狹義相對論發現史

context: zh_tw: 儘管牛頓在理論中假設空間和時間都是絕對並且獨立於參考系的，他仍然堅守了伽利略所提出的相對性原理。這個相對性原理指出，所有觀測者所觀測到的互相之間的運動都是一個根據自己立場（參考系）上的相對描述，而這些描述儘管存有一些差異但卻是等價的，並且沒有任何觀測者能夠給出一個關於某個物體的絕對運動狀態。到了 19 世紀，以太假設被科學界廣泛接受，而其中以麥克斯韋提出的形式最出名。根據麥克斯韋的說法，所有的光電現象都是透過某種媒介進行傳播的，因此似乎可以根據物體與以太之間的相對關係來確定一個絕對的運動狀態。如果這被證明是正確的，那麼伽利略的相對性原理似乎就可以因此而拋棄了。
qas: question: zh_tw: 麥克斯韋的理論是什麼？
en: what is the Maxwell's theory?
answers: zh_tw: text: 所有的光電現象都是透過某種媒介進行傳播的，因此似乎可以根據物體與以太之間的相對關係來確定一個絕對的運動狀態

context: zh_tw: 1881 年，約瑟夫・湯姆孫在發展它自己的麥克斯韋理論的時候發現，讓帶電體運動比不帶電體更困難。他同樣注意到 “運動中” 物體的質量會增加一個常量。者在電場中表現為他們似乎在機械質量的基礎上增加了一個 “電磁質量”。換句話說，根據湯姆孫說法，電磁能和一特定質量相對應，這和電磁場的自感形式類似。湯姆孫的這一成果後來由斐茲傑惹和赫維賽德（1888 年），以及喬治・弗雷德裡克・查爾斯・塞爾（1896 年，1897 年）繼續推進和完善。用今天的數學符號，他們給出的電磁質量可以用公式
qas: question: zh_tw: 赫維賽德和喬治繼續與誰工作？
en: Heaviside. and George continued the work with who?
answers: zh_tw: text: 斐茲傑惹

context: zh_tw: 基於前面這些關於電磁質量的工作成果，弗里德里希・哈澤內爾提出物體的部分質量（他成為表面質量），可以看作為在一個腔體內跳動的輻射。這個 “表面” 質量和溫度有關（因為高於環境溫度的物體會發出輻射），並且和它的能量成正比。哈澤內爾指出，只有發出輻射的物體，也就是溫度高於 0K 的物體能維持這種能量 - 表面質量的關係。最初他給出的表面質量公式為
qas: question: zh_tw: 什麼變數決定了輻射的表面質量？
en: What variable determines radiation's apparent mass?
answers: zh_tw: text: 溫度

context: zh_tw: 洛侖茲的理論被亞伯拉罕所批評，他說道：一方面這個理論遵循相對性原理，但另一方面又假設電磁力是所有力的來源。亞伯拉罕揭示出洛侖茲理論中的會發生收縮的電子，將必須依靠非電力來保證物質的穩定。而在亞伯拉罕理論中的剛性電子，則不需要這樣的力。於是這就產生了一個新的問題：到底是與亞伯拉罕理論相容的電磁世界觀正確呢，還是與洛侖茲理論相容的相對性原理是正確的。
qas: question: zh_tw: 什麼理論說不需要力？
en: What theory says there is no force needed?
answers: zh_tw: text: 亞伯拉罕理論中的剛性電子

context: zh_tw: 龐加萊最終完成的工作（獨立於愛因斯坦），實質上就是基於他同年 7 月份所發表的論文（1905 年 7 月 23 日收到，12 月 14 日刊印，最終於 1906 年 1 月發表，稱為 “巴勒莫論文”）成果的擴充套件。他稱這些成果為 “相對性假定”。他指出這些變換實際上是最小作用量原理的結果，並且開始完善龐加萊壓力的屬性。他詳細的展示了變換的群特徵，並稱之為洛侖茲群，並指出
qas: question: zh_tw: 儘管發表差不多完了 7 個月，巴勒莫論文在哪天被接收？
en: Despite being published approximately seven months later, on what date was the Palermo paper received?
answers: zh_tw: text: 7 月 23 日

context: zh_tw: a) 洛侖茲在 1895 年所展示的麥克斯韋電磁學理論，是那個時代最成功的理論。在這個理論中，光的速度相對於靜止的以太而言是恆定且各向同性的，並且和光源的速度完全無關；
qas: question: zh_tw: 19 世紀末誰提出了麥克斯韋的電動力學？
en: Who presented Maxwell's electrodynamics in the late 19th century?
answers: zh_tw: text: 洛侖茲在 1895 年所展示的麥克斯韋電磁學理論，是那個時代最成功的理論。

context: zh_tw: 透過 b 可以得出，光速並非由光在真空中的速度，以及選中參考系的速度所構成的。而這反駁了（幾乎）靜態以太理論；
qas: question: zh_tw: 這句話討論的是什麼度量？
en: What measurement is discussed in this sentence?
answers: zh_tw: text: 光速

context: zh_tw: 普朗克在 1906 年的時候定義了相對論性動量，並且透過修正愛因斯坦 1905 年給出公式的一個細小錯誤，正確的得出了縱向質量和橫向質量。普朗克的公式從原則上來講等價於洛侖茲 1899 年所使用的公式。吉爾伯特・牛頓・路易斯和理查德・蔡斯・托爾曼基於普朗克的這一成果，發展出相對論質量這一概念，其定義為（相對論性）動量和速度之比。因此，舊的透過力與加速度值比所得出來的縱向質量和橫向質量，就變得多餘了。最終，托爾曼將其簡單的解釋成物體的質量（1912 年）。然而，現代的教科書當中不再使用 “相對論性的質量”，而質量被認為是一個不變數。
qas: question: zh_tw: 什麼變得多餘？
en: What became unnecessary?
answers: zh_tw: text: 舊的透過力與加速度值比所得出來的縱向質量和橫向質量

context: zh_tw: 愛因斯坦（1906 年）指出，慣效能量（質能等價）是維持質心定理的充要條件。他指出，在此場景下，龐加萊論文（1900 年發表）中關於質心的正式數學內容和他論文中的內容基本相同，儘管其關於光的相對性的物理含義的解釋是不同的。
qas: question: zh_tw: 愛因斯坦在哪一年發表了他對質量守恆的觀點？
en: What year did Einstein publish his views on mass conservation?
answers: zh_tw: text: 1906 年

context: zh_tw: 首次透過使用光訊號同步的方式來推導同時性的相對性，其過程也到了簡化。丹尼爾・弗羅斯特・康斯托克於 1910 年指出：在 A、B 兩個時鐘的中間放置了一個觀測者，並且這個觀測者向這兩個時鐘發出了一個訊號來同步時鐘。對於在參考系中靜止的觀測者 A 和 B 來說，這兩個時鐘的同步是同時發生的。但對於移動中的參考系來說，可能時鐘 B 會首先收到訊號，而 A 則相對滯後，因此這兩個時鐘是不同步的。愛因斯坦與 1917 年也建立了一個類似的模型：他也在時鐘 A、B 中間放置了一個觀測者，不同的是他描述的是有兩個訊號分別從 A 和 B 發給觀測者。對於 A、B 在其中是靜止的參考系來說，訊號會同時到達觀測者。但對於與 B 的光訊號相向而行，而與 A 的光訊號同向而行觀測者來說，B 時鐘發出的訊號會早於 A 時鐘的訊號到達觀測者。假如觀測者在一個飛馳的火車上，就會得到這麼一個結論：B 時鐘那裡的閃光比 A 時鐘那邊的要早一些發出。
qas: question: zh_tw: 丹尼爾・弗羅斯特・康斯托克能夠簡化什麼？
en: Daniel Frost Comstock was able to simplify what?
answers: zh_tw: text: 首次透過使用光訊號同步的方式來推導同時性的相對性

context: zh_tw: 閔可夫斯基的時空模型隨後被迅速接受，並得到了進一步的發展。例如阿諾・索末菲於 1910 年將閔可夫斯基的矩陣標示法，替換為更加優雅的向量表示法，並且創造出 “四維向量” 和 “六維向量” 等術語。他還在相對論速度加法規則中引入了三角學公式，根據他的說法，這消除了此概念中的許多奇異之處。另一個重要的貢獻是由勞厄與 1911 年及 1913 年做出的，他透過使用時空模型來創建出了可變形體的相對性理論以及基本粒子理論。同時他將閔可夫斯基對電磁過程的描述公式，擴充套件至對所有可能的力的描述，因此澄清了質能等價的概念。勞厄還指出，需要存在非電力來確保洛侖茲變換的各種性質，以及保證物質的穩定 —— 他指出前面提到的 “龐加萊壓力”，是相對論的一個自然結果，正因如此電子才可以是一個封閉系統。
qas: question: zh_tw: 明可夫斯基還提出了什麼？
en: What else did Minkowski introduce?
answers: zh_tw: text: 相對論速度加法規則中引入了三角學公式

context: zh_tw: 有些人嘗試著給出無需光速恆定假設的洛侖茲變換形式。例如弗拉基米爾・伊納託斯基（1910 年）就嘗試用此來證明相對性原理、空間的同質性和各向同性，以及對互易的需要。菲利普・弗蘭克及赫爾曼・羅德於 1911 年指出，這種推匯出了是不完整的之外，還需要額外的假設。這些計算基於如下的假設：
qas: question: zh_tw: 弗拉基米爾舉這個例子是出於什麼目的？
en: What did Vladimir use the example for purpose?
answers: zh_tw: text: 相對性原理、空間的同質性和各向同性，以及對互易的需要。

context: zh_tw: 長度收縮僅依賴於相對速度。然而根據泡利和米勒的說法，這種模型無法在它們對光速的變換中保持其速度不變。因此，例如伊納託斯基就被迫在其模型中求助於電磁學，以便包含其中的光速（不變的定義）。因此泡利等人認為要推匯出洛侖茲變換，必須作出兩個假定。不過時至今日，仍然有人在嘗試推匯出不需要光速恆定假設的狹義相對論。
qas: question: zh_tw: 泡利和米勒對模型有何說法？
en: What did Pauli and Miller say about the models?
answers: zh_tw: text: 無法在它們對光速的變換中保持其速度不變

context: zh_tw: 愛因斯坦於 1907 年提出了一個用於橫向多普勒效應，這一效應是時間膨脹的直接結果。事實上這一效應在 1938 年被赫伯特・尤金・艾夫斯和 G・R・史迪威所測得（艾夫斯 - 史迪威實驗）。而路易斯和托爾曼（1909 年）透過使用兩個相互間以特定相對速度運動的光時鐘 A 和 B，來描述時間膨脹的相互關係。這兩個時鐘由兩個互相平行且平行於運動路徑的鏡子組成，在這兩個鏡子之間有一個光訊號於其上不斷反射。對於與 A 時鐘靜止的參考系中的觀察者而言，時鐘 A 的週期就是鏡間距離處以光速。但此時觀測者觀測時鐘 B 時，會看到鍾內的訊號變成了一個較長的，存在一定夾角的路徑，因此時鐘 B 就相對於 A 更長，也就是膨脹了。然而對於 B 時鐘靜止參考系內的觀測者而言，事情就變得完全相反了：B 時鐘會快於 A 時鐘。洛侖茲在 1910 年至 1912 年的時候也討論過時間膨脹的相互關係，並分析了一個時鐘 “悖論”，這一悖論顯然是由時間膨脹的相互關係所導致的。洛侖茲指出，對於在一個系統下只需要使用一個時鐘的時候，顯然是不存在悖論的，但是討論兩個系統的時候，就需要使用兩個時鐘了。因此，還需要考慮同時性的相對性。
qas: question: zh_tw: 和時鐘 A 相比較，時鐘 B 是什麼？
en: Clock B is what compared to Clock A?
answers: zh_tw: text: 因此時鐘 B 就相對於 A 更長，也就是膨脹了

question: zh_tw: 光訊號在哪裡反彈？
en: where does the light signal  bounce?
answers: zh_tw: text: 兩個鏡子之間

question: zh_tw: 這些時鐘由幾個鏡子組成？
en: How many mirrors did the clocks consist of?
answers: zh_tw: text: 兩個

question: zh_tw: B 情況是怎樣的？
en: How is the situation B like?
answers: zh_tw: text: 完全相反

context: zh_tw: 愛因斯坦在 1907 年討論到這樣一個問題：是否剛體以及所有其它的情況中，資訊的速度都不可能超過光的速度，以及某種情況下資訊可能可以傳遞到過去的時空中，因此會破壞因果。由於這和已有的經驗完全不符，因此超光速被認為是不可能的。他還指出，剛體的動力學必須在相對論框架下建立。最終，馬克思・玻恩於 1909 年嘗試將剛體的概念引入到前面提到的，他所發展的有關加速運動的工作成果中。然而同年保羅・埃倫費斯特卻指出，根據玻恩的概念，將會導致所謂埃倫費斯特佯謬的出現。在這個悖論中，由於長度收縮，一個旋轉圓盤的周長會縮小，然而其直徑卻保持不變。古斯塔夫・黑格洛茨（1910 年）、弗裡茨・亞歷山大・恩斯特・諾特（1910 年）以及勞厄（1911 年）都研究過該問題。最後是勞厄意識到，經典概念中的剛體並不能在狹義相對論中使用，因為他可以擁有無數多的自由度。儘管玻恩的定義並不適用於剛體，但對於物體的 “剛性運動” 是非常有用的。弗拉基米爾・瓦里恰克等人還討論了與埃倫費斯特佯謬相關的其它問題，例如長度收縮是 “真實” 的還是 “表觀” 的，洛侖茲動力學收縮和愛因斯坦運動學收縮是否有差別。不過，這實際上是一個字面上的爭論，因為愛因斯坦說過，運動學上的長度收縮，對於一起在移動的觀測者而言是 “表觀” 的，而對於在靜止狀態的觀測者而言則是 “真實” 的，並且因此，是可以測量出其結果的。
qas: question: zh_tw: 爭論的問題是什麼？
en: What was the argument over?
answers: zh_tw: text: 字面

question: zh_tw: 什麼被認為是不可能的？
en: What are thought to be impossible?
answers: zh_tw: text: 超光速