В 1864 году шотландский физик Джеймс Кларк Максвелл представил Королевскому обществу то, что сейчас называется уравнениями Максвелла, которые вместе с силой Лоренца составляют фундаментальные законы электромагнитного взаимодействия. Эти четыре уравнения имели первостепенное значение, поскольку позволили нам сделать вывод, что магнитные и электрические поля являются одним и тем же проявлением единой реальности: электромагнитного поля.
Мы пришли к выводу, что все явления природы (механические и электромагнитные) можно интерпретировать с помощью ньютоновской механики и уравнений Максвелла. Но теории должны быть, как говорят на жаргоне, самосогласованными. Поэтому, если мы возьмем второй закон Ньютона, F=ma, и применим преобразования Галилея, мы обнаружим, что уравнение преобразуется в закон, который имеет ту же справедливость в системе отсчета в равномерном прямолинейном движении. Это означает, что второй закон Ньютона инвариантен относительно преобразований Галилея.
Преобразования координат называются преобразованиями Галилея и связывают различные системы отсчета, в частности, так называемая «теория относительности Галилея» утверждает, что при выборе соответствующей начальной системы отсчета законы классической механики имеют один и тот же вид в системах, движущихся равномерно и прямолинейно (т.е. с постоянной скоростью) относительно первой. Такие системы называются инерциальными системами.
Однако уравнения Максвелла представляли собой проблему: они не были инвариантны относительно преобразований Галилея! Это предполагало, что для электромагнетизма существует привилегированная система отсчета, называемая эфиром. Однако должна быть возможность измерить скорость любого тела относительно этой привилегированной системы отсчета; все попытки с треском провалились, а объяснения, предложенные для мотивации этих неудач, были совершенно неадекватны.
В 1905 году Альберт Эйнштейн постулировал несуществование эфира и обобщил концепцию галилеевской относительности, сформулировав Теорию специальной относительности. Фактически, он принял два ключевых постулата: законы механики и электромагнетизма одинаковы во всех инерциальных системах отсчета (принцип относительности Эйнштейна), а свет распространяется в вакууме с постоянной скоростью c независимо от состояния движения источника или наблюдателя.
Однако, если принять первый постулат, необходимо решать две проблемы: поскольку законы электромагнетизма не являются инвариантными для преобразований Галилея, либо они модифицируются, либо ищутся другие типы преобразований.
Уже начиная с 1887 года многие физики открыли дискуссии по этим уравнениям, и в 1904 году Хендрик Лоренц уже продемонстрировал, что уравнения были инвариантны для некоторых конкретных преобразований, но, веря в присутствие светоносного эфира, он дал другую интерпретацию.
Всего год спустя, в 1905 году, Анри Пуанкаре изучил их глубоко, обнаружил, что они удовлетворяют свойствам математической группы, и переписал их в современной формулировке. В честь работы Лоренца он назвал их преобразованиями Лоренца. Затем Эйнштейн использовал их для написания своего шедевра, Относительности. Когда Лоренц умер, Эйнштейн почтил его память, сказав:
«Люди не осознают, какое огромное влияние оказал Лоренц на развитие физики. Мы не можем себе представить, что бы произошло, если бы он не внес так много беспрецедентных вкладов».
Необходимо также упомянуть очень важную работу, которую проделал ирландский физик Джозеф Лармор, развивая прошлые труды Лоренца (который начал заниматься этим вопросом еще в 1892 году), внеся решающий вклад в прогресс исследований. Кажется, Пуанкаре не знал о работе Лармора и не упоминал его в своих исследованиях.
Вот только проблема остаётся проблемой. Уравнения Лоренца стали заплаткой для теории, которую не получилось свести из двух уже принятых принципов. Что по сути сделал Лоренц? Он придумал, как исключить математически эфир из расчётов, чтобы вытанцовывалась математика теории относительности.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
