Some foundational problems in the special theory of relativity

von Max Jammer

Some foundational problems in the special theory of relativity
Max Jammer

In: Problems in the foundations of physics. Proc. of the Int. School of Physics E. Fermi. Course 72.
Ed.: G. Toraldo di Francia. North-Holland 1979, S.202-236.

Die Forschungsgruppe G.O. Mueller referiert in der Ergänzung des Kapitels 4 ihrer Dokumentation diese Arbeit von Max Jammer:

Diskutiert im Rahmen einer grundsätzlichen Akzeptierung der Speziellen Relativitäts-theorie eine Reihe von Schwächen der Theorie (S. 202): „… it would be rash to conclude that the foundations of special relativity, despite its status of being an exceptionally well established theory, are a matter of universal consensus and unanimity. Although about three quarters of a century have passed since Albert Einstein first proposed the theory in 1905, many textbooks and even monographs of the theory contain misrepresentations, if not misconceptions, of some of its more delicate issues.“

Weist auf einen Übersetzungsfehler in der englischen Ausgabe des Textes von 1905 hin, wo der Übersetzer Perrett-Jeffery das deutsche Wort „nun“ als „nur“ gelesen und übersetzt hat: „But through this error the translation turned out to be precisely contradictory to the original intention which implied the admission of alternative choices, later called ’nonstandard‘ signal synchronizations.“

Diskutiert anhand der 11 Axiome der Speziellen Relativitätstheorie von Reichenbach die logischen Probleme (S. 211-213). Die Axiome 4 und 5 über die immer konstante Lichtgeschwindigkeit sollen aus einem Postulat folgen, setzen jedoch mit dem Gebrauch des Konzepts der Geschwindigkeit voraus, daß das Konzept der Zeit bereits entwickelt sein muß (S. 213): „But such a postulate presupposes, through its use of the concept of velocity, that the concept of ‚time‘ (Einstein) has been defined already. This example shows how careful one has to be in the logical analysis of the basic assumptions.“

Referiert einen anderen Kritikpunkt von J. M. Kingsley (1975), der die logische Vereinbarkeit der beiden Postulate (Relativitätsprinzip, C-Konstanz) bestreitet und, wenn das erstere als wahr gelten soll, das zweite als widerlegt ansieht, nach dem Urteil von Jammer allerdings zu Unrecht (S. 214).

Diskutiert das Reziprozitäts-Prinzip (reciprocity principle) als „postulate P3“ der Theorie (S.221-222). Hält P3 nicht für eine logische Folge des Relativitätsprinzips; nennt mehrere Anwendungen dieses Prinzips (S. 221):
reciprocity of relative velocities,
– reciprocity of relative lengths,
– reciprocity of relative time intervals,
– reciprocity of relative passage times
.

Diskutiert die Konsequenzen der Lorentz-Transformationen (LORTF), die untereinander konsistent sein müssen (S. 227): „This point is of importance in connection with the <clock paradox>, which according to some authors is the most serious problem pertaining to the consequences of the Lorentz transformation, namely the well-known effect of <time retardation>. In fact, the self-contradiction of the alleged <conclusion> that of two twins, who once have departed from each other and later have come together again, each must be younger than the other, has been interpreted by certain authors as an indication that the basic postulates of the theory lack logical consistency.“ (Der Autor distanziert sich klar von diesem Schluß, indem er ihn nur „certain authors“ zuschreibt und die Schlußfolgerung (conclusion) als angeblich qualifiziert und in Anführungszeichen setzt.)

Analysiert ein Gedankenexperiment Albert Einsteins, das er in seiner Erwiderung auf eine Kritik von Varicak vorträgt (S. 229). Zwei starre Stäbe von gleicher Eigen-Länge bewegen sich gleichförmig und mit derselben Geschwindigkeit parallel zur x-Achse, aber in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbei. Auf der x-Achse ist die Eigen-Länge der Stäbe markiert. Beim Vorbeigleiten an der Markierung auf der x-Achse muß der sich bewegende Stab kürzer als die Markierung beobachtet werden können. Jammer kommt zu dem Ergebnis (S. 229-230): „If Einstein’s thought-experiment was designed to verify the quantitative result that the length of each rod decreases in the ratio [alpha], then the velocities of the two rods had to be equal (in absolute value), a requirement which necessitates the use of clocks. To take refuge to a dynamical principle such as the principle of action and reaction (two equal masses at the ends of a compressed spring which is being released) would involve a vicious circle (to verify that the masses are equal we have to measure, perhaps by the same experimental arrangement, their relative velocities, cf. Mach’s determination of mass [59]; but to measure a velocity requires a clock, in fact, two synchronized clocks).“ Wenn Einsteins Experiment dagegen nur das qualitative Ergebnis hätte beweisen sollen, hätte man keine Uhr dafür benötigt. Dieses Problem wurde in den 40er Jahren Gegenstand einer Kontroverse zwischen H. Dingle und P. S. Epstein, die zu keinem Ergebnis führte.

Gibt abschließend ein „correct assessment of the <nature> of relativistic length contraction> (S. 231-235). Bezieht sich hierzu auf Differenzierungen der Synchronisierungsverfahren nach B. Ellis und P. Bowman (1967), die in dem Faktor [epsilon] ausgedrückt werden (S. 234): „As we see, the length contraction factor depends on [epsilon] as well as on the direction of motion. In fact, it can be shown that for a suitable choice of [epsilon] the factor can be made larger than 1 leading to a length dilatation rather than to a length contraction.“

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Siehe auch vom Autor in diesem Blog: Der Begriff der Masse in der Physik

 

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