ПРИЛОЖЕНИЕ 2

  В журнале Science amp; Vie #931 1995 напечатана статья Рено де ля Тая «Релятивизм Пуанкаре предшествовал Эйнштейновскому» , перевод которой, сделанный академиком РАН В.Ф.Журавлёвым, представлен ниже.

  Теория относительности, открытая и 1904 году, была признана научным сообществом начиная с 1915 года. Никакая Нобелевская премия никогда за эту теорию присуждена не была. Причина понятна: тот, кто первым сформулировал принцип относительности, умер в 1912 году. Это был Анри Пуанкаре.

  В 1887 году физика была в тупике: опыт с интерферометром, поставленный Майксльсоном и Морли, не обнаружил тех эффектов, которые должны были бы иметь место в соответствии с тогдашними представлениями в науке. Эти представления таковы: Ньютон в 1687 году постулировал существование абсолютного пространства и абсолютного времени. Френель в 1820 году выдвинул волновую теорию света, в соответствии с которой распространение световой волны имеет место по отношению к бестелесной среде - эфиру, заполняющей все бесконечное пространство. Этот эфир представлялся межзвёздной субстанцией наподобие тому, как воздух окружает нас в обыденной жизни. При этом он обладал жёсткостью наподобие твёрдого тела и был легче любого газа.

  Звёздная аберрация, кажущееся движение, открытая Бредли в 1728 году, объяснялась тогда результатом сложения скорости света со скоростью Земли относительно неподвижного эфира. В 1865 Максвелл вывел уравнения, которые описывали распространение электромагнитных волн в пространстве. Это распространение происходит со скоростью света, и Герц в 1887 году показал, что и свет представляет собой электромагнитную волну. Оставалось  подтвердить движение Земли по отношению к эфиру, который служит средой для распространения света. С этой целью был поставлен эксперимент Майкельсона, в котором ничего обнаружить не удалось. Поэтому надо было предположить, что эфир увлекается Землёй, но тогда необъяснимой оставалась аберрация. Проблема казалась неразрешимой.

  Именно в этот момент и вступили в игру крупный голландский физик Гендрик Лоренц и гениальный французский математик Анри Пуанкаре. Первый всемирно известен благодаря преобразованиям, которые носят его имя, второй в этой области известен значительно меньше. К счастью, бывший политеховец Жюль Левегль вот уже более двух лет занимается выяснением роли, которую сыграл Пуанкаре в генезисе работ, которые привели к отказу от концепции эфира в пользу преобразований четырёхмерного пространства-времени.

Анри Пуанкаре — первый в истории науки заметил в 1900, что энергия излучения обладает массой т, равной Е/с2

  Эта эквивалентность одинаково хорошо объясняет как излучение звёзд, так и энергию атомных станций.

  Левегль опубликовал результат своих исследований в апреле 1994 в ежемесячнике выпускников политехнической школы, и мы встретились с ним после этого, чтобы лучше очертить работы Пуанкаре в критическую для физики эпоху с 1899 по 1905 годы.

  Итак, в 1887 году отрицательный результат опыта Майкельсона привёл к замешательству. Спустя пять лет Лоренц представил первые публикации по теории электронов, позволяющие упростить интерпретацию уравнений Максвелла. Несколько позже он ввёл сокращение размеров движущихся через неподвижный эфир тел. Эта теория, опубликованная в 1895 году, содержала искусственный математический элемент, который сам Лоренц назвал «местное время».

  Именно в этот момент на сцене появился Пуанкаре, вмешавшийся фундаментальным образом в дебаты по электродинамике движущихся тел.

  Анри Пуанкаре родился в Нанси в 1854 году, где закончил среднюю школу, поступив в 1873 году в Политехническую школу. Близорукий, левша, удивительно неловкий в обычной жизни, он уже и начале учебы рассматривался профессорами как «математическое чудовище».

  Он был репетитором по математическому анализу в Политехнической школе, затем профессором математической физики и математической астрономии в Сорбонне, профессором теоретической электротехники в Школе телекоммуникаций и действительным членом Академии Наук в 33 года. Он умер в 1912 году в возрасте 57 лет после операции. Его открытия в дифференциальной геометрии, в алгебраической топологии, в теории вероятностей, в функциональном анализе и в других областях позволили Жану Дьедоне, одному из основателей группы Бурбаки, сказать: «Гений Пуанкаре эквивалентен гению Гаусса и столь же универсален. Он превосходил всех математиков своего времени».

  Его рассеянность и его отрешённость от житейских проблем были легендарными. Вследствие беспримерной щедрости он приписывал другим открытия, которые сделал сам. Его репутация в среде математиков была всеобщей.

  Над решённой им проблемой трёх тел бились самые выдающиеся математики. Предложенное решение позволило сделать далеко идущие выводы и открыть новые разделы анализа такие, как, например, стохатизацию в динамических системах. Он показал, не прибегая к помощи вычислительных машин, что траектории динамических систем могут иметь беспорядочное поведение в зависимости от начальных условий, что называется сейчас чувствительностью к начальным условиям в теории хаоса.

  Он показал, что точки пересечения траекторий с секущей плоскостью образуют разрывное множество, плотность которого в заданной области может быть описана в терминах теории вероятности. Тем самым он установил связь между детерминизмом и случайностью. Ему также принадлежит концепция аттракторов и фрактальных кривых, основанная на представлении о предельных циклах. Пуанкаре был экстраординарной математической фигурой, какие встречаются два или три раза в столетие. 

  Группа преобразований, найденная Пуанкаре, исходя из уравнений Лоренца, стала основой всей современной релятивистской физики.

Итак, в 1899 году Пуанкаре был профессором математической физики в Сорбонне, и он занимался математическим описанием наблюдаемых в физике явлений. В этом качестве он внимательно следил за проблемами, возникшими в физике после опытов Майкельсона

  Он сразу обратил внимание на предложенную Лоренцем теорию локального времени и сокращение размеров движущихся в эфире тел. В своём курсе «Электричество и оптика» Пуанкаре пишет «Это странное свойство производит впечатление фокуса, сыгранного природой для того, чтобы было невозможно определить движение Земли посредством оптических экспериментов. Такое положение дел не может меня удовлетворить. Я полагаю   весьма правдоподобным, что оптические явления могут зависеть только от относительных движений присутствующих материальных тел.»

  Тем самым в трёх фразах Пуанкаре исключил эфир. В следующем, 1900 году в статье " Теория Лоренца и принцип противодействия» он Дал физическую интерпретацию лоренцева локального времени: это время подвижных наблюдателей, которые настроили свои часы с помощью оптических сигналов, игнорируя собственное движение. Он там также замечает: «Если аппарат массы 1 кг посылает в некотором направлении со скоростью света энергию в 3 мегаджоуля, то скорость противодействия будет 1 см/сек».

  Это означает, что лучевая энергия обладает свойством инерции, так же как любое материальное тело, для которого коэффициентом инерции является его масса. Эта эквивалентная масса электромагнитной энергии Е равна, следовательно, Е/ с2, формула, которую он явно выписывает, что влечёт за собой Е=mc2. Имеет место эквивалентность между массой и энергией в случае электромагнитного излучения. Макс Планк обобщит эту формулу на случай тела, которое поглощает и теряет энергию, и произведёт доказательство в 1907 году, опираясь на электромагнитное количество движения Пуанкаре.

ГЕНДРИК ЛОРЕНЦ, ЛАУРЕАТ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ |ПО ФИЗИКЕ 1902 ГОДА:

«Я  не   установил   принципа   относительности,   как строго и универсально справедливого. Пуанкаре, напротив, получил полную инвариантность и сформулировал принцип относительности — понятие,  которое он же и использовал.»

  В 1902 году Пуанкаре публикует работу «Наука и гипотеза», работу, которая имела большой резонанс в научном сообществе. Там он. в частности, писал: "Не существует абсолютного пространства и мы воспринимаем только относительные движения. Не существует абсолютного времени: утверждение, что два промежутка времени равны друг другу, само по себе не имеет никакого смысла. Оно может обрести смысл только при определённых дополнителъных условиях. У нас нет непосредственной интуиции одновременности двух событий, происходящих в двух разных театрах. Мы могли бы что-либо утверждать о содержании фактов механического порядка, только отнеся их к какой-либо неевклидовой геометрии».

  В этих высказываниях нетрудно увидеть ряд положений, которые типичны для современной релятивистской физики. Лоренц, впрочем, читал эту работу Пуанкаре, он был в курсе тех критических замечаний, которые высказывал Пуанкаре ещё в 1899 году. Лоренц получил в 1902 Нобелевскую премию по физике, вторую в истории науки (первую получил Рентген), что делало его весьма авторитетным. Строгий учёный, он принимал в расчёт критику Пуанкаре, как он сам об этом пишет в мае 1904 года, где он предлагает новые уравнения. Однако, он не может расстаться с идеей неподвижного эфира.

  В сентябре 1904 года Пуанкаре приглашают в Соединённые Штаты прочитать лекцию в городе Сент-Луис (штат Миссури). Он должен был там рассказать о состоянии науки и о будущем математической физики. Он начал лекцию с того, что рассказал о той роли, которую выпало играть в современной ему науке великим принципам, таким как закон сохранения энергии, второе начало термодинамики, равенство действия противодействию, закон сохранения массы, принцип наименьшего действия. К ним он затем добавляет радикальное нововведение: «принцип относительности, в соответствии с которым законы физики должны быть одинаковыми, как для неподвижного наблюдателя, так и для наблюдателя, вовлечённого в равномерное движение, так, что мы не имеем и не можем иметь никакого способа узнать находимся мы или нет в подобном движении».

  Впервые он обнародовал принцип относительности, касающийся не только механики, но и электромагнетизма. Пуанкаре закончил свою лекцию словами: «Возможно, нам предстоит построить механику, контуры которой уже начинают проясняться и где возрастающая от скорости масса сделает скорость света непреодолимым барьером».

  Из публикации Лоренца 1904 года, с которой он познакомился до этой лекции, он извлёк главное, что оправдывает и обосновывает принцип относительности. Он публикует резюме своих исследований в заметке в Академии Наук от 5 июня 1905 года, где можно найти следующую фразу: «Самое главное, что было установлено Лоренцем это то, что уравнения электромагнитного поля не изменился под действием преобразований, которым я даю название преобразований Лоренца».

На самом деле, именно Пуанкаре принадлежит доказательство вариантности уравнений Максвелла, как позже честно признал Лоренц: «Это были мои рассуждения, опубликованные в мае тал года, которые подвигну ли Пуанкаре написать свою статью, которой он приписывает моё имя преобразованиям, из которых не смог извлечь всей пользы. Позже я смог увидеть в статье Пуанкаре, что я мог добиться больших упрощений. Не заметив их, я не смог установить принцип относительности как строго и универсально справедливый. Пуанкаре, напротив, установил совершенную  инвариантность  и  сформулировал  постулат  относительности. Именно этот термин он первым и употребил».

В докладе, опубликованном в «Заметках Академии наук» 5 июня 1905 года, Пуанкаре комментирует группу преобразований, найденную им при анализе уравнений Лоренца. Он подчёркивает, что главным моментом, оказавшимся в основе принципа относительности, является инвариантность уравнений электромагнитного поля.

  Действительно, Лоренц предложил двухступенчатую замену переменных, связывающую координаты события {x,y,z,t} в одном инерциальном репере с координатами этого же события {x',y',z',t'} в другом инерциальном репере, движущемся по отношению к первому. В то время как Пуанкаре связал координаты {x,y,z,t} с координатами {x',y',z',t'} единым преобразованием. Это преобразование симметрично и обратимо: никакой репер не имеет привилегированного характера и в этом суть релятивизма. Немедленное следствие: постоянство скорости света.

  Именно этому преобразованию он дал имя Лоренца, ставшее классическим. В заметке 5 июня он писал: «Множество всех этих преобразований вместе со всеми поворотами пространства должно обладать групповыми свойствами для того, чтобы удовлетворять принципу относительности».

  Термин «преобразование" имеет специальное употребление в теории групп преобразований в геометрии после работ Феликса Клейна 1872 года. С теорией групп в то время были знакомы лишь несколько математиков самого высокого уровня и некоторые кристаллографы. Поэтому этой теорией воспользовался Пуанкаре, который ею владел, а не Лоренц.

  Последствия того открытия, что в основе релятивизма лежит специальная группа, были весьма значительными, так как из этого следовало, что x2+y2+z2-c2t2 является инвариантом этой группы преобразования которой в пространстве четырёх измерений x,y,z,ict являются вращениями. Эта группа, которой Пуанкаре дал название группа Лоренца и которую современные физики именуют группа Пуанкаре, является основой специальной теории относительности.

  Итак, в своей заметке 5 июня 1905 года Пуанкаре дал новую форму преобразованиям, предложенным Лоренцем, и установил их групповую природу. В силу этих преобразований уравнения Максвелла инвариантны и этим удовлетворяется принцип относительности: в этом и состоит главный момент. Основы теории относительности были сформированы.

  В это время 26 сентября 1905 года «Анналы физики» (Берлин-Лейпциг) публикуют статью Альберта Эйнштейна, озаглавленную «К электродинамике движущихся тел». Рукопись, подписанная Эйнштейном и его женой Милевой Марич (см. Science amp; Vie N 871, р. 32), была получена редакцией 30 июня 1905 года, то есть более трёх недель после заметки Пуанкаре. Эта рукопись была немедленно уничтожена после её публикации. Родившийся в 1879 году Эйнштейн получил образование в Цюрихском Политехникуме, после чего поступил в патентное бюро Берна.

  В его статье можно найти то, о чём в течение десяти лет Пуанкаре дискутировал с Лоренцем и что уже неоднократно публиковалось: ненужность эфира, абсолютного пространства и абсолютного времени, условность понятия одновременности, принцип относительности, постоянство скорости света, синхронизация часов световыми сигналами, преобразования Лоренца, инвариантность уравнений Максвелла и так далее. К уже известному Эйнштейн добавил формулы релятивистского эффекта Допплера и аберрации, которые немедленно вытекают из преобразований Лоренца.

Таким образом, независимый исследователь, никогда ничего непубликовавший по обсуждаемому вопросу прежде, якобы перtоткрыл практически мгновенно то, что учёные класса Лоренца и Пуанкаре смогли установить только после десяти лет усилий. Более того, вопреки научной этике, в своей статье Эйнштейн не делает никаких ссылок на работы предшественников, что особенно поразило Макса Борна. При этом Эйнштейн, который читал по-французски так же хорошо, как и по-немецки, знал работу Пуанкаре «Наука и гипотеза», а также, без сомнения, и все другие статьи Лоренца и Пуанкаре.

Это не помешало  Эйнштейну стать  в  глазах  общественности творцом теории относительности, что обрекало Пуанкаре на забвение. Такое произошло под влиянием немецкой школы и благодаря научному авторитету Планка и фон Лауе. В 1907 году Планк писал: "принцип относительности, намеченный Лоренцем и в наиболее общем виде сформулированный Эйнштейном,...» Пуанкаре был уже полностью проигнорирован.

  Этому два главных объяснения. Прежде всего, конфликт двух  кланов. Пуанкаре был математиком, а не физиком. Мог ли профессор математики с высоты своей кафедры давать советы тем, кто СНИЗУ ведёт тяжёлую борьбу с грубой реальностью практики? Затем конфликт наций: в начале века наука была немецкой (Рентген, Герц, Планк, Вайн и др.), как могли немцы получать уроки от французов?

  Хотя Эйнштейн и работал в Берне, но родился он в Ульме, в Баварии. Он принадлежал немецкой школе. Поэтому он и стал знаменитым- Потом американцы, склонные все преувеличивать до абсурда сделали из него самого великого учёного человечества.

  В этом избытке почестей есть, однако, небольшая осечка. Пуанкаре умер в 1912 году, в этом же году, а затем и в последующих, Эйнштейн выдвигался на Нобелевскую премию по теории относительности. В конце концов, он получил эту премию, но не за эту теорию, а за фотоэффект. Для премии по теории относительности было существенное препятствие: Лоренц, престиж которого в шведской Академии Наук был огромен и который лучше, чем кто-либо знал о приоритете Пуанкаре в генезисе релятивизма

.