История обычно начинается с статьи Эйнштейна 1915 года « Объяснение движения перигелия Меркурия из общей теории относительности» или, по крайней мере, ее черновиков 1913–1914 годов. Это был первый триумф общей теории относительности. Но как Эйнштейн вообще обратил внимание на Меркурий?
Ранние работы Эйнштейна кажутся довольно далекими от астрономии. Специальная теория относительности выросла из классической электродинамики, как и фотоэффект, работы по теплу и броуновскому движению тоже далеки от астрономии. Даже общая теория относительности была обусловлена философскими соображениями об общей ковариантности и т. д., а не эмпирическими проблемами астрономии. Я не уверен, насколько хорошо была известна аномалия Меркурия в то время, но Кельвин и другие не упоминали ее как одно из «облаков». Разрабатывая общую теорию относительности, Эйнштейн узнал о тензорном исчислении от друга-геометра, возможно, у него также был друг-астроном?
Кто или что привлекло внимание Эйнштейна к Меркурию и когда? Что натолкнуло его на мысль, что случай Меркьюри отличается от всех других случаев, когда речь идет о приземленном объяснении?
Другой поворот заключается в том, что специальная теория относительности в сочетании с законом обратных квадратов уже вызывает прецессию эллиптических орбит. Зоммерфельд знал это по крайней мере к 1916 году, когда он усовершенствовал боровскую модель атома водорода, используя прецессирующие эллиптические орбиты в соответствии с кинематикой специальной теории относительности. Расчеты Physics SE показывают, что этот эффект может составлять около 7 дюймов из 43 дюймов аномальной прецессии Меркурия за столетие.
Знали ли Эйнштейн или его современники об этом эффекте для Меркурия до 1915 года, и как это отразилось на специальной теории относительности, если бы знали?
РЕДАКТИРОВАТЬ: приведенный ниже ответ VicAche привел меня к главе «Покорение перигелия» в книге Кевина Брауна «Размышления об относительности» , в которой кратко изложена вся история.
Эйнштейн впервые упоминает Меркурий в письме к Хабихту в 1907 году: « В настоящий момент я работаю над релятивистским анализом закона тяготения, с помощью которого я надеюсь объяснить все еще необъяснимые вековые изменения перигелия Меркурия» . вероятно, почерпнул эту идею из «Науки механики» Маха, в которой упоминается: « Только Пауль Гербер из перигелиального движения Меркурия, совершающегося сорок одну секунду в столетии, находит, что скорость распространения гравитации такая же, как скорость света» . прямо предположил, что аномалия Меркурия, в отличие от многих других, была релятивистской.
Еще в 1906 году Зилигер дал альтернативное объяснение солнечной короны, которое убедило многих его современников, но не Эйнштейна. И не Пуанкаре, который в 1908 году в книге «Наука и метод» упомянул, что специальная теория относительности уже предсказывает смещение перигелия Меркурия на 7 дюймов. Далее он писал (отвечая на мой второй вопрос): «Это нельзя рассматривать как аргумент в пользу новой динамики» . , так как нам еще предстоит искать другое объяснение большей части аномалии, связанной с Меркурием, но тем более она не может рассматриваться как аргумент против нее.Это, вероятно, подтвердило релятивистский характер аномалии в глазах Эйнштейна. Первоначальная версия новой теории гравитации Эйнштейна («Entwurf») сначала предсказывала отрицательную прецессию, а затем 18 дюймов вместо 45 дюймов, что было одной из трех причин, которые он назвал для отказавшись от нее в пользу того, что мы сейчас называем общей теорией относительности.
PS Несмотря на то, что Меркурий - единственный, фигурирующий в рассказе, орбитальных аномалий предостаточно, как и предложений изменить для них законы гравитации. Ньютон не мог объяснить всю лунную прецессию, и Клеро предложил модификацию закона обратных квадратов, прежде чем обнаружил, что проблема заключается в том, что в ряду Тейлора недостаточно членов для решения. Известно, что аномалия Урана привела к предсказанию Леверье Нептуна, а Леверье, который также открыл аномальную прецессию Меркурия, предложил для ее объяснения новую планету Вулкан.
Вулкан не материализовался к 1915 году, как и Плутон до 1930 года, и его обвиняли в орбитальных аномалиях Урана и Нептуна, известных во времена Эйнштейна. После открытия выяснилось, что виноват не маленький Плутон, а ошибка в оценке массы Нептуна. Также во времена Эйнштейна была еще известная лунная аномалия, которая не была устранена до 1940-х годов, виновником которой была неравномерность вращения Земли. Вместо Вулкана для Меркурия Ньюкомб предложил зодиакальное облако и другую модификацию закона обратных квадратов. Более поздняя аномалия Пионера также вызвала много спекуляций о новой физике гравитации (MOND), но, в конце концов, была прослежена до тонкого теплового давления. Некоторые предположили, что это было ответственно на раннем этапе.
Кто или что привлекло внимание Эйнштейна к Меркурию и когда? Что натолкнуло его на мысль, что случай Меркьюри отличается от всех других случаев, когда речь идет о приземленном объяснении?
Я точно знаю, что Анри Пуанкаре знал об этой проблеме и о ее необычности — будь он на месте Кельвина, он добавил бы ее к списку, а Эйнштейн наверняка знал о работе Пуанкаре (Этьен Клейн сообщил «Науке о науке») . et l'hypothèse был одним из предметов обсуждения в Академии Олимпии).
Пуанкаре изучал стабильность Солнечной системы in extenso в течение 1880-х и 1890-х годов. Я не знаю ни одной работы, в которой Меркьюри упоминается до его обращения к проблеме в 1910 году (см. стр. 424 биографии Пуанкаре, написанной Джереми Греем ), но, несмотря на то, что я не смог найти явный адрес до 1905 года, это все еще правильный ответ.
Обратите внимание, что изучение Меркурия и Солнечной системы Пуанкаре привело к совершенно новой теории, Теории Хаоса, которая делает это нелепое продвижение в перигелии Меркурия действительно продуктивной почвой для науки XX века . Почему? Потому что Эйнштейн не использовал этот пример для рекламы своей теории до 1915 года .
Знали ли Эйнштейн или его современники об этом эффекте для Меркурия до 1915 года, и как это отразилось на специальной теории относительности, если бы знали?
Ланжевен говорит, что Пуанкаре предложил несколько уравнений распространения гравитационных волн со скоростью света, и все они имели общее, «что они уменьшали разрыв между законами физики и фактами, например, в движении перигелия Меркурия». Это доказывает, что, работая над подобными законами, французская академия наук не раз использовала их для проверки их на Меркурии (неспособность Пуанкаре найти специальную теорию относительности может быть объяснена его навязчивой идеей, чтобы его законы соответствовали Лоренцу. Работа Пуанкаре привела к теории относительности) . спор о приоритетах . Пуанкаре приписывает специальную теорию относительности Лоренцу, Лоренц - Пуанкаре и Эйнштейну, а Эйнштейн - себе, понимая, что местное время Лоренца на самом деле было просто временем. Уверен, что все трое заботились друг о друге,
Я думаю, что ответ довольно разочаровывающий. Вкратце: аномальная прецессия Меркурия на самом деле была хорошо известной проблемой среди астрономов того времени. Правильное предсказание аномальной прецессии было большим и хорошо известным испытанием для любой теории гравитации, кроме ньютоновской. закон.
В 1840-х годах Леверье, основываясь на своих расчетах орбиты известной тогда планеты Уран, предположил существование другой планеты, которую мы сегодня знаем как Нептун, которая действительно была обнаружена вскоре после этого. Примерно в то же время он рассчитал и орбиту Меркурия, заметив, что теоретически предсказанный результат во многом отличается от реального. В письме к Эрве Файе он считал это
[...] сложная проблема, достойная внимания всех астрономов.
Будучи одним из ведущих астрономов своего времени, я почти уверен, что это вдохновило многих людей на поиск решений. Сам Леверье сомневался в существовании неоткрытой планеты внутри Меркурия (Вулкана). Единственным решением в рамках известных эффектов было увеличение массы Венеры хотя бы на 10%, что казалось довольно абсурдным.
Как вы уже упоминали, было два основных подхода к решению этой проблемы:
Учет неизвестных небесных тел или изменение свойств известного. Известные примеры — существование планеты Вулкан или предложение льстить солнцу. Эти примеры соответствовали ньютоновскому закону всемирного тяготения. Однако ни одно из этих явлений никогда не наблюдалось.
Как вы уже упомянули, многие теоретики также пытались объяснить это, видоизменив святое Ньютона. -закон. Здесь были популярны два основных подхода: отказ от полностью статического закона или корректировка ньютоновского закона с помощью члена, зависящего от скорости (например, лоренцевская теория гравитации). Все эти подходы были либо неудачными, либо содержали произвольные параметры.
Подход Эйнштейна, очевидно, относится к теоретическому типу, но, помимо того, что он действительно работал, он имел серьезные преимущества перед всеми остальными подходами — в частности, в отличие от многих других подходов, он не был специально разработан для решения этой задачи и Эйнштейна . не принимал во внимание никаких дополнительных гипотез, кроме своих законов всемирного тяготения. Таким образом, это была очень успешная проверка теории гравитации Эйнштейна.
См. также IV.14c в биографии Эйнштейна Паиса.
пользователь466
Конифолд
KCd
Конифолд
KCd
Конифолд