu hoàn thiện hơn mà được xuất bản vào tháng 1 năm 1906). Ông chỉ ra rằng các phương trình Lorentz về Điện động lực là chưa hoàn toàn hiệp biến-Lorentz (not fully Lorentz-covariant). Từ đó ông chỉ ra đặc trưng của [[nhóm (đại số)|nhóm]] các phép biến đổi này, và ông đã sửa lại cho đúng các công thức Lorentz cho biến đổi của mật độ điện tích và mật độ dòng(trong đó ẩn chứa tính tương đối hay gọi là công thức cộng vận tốc, sau đó ông gửi chi tiết công việc nghiên cứu này trong một lá thư đến Lorentz vào tháng 5). Poincaré là người đầu tiên sử dụng tên gọi "phép biến đổi Lorentz", và viết ra dạng đối xứng mà nó được sử dụng như ngày nay. Ông đưa ra khái niệm lực liên kết phi điện (ứng suất Poincaré) để đảm bảo sự ổn định của các electron trong nguyên tử và giải thích sự co độ dài. Ông cũng phác thảo ra mô hình bất biến Lorentz cho hấp dẫn (bao gồm sóng hấp dẫn) bằng cách mở rộng phạm vi ảnh hưởng của bất biến Lorentz cho các lực phi điện.<ref>Miller (1981), 79-86</ref><ref>Katzir (2005), 280-288</ref>
Thậm chí Poincaré (độc lập với Einstein) đã hoàn thành cơ bản công việc nghiên cứu mở rộng trong một bài báo của ông vào tháng 6 (bài báo Palermo, nhận được 23 tháng 6, in 14 tháng 12, và phát hành tháng 1 năm 1906). Ông nói theo nghĩa đen về "tiên đề tương đối tính". Ông chỉ ra rằng các phép biến đổi là hệ quả của [[nguyên lý tác dụng tối thiểu]] và phát triển các tính chất của ứng suất Poincaré. Ông diễn giải chi tiết các đặc trưng nhóm của các phép biến đổi, mà ông gọi là nhóm Lorentz, và ông kết luận biểu thức ''x''<sup>2</sup> + ''y''<sup>2</sup> + ''z''<sup>2</sup> − ''c''<sup>2</sup>''t''<sup>2</sup> là bất biến. Trong khi đi sâu vào lý thuyết hấp dẫn của mình, ông nói rằng các phép biến đổi Lorentz chẳng qua chính là phép quay xung quanh tâm trong không gian bốn chiều, bằng cách đưa ra ''ct''√<span style="text-decoration: overline">−1</span> là tọa độ tưởng tượng thứ tư (ngược với Palagyi, ông thêm vào vận tốc ánh sáng), và ông sử dụng dạng ban đầu của bốn-vector. Ông viết rằng sự khám phá ra các tia cathode - magneto của Paul Ulrich Villard (1904) dường như làm sụp đổ toàn bộ lý thuyết Lorentz song vấn đề này có thể nhanh chóng được giải quyết.<ref name=waltc>Walter (2007), Ch. 1</ref> Tuy nhiên, trên quan điểm triết học thì ông từ bỏ khái niệm không gian và thời gian tuyệt đối; nhưng trong bài báo vật lý của ông, ông tiếp tục xét đến sự có mặt của một Ether ẩn. Ông cũng liên tục miêu tả (1900b, 1904, 1906, 1908b) các tọa độ và hiện tượng như cục bộ/biểu kiến (đối với quan sát viên chuyển động) và đúng/thực (true/real) (đối với quan sát viên đứng im trong Ether).<ref name="Galison 2002">Galison (2002)</ref><ref>Miller (1981), 216-217</ref> Do vậy với một vài ngoại lệ <ref>Whittaker (1953), 27-77</ref><ref>Zahar (1989), 149-200</ref><ref>Logunov (2004)</ref> hầu hết các nhà lịch sử khoa học đều cho rằng Poincaré không phát minh ra thuyết mà ngày nay gọi là thuyết tương đối đặc biệt, mặc dù cũng phải thừa nhận Poincaré chưa đọc trước các phương pháp và khái niệm của Einstein.<ref>Holton (1973/1988), 196-206</ref><ref name="Miller 1981">Miller (1981)</ref><ref>Pais (1982), 126-128</ref><ref>Hentschel (1990), 3-13</ref><ref name="Darrigol 2005, 15-18">Darrigol (2005), 15-18</ref><ref>Katzir (2005), 286-288</ref>
==Thuyết tương đối đặc biệt==
Dòng 88:
Do sử dụng phương pháp tiên đề, nên Einstein đã có thể dẫn ra ''mọi kết quả'' của các bậc tiền bối - và thêm vào đó là các công thức cho [[hiệu ứng Doppler]] tương đối tính và [[quang sai (định hướng)|quang sai]] tương đối tính - chỉ trong vài trang giấy, trong khi những nhà khoa học trước ông phải mất nhiều năm với công việc phức tạp để đến được cùng một dạng toán học của lý thuyết. Einstein sử dụng hai nguyên lý cơ sở, ''Nguyên lý Tương đối'' và ''Nguyên lý về vận tốc hằng số của ánh sáng'', tương ứng để giải thích lý thuyết điện từ của Maxwell và sự không tồn tại của Ether, nhưng cũng không đối nghịch với sự công nhận rộng rãi về kết quả âm trong [[thí nghiệm Michelson-Morley]].<ref>[[Michael Polanyi]], ''Personal Knowledge: Towards a Post-Critical Philosophy'', ISBN 0226672883, footnote page 10-11: Einstein reports, via Dr N Balzas in response to Polanyi's query, that "The Michelson-Morely experiment had no role in the foundation of the theory." and "..the theory of relativity was not founded to explain its outcome at all."[http://books.google.com/books?id=0Rtu8kCpvz4C&lpg=PP1&pg=PT19#v=onepage&q=&f=false]</ref> Kết hợp với nhau (cùng với vài giả sử ngầm khác như tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian), hai nguyên lý trên đã dẫn đến dạng toán học duy nhất của điện động lực học Lorentz và thuyết tương đối hẹp.Lorentz và Poincaré cũng đã cần sử dụng các nguyên lý này để hoàn thiện các kết quả của họ, nhưng họ không nhận ra chỉ chúng cũng là đủ.<ref name="Darrigol 2005, 15-18"/><ref>Janssen (1995), Ch. 4</ref>
Có một điểm đáng chú ý là bài báo của Einstein không ghi bất kì sự tham khảo nào ở các bài báo khác. Tuy nhiên, nhiều nhà lịch sử khoa học như Holton,<ref>Holton (1988)</ref> Miller,<ref name="Miller 1981"/> Stachel,<ref name=stach>Stachel (1982)</ref> đã cố gắng tìm hiểu những người có khả năng ảnh hưởng đến Einstein. Chính Einstein nói là những suy nghĩ của ông bị ảnh hưởng bởi các nhà triết học [[David Hume]] và [[Ernst Mach]]. Về Nguyên lý tương đối, rất có thể vấn đề di chuyển nam châm và vòng dây dẫn (có lẽ sau khi đọc cuốn sách của August Föppl) và các thí nghiệm nhằm xác định sự trôi của Ether là quan trọng đối với Einstein để ông chấp nhận nguyên lý này-nhưng ông không chịu ảnh hưởng gì từ thí nghiệm nổi tiếng Michelson-Morley.<ref name=stach>Stachel (1982)</ref> Một khả năng khác là từ cuốn ''Science and Hypothesis'' của Poincaré trong đó có miêu tả Nguyên lý tương đối và Einstein đã đọc năm 1904,<ref>Darrigol (2004), 624</ref> và bức thư của Abraham, trong đó ông mượn các thuật ngữ "phương trình Maxwell-Hertz" và "khối lượng ngang và dọc".<ref>Miller (1981), 86-92</ref>
Xem xét quan điểm của ông về Điện động lực học và Nguyên lý hằng số vận tốc ánh sáng, Einstein tự ông cho là lý thuyết của Lorentz năm 1895 (hoặc điện động lực Maxwell-Lorentz) và thí nghiệm Fizeau có ảnh hưởng đáng kể đến suy nghĩ của ông. Ông nói vào các năm 1909 và 1912 rằng ông đã mượn nguyên lý này từ lý thuyết Ether tĩnh của Lorentz (hàm ý sự đúng đắn của các phương trình Maxwell và vận tốc ánh sáng không đổi trong môi trường Ether), nhưng ông nhận ra là nguyên lý này cùng với nguyên lý tương đối làm cho không cần có Ether nữa.<ref name=seelig>Born (1956), 193</ref> Như ông viết vào năm 1907 và ở các bài viết sau, sự mâu thuẫn biểu hiện giữa những nguyên lý này có thể khắc phục nếu chúng ta chấp nhận là thời gian cục bộ của Lorentz không phải là một đại lượng phụ, mà chỉ đơn giản coi nó là ''thời gian'' và liên quan đến tín hiệu vận tốc (signal velocity). Trước Einstein, Poincaré cũng phát triển cách giải thích vật lý tương tự về thời gian cục bộ và chú ý đến sự liên hệ với tín hiệu vận tốc, nhưng ngược với Einstein ông vẫn coi các đồng hồ trong Ether chỉ thời gian đúng (true), và các đồng hồ chuyển động chỉ thời gian biểu kiến (apparent). Thậm chí, năm 1953 Einstein miêu tả ưu điểm của lý thuyết (mặc dù Poincaré đã từng nói vào năm 1905 là bất biến Lorentz là điều kiện tổng quát cho bất kỳ một lý thuyết vật lý nào):<ref name=seelig>Born (1956), 193</ref>
{{cquote| Sẽ không có sự nghi ngờ về lý thuyết tương đối đặc biệt, nếu chúng ta xem lại sự phát triển của nó trong quá khứ, được hoàn thiện vào năm 1905. Lorentz đã được công nhận bằng các phép biến đổi mang tên ông là cơ bản cho việc phân tích các phương trình Maxwell, và Poincaré còn có cái nhìn sâu xa hơn nữa. Về phía tôi, tôi chỉ biết đến các nghiên cứu quan trọng của Lorentz trong năm 1895 [...] còn các nghiên cứu sau của ông thì không, cũng như các nghiên cứu liên tục của Poincaré. Và vì vậy các nghiên cứu của tôi năm 1905 là độc lập. [..] Một đặc điểm mới của việc này là thực hiện một thực tế là phải làm cho biến đổi Lorentz bao trùm lên sự liên hệ của nó với các phương trình Maxell và đề cập đến bản chất của không gian và thời gian nói chung. Một kết quả mới hơn đó là "bất biến Lorentz" là điều kiện chung cho bất kỳ một lý thuyết vật lý nào. Điều này đối với tôi là đặc biệt quan trọng bởi vì tôi đã tìm thấy trước đây là lý thuyết của Maxwell không kể sự phát xạ của cấu trúc vi mô và do vậy có thể không có hiệu lực chung.}}
Dòng 129:
====Không thời gian Minkowski====
[[Tập tin:De Raum zeit Minkowski Bild.jpg|nhỏ|phải|Hermann Minkowski]]
Poincaré đã từ bỏ những cố gắng của ông trong việc thiết lập một cơ học mới trong không gian bốn chiều, bởi vì theo ông nó quá phức tạp.<ref name=waltc>Walter (2007), Ch. 1</ref> [[Hermann Minkowski]] (1907) đã tiếp tục những nghiên cứu này của Poincaré. Công việc này dựa trên rất nhiều kết quả của nhiều nhà toán học ở thế kỷ thứ 19 như [[Arthur Cayley]] (1859) (có những công trình về [[lý thuyết nhóm]], [[lý thuyết bất biến]] và [[hình học chiếu]]).<ref>Klein (1910)</ref> Sử dụng phương pháp tương tự, Minkowski đã thành công trong việc diễn giải bằng hình học của phép biến đổi Lorentz. Ông đã hoàn thiện khái niệm bốn-vector (four vector); ông là người đầu tiên sử dụng đường thế giới (world line), thời gian riêng (proper time), hiệp biến Lorentz (Lorentz covariance)...; và đặc biệt trong bài giảng năm 1907, ông đưa ra không thời gian Minkowski bốn chiều còn gọi là "đa tạp phi Euclid bốn chiều" để đưa ra dạng bốn chiều của điện động lực học, nó cho phép một cách giải thích rõ ràng hơn và cô đọng hơn của thuyết tương đối hẹp về điện động lực. Giống như Poincaré ông cố gắng xây dựng định luật bất biến Lorentz cho hấp dẫn, nhưng nỗ lực này đã được thay thế bởi nghiên cứu của Einstein về thuyết tương đối tổng quát.
Năm 1907 Minkowski nêu tên bốn người đã có đóng góp để xây dựng nguyên lý tương đối: Lorentz, Einstein, Poincaré và Planck. Trong bài giảng nổi tiếng của ông [[:s:de:Raum und Zeit (Minkowski)|Space and Time]] (1908) ông đề cập đến Voigt, Lorentz và Einstein. Minkowski tự ông xem lý thuyết của Einstein như là sự tổng quát của Lorentz và công nhận Einstein cho đóng góp hoàn thiện về tính tương đối của thời gian, nhưng Minkowski cũng phê bình những người đi trước vì họ chưa phát triển hoàn toàn tính tương đối của không gian. Tuy nhiên, nhiều nhà sử học hiện đại về khoa học cho rằng ý kiến của Minkowski là không xác đáng. Bởi vì Minkowski (giống như Wien hay Abraham) giữ quan điểm về thế giới điện từ và rõ ràng không hiểu hoàn toàn về sự khác nhau giữa lý thuyết electron của Lorentz và động lực học của Einstein.<ref>Miller (1981), Ch. 7.4.6</ref><ref name=walta>Walter (1999b), Ch. 3</ref> Năm 1908, Einstein và Laub thay điện động lực bốn chiều của Minkowski do nó quá phức tạp và đưa ra một dạng "cơ bản hơn", dạng phi bốn chiều của các phương trình cơ sở cho các vật thể chuyển động. Nhưng những nghiên cứu của Minkowski chỉ ra a) thuyết tương đối đặc biệt là đầy đủ và nhất quán, và b) là một lý thuyết cơ sở cho các phát triển xa hơn về tính tương đối.<ref>Walter (1999a), 49</ref> Thậm chí, Einstein (1912) đã chấp nhận sự quan trọng của dạng không thời gian Minkowski và sử dụng nó trong nghiên cứu về các cơ sở của [[thuyết tương đối rộng|lý thuyết tương đối tổng quát]].
| |||