Conflit de priorité de relativité - Relativity priority dispute

Albert Einstein a présenté les théories de la relativité restreinte et de la relativité générale dans des publications qui soit ne contenaient aucune référence formelle à la littérature antérieure, soit ne faisaient référence qu'à un petit nombre de ses prédécesseurs pour des résultats fondamentaux sur lesquels il fondait ses théories, notamment les travaux d' Henri Poincaré et Hendrik Lorentz pour la relativité restreinte, et aux travaux de David Hilbert , Carl F. Gauss , Bernhard Riemann et Ernst Mach pour la relativité générale. Par la suite, des affirmations ont été avancées sur les deux théories, affirmant qu'elles ont été formulées, en tout ou en partie, par d'autres avant Einstein. La question est de savoir dans quelle mesure Einstein et divers autres individus devraient être crédités pour la formulation de ces théories, sur la base de considérations prioritaires .

Divers chercheurs ont remis en question des aspects du travail d'Einstein, Henri Poincaré et Lorentz menant à la publication des théories en 1905. Les questions soulevées par ces chercheurs comprennent la question de savoir dans quelle mesure Einstein était familier avec le travail de Poincaré, si Einstein était familier avec le 1904 de Lorentz papier ou un examen de celui-ci, et à quel point Einstein a suivi d'autres physiciens à l'époque. On sait qu'Einstein était familier avec l'article de 1902 de Poincaré [Poi02], mais on ne sait pas dans quelle mesure il connaissait d'autres travaux de Poincaré en 1905. Cependant, on sait qu'il connaissait [Poi00] en 1906, car il l'a cité dans [Ein06]. L'article de Lorentz de 1904 [Lor04] contenait les transformations portant son nom qui figuraient dans les Annalen der Physik. Certains auteurs prétendent qu'Einstein a travaillé dans un isolement relatif et avec un accès restreint à la littérature de physique en 1905. D'autres, cependant, sont en désaccord ; un ami personnel d'Einstein, Maurice Solovine , a reconnu que lui et Einstein se sont penchés sur le livre de Poincaré de 1902, les gardant « à bout de souffle pendant des semaines » [Rot06]. La question de savoir si la femme d'Einstein, Mileva Marić, a contribué au travail d'Einstein a également été soulevée, mais la plupart des chercheurs sur le sujet disent qu'il n'y a aucune preuve substantielle qu'elle a apporté des contributions significatives.

Arrière-plan

Dans l'histoire de la relativité restreinte , les noms les plus importants mentionnés dans les discussions sur la distribution du crédit sont Albert Einstein , Hendrik Lorentz , Henri Poincaré et Hermann Minkowski . De nombreux autres scientifiques sont également pris en considération soit pour des anticipations de certains aspects de la théorie, soit pour des contributions au développement ou à l'élaboration de la théorie. Ceux-ci incluent Woldemar Voigt , August Föppl , Joseph Larmor , Emil Cohn , Friedrich Hasenöhrl , Max Planck , Max von Laue , Gilbert Newton Lewis et Richard Chase Tolman , et d'autres. En outre, des polémiques existent sur les contributions présumées d'autres personnes telles que Olinto De Pretto qui, selon certains spécialistes des mathématiques, n'a pas créé la relativité mais a été le premier à utiliser l'équation. Également la première épouse d'Einstein, Mileva Marić , bien que sa contribution ne soit pas considérée comme fondée selon des chercheurs sérieux.

Dans son Histoire des théories de l'éther et de l'électricité de 1953, ET Whittaker a affirmé que la relativité est la création de Poincaré et Lorentz et n'a attribué aux articles d'Einstein que peu d'importance. Cependant, la plupart des historiens des sciences, comme Gerald Holton , Arthur I. Miller , Abraham Pais , John Stachel ou Olivier Darrigol ont d'autres points de vue. Ils admettent que Lorentz et Poincaré ont développé les mathématiques de la relativité restreinte, et de nombreux scientifiques ont à l'origine parlé de la "théorie Lorentz-Einstein". Mais ils soutiennent que c'est Einstein qui a complètement éliminé l'éther classique et démontré la relativité de l'espace et du temps. Ils soutiennent également que Poincaré n'a démontré la relativité de l'espace et du temps que dans ses écrits philosophiques , mais dans ses articles physiques , il a maintenu l'éther comme un cadre de référence privilégié parfaitement indétectable et a continué (comme Lorentz) à distinguer entre « réel » les longueurs et les temps mesurés par les observateurs au repos dans l'éther, et les longueurs et les temps "apparents" mesurés par les observateurs en mouvement dans l'éther. Darrigol résume :

La plupart des composants de l'article d'Einstein sont apparus dans d'autres travaux antérieurs sur l'électrodynamique des corps en mouvement. Poincaré et Alfred Bucherer avaient le principe de relativité. Lorentz et Larmor avaient la plupart des transformations de Lorentz, Poincaré les avait toutes. Cohn et Bucherer ont rejeté l'éther. Poincaré, Cohn et Abraham avaient une interprétation physique de l'heure locale de Lorentz. Larmor et Cohn ont fait allusion à la dilatation du temps. Lorentz et Poincaré avaient la dynamique relativiste de l'électron. Aucun de ces auteurs n'a cependant osé réformer les concepts d'espace et de temps. Aucun d'eux n'a imaginé une nouvelle cinématique basée sur deux postulats. Aucun d'entre eux n'a dérivé les transformations de Lorentz sur cette base. Aucun d'eux n'a pleinement compris les implications physiques de ces transformations. Tout cela était l'exploit unique d'Einstein.

Des faits incontestés

Les faits suivants sont bien établis et consultables :

  • En 1889, ([Poi89]), Henri Poincaré a soutenu que l'éther pourrait être inobservable, auquel cas l'existence de l'éther est une question métaphysique, et il a suggéré qu'un jour le concept d'éther serait rejeté comme inutile. Cependant, dans le même livre (Ch. 10), il considérait l'éther comme une "hypothèse commode" et continua à utiliser le concept également dans des livres ultérieurs en 1908 ([Poi08], Livre 3) et 1912 ([Poi13], Ch. 6 ).
  • En 1895, Poincaré a soutenu que des résultats comme ceux obtenus par Michelson et Morley ( expérience Michelson-Morley ) montrent qu'il semble impossible de détecter le mouvement absolu de la matière ou le mouvement relatif de la matière par rapport à l'éther. En 1900 [Poi00] il appela cela le Principe du mouvement relatif, c'est-à-dire que les lois du mouvement devraient être les mêmes dans tous les référentiels inertiels. Les termes alternatifs utilisés par Poincaré étaient « la relativité de l'espace » et « le principe de relativité ». En 1904, il étendit ce principe en disant : « Le principe de relativité, selon lequel les lois des phénomènes physiques doivent être les mêmes pour un observateur immobile que pour un observateur entraîné dans un mouvement de translation uniforme, de sorte que nous n'avons aucun moyen, et ne peut en avoir aucun, de déterminer si oui ou non nous sommes entraînés dans un tel mouvement. » Cependant, il a également déclaré que nous ne savons pas si ce principe se révélera vrai, mais qu'il est intéressant de déterminer ce que le principe implique.
  • Dans ([Poi00]), Poincaré a publié un article dans lequel il disait que le rayonnement pouvait être considéré comme un fluide fictif avec une masse équivalente de . Il a dérivé cette interprétation de la « théorie des électrons » de Lorentz qui incorporait la pression de rayonnement de Maxwell.
  • Poincaré avait décrit une procédure de synchronisation des horloges au repos les unes par rapport aux autres dans [Poi00] et à nouveau dans [Poi04]. Ainsi, deux événements simultanés dans un référentiel ne sont pas simultanés dans un autre référentiel. Il est très similaire à celui proposé plus tard par Einstein. Cependant, Poincaré fait la distinction entre l'heure « locale » ou « apparente » des horloges en mouvement, et l'heure « vraie » des horloges au repos dans l'éther. Dans [Poi02], il affirmait qu'"un jour, sans aucun doute, l'éther sera jeté de côté comme inutile".
  • L'article de Lorentz [Lor04] contenant les transformations portant son nom parut en 1904.
  • Albert Einstein dans [Ein05c] a dérivé les équations de Lorentz en utilisant le principe de constance de la vitesse de la lumière et le principe de relativité. Il a été le premier à faire valoir que ces principes (ainsi que certaines autres hypothèses de base sur l'homogénéité et l'isotropie de l'espace, généralement considérées comme allant de soi par les théoriciens) sont suffisants pour dériver la théorie - voir Postulats de la relativité restreinte . Il dit : « L'introduction d'un éther luminifère s'avérera superflue dans la mesure où la vue à développer ici ne nécessitera pas un espace absolument stationnaire doté de propriétés particulières, ni assignera un vecteur vitesse à un point de l'espace vide dans lequel processus ont lieu. " * L' article d' Einstein sur Elektrodynamik [Ein05c] ne contient aucune référence formelle à d'autres publications. Il mentionne, au §9, partie II, que les résultats de l'article sont en accord avec l'électrodynamique de Lorentz. Poincaré n'est pas mentionné dans cet article, bien qu'il soit formellement cité dans un article sur la relativité restreinte écrit par Einstein l'année suivante.
  • En 1905, Einstein fut le premier à suggérer que lorsqu'un corps matériel perdait de l'énergie (radiation ou chaleur) d'une quantité , sa masse diminuait d'autant .
  • Hermann Minkowski a montré en 1907 que la théorie de la relativité restreinte pouvait être décrite avec élégance en utilisant un espace-temps à quatre dimensions, qui combine la dimension du temps avec les trois dimensions de l'espace.
  • Einstein en 1920 est revenu à un concept d'éther sans état de mouvement.

Commentaires de Lorentz, Poincaré et Einstein

Lorentz

Dans un article écrit en 1914 et publié en 1921, Lorentz a exprimé son appréciation pour l'article de Palerme de Poincaré (1906) sur la relativité. Lorentz a déclaré :

Je n'ai pas indiqué la transformation qui convient le mieux. Cela a été fait par Poincaré puis par M. Einstein et Minkowski. [...] Parce que je n'avais pas pensé à la voie directe qui y menait, et parce que j'avais l'idée qu'il y a une différence essentielle entre les systèmes x, y, z, t et x′, y′, z′, t . Dans l'une nous utilisons – telle était ma pensée – des axes de coordonnées qui ont une position fixe dans l'éther et que nous pouvons appeler le temps « vrai » ; dans l'autre système, au contraire, il s'agirait de simples grandeurs auxiliaires dont l'introduction n'est qu'un artifice mathématique. [...] Je n'ai pas établi le principe de relativité comme rigoureusement et universellement vrai. Poincaré, au contraire, obtint une parfaite invariance des équations de l'électrodynamique, et il formula le « postulat de la relativité », termes qu'il fut le premier à employer. [...] Ajoutons qu'en corrigeant les imperfections de mon travail il ne me les a jamais reprochés.

Cependant, une réimpression de 1916 de son ouvrage principal "La théorie des électrons" contient des notes (écrites en 1909 et 1915) dans lesquelles Lorentz a esquissé les différences entre ses résultats et ceux d'Einstein comme suit :

[p. 230] : la principale différence [est] qu'Einstein postule simplement ce que nous avons déduit, avec quelque difficulté et de manière pas tout à fait satisfaisante, des équations fondamentales du champ électromagnétique. [p. 321] : La principale cause de mon échec était mon attachement à l'idée que la variable t seule peut être considérée comme le temps vrai et que mon temps local t′ ne doit être considéré que comme une quantité mathématique auxiliaire. Dans la théorie d'Einstein, au contraire, t′ joue le même rôle que t ; si nous voulons décrire des phénomènes en termes de x′, y′, z′, t′, nous devons travailler avec ces variables exactement comme nous pourrions le faire avec x, y, z, t.

Concernant le fait que dans ce livre Lorentz n'a mentionné Einstein et non Poincaré qu'à propos de a) la synchronisation par signaux lumineux, b) la réciprocité de la transformation de Lorentz, et c) la loi de transformation relativiste pour la densité de charge, Janssen commente :

[p.90] : Je suppose que cela a à voir avec le fait qu'Einstein a fait de l'interprétation physique de la transformation de Lorentz la base d'une discussion remarquablement claire et simple de l'électrodynamique des corps en mouvement, alors que les remarques de Poincaré sur l'interprétation physique des quantités transformées de Lorentz ont peut-être frappé Lorentz comme des apartés philosophiques sans importance dans des expositions qui, autrement, suivaient de près la sienne. J'ai aussi le sentiment que Lorentz a trouvé l'approche physiquement très intuitive d'Einstein plus attrayante que l'approche plutôt abstraite mais mathématiquement plus élégante de Poincaré.

Et lors d'une conférence sur l'expérience Michelson-Morley en 1927 à laquelle Lorentz et Michelson étaient présents, Michelson a suggéré que Lorentz était l'initiateur de la théorie de la relativité. Lorentz a alors répondu :

Je considérais ma transformation temporelle uniquement comme une hypothèse de travail heuristique. Ainsi, la théorie de la relativité n'est en réalité que l'œuvre d'Einstein. Et il ne fait aucun doute qu'il l'aurait conçu même si le travail de tous ses prédécesseurs dans la théorie de ce domaine n'avait pas été fait du tout. Son travail est à cet égard indépendant des théories précédentes.

Poincaré

Poincaré a attribué le développement de la nouvelle mécanique presque entièrement à Lorentz. Il n'a mentionné Einstein qu'en relation avec l' effet photoélectrique , mais pas en relation avec la relativité restreinte. Par exemple, en 1912 Poincaré pose la question de savoir si « la mécanique de Lorentz » existera encore après le développement de la théorie quantique . Il a écrit:

Dans tous les cas où elle diffère de celle de Newton, la mécanique de Lorentz perdure. Nous continuons de croire qu'aucun corps en mouvement ne pourra jamais dépasser la vitesse de la lumière ; que la masse d'un corps n'est pas une constante, mais dépend de sa vitesse et de l'angle formé par cette vitesse avec la force qui agit sur le corps ; qu'aucune expérience ne pourra jamais déterminer si un corps est au repos ou en mouvement absolu soit par rapport à l'espace absolu, soit même par rapport à l'éther.

Einstein

On sait maintenant qu'Einstein était bien au courant des recherches scientifiques de son temps. L'historien des sciences bien connu, Jürgen Renn, directeur de l' Institut Max Planck pour l'histoire des sciences a écrit sur les contributions d'Einstein aux Annalen der Physik :

Les Annalen ont également été une modeste source de revenus supplémentaires pour Einstein, qui a rédigé plus d'une vingtaine de rapports pour son Beiblätter - principalement sur la théorie de la chaleur - démontrant ainsi une maîtrise impressionnante de la littérature contemporaine. Cette activité a commencé en 1905. et résultait probablement de ses publications antérieures dans les Annalen dans ce domaine. En se basant sur ses publications entre 1900 et début 1905, on pourrait conclure que la spécialité d'Einstein était la thermodynamique.

Einstein écrivit en 1907 qu'il suffisait de se rendre compte qu'une quantité auxiliaire introduite par Lorentz et qu'il appelait "heure locale" pouvait simplement être définie comme "temps". En 1909 et 1912, Einstein expliqua :

... il est impossible de fonder une théorie des lois de transformation de l'espace et du temps sur le seul principe de relativité. Comme on le sait, cela est lié à la relativité des concepts de « simultanéité » et de « forme des corps en mouvement ». Pour combler cette lacune, j'ai introduit le principe de la constance de la vitesse de la lumière, que j'ai emprunté à la théorie de l'éther luminifère stationnaire de HA Lorentz, et qui, comme le principe de relativité, contient une hypothèse physique qui ne semblait se justifier que par les expériences pertinentes (expériences de Fizeau, Rowland, etc.)

—  Albert Einstein (1912), traduit par Anna Beck (1996).

Mais Einstein et ses partisans ont pris la position que ce « postulat de lumière » avec le principe de relativité rend l'éther superflu et conduit directement à la version d'Einstein de la relativité. On sait également qu'Einstein avait lu et étudié le livre Science et hypothèse de Poincaré de 1902 bien avant 1905, qui comprenait :

  • évaluations philosophiques détaillées sur la relativité de l'espace, du temps et de la simultanéité
  • discussion sur le recours aux conventions concernant l'utilisation de signaux lumineux pour la synchronisation des horloges
  • la définition du principe de relativité et la conjecture selon laquelle une violation de ce principe ne peut jamais être détectée empiriquement
  • la redondance possible de l'hypothèse de l'éther
  • remarques détaillées sur l'état physique de la géométrie non-euclidienne .

Einstein fait référence à Poincaré à propos de l'inertie de l'énergie en 1906 et de la géométrie non-euclidienne en 1921, mais pas à propos de la transformation de Lorentz, du principe de relativité ou de la procédure de synchronisation par signaux lumineux. Cependant, au cours des dernières années avant sa mort, Einstein a reconnu certaines des contributions de Poincaré (selon Darrigol, peut-être parce que son biographe Pais en 1950 a envoyé à Einstein une copie de l'article de Poincaré sur Palerme, qu'il a dit qu'il n'avait pas lu auparavant). Einstein a écrit en 1953 :

Il ne fait aucun doute que la théorie de la relativité restreinte, si l'on considère son développement rétrospectivement, était mûre pour la découverte en 1905. Lorentz avait déjà reconnu que les transformations qui portent son nom sont essentielles pour l'analyse des équations de Maxwell, et Poincaré approfondit cette perspicacité encore plus loin. En ce qui me concerne, je ne connaissais que l'important ouvrage de Lorentz de 1895 [...] mais pas l'ouvrage ultérieur de Lorentz, ni les enquêtes consécutives de Poincaré. En ce sens, mon travail de 1905 était indépendant. [...] La nouveauté de celui-ci était la réalisation du fait que la portée de la transformation de Lorentz transcendait sa connexion avec les équations de Maxwell et concernait la nature de l'espace et du temps en général. Un autre résultat nouveau était que "l'invariance de Lorentz" est une condition générale pour toute théorie physique.

Chronologie

Cette section cite des publications notables où des personnes ont exprimé leur point de vue sur les questions décrites ci-dessus.

Sir Edmund Whittaker (1954)

En 1954, Sir Edmund Taylor Whittaker , mathématicien et historien des sciences anglais, crédita Henri Poincaré de l'équation , et il inclua un chapitre intitulé The Relativity Theory of Poincaré and Lorentz dans son livre A History of the Theories of Aether and Electricity . Il a crédité Poincaré et Lorentz, et a particulièrement fait allusion à l'article de Lorentz de 1904 (daté par Whittaker comme 1903), au discours de Saint-Louis de Poincaré ( Les principes de la physique mathématique ) de septembre 1904 et à l'article de Poincaré de juin 1905. Whittaker n'a attribué à l'article d'Einstein sur la relativité que peu d'importance, c'est-à-dire la formulation des formules Doppler et d'aberration. Max Born a passé trois ans à essayer de dissuader Whittaker, mais Whittaker a insisté sur le fait que tout ce qui était important avait déjà été dit par Poincaré, et que Lorentz en avait clairement l'interprétation physique.

Gerald Holton (1960)

Les affirmations de Whittaker ont été critiquées par Gerald Holton (1960, 1973). Il a soutenu qu'il existe des différences fondamentales entre les théories d'Einstein d'une part et celles de Poincaré et Lorentz d'autre part. Einstein a radicalement reformulé les concepts d'espace et de temps, et par cela a supprimé « l'espace absolu » et donc l'éther luminifère stationnaire de la physique. D'un autre côté, Holton a fait valoir que Poincaré et Lorentz adhéraient toujours au concept d'éther stationnaire et essayaient seulement de modifier la dynamique newtonienne, pas de la remplacer. Holton a soutenu que « le silence de Poincaré » (c'est-à-dire pourquoi Poincaré n'a jamais mentionné les contributions d'Einstein à la relativité) était dû à leurs points de vue conceptuels fondamentalement différents. Les vues d'Einstein sur l'espace et le temps et l'abandon de l'éther n'étaient, selon Holton, pas acceptables pour Poincaré, donc ce dernier ne se référait à Lorentz que comme le créateur de la « nouvelle mécanique ». Holton a également souligné que bien que le discours de Saint-Louis de Poincaré en 1904 était « aigu et pénétrant » et contenait un « principe de relativité » qui est confirmé par l'expérience et nécessite un nouveau développement, il n'a pas « énoncé un nouveau principe de relativité ». Il a également fait allusion aux erreurs de Whittaker, comme antérieures à l'article de Lorentz de 1904 (publié en avril 1904) à 1903.

Des opinions similaires à celles de Holton ont été exprimées plus tard (1967, 1970) par son ancien élève, Stanley Goldberg.

GH Keswani (1965)

Dans une série d'articles de 1965 retraçant l'histoire de la relativité, Keswani a affirmé que Poincaré et Lorentz devraient avoir le mérite principal de la relativité restreinte – affirmant que Poincaré a clairement crédité Lorentz à plusieurs reprises, tandis que Lorentz a crédité Poincaré et Einstein, refusant de s'attribuer le mérite. Il a également minimisé la théorie de la relativité générale, affirmant que « la théorie de la relativité générale d'Einstein n'est qu'une théorie de la gravitation et des modifications des lois de la physique dans les champs gravitationnels ». Cela laisserait la théorie de la relativité restreinte comme unique théorie de la relativité. Keswani a également cité Vladimir Fock pour ce même avis.

Cette série d'articles a suscité des réponses, entre autres de Herbert Dingle et Karl Popper .

Dingle a dit, entre autres choses, ".. le 'principe de relativité' avait des significations diverses, et les théories qui lui étaient associées étaient tout à fait distinctes ; il ne s'agissait pas de formes différentes de la même théorie. Chacun des trois protagonistes... était très conscient des autres .... mais chacun préférait son propre point de vue"

Karl Popper dit "Bien qu'Einstein semble avoir connu la science et l'hypothèse de Poincaré avant 1905, il n'y a pas de théorie comme celle d'Einstein dans ce grand livre."

Keswani n'a pas accepté la critique et a répondu dans deux lettres également publiées dans le même journal (et - dans sa réponse à Dingle, il soutient que les trois théories de la relativité étaient au fond les mêmes : ".. elles signifiaient beaucoup de choses communes. Et c'est ce qui comptait le plus."

Dingle commenta l'année suivante l'histoire du crédit : « Jusqu'à la première guerre mondiale, les théories de Lorentz et d'Einstein étaient considérées comme des formes différentes de la même idée, mais Lorentz, ayant la priorité et étant une figure plus établie parlant une langue plus familière, était crédité de cela." (Dingle 1967, Nature 216 p. 119-122).

Arthur I. Miller (1973)

Miller (1973, 1981) était d'accord avec l'analyse de Holton et Goldberg et soutenait en outre que bien que la terminologie (comme le principe de relativité) utilisée par Poincaré et Einstein soit très similaire, leur contenu diffère fortement. Selon Miller, Poincaré a utilisé ce principe pour compléter la "vision du monde électromagnétique" basée sur l'éther de Lorentz et Abraham. Il a également soutenu que Poincaré distinguait (dans son article de juillet 1905) entre les systèmes et les électrons « idéaux » et « réels ». C'est-à-dire que l'utilisation de cadres de référence par Lorentz et Poincaré manque d'une interprétation physique sans ambiguïté, car dans de nombreux cas, ce ne sont que des outils mathématiques, alors que dans la théorie d'Einstein, les processus dans les cadres inertiels sont non seulement mathématiquement, mais aussi physiquement équivalents. Miller a écrit en 1981 :

p. 172 : " Bien que le principe de relativité de Poincaré soit énoncé d'une manière similaire à celui d'Einstein, la différence de contenu est nette. La différence critique est que le principe de Poincaré admet l'existence de l'éther, et considère donc que la vitesse de la lumière est exactement c seulement lorsqu'elle est mesurée dans des systèmes de coordonnées au repos dans l'éther. Dans les systèmes de référence inertiels, la vitesse de la lumière est c et est indépendante du mouvement de l'émetteur en raison de certains effets compensatoires tels que l'heure mathématique locale et l'hypothèse d'un inobservable Par conséquent, l'extension par Poincaré du principe de relativité du mouvement relatif dans la dynamique de l'électron résidait dans la théorie électromagnétique, et non dans la mécanique... Poincaré était le plus proche de rendre l'électrodynamique cohérente, mais pas d'une théorie de la relativité. " p. 217 : "Poincaré a relié le système imaginaire Σ' au système fixe d'éther S'".

Miller (1996) soutient que Poincaré était guidé par l'empirisme et était prêt à admettre que les expériences pourraient prouver la relativité erronée, et donc Einstein mérite plus de crédit, même s'il a pu être considérablement influencé par les articles de Poincaré. Miller soutient également que "L'accent mis sur le conventionnalisme ... a conduit Poincaré et Lorentz à continuer de croire en l'équivalence mathématique et observationnelle de la relativité restreinte et de la théorie des électrons de Lorentz. C'est incorrect." [p. 96] Au lieu de cela, Miller prétend que les théories sont mathématiquement équivalentes mais pas physiquement équivalentes. [p. 91–92]

Abraham Pais (1982)

Dans sa biographie d'Einstein en 1982, Subtle is the Lord , Abraham Pais a soutenu que Poincaré "se rapproche" de la découverte de la relativité restreinte (dans sa conférence de Saint-Louis de septembre 1904 et dans l'article de juin 1905), mais il a finalement échoué, car en 1904 et également plus tard en 1909, Poincaré a traité la contraction des longueurs comme une troisième hypothèse indépendante en plus du principe de relativité et de la constance de la vitesse de la lumière. Selon Pais, Poincaré n'a donc jamais compris (ou du moins il n'a jamais accepté) la relativité restreinte, dans laquelle toute la théorie, y compris la contraction des longueurs, peut simplement être dérivée de deux postulats. Par conséquent, il a vivement critiqué le chapitre de Whittaker sur la « théorie de la relativité de Poincaré et Lorentz », en disant « à quel point le manque de perspicacité physique de l'auteur correspond à son ignorance de la littérature », bien que Pais ait admis que lui et ses collègues détiennent la version originale de L' histoire de Whittaker comme un chef-d'œuvre. Bien qu'il essayait apparemment de faire valoir un point concernant le traitement par Whittaker de l'origine de la relativité restreinte, la formulation de cette déclaration par Pais a été réprimandée par au moins un critique notable de son livre de 1982 comme étant « calomnieux » et « lamentable ». Contrairement à l'affirmation trop généralisée de Pais, des scientifiques de renom tels que Max Born se réfèrent à des parties du deuxième volume de Whittaker, en particulier à l'histoire de la mécanique quantique, comme "les exploits les plus étonnants d'apprentissage, de perspicacité et de discrimination" tandis que Freeman Dyson dit de la deux volumes de la deuxième édition de Whittaker : « il est probable que c'est l'histoire la plus savante et la plus généralement autorisée de sa période que nous aurons jamais. »

Pais poursuit en affirmant que Lorentz n'a jamais abandonné le concept d'éther stationnaire, que ce soit avant ou après 1905 :

p. 118 : « Tout au long du papier de 1895, l'éther de Fresnel est postulé explicitement » ; p. 125 : « Comme Voigt avant lui, Lorentz considérait la transformation ... uniquement comme un outil mathématique pratique pour prouver un théorème physique ... il proposa d'appeler t l'heure générale et t' l'heure locale. Bien qu'il n'ait pas dit là explicitement, il est évident que pour lui il n'y avait, pour ainsi dire, qu'un seul temps vrai t. "; p. 166 : " 8.3. Lorentz et l'Éther... Par exemple, Lorentz continue d'affirmer que la contraction des tiges a une origine dynamique. Il ne fait aucun doute qu'il avait lu et compris les papiers d'Einstein à ce moment-là. Cependant, ni alors ni plus tard était-il prêt à accepter leurs conclusions comme la réponse définitive aux problèmes de l'éther. »

Elie Zahar (1983)

Dans plusieurs articles, Elie Zahar (1983, 2000) a soutenu qu'Einstein (dans son article de juin) et Poincaré (dans son article de juillet) ont découvert indépendamment la relativité restreinte. Il a déclaré que « bien que Whittaker ait été injuste envers Einstein, son compte rendu positif de l'accomplissement réel de Poincaré contient bien plus qu'un simple grain de vérité ». Selon lui, ce sont les déclarations non systématiques et parfois erronées de Poincaré concernant ses articles philosophiques (souvent liés au conventionnalisme ), qui ont empêché beaucoup de lui accorder le crédit qui lui est dû. À son avis, Poincaré était plutôt un "réaliste structurel" et il en conclut que Poincaré adhérait en réalité à la relativité du temps et de l'espace, alors que ses allusions à l'éther sont d'importance secondaire. Il poursuit qu'en raison de son traitement de la gravitation et de l'espace à quatre dimensions, l'article 1905/6 de Poincaré était supérieur à l'article 1905 d'Einstein. Pourtant, Zahar rend également hommage à Einstein, qui a introduit l'équivalence masse-énergie, et a également transcendé la relativité restreinte en empruntant une voie menant au développement de la relativité générale.

John Stachel (1995)

John Stachel (1995) a soutenu qu'il existe un débat sur les contributions respectives de Lorentz, Poincaré et Einstein à la relativité. Ces questions dépendent de la définition de la relativité, et Stachel a soutenu que la cinématique et la nouvelle vision de l'espace et du temps sont au cœur de la relativité restreinte et que les théories dynamiques doivent être formulées conformément à ce schéma. Sur la base de cette définition, Einstein est le principal créateur de la compréhension moderne de la relativité restreinte. À son avis, Lorentz a interprété la transformation de Lorentz uniquement comme un dispositif mathématique, tandis que la pensée de Poincaré était beaucoup plus proche de la compréhension moderne de la relativité. Pourtant Poincaré croyait toujours aux effets dynamiques de l'éther et distinguait les observateurs au repos ou en mouvement par rapport à lui. Stachel a écrit : « Il n'a jamais organisé ses nombreuses et brillantes idées en une théorie cohérente qui a résolument rejeté l'éther et le temps absolu ou transcendé ses origines électrodynamiques pour dériver une nouvelle cinématique de l'espace et du temps sur une formulation du principe de relativité qui ne fait aucune référence à l'éther ".

Peter Galison (2002)

Dans son livre Les horloges d'Einstein, les cartes de Poincaré (2002), Peter Galison a comparé les approches de Poincaré et d'Einstein pour reformuler les concepts d'espace et de temps. Il écrit : « Einstein a-t-il vraiment découvert la relativité ? Poincaré l'avait-il déjà ? Ces vieilles questions sont devenues aussi fastidieuses qu'infructueuses . C'est parce que cela dépend de la question, quelles parties de la relativité on considère comme essentielles : le rejet de l'éther, la transformation de Lorentz, le lien avec la nature de l'espace et du temps, les prédictions de résultats expérimentaux, ou d'autres parties. Pour Galison, il est plus important de reconnaître que les deux penseurs se sont intéressés aux problèmes de synchronisation d'horloge et ont donc tous deux développé le nouveau sens opérationnel de la simultanéité. Cependant, alors que Poincaré a suivi une approche constructive et a toujours adhéré aux concepts de l'éther stationnaire de Lorentz et à la distinction entre les temps "apparents" et "vrais", Einstein a abandonné l'éther et donc tous les temps dans des cadres inertiels différents sont également valables. Galison a soutenu que cela ne signifie pas que Poincaré était conservateur, puisque Poincaré a souvent fait allusion au caractère révolutionnaire de la « nouvelle mécanique » de Lorentz.

Olivier Darrigol (2004)

« Dans son article de 2004, « Le mystère de la connexion Einstein-Poincaré », Darrigol a écrit :

« En 1905, les réflexions de Poincaré et d'Einstein sur l'électrodynamique des corps en mouvement les amènent à postuler la validité universelle du principe de relativité, selon lequel le résultat de toute expérience concevable est indépendant du référentiel inertiel dans lequel il est réalisé. En particulier , ils ont tous deux supposé que la vitesse de la lumière mesurée dans différents référentiels inertiels était la même. Ils ont en outre soutenu que l'espace et le temps mesurés par des observateurs appartenant à différents systèmes inertiels étaient liés les uns aux autres par les transformations de Lorentz. Ils ont tous deux reconnu que le Maxwell -Les équations de Lorentz de l'électrodynamique ont été laissées invariantes par ces transformations. Elles ont toutes deux exigé que chaque loi de la physique soit invariante sous ces transformations. Elles ont toutes deux donné les lois relativistes du mouvement. Elles ont toutes deux reconnu que le principe de relativité et le principe de l'énergie conduisaient à des paradoxes lorsqu'ils sont appliqués conjointement aux processus radiologiques. s - à savoir, le principe de relativité, l'interprétation physique des transformations de Lorentz (au premier ordre) et les paradoxes du rayonnement - les publications pertinentes de Poincaré ont précédé d'au moins cinq ans l'article d'Einstein sur la relativité de 1905, et ses suggestions étaient radicalement nouvelles lorsqu'elles sont apparues pour la première fois. . Sur les autres points, la publication a été quasi simultanée.

« Je passe maintenant aux différences conceptuelles de base. Einstein a complètement éliminé l'éther, a exigé que l'expression des lois de la physique soit la même dans n'importe quel référentiel inertiel et a introduit une « nouvelle cinématique » dans laquelle l'espace et le temps mesurés dans différents les systèmes étaient tous exactement sur le même pied. En revanche, Poincaré maintenait l'éther comme cadre de référence privilégié dans lequel l'espace et le temps « vrais » étaient définis, tandis qu'il considérait l'espace et le temps mesurés dans d'autres cadres comme seulement « apparents ». Il a traité la contraction de Lorentz comme une hypothèse concernant l'effet du mouvement de bord d'une tige à travers l'éther, alors que pour Einstein c'était une conséquence cinématique de la différence entre l'espace et le temps définis par les observateurs en mouvement relatif. de la dilatation du temps, alors que Poincaré n'en a jamais parlé.Einstein a tiré l'expression de la transformation de Lorentz de ses deux postulats (le principe de relativité et le c constance de la vitesse de la lumière dans un système inertiel donné), alors que Poincaré a obtenu ces transformations comme celles qui laissent les équations de Maxwell-Lorentz invariantes. Alors qu'Einstein, ayant éliminé l'éther, avait besoin d'un second postulat, selon Poincaré la constance de la vitesse de la lumière (dans le référentiel éther) dérivée de l'hypothèse d'un éther stationnaire. Einstein a obtenu la dynamique de toute particule se déplaçant rapidement par l'utilisation directe de la covariance de Lorentz, tandis que Poincaré a raisonné selon un modèle spécifique de l'électron construit conformément à la covariance de Lorentz. Einstein a vu que les paradoxes du rayonnement de Poincaré ne pouvaient être résolus qu'en supposant l'inertie de l'énergie, alors que Poincaré n'est jamais revenu sur cette question. Enfin, Poincaré a immédiatement proposé une modification relativiste de la loi de la gravitation de Newton et a vu les avantages d'un formalisme à quatre vecteurs dans ce contexte, alors qu'Einstein a attendu quelques années pour aborder ce problème complexe.

"Ces différences entre les deux théories sont parfois considérées comme impliquant des prédictions observables différentes même dans le domaine de l'électromagnétisme et de l'optique. En réalité, il n'y a pas un tel désaccord, car l'éther de Poincaré est par hypothèse parfaitement indétectable, et chaque déduction faite dans la théorie d'Einstein peut se traduire par une déduction dans la théorie de Poincaré...

"En somme, alors, Einstein aurait pu emprunter le principe de relativité, la définition de la simultanéité, l'interprétation physique des transformations de Lorentz et les paradoxes du rayonnement de Poincaré. ... L'attitude la plus sage pourrait être de laisser la coïncidence de Poincaré et d'Einstein percées inexpliquées, ..."

Anatoly Alexeevich Logunov sur la relativité restreinte (2004)

Dans le livre d' Anatoly Logunov sur la théorie de la relativité de Poincaré, il y a une traduction anglaise (à la p. 113, en utilisant les notations modernes) de la partie de l'article de Poincaré de 1900 contenant E=mc 2 . Logunov déclare que les deux articles de Poincaré de 1905 sont supérieurs à l'article de 1905 d'Einstein. Selon Logunov, Poincaré a été le premier scientifique à reconnaître l'importance de l'invariance sous le groupe de Poincaré comme ligne directrice pour le développement de nouvelles théories en physique. Dans le chapitre 9 de ce livre, Logunov souligne que le deuxième article de Poincaré était le premier à formuler une théorie complète de la dynamique relativiste, contenant l'analogue relativiste correct du F=ma de Newton .

Dans. 142, Logunov souligne qu'Einstein a écrit des critiques pour le Beiblätter Annalen der Physik , écrivant 21 critiques en 1905. À son avis, cela contredit les affirmations selon lesquelles Einstein a travaillé dans un isolement relatif et avec un accès limité à la littérature scientifique. Parmi les articles examinés dans le Beiblätter dans le quatrième (sur 24) numéro de 1905, il y a une revue de l'article de Lorentz de 1904 par Richard Gans , qui contient les transformations de Lorentz. Du point de vue de Logunov, cela soutient l'opinion selon laquelle Einstein était familier avec l'article de Lorentz contenant la transformation relativiste correcte au début de 1905, tandis que son article de juin 1905 ne mentionne pas Lorentz en relation avec ce résultat.

Harvey R. Brown (2005)

Harvey R. Brown (2005) (qui privilégie une vision dynamique des effets relativistes similaire à Lorentz, mais « sans cadre éther caché ») a écrit sur le chemin de la relativité restreinte de Michelson à Einstein dans la section 4 :

p. 40 : « Le berceau de la théorie de la relativité restreinte était la combinaison de l'électromagnétisme maxwellien et de la théorie des électrons de Lorentz (et dans une moindre mesure de Larmor) basée sur la notion de Fresnel de l'éther stationnaire... Il est bien connu que la théorie spéciale d'Einstein la relativité a été en partie motivée par cet échec [à trouver le vent d'éther], mais afin de comprendre l'originalité de l'œuvre d'Einstein de 1905, il nous incombe de passer en revue les travaux des pionniers, et en particulier Michelson, FitzGerald, Lorentz, Larmor, et Poincaré. Après tout, ils étaient conjointement responsables de la découverte de la cinématique relativiste, dans la forme sinon dans le contenu, ainsi qu'une partie importante de la dynamique relativiste.

Concernant les travaux de Lorentz avant 1905, Brown a écrit sur le développement du « théorème des états correspondants » de Lorentz et a ensuite poursuivi :

p. 54 : « L'interprétation de Lorentz de ces transformations n'est pas celle qu'Einstein leur donnerait et qui est couramment adoptée aujourd'hui. En effet, jusqu'à ce que Lorentz se réconcilie avec le travail d'Einstein de 1905, et malgré l'avertissement de Poincaré, il a continué à croire que les véritables transformations de coordonnées étaient les transformations galiléennes, et que les transformations de 'Lorentz'... n'étaient qu'un dispositif formel utile..." p. 56. " Lorentz n'a systématiquement pas compris la signification opérationnelle de ses notions d'heure " locale "... Il a cependant eu une indication de la dilatation du temps en 1899, mais inévitablement il y a des mises en garde... Les hypothèses du système de Lorentz commençaient à s'accumuler, et le spectre de l'ad hoc était de plus en plus difficile à ignorer."

Puis la contribution de Poincaré à la relativité :

p. 62 : « En effet, l'affirmation selon laquelle ce géant des mathématiques pures et appliquées a co-découvert la relativité restreinte n'est pas rare, et il n'est pas difficile de comprendre pourquoi. Poincaré a été le premier à étendre le principe de la relativité à l'optique et à l'électrodynamique exactement. Alors que Lorentz , dans son théorème des états correspondants, avait effectivement assumé dès 1899 cette extension du principe de relativité jusqu'aux effets du second ordre, Poincaré l'a retenue pour tous les ordres. Poincaré a été le premier à montrer que les équations de Maxwell avec les termes sources sont strictement Lorentz covariant. … Poincaré a été le premier à utiliser le principe de relativité généralisée comme une contrainte sur la forme des transformations de coordonnées. Il a reconnu que le principe de relativité implique que les transformations forment un groupe, et en faisant davantage appel à l'isotropie spatiale. … Poincaré était le premier à voir le lien entre « l'heure locale » de Lorentz et la question de la synchronisation de l'horloge. … Il est juste de dire que Poincaré a été le premier à comprendre d la relativité de la simultanéité, et la conventionnalité de la simultanéité distante. Poincaré a anticipé l'interprétation de Minkowski des transformations de Lorentz comme une rotation passive et rigide dans un espace-temps pseudo-euclidien à quatre dimensions. Il était également conscient que les potentiels électromagnétiques [ sic ] se transforment à la manière de ce qu'on appelle maintenant un 4-vecteur de Minkowski. Il a anticipé les résultats majeurs de la dynamique relativiste (et en particulier les relations relativistes entre force, quantité de mouvement et vitesse), mais pas E=mc² dans toute sa généralité."

Cependant, Brown a poursuivi avec les raisons qui s'opposent à la co-découverte de Poincaré :

p. 63-64 : « Quels sont les motifs pour refuser à Poincaré le titre de co-découvreur de la relativité restreinte ? ... Bien que Poincaré ait compris indépendamment d'Einstein comment les transformations de Lorentz donnent lieu à des règles de transformation non galiléennes pour les vitesses (en effet Poincaré a dérivé le règles relativistes correctes), il n'est pas certain qu'il ait pleinement compris la signification opérationnelle moderne attachée aux transformations de coordonnées... il ne semblait pas comprendre le rôle joué par les termes de second ordre dans la transformation. Dans les cas de Lorentz et Larmor, il est encore moins clair que Poincaré ait compris que la contraction des longueurs ou la dilatation du temps était une conséquence de la transformation des coordonnées... Ce que Poincaré défendait n'était rien de moins qu'une nouvelle théorie de l'éther et de la matière - quelque chose de bien plus ambitieux que ce qui est apparu dans l'article d'Einstein sur la relativité de 1905... p. 65. Comme Einstein une demi-décennie plus tard, Poincaré voulait une nouvelle physique, pas une réinterprétation ou réorganisation des notions existantes.

Brown nie l'idée d'autres auteurs et historiens, que la différence majeure entre Einstein et ses prédécesseurs est le rejet de l'éther par Einstein, car, il est toujours possible d'ajouter pour une raison quelconque la notion de cadre privilégié à la relativité restreinte, tant que on accepte qu'il restera inobservable, et aussi Poincaré arguait qu'« un jour, sans doute, l'éther sera jeté de côté comme inutile ». Cependant, Brown a donné quelques exemples, quelles étaient, à son avis, les nouveautés dans le travail d'Einstein :

p. 66 : « Le sens complet de la cinématique relativiste n'était tout simplement pas correctement compris avant Einstein. La 'théorie de la relativité' telle qu'Einstein l'a formulée en 1905 n'était pas non plus prévue, même sous sa forme programmatique. p. 69. "Comment Albert Einstein... en est-il arrivé à sa théorie de la relativité restreinte ?... Je veux seulement souligner qu'il est impossible de comprendre la découverte d'Einstein (si c'est le mot juste) de la relativité restreinte sans prendre en compte le impacts du quantum en physique. p. 81. « À cet égard [Brown se réfère à la nature conventionnelle de la simultanéité distante] Einstein ne faisait guère plus que développer un thème que Poincaré avait déjà introduit. Là où Einstein va bien au-delà du grand mathématicien, c'est dans son traitement des transformations de coordonnées. .. En particulier, l'extraction des phénomènes de contraction de longueur et de dilatation du temps directement à partir des transformations de Lorentz dans la section 4 de l'article de 1905 est tout à fait originale."

Après cela, Brown développe sa propre interprétation dynamique de la relativité restreinte par opposition à l'approche cinématique de l'article d'Einstein de 1905 (bien qu'il dise que cette vue dynamique est déjà contenue dans l'article d'Einstein de 1905, « masqué dans le langage de la cinématique », p. 82 ) et la compréhension moderne de l'espace-temps.

Roger Cerf (2006)

Roger Cerf (2006) a donné la priorité à Einstein pour développer la relativité restreinte, et a critiqué les affirmations de Leveugle et d'autres concernant la priorité de Poincaré. Alors que Cerf a convenu que Poincaré a apporté d'importantes contributions à la relativité, il a soutenu (à la suite de Pais) que Poincaré " s'est arrêté juste avant l'étape cruciale " parce qu'il a traité la contraction des longueurs comme une " troisième hypothèse ", donc Poincaré n'avait pas une compréhension complète des principes de base de relativité. " L'étape cruciale d'Einstein a été d'abandonner l'éther mécaniste au profit d'une nouvelle cinématique. " Il nie également l'idée que Poincaré ait inventé E=mc² dans son sens relativiste moderne, car il n'a pas réalisé les implications de cette relation. Cerf considère la connexion Hilbert-Planck-Einstein de Leveugle comme une théorie du complot invraisemblable .

Shaul Katzir (2005)

Katzir (2005) a soutenu que « le travail de Poincaré ne devrait pas être considéré comme une tentative de formuler la relativité restreinte, mais comme une tentative indépendante de résoudre des questions en électrodynamique. » Contrairement à Miller et d'autres, Katzir pense que le développement de Poincaré de l'électrodynamique l'a conduit à la rejet de la vision du monde électromagnétique pure (en raison des contraintes de Poincaré non électromagnétiques introduites en 1905), et la théorie de Poincaré représente une « physique relativiste » qui est guidée par le principe de relativité. Dans cette physique, cependant, « la théorie de Lorentz et la théorie de Newton sont restées les bases fondamentales de l'électrodynamique et de la gravitation ».

Scott Walter (2005, 2007)

Walter (2005) soutient que Poincaré et Einstein ont tous deux proposé la théorie de la relativité en 1905. Et en 2007, il a écrit que bien que Poincaré ait officiellement introduit l'espace-temps à quatre dimensions en 1905/6, il s'accrochait toujours à l'idée de « l'espace-temps de Galilée ". C'est-à-dire que Poincaré a préféré la covariance de Lorentz à la covariance de Galilei lorsqu'il s'agit de phénomènes accessibles aux tests expérimentaux ; pourtant en termes d'espace et de temps, Poincaré a préféré l'espace-temps de Galilée à l'espace-temps de Minkowski, et la contraction des longueurs et la dilatation du temps « ne sont que des phénomènes apparents dus au mouvement par rapport à l'éther ». C'est la différence fondamentale entre les deux principales approches de la théorie de la relativité, à savoir celle de « Lorentz et Poincaré » d'un côté, et « Einstein et Minkowski » de l'autre.

Voir également

Remarques

Citations

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Les références

Travaux de physique (sources primaires)

Lectures complémentaires

Liens externes