"Tensión" entre el Electromagnetismo y las leyes de Newton

Cuando se habla de las inconsistencias en la física que llevaron al descubrimiento de la relatividad de Einstein, los profesores de hoy siempre dicen que el descubrimiento de Maxwell de la velocidad constante de la luz C creó una gran contradicción en la física. (a saber: ¿había un marco especial en relación con el cual la velocidad de la luz era C O estaban equivocadas las leyes de EM).

Mi pregunta es ¿por qué los científicos no se dieron cuenta de que algo andaba mal cuando se propuso por primera vez la ley que dice que la fuerza magnética sobre un cuerpo era proporcional a su velocidad? alguien tuvo que preguntar "velocidad relativa a qué observador", ¿verdad? si se dieron cuenta de que algo andaba mal, ¿por qué continuaron usándolo en la física convencional?

Nadie pensó en "observadores" en ese entonces, se suponía que las ecuaciones de Maxwell estrictamente hablando se sostenían en el espacio absoluto de Newton. Cuando los experimentos de Michelson-Morley no pudieron mostrar la velocidad en relación con ella, se sugirieron formas inteligentes para eliminar la "contradicción", una por parte de Hertz, la otra por Fitzgerald, Lorentz y Larmor (quienes identificaron el espacio absoluto con el éter). No había una sensación generalizada a fines del siglo XIX de que quedara alguna contradicción, y mucho menos una "enorme". Pero hoy tomar prestados sentimientos de desarrollos posteriores hace que la "historia" sea más fácil de contar.
alguien tuvo que preguntar "velocidad relativa a qué observador", ¿verdad? Pensaron que era relativo al marco del éter. También sabían ca. 1880-1900 que cualquier efecto observable de movimiento relativo al éter se desvanecería hasta cierto orden en v/c.
"Relativo a qué observador" es el tipo de tema al que la gente se volvió sensible solo después de que Einstein siguió en parte a Mach al redefinir lo que constituye "físico" en la relatividad especial. Por supuesto, los experimentadores prestaron atención a los marcos en la práctica, pero en el análisis siempre se podía recurrir al espacio absoluto y olvidarse de ellos. Incluso la identificación del marco absoluto con el éter ocurrió después de los experimentos de Michelson-Morley, no antes, como muestra la teoría alternativa de Hertz.
¿La relatividad galileana no abolió el concepto de un espacio absoluto?
No, Newton introdujo el espacio absoluto en Principia y siguió siendo la visión dominante de la mecánica hasta después de Einstein (anticipado por las críticas de Mach). "Relatividad galileana" es un término post-einsteiniano, Newton vio la relatividad como una apariencia superficial sobre la "verdadera" realidad del espacio absoluto, ver aquí .
"Relativo a qué observador" es el tipo de tema al que la gente se volvió sensible solo después de que Einstein siguió en parte a Mach al redefinir lo que constituye "físico" en la relatividad especial. No entiendo por qué dirías esto. La igual validez de los diferentes marcos de referencia se discute explícita y extensamente en los escritos de Galileo. Habla explícitamente de diferentes observadores en diferentes estados de movimiento.
alex: ¿ la relatividad galileana no abolió el concepto de un espacio absoluto? Conifold: No, Newton introdujo el espacio absoluto en Principia. La noción de espacio absoluto es una pista falsa en la presente discusión. El problema es si hay un marco preferido. Newton entendió claramente que no lo había. Las cuestiones planteadas en esta pregunta ni siquiera surgirían en la época de Newton, porque nadie había imaginado ni remotamente las ecuaciones de Maxwell o el éter luminífero.
Galileo discute cómo aparecen los eventos para los observadores que viajan en barcos, etc., no habla de "marcos de referencia", "marcos preferidos" y otras modernidades. Newton en Principia expresa el lema de la "relatividad" como sistemas que se mueven uniformemente en el espacio absoluto, escribiendo "la gente común que no logra abstraer el pensamiento de las apariencias sensibles siempre habla de cantidades relativas " y " en las discusiones filosóficas, debemos alejarnos de nuestros sentidos". , y considerar las cosas mismas ". Salvo contadas excepciones, el tema de los encuadres no estaba tematizado teóricamente porque no hacía falta.

Respuestas (3)

alguien tuvo que preguntar "velocidad relativa a qué observador", ¿verdad?

Pensaron que era relativo al marco del éter. Personas como Lorentz también sabían ca. 1880-1895 que cualquier efecto observable de movimiento relativo al éter se desvanecería hasta que llegaras al menos a ordenar ( v / C ) 4 . Entendieron que los campos eléctricos y magnéticos se transformarían cuando cambiaras de marco. Simplemente no sabían que era posible hacer que la forma de las ecuaciones de Maxwell fuera exactamente independiente del marco haciendo lo que hizo Einstein en su artículo de 1905. Fue un paso muy radical y sorprendente el que dio Einstein. Antes de 1905, gente como Lorentz concebía cosas como la transformación de Lorentz en términos de tensiones y tensiones generadas por el movimiento de la materia a través del éter.

Relacionado: https://physics.stackexchange.com/questions/7049/history-of-electromagnetic-field-tensor

¿También pensaron que era relativo al éter incluso antes de saber que el magnetismo tenía algo que ver con las ondas de luz?
Por "eso", todavía nos referimos a la velocidad que aparece en la ley de fuerza de Lorentz, ¿verdad? El descubrimiento de la fuerza de Lorentz y el descubrimiento de las ondas electromagnéticas datan aproximadamente del mismo período de tiempo. No hubo un período en el que se entendiera bien el magnetismo o la magnetostática y se desconocieran las ondas electromagnéticas.

Este es un comentario extendido sobre la respuesta de @Pentcho Valev. En su primer artículo sobre la relatividad, Einstein no menciona el experimento de Micheson-Morley. Cuando se le preguntó más tarde, dijo que esto no era de importancia crucial para él. Según tengo entendido, fue de suma importancia leer detenidamente a Maxwell y pensar en lo que implica la teoría de Maxwell. De hecho, la teoría de Maxwell es inconsistente con el Principio de la relatividad clásica (Galileo). (En lenguaje matemático, las ecuaciones de Mazwell no son invariantes bajo el grupo de transformaciones de Galileo. Son invariantes bajo las transformaciones de Lorenz). Esto lógicamente implica relatividad especial, si uno cree que las ecuaciones de Maxwell son correctas. (Y la teoría de Maxwell fue espectacularmente confirmada por hercios). Pero sólo los pensadores más profundos lo entendieron claramente (Lorenz, Poincaré y Einstein). Quiero decir que estas personas podrían PREDECIR el resultado del experimento de Michelson-Morley incluso si no se hiciera.

Así que mi respuesta corta a la pregunta es: hubo tensión, pero muy pocas personas la notaron.

Observación. El libro de Maxwell es un verdadero cofre del tesoro y fue leído por muy pocas personas: http://www.ams.org.ezproxy.lib.purdue.edu/journals/bull/1972-78-05/S0002-9904-1972- 12971-9/home.html pero Einstin ciertamente estaba entre ellos.

La teoría de Maxwell es consistente no sólo con el principio de la relatividad clásica, sino incluso con toda la mecánica newtoniana, como lo demostraron en detalle Lorentz, Larmor y Poincaré a principios de siglo. Junto con la hipótesis de que las fuerzas moleculares son electromagnéticas, la combinación incluso predice el resultado del experimento de Michelson-Morley. Einstein declaró explícitamente que su postulado de la luz no está implícito en la electrodinámica de Maxwell, véase ¿ Por qué el programa de Einstein superó al de Lorentz? de Zahar. yo y yo
@Conifold: Esto parece un buen ejemplo de una revolución al estilo de Kuhn, similar al heliocentrismo. El geocentrismo funcionaba bien, y para obtener más precisión todo lo que tenías que hacer era apilar más epiciclos encima de los epiciclos. El heliocentrismo no ganó porque dio una mejor concordancia con el experimento.
En su primer artículo sobre la relatividad, Einstein no menciona el experimento de Micheson-Morley. Cuando se le preguntó más tarde, dijo que esto no era de importancia crucial para él. En realidad, esto no está tan claro. Véase Jeroen van Dongen, Sobre el papel del experimento de Michelson-Morley: Einstein en Chicago, arxiv.org/abs/0908.1545
@BenCrowell Creo que este es en parte el punto de Zahar. El "paradigma" de Einstein prevaleció después de 1905 porque proporcionó mejores heurísticas para desarrollar nuevas teorías exitosas (especialmente GR), no por el experimento de Michelson-Morley o las "inconsistencias" de Galileo/Maxwell. Sin embargo, sería más cauteloso con el paralelo con los epiciclos, tenían un número indefinido de parámetros que podrían ajustarse a cualquier cosa periódica, la teoría de Lorentz-Larmor-Poincare no tenía nada por el estilo y, por supuesto, proporcionaba la misma precisión que SR ya que ellos comparte el formalismo. Aún así, en balance era razonable abandonarlo.

Con respecto a la relatividad de Einstein, solo había una contradicción relevante en la física antes de 1905: la teoría del éter había predicho (erróneamente) que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente de luz, mientras que la teoría de emisión de la luz de Newton había dicho (correctamente) que la la velocidad de la luz varía con la velocidad de la fuente. El experimento de Michelson-Morley había confirmado la última predicción (correcta), pero a Einstein le resultó rentable adoptar la primera (incorrecta) como su segundo postulado ("luz") de 1905:

http://philsci-archive.pitt.edu/1743/2/Norton.pdf "El experimento de Michelson-Morley es totalmente compatible con una teoría de emisión de luz que CONTRADICE EL POSTULADO DE LA LUZ".

http://books.google.com/books?id=JokgnS1JtmMCse ajustarán a la relatividad newtoniana y, por lo tanto, explicarán automáticamente el resultado nulo del experimento de Michelson-Morley sin recurrir a longitudes de contracción, tiempo local o transformaciones de Lorentz. Sin embargo, como hemos visto, Einstein resistió la tentación de explicar el resultado nulo en términos de partículas de luz e ideas newtonianas simples y familiares, e introdujo como su segundo postulado algo que era más o menos obvio cuando se pensaba en términos de ondas. en un éter. Sin embargo, si era tan obvio, ¿por qué necesitaba establecerlo como un principio? Porque, habiendo tomado de la idea de las ondas de luz en el éter el único aspecto que necesitaba, declaró al principio de su artículo, para citar sus propias palabras, que "la introducción de un 'éter luminífero' demostrará ser superflua". o Transformaciones de Lorentz. Sin embargo, como hemos visto, Einstein resistió la tentación de explicar el resultado nulo en términos de partículas de luz e ideas newtonianas simples y familiares, e introdujo como su segundo postulado algo que era más o menos obvio cuando se pensaba en términos de ondas. en un éter. Sin embargo, si era tan obvio, ¿por qué necesitaba establecerlo como un principio? Porque, habiendo tomado de la idea de las ondas de luz en el éter el único aspecto que necesitaba, declaró al principio de su artículo, para citar sus propias palabras, que "la introducción de un 'éter luminífero' demostrará ser superflua". o Transformaciones de Lorentz. Sin embargo, como hemos visto, Einstein resistió la tentación de explicar el resultado nulo en términos de partículas de luz e ideas newtonianas simples y familiares, e introdujo como su segundo postulado algo que era más o menos obvio cuando se pensaba en términos de ondas. en un éter. Sin embargo, si era tan obvio, ¿por qué necesitaba establecerlo como un principio? Porque, habiendo tomado de la idea de las ondas de luz en el éter el único aspecto que necesitaba, declaró al principio de su artículo, para citar sus propias palabras, que "la introducción de un 'éter luminífero' demostrará ser superflua". e introdujo como su segundo postulado algo que era más o menos obvio cuando se pensaba en términos de ondas en un éter. Sin embargo, si era tan obvio, ¿por qué necesitaba establecerlo como un principio? Porque, habiendo tomado de la idea de las ondas de luz en el éter el único aspecto que necesitaba, declaró al principio de su artículo, para citar sus propias palabras, que "la introducción de un 'éter luminífero' demostrará ser superflua". e introdujo como su segundo postulado algo que era más o menos obvio cuando se pensaba en términos de ondas en un éter. Sin embargo, si era tan obvio, ¿por qué necesitaba establecerlo como un principio? Porque, habiendo tomado de la idea de las ondas de luz en el éter el único aspecto que necesitaba, declaró al principio de su artículo, para citar sus propias palabras, que "la introducción de un 'éter luminífero' demostrará ser superflua".

La teoría del éter había predicho (erróneamente) que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente de luz. Esto suena como si estuviera confundido, no se expresa con claridad o no está familiarizado con los hechos experimentales. La velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente. Para una revisión, véase Fox, JG (1967), "Constancy of the Velocity of Light", J. Opt. Soc. Soy. 57, 967-968. Una buena prueba conceptualmente simple es la descomposición en vuelo de los mesones pi0: Alvager, adsabs.harvard.edu/abs/1964PhL....12..260A Es lamentable que el OP aceptara apresuradamente esta respuesta incorrecta.
"Tensión" entre el Electromagnetismo y las leyes de Newton
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