在当时,一些科学家开始批评牛顿所定义的绝对时空[32][33][34]。恩斯特·马赫指出,绝对时空是毫无意义的,而只有相对运动才是有用的概念。他同时声称,即便是诸如旋转这种加速运动,也可以通过固定星体来描述其相对运动,而不需要使用牛顿的绝对时空。1870年,卡尔·诺伊曼引入了一种称为“阿尔法体”某种刚性固体概念,用于定义惯性运动。海恩里希·斯特瑞恩特兹指出,根据诺依曼的定义,如果陀螺仪无法测量出任何旋转迹象,那么人们才可以认为惯性运动和某种“基础体”和“基础坐标系”相关。到1885年才最终由路德维希·朗格首次定义了惯性参考系和“惯性时间尺度”的表达方式,用于对绝对时空的可行替换。他是这么定义的:a reference frame in which a mass point thrown from the same point in three different (non co-planar) directions follows rectilinear paths each time it is thrown is called a inertial frame(在一个参考系中,将一个质点向三个不在同一平面的方向上抛出,如果每次抛出后的路径都是直线,那么该参考系就被称为惯性参考系)。1902年,庞加莱发表了一本叫做《科学与假设》的科普哲学书,其中包含了以下内容:对时空与同一时间的相对性说法的哲学评估;关于违反相对性原理的现象永远无法被检测到的想法;以太不存在的可能性,以及一些关于支持以太存在的争论;关于非欧几里德几何的许多评论。
在19世纪后半叶,人们开始尝试建立一个通过电子信号来同步的全球时钟网络。在这种场景下,光传播速度有限的问题也变成了需要考虑的因素。因此庞加莱在1898年所发表的论文《时间的测量(英语:The Measure of Time)》中描绘了这一过程所带来的重要结果,同时指出天文学家在看待光速的问题上,很简单的假设速度恒定和各向同速。如果不作这一假定,人们根本就无法从天文现象的观测中得到有关光的速度的信息,比如奥勒·罗默就是推理木衛一蝕週期的微小不規則性是由於光波傳播的距離不同,從而總結光波以有限速度傳播。庞加莱还注意到,光速还可以(实际上经常的)用于定义不在同一空间的时间的同时性。他最后得出这样的结论:The simultaneity of two events, or the order of their succession, the equality of two durations, are to be so defined that the enunciation of the natural laws may be as simple as possible. In other words, all these rules, all these definitions are only the fruit of an unconscious opportunism.[39](对于两个事件的同时性,它们的顺序,以及两段时间的等价性等的定义,必须使得对自然法则的描述尽可能的简洁。换句话说,所有这些规定,这些定义,都仅仅是无意识机会主义的产物。)
The Principle of Relativity, according to which the laws of physical phenomena must be the same for a stationary observer as for one carried along in a uniform motion of translation, so that we have no means, and can have none, of determining whether or not we are being carried along in such a motion. 所谓相对性原理就是根据该原理,物理现象所得出的法则对于一个静止观测者和一个匀速运动的观测者来说是完全相同的,因此我们无法也不能确定我们自己是否处于一个匀速运动中。
There is no doubt, that the special theory of relativity, if we regard its development in retrospect, was ripe for discovery in 1905. Lorentz had already recognized that the transformations named after him are essential for the analysis of Maxwell's equations, and Poincaré deepened this insight still further. Concerning myself, I knew only Lorentz's important work of 1895 [...] but not Lorentz's later work, nor the consecutive investigations by Poincaré. In this sense my work of 1905 was independent. [..] The new feature of it was the realization of the fact that the bearing of the Lorentz transformation transcended its connection with Maxwell's equations and was concerned with the nature of space and time in general. A further new result was that the "Lorentz invariance" is a general condition for any physical theory. This was for me of particular importance because I had already previously found that Maxwell's theory did not account for the micro-structure of radiation and could therefore have no general validity.
沃尔特·考夫曼很可能是第一个引用爱因斯坦成果的科学家(1905年,1906年)。他将爱因斯坦和洛仑兹的理论进行了比较,并且尽管他说爱因斯坦的方法看起来更好,但他声称两种理论在观测上是等价的。因此他将相对性原则成为“劳伦兹-爱因斯坦”基本假设[68]。不久之后,马克斯·普朗克成为首个公开为爱因斯坦理论辩护,也是首位影响其学生(马克斯·冯·劳厄和库尔德·冯·默森埃)对该理论产生兴趣的科学家。他将爱因斯坦的理论描述为“泛化”的洛仑兹理论,并且将这个“洛仑兹-爱因斯坦理论”称为“相对性理论”(relative theory),而阿尔弗雷德·宝齐莱则将普朗克的这一称呼修改成现在更常用的“相对论”(theory of relativity)。而爱因斯坦自己,以及许多其他科学家仍然继续将这一新方法简单的称为“相对性原理”(relativity principle)。1908年爱因斯坦发表了一篇对相对性原理的重要概述性文章,其中将狭义相对论描述成“综合了洛仑兹理论和相对性原理”,包括洛仑兹的本地时间可以被描述成真实时间这一假设。(然而,庞加莱在1905之后第一年内的成果中,几乎没有提及狭义相对论。)在狭义相对论发表后第一年里,科学家们用洛仑兹-爱因斯坦理论、相对性原理、相对性理论这些称呼来指代狭义相对论[69]。
到了1911年,大多数的数学家和理论物理学家都最终接受了狭义相对论的成果。例如,普朗克(1909年)将现代的相对性原理,尤其是爱因斯坦的时间相对性原理,和哥白尼的日心说的革命性意义相比较[90]。这一结果使得洛仑兹的动力学方法与爱因斯坦运动学方法的根本性差异得以承认,因此“洛仑兹-爱因斯坦理论”这类说法就不再被使用了[91]。狭义相对论被最终接受的另一个重要原因是,在1910年至1913年间,闵可夫斯基的时空模型得以在这一理论的基础上发展出来。[79]。因此1912年威廉·维恩提议洛仑兹和爱因斯坦共同获取诺贝尔物理学奖,尽管这个奖项从未颁给狭义相对论方面。1915年爱因斯坦形成广义相对论后,他首次使用了“狭义相对论”(special theroy of relativity)来区分它和洛仑兹的理论。
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