Mach-prinsippet

I teoretisk fysikk er Machs prinsipp en formodning om at tregheten til materielle objekter er indusert av "alle de andre massene som er til stede i universet", av en uspesifisert interaksjon. Dette prinsippet ble smidd av fysikeren Ernst Mach ved å utvide relativitetsprinsippet til treghetsspørsmål: for Mach har det ingen mening å snakke om akselerasjon eller rotasjon med hensyn til et absolutt rom, og det er bedre å snakke om akselerasjon i forhold til fjerne masser. Dette prinsippet er straks hentet fra Machs eksperimenter med sensasjonens fysikk, og tilsvarer hans bevisste ønske om å organisere forestillingene om fysikk på en måte som er i samsvar med det sensoriske gitt, som han gjennomførte en veldig streng eksperimentell studie, rapportert i "fysiske opplevelser "( Die Analyser der Empfindungen und das Verhältnis zum Physischen av Psychischen ( 1 st  utgave, 1886, to e  revidert og utvidet utgave 1900)).

Selv om denne ideen ledet Einstein i oppdagelsen av generell relativitet , kunne denne teorien ikke føre til et eksplisitt bevis på dette prinsippet. Imidlertid, selv om det ikke eksplisitt er demonstrert, blir dette prinsippet heller ikke ugyldiggjort av for tiden aksepterte fysiske teorier.

Navn og historie

Det prinsipp Mach er betegnet slik på grunn av Albert Einstein (1879-1955) som introduserte den i 1918.

Hvis uttrykket "Mach-prinsippet" ofte tilskrives Einstein selv, viser det seg at dets tidligste kjente forekomst er i en artikkel av Moritz Schlick (1882-1936) publisert i 1915.

Den eponym av prinsippet er Ernst Mach (1838-1916) som formulerte den for første gang i 1872 deretter 1893i sin bok The Science of Mechanics .

I 1953, Karl Popper (1902-1994) og John Myhill (1923-1987) fremhevet likheter mellom ideene til George Berkeley (1685-1753) og de fra Mach.

Tegning

Machs prinsipp er basert på et tankeeksperiment der en astronaut flyter midt i et rom tomt for all materie og alle landemerker. Ingen stjerne, ingen energikilde er til stede, uavhengig av avstanden. Spørsmålet oppstår da om astronauten har et middel til å avgjøre om han roterer på seg selv eller ikke, og dette til tross for fraværet av et referansepunkt.

Hvis Machs prinsipp er feil, det vil si hvis treghetskrefter eksisterer selv i fravær av noe materie eller energi, så kan astronauten vite dette ved å føle treghetskrefter, som sentrifugalkraften som skyver armene utover. Denne ideen kolliderer med sunn fornuft, i den grad det er vanskelig å tenke seg en bevegelse, i dette tilfellet en rotasjon, uten noe referansepunkt. Dette ville innebære forestillingen om et rom og en absolutt referanseramme, som blir satt i tvil av prinsippet om generell relativitet .

En måte å tolke treghetskrefter generelt, og sentrifugalkraft spesielt, uten å innføre forestillingen om absolutt referanse, er å innrømme med Mach (og Einstein ) at treghetskrefter er indusert av fjerne masser som gir referanserammen med hensyn til hvilken rotasjon får sin fysiske betydning.

I Six Easy Pieces finner Richard Feynman Machs prinsipp plausibelt, men uttrykker likevel denne dommen med et snev av ironi, og understreker den ekstraordinære naturen til den underliggende antagelsen: “Så vidt vi vet har Mach grunn: ingen har så langt demonstrert unøyaktighet i prinsippet ved å undertrykke hele universet bare for å oppdage at en masse muligens fortsatte å ha treghet! ". Mer seriøst, Machs idé påvirket Einstein i hans idé om at materie "generert av naturen" rommet rundt det, og at det ikke var et tomt rom for materie (se om dette emnet Big Bang og artikler om generell relativitet ).

På Einstein

I 1918, Uttalte Einstein Machs prinsipp som følger:

c) Machsches Prinzip  : das G -Feld ist restlos durch die Massen der Körper bestimmt. Da Masse und Energie nach den Ergebnissen der speziellen Relativitätstheorie das Gleiche sind und Energie formal durch den symmetrischen Energie-tensor ( Tμν ) beschrieben wird, so besagt daß das G -Feld durch den Energietensor der Matiere bed und bestimmt sei.

-  A. Einstein (oversettelse av. All. Av R. Toncelli )

“C) Mach prinsipp  : felten G er fullstendig bestemt av massene av legemene. Siden det ifølge resultatene av spesiell relativitet er identitet av masse og energi, og energien er beskrevet formelt av den symmetriske energitensoren ( Tμν ), betyr dette at feltet G er betinget og bestemt av energitensoren av materie. "

Prinsipputtalelser

I 1996, Hermann Bondi (1919-2005) og Joseph Samuel har identifisert elleve uttalelser om Machs prinsipp, bemerket fra Mach0 til Mach10:

• Mach0: Universet, representert ved gjennomsnittlig bevegelse av fjerne galakser, ser ikke ut til å rotere med hensyn til lokale treghetsreferanserammer;
• Mach1: Newtons konstante G er et dynamisk felt;
• Mach2: en isolert kropp i et ellers tomt rom har ingen treghet;
• Mach3: lokale treghetsreferanserammer påvirkes av kosmisk bevegelse og materiefordeling;
• Mach4: Universet er romlig lukket;
• Mach5: den totale energien, vinkelmomentet og det lineære øyeblikket til universet er null;
• Mach6: treghetsmassen påvirkes av den globale fordeling av materie;
• Mach7: Hvis du fjerner alt materialet, er det ikke mer plass;
• Mach8: Ω = 4π ρGT 2 er et bestemt tall i rekkefølgen av enhet;
• Mach9: teorien inneholder ikke noe absolutt element;
• Mach10: stive rotasjoner og overordnede oversettelser av et system er ikke observerbare.

Merknader og referanser

1. Taillet, Villain and Febvre 2018 , sv Mach (prinsipp for), s.  445, kol.  2 .
2. Tobin 2002 , s.  169.
3. Tobin 2002 , s.  344, 82.
4. Einstein 1918 .
5. Lichtenegger og Mashhoon 2007 , §  2.1 , s.  14, n.  1 .
6. Norton 1995 , s.  47, n.  2 .
7. Schlick 1915 .
8. Ridpath 2018 , sv Machs prinsipp.
9. Pfister og King 2015 , kap.  4 , §  4.1 , s.  120.
10. Gravity Probe B Prosjekt Tidslinje
11. Popper 1953 .
12. Myhill 1957 .
13. Einstein 1918 , s.  241-242.
14. Toncelli 2013 , s.  221-222.
15. Bondi og Samuel 1997 .
16. Einstein 1995 , s.  181 og 185.
17. Norton 1995 , s.  11 og 39.
18. Barbour et al. 1995 , s.  92.
19. Hoefer 1995 , s.  79.
20. King 1995 , s.  237.
21. Barbour et al. 1995 , s.  91.
22. Goenner 1995 , s.  249.
23. Bondi 1995 , s.  475.
24. Ehlers 1995 , s.  458.

Se også

Bibliografi

• [Barbour og Pfiste 1995] (en) Julian Barbour og Herbert Pfiste ( red. ), Machs prinsipp: fra Newtons bøtte til kvantegravitasjon [" Machs prinsipp: fra Newtons bøtte til kvantegravitasjon "] (konferansesak holdt i Tübingen iJul. 1993), Boston, Basel og Berlin, Birkhäuser , koll.  "Einstein studier" ( n o  6),August 1995, 1 st  ed. , 1  vol. , VII -536  s. , syk. og fig. , 15,5 × 23,4  cm ( ISBN  0-8176-3823-7 og 3-7643-3823-7 , EAN  9780817638238 , OCLC  301527504 , merknad BnF n o  FRBNF37753152 , Bibcode  1995mpfn.conf ..... B , SUDOC  023951095 , online presentasjon , les online ) :
  • [Barbour et al. 1995] (en) Julian Barbour et al. , "Generell diskusjon: hva er Machian-programmet? ” , I op. cit. , s.  91-106 ;
  • [Bondi 1995] (en) Hermann Bondi , "Reflections on Mach's principle" , i op. cit. , s.  474-477 ;
  • [Ehlers 1995] (en) Jürgen Ehlers , “Machian ideas and general relativity” , i op. cit. , s.  458-473 ;
  • [Einstein 1995] (en) Albert Einstein , “Selected passages on Machian ideas” , i op. cit. , s.  180-187 ;
  • [Goenner 1995] (no) Hubert FM Goenner , “Machs prinsipp og teorier om gravitasjon” , i op. cit. , s.  442-457 ;
  • [Hoefer 1995] (no) Carl Hoefer , “Einsteins formuleringer av Machs prinsipp” , i op. cit. , s.  67-90 ;
  • [King 1995] (no) DH King , “Et lukket univers kan ikke rotere” , i op. cit. , s.  237-248 ;
  • [Norton 1995] (en) John D. Norton , “Machs prinsipp før Einstein” , i op. cit. , s.  9-57.
• [Samuel Bondi og 1997] (i) Hermann Bondi og Joseph Samuel , "  The Lense-Thirring effect and Mach's principle  " ["The Lense-Thirring effect and Mach's prinsipp"] Physics Letters , vol.  228, n o  3,Apr 1997, s.  121-126 ( DOI  10.1016 / S0375-9601 (97) 00117-5 , Bibcode  1997PhLA..228..121B , arXiv  gr-qc / 9607009 , sammendrag ).
• [Lichtenegger og Mashhoon 2007] (en) Herbert Lichtenegger og Bahram Mashhoon , "Machs prinsipp" , i Lorenzo Iorio ( red. ) (Pref. Av Han-Jürgen Schmidt), Måling av gravitomagnetisme: en utfordrende bedrift , New York, Nova Vitenskap ,2007, 1 st  ed. , 17,1 × 25,4  cm ( ISBN  978-1-60021-002-0 , online presentasjon , les online ) , s.  13-25.
• [Myhill 1957] (no) John R. Myhill , "Berkeley's De motu  : an anticipation of Mach" , i George Plimpton Adams ( red. Og pref. ), George Berkeley (konferansesaksjon til minne om halvårsdagen av Georges død Berkeley, organisert av Philosophical Union of the University of California), Berkeley, UC Press , koll.  "University of California publikasjoner i filosofi" ( n o  29),1957, 1 st  ed. , 1  vol. , VIII -206  s. , potr. , in-8 o (24  cm ) ( OCLC  458366592 , merknad BnF n o  FRBNF31700008 , SUDOC  064725340 ) , s.  158-174.
• [Pfister og King 2015] (no) Herbert Pfister og Markus King , treghet og gravitasjon: den grunnleggende naturen og strukturen til romtid , Cham, Springer , al.  "Lecture notater i fysikk" ( n o  897)Feb. 2015, 1 st  ed. , 1  vol. , XII -180  s. , syk. 15,5 x 23,5  cm ( ISBN  978-3-319-15035-2 , EAN  9783319150352 , OCLC  898,532,032 , varsel BNF n o  FRBNF44678709 , DOI  10,1007 / 978-3-319-15036-9 , SUDOC  184,497,299 , presentasjonen på nettet , lese online ).
• [Popper 1953] (i) Karl R. Popper , "  A note on Berkeley as precursor of Mach  " , The British Journal for the Philosophy of Science , vol.  IV , n o  13: "George Berkeley bicentenary" ,Mai 1953, s.  26-36 ( OCLC  5549136308 , DOI  10.1093 / bjps / IV.13.26 , JSTOR  686043 ), omtrykk  :
  • [Popper 1963] (en) Karl R. Popper , “A note on Berkeley as precursor of Mach and Einstein” , in KR Popper, Conjectures and refutations: the growth of scientific knowledge , London, Routledge and K. Paul,1963, 1 st  ed. , 1  vol. , XIII -412  s. , 25  cm ( OCLC  491652471 , SUDOC  096800860 ) , kap.  6.
• [Staley 2019] (no) Richard Staley , "Revisiting Einsteins lykkeligste tanke: om Ernst Mach og den tidlige relativitetshistorien" , i Friedrich Stadler ( red. ), Ernst Mach - Liv, arbeid, innflytelse (konferansesaker til minne om hundreårsdagen for død av Ernst Mach, organisert av Vienna Circle Institute , Universitetet i Wien og det østerrikske vitenskapsakademiet , og holdt i Wien fra kl.15 på 18. juni 2016), Cham, Springer , koll.  “Wien Circle Institute Yearbook” ( N o  22),Sep 2019, 1 st  ed. , 1  vol. , XIII -741  s. , syk. , 15,6 × 23,4  cm ( ISBN  978-3-030-04377-3 , EAN  9783030043773 , OCLC  1135371856 , DOI  10.1007 / 978-3-030-04378-0 , online presentasjon , les online ) , del. IV , kap.  27 , s.  349-366.
• [Tobin 2002] William Tobin ( oversatt  fra engelsk av James Lequeux), Léon Foucault: le mirror et le pendule [“  Livet og vitenskapen til Léon Foucault: mannen som beviste jorden roterer  ”], Les Ulis, EDP ​​Sciences , koll. .  "Vitenskap og historie" ( n o  1),Oktober 2002( repr. Des. 2012), 1 st  ed. , 1  vol. , XII -354  s. , syk. og portr. , 19 × 25  cm ( ISBN  978-2-86883-615-1 , OCLC  52956216 , merknad BnF n o  FRBNF38892733 , SUDOC  068539274 , online presentasjon , les online ).

• [Mach 1883] (de) Ernst Mach , Die Mechanik in ihrer Entwicklung: historisch-kritisch dargestellt ["Mechanics in its development: historical and critical account"], Leipzig, FA Brockhaus , coll.  "International Wissenschaftliche Bibliothek" ( n o  LIX )1883, 1 st  ed. , 1  vol. , X -483  s. , syk. , i-8 o ( OCLC  5894481271 , SUDOC  089159233 ).
• [Schlick 1915] (de) Moritz Schlick , "  Die philosophische Bedeutung des Relativitätsprinzips  " ["Den filosofiske betydningen av relativitetsprinsippet"], Zeitschrift für Philosophie und philosophische Kritik , vol.  159, n o  to1915, s.  129-175.
• [Einstein 1918] (de) Albert Einstein , "  Prinzipielles zur allgemeinen Relativitätstheorie  " ["Prinsipper for teorien om generell relativitetsteori"], Annalen der Physik , vol.  55, n o  4,1918, s.  240-244 ( OCLC  4650561879 , DOI  10.1002 / andp.19183600402 , Bibcode  1918AnP ... 360..241E , les online [PDF] ).