Zusammenfassung
Die Tiefe, der wissenschaftliche Umfang und die intellektuelle Virtuosität von Einsteins Arbeit über Relativitätstheorie ist Seite für Seite ohne Gegenstück in der Geschichte der Naturwissenschaften. Dies wird besonders augenfällig, wenn man diese Arbeit in ihrem historischen Rahmen sieht.
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation unterstützt, der ich dafür herzlich danke.
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Literatur
Diesem Aufsatz liegt die Arbeit “The physics of Einstein’s relativity paper of 1905 and the electromagnetic world picture of 1905,” American Journal of Physics, 45, 1040–1048 (1977) zugrunde.
Eine ausführliche Diskussion dieses Forschungsprogramms findet sich bei A. I. Miller, “A Study of Henri Poincaré’s ‘Sur la dynamique de l’électron”, Achive for History of Exact Sciences, 10, Nos. 3–5, 207–328 (1973).
H. A. Lorentz, „La théorie électromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants,“Arch, néerl., 25, 363 (1892); siehe auch Collected Papers (9 Vols., Nijhoff, The Hague, 1935–1939), Vol. 2, 164–243.
Eine Diskussion der bedeutenden Arbeiten von Lorentz aus dem Jahre 1892 und weitere Zitate finden sich in Anmerkung 2 und bei A. I. Miller, “On Lorentz’s Methodology,” The British Journal for the Philosophy of Science, 25, 29–45 (1974).
H. A. Lorentz, Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern (1. Auflage, Brill, Leiden, 1895; 2. Auflage, Teubner, Leipzig, 1906 ). Dieses Buch ist in [2] und [4] ausführlich diskutiert. Alle Seitenangaben beziehen sich auf die 2. Auflage, welche ein unveränderter Neudruck der ersten Auflage ist.
a. a. O., S. 49.
a. a. O., S. 85.
Die Frage, ob die Lorentz’sche Kontraktionshypothese ad hoc war, wird in [4] weiterdiskutiert.
Poincaré’s Kritik der Lorentz’sehen elektromagnetischen Theorie in den Jahren 1895–1904 wird in Teil 5 von [2] diskutiert.
W. Wien, „Über die Möglichkeit einer elektromagnetischen Begründung der Mechanik,’4 Recueil de travaux offerts par les auteurs à H. A. Lorentz ( Nijhoff, The Hague, 1900 ), pp. 96 - 107.
H. A. Lorentz, “Theorie simplifiée des phénomènes électriques et optiques dans des corps en mouvement,”Versi. Kon. Akad. Wetensch. Amsterdam, 7, 507 (1899); abgedruckt in Collected Papers, Vol. 5, 139–155.
M.Abraham, „Dynamik des Elektrons“, Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, 20–41
Prinzipien der Dynamik des Elektrons,“Annalen der Physik, 10, 105–179
Siehe Teil 3 von [2] bezüglich einer weiteren Diskussion der Abraham’schen Elektronentheorie.
Lord Rayleigh, “Does Motion through the Aether cause Double Refraction?,” Phil. Mag., 4, 678–683 (1902).
D. B. Brace, “On Double Refraction in Matter moving through the Aether”, Phil. Mag., 7, 317–329 (1904).
H. Poincaré, „L’état actuel et l’avenir de la Physique mathématique,“ Rede am Internationalen Kongress für Kunst und Wissenschaft in St. Louis (24. September 1904), abgedruckt in H. Poincaré, The Value of Science, übersetzt von G. B.Halsted ( Dover Publications, New York, 1958 ), S. 91–111.
a. a. O., S. 100.
a. a. O., 5. 94.
H. Poincaré, „Sur la dynamique de l’électron,“ Comptes rendus de l’Académie des Sciences, 140, 1504–1508 (1905); Rend. del. Cire. Mat. di Palermo, 21, 129–175 (1906), eingereicht am 23. Juli 1905. Diese klassische Arbeit wird in [2] eingehend untersucht.
Siehe Ref. 12, M. Abraham, „Die Grundhypothesen der Elektronentheorie“, Phys. Z., 5, 576–579 (1904) und M. Abraham, Theorie der Elektrizität (2 Bände; Teubner, Leipzig, 1905 ), Band 2, speziell S. 205 ff. Siehe Teil 4.7 von [2] bezüglich einer Diskussion von Abrahams Kritik.
Der Dank Minkowskis an Poincaré ist enthalten in H. Minkowski, „Das Relativitätsprinzip“, vorgetragen am 5. November 1907 vor der Mathematischen Gesellschaft in Göttingen und veröffentlicht in Annalen der Physik, 47, 927–938 (1916). Siehe Teil 7.1 von [2] für weitere Diskussionen von Poincarés Einfluß auf Minkowski.
Bezüglich der Details siehe Teil 6.8 von [2].
A. Einstein, „Zur Elektrodynamik bewegter Körper,“ Annalen der Physik, 17, 891–921 (eingelangt am 30. Juni 1905); abgedruckt in RP,S. 37–65.
Siehe G. Holton, “On the Origins of the Special Relativity Theory,” in G. Holton, Thematic Origins of Scientific Thought: Kepler to Einstein (Harvard University Press, Cambridge, 1973), pp. 165–183. Dieses Buch wird in der Folge als “Thematic Origins” zitiert, und alle Zitate von Holtons Arbeit beziehen sich auf Thematic Origins. G. Holton, “Influences on Einstein’s Early Work”, in Thematic Origins, S. 197–217. Siehe M. Born, Physik im Wandel meiner Zeit (Vieweg, 1957), speziell S. 104 bezüglich einer Übersetzung eines Briefes von Einstein an seinen Biographen C. Seelig.
Siehe A. /. Miller, “On Einstein, Light Quanta, Radiation and Relativity in 1905. ” American Journal of Physics 44, 912–923 (1976).
A.Einstein, „Autobiographisches“ in P.A.Schilpp (Hrsg.), Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher, (W. Kohlhammer Verlag, 1949; Vieweg reprint 1978), S. 14.
a. a. O., S. 19.
Siehe (24), S. 37.
Zum Beispiel bezieht sich Einstein in seinem Aufsatz „Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen“, Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, 4, 411–462 (1907) auf die Gleichungen (1–5) als „Maxwell-Lorentz Gleichungen“ (S. 427), und bespricht nur „H.A. Lorentz’ Elektrodynamik bewegter Körper“ (S. 412).
Siehe (24), S. 37.
a. a. O.
a. a. O., S. 37–38. Der Stern bezieht sich auf eine Fußnote von Sommerfeld. Bedauerlicherweise haben die Herausgeber nicht zwischen Einsteins und Sommerfelds Fußnoten unterschieden. Einsteins Relativitätsarbeit aus 1905 enthält nur vier Fußnoten und keine Zitate.
a. a. O., S. 38.
a. a. O.,
Nach Lorentz ist die physikalische Koordinatentransformation die Galilei-Transformation — z.B. ist die lokale Zeitkoordinate in Gleichung (2) eine weitere mathematische Skalentransformation der Galilei-Zeit, d. h. der absoluten Zeit. Da sich das im Äther ruhende System S nie bewegt, hat die Umkehrtransformation keine physikalische Bedeutung. Siehe [56] für weitere Diskussionsbemerkungen.
Siehe [24], S. 38.
a. a. O., S. 41.
Siehe [2], Fußnote 62 auf S. 233.
Eine ausführliche Diskussion von Poincaré’s Wissenschaftstheorie und ihrem Einfluß auf seine Forschungsarbeit findet sich in [2] und bei A. I. Miller, „Poincaré and Einstein: A Comparative Study,“ (erscheint in Band 31 der Boston Studies in the Philosophy of Science).
Siehe G. Holton: „Einstein, Michelson, and the Crucial Experiment,“ in Holton, Thematic Origins, S. 261–352.
R. S. Shankland, “Conversations with Albert Einstein”, American Journal of Physics, 31,47–57 (1963), S. 48.
Siehe [30],S. 413.
Die visuelle Komponente von Einsteins Denken wird bei G. Holton, “On Trying to Understand Scientific Genius,” in Holton, Thematic Origins,S. 353–380 diskutiert.
Siehe [27], S. 19.
a. a. O.
a. a. O.
a. a. O.
Siehe z.B. M. J. Klein, “Thermodynamics in Einstein’s Thought,” Science, 157, 509–516 (1967).
Siehe [24], S. 38.
A. Einstein, “Fundamental Ideas and Problems of the Theory of Relativity,” gehalten am 11. Juli 1923 anläßlich der Verleihung des Nobelpreises; in Nobel Lectures: 1901–1921 (Elsevier, New York, 1967), S. 482–490, speziell S. 484.
Siehe [24], S. 38.
a. a. O., S. 39.
Siehe z.B. meinen Aufsatz “Poincaré and Einstein…” in [40].
Weitere Vergleiche zwischen dem Stil von Einsteins Relativitätsarbeit und Newtons Principia finden sich bei Holton “On the Origins….” in [25], speziell S. 170–171.
Siehe [2] und [4] bezüglich eines Vergleiches der Einstein’sehen Transformationen mit den Lorentz’sehen.
Siehe [20], S. 1 30 der Arbeit von 1906.
Weitere Diskussionen geben [2] und [4].
Siehe Teil 6.5 von [2] bezüglich einer Diskussion von Poincaré’s Analyse der Lorentzgruppe.
Im Jahre 1905 könnte Einstein die Bezeichnung Maxwell-Hertz-Gleichungen benützt haben, um auszudrücken, daß er keine Spekulationen bezüglich des Aufbaus der Materie anstellen wollte. Die Hertz’sehe Elektrodynamik hatte keine atomistische Grundlage, sie war vielmehr eine Elektrodynamik kontinuierlicher Medien. Ferner benützte Einstein die Hertz’sche Bezeichnungsweise für elektrische und magnetische Größen, und nannte sie “elektrische und magnetische Kräfte” (siehe [24], S. 52, wobei er ihnen zumindest im Prinzip operationale Definitionen gab (siehe [24], S. 54).
Siehe [24], S. 55.
Dieser Abschnitt von Einsteins Relativitätsarbeit wird im Detail in [26] diskutiert.
Siehe [24], S. 58.
A. Einstein, „Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt,“ Annalen der Physik, 17, 132–148 (1905). Diese Arbeit wird im Detail von M.]. Klein “Einstein’s First Paper on Quanta,” The Natural Philosopher, 2, 59–86 (1963) diskutiert. Einstein veröffentlichte auch noch eine dritte Arbeit im Band 17 der Annalen, „Die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen,“ Annalen der Physik, 17, 549 (1905). In allen drei Arbeiten behandelt Einstein einen gemeinsamen Punkt — die Natur der Strahlung, die in [26] diskutiert wird.
M. Abraham, „Zur Theorie der Strahlung und des Strahlungsdruckes,“ Annalen der Physik, 14, 236–287 (1904). Siehe [26] bezüglich einer Diskussion von Abrahams Arbeit.
Siehe [24], S. 60.
M. Planck, „Das Prinzip der Relativität und die Grundgleichungen der Mechanik,“ Verh. d. p. Ges., 4, 136-141 (1906). Bis 1911 wurden die Ergebnisse der Einstein’sehen Relativitätsarbeit von den meisten Physikern als Verallgemeinerungen der Lorentz’sehen Theorie des Elektrons betrachtet und der Terminus „Lorentz-Einstein“ Theorie eingeführt.
Einstein diskutierte die Äquivalenz von Masse und Energie in der vierten Arbeit, die er im Jahre 1905 veröffentlichte:,,Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig?, Annalen der Physik, 18, 630–641 (1905).
Ich behaupte hier nicht, daß Einstein an experimentellen Bestätigungen oder der Existenz empirischer Daten nicht interessiert war. Im Fall der Entstehung der speziellen Relativitätstheorie — überhaupt in der Geschichte der Wissenschaften — ist das Wechselspiel zwischen empirischen Daten oder empirischen Bestätigungen und der naturwissenschaftlichen Entdeckungen nicht so einfach und klar, wie uns die meisten positivistisch orientierten Philosophen sowohl 1905 als auch 1975 glauben machen möchten. Heute ist diese Wechselwirkung ein zentrales Problem der Geschichte und Theorie der Wissenschaften. Siehe z.B. die oben zitierten Aufsätze von Holton, meinen Aufsatz in [4] und [40], sowie A. I. Miller “Albert Einstein und Max Wertheimer: A Gestalt Psychologist’s View of the Genesis of Special Relativity Theory,” History of Science, 13, 75–103 (1975); und A.I. Miller, “Book Review of Adolf Grünbaum’s Philosophical Problems of Space and Time” ISIS 66, 590–594 (1975), a. a. O., 68, 449–450 (1977).
Siehe [51], S. 484.
In Teil V von [30] “Relativity Principle and Gravitation” verallgemeinerte Einstein das Relativitätsprinzip auf beschleunigte Bezugssysteme und führte auch das Äquivalenzprinzip ein.
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Miller, A.I. (1979). Zur Geschichte der speziellen Relativitätstheorie. In: Aichelburg, P.C., Sexl, R.U. (eds) Albert Einstein. Vieweg+Teubner Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-322-84039-4_8
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