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Heuristics versus norms: on the relativistic responses to the Kaufmann experiments. (English) Zbl 1414.83005
Summary: The aim of this article is to provide a historical response to Michel M. Janssen [Stud. Hist. Philos. Sci., Part B, Stud. Hist. Philos. Mod. Phys. 40, No. 1, 26–52 (2009; Zbl 1228.83010)] claim that the special theory of relativity establishes that relativistic phenomena are purely kinematical in nature, and that the relativistic study of such phenomena is completely independent of dynamical considerations regarding the systems displaying such behavior. This response will be formulated through a historical discussion of one of Janssen’s cases, the experiments carried out by Walter Kaufmann on the velocity-dependence of the electron’s mass. Through a discussion of the different responses formulated by early adherents of the principle of relativity (Albert Einstein, Max Planck, Hermann Minkowski and Max von Laue) to these experiments, it will be argued that the historical development of the special theory of relativity argues against Janssen’s historical presentation of the case, and that this raises questions about his general philosophical claim. It will be shown, more specifically, that Planck and Einstein developed a relativistic response to the Kaufmann experiments on the basis of their study of the dynamics of radiation phenomena, and that this response differed significantly from the response formulated by Minkowski and Laue. In this way, it will be argued that there were, at the time, two different approaches to the theory of relativity, which differed with respect to its relation to theory, experiment, and history: Einstein’s and Planck’s heuristic approach, and Minkowski’s and Laue’s normative approach. This indicates that it is difficult to say, historically speaking, that the special theory of relativity establishes the kinematical nature of particular phenomena. Instead, it will be argued that the theory of relativity should not be seen as a theory but rather as outlining an approach, and that the nature of particular scientific phenomena is something that is open to scientific debate and dispute.
MSC:
83A05 Special relativity
83-03 History of relativity and gravitational theory
01A60 History of mathematics in the 20th century
00A79 Physics
Citations:
Zbl 1228.83010
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References:
[1] Abraham, M., Dynamik des Elektrons. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 20, 41, (1902)
[2] Abraham, M., Prinzipien der Dynamik des Elektrons, Annalen der Physik, 10, 105-179, (1903) · JFM 34.0915.02
[3] Abraham, M., Die grundhypothesen der Elektronentheorie, Physikalische Zeitschrift, 18, 576-579, (1904) · JFM 35.0865.02
[4] Abraham, M., Theorie der Elektrizität. Zweiter band: Elektromagnetischer theorie der Strahlung, (1905), Teubner · JFM 36.0906.02
[5] Abraham, M., Zur elektromagnetischen mechanik, Physikalische Zeitschrift, 21, 737-741, (1909) · JFM 40.0927.01
[6] Abraham, M., Sull’Elletrodinamica di Minkowski, Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 30, 33-46, (1910)
[7] Brown, H., Physical Relativity: Space-time structure from a dynamical perspective, (2005), Oxford University Press · Zbl 1084.83001
[8] Bucherer, A., Mathematische Einführung in die Elektronentheorie, (1904), Teubner · JFM 35.0865.01
[9] Bucherer, A., Messungen an becquerelstrahlen. Die experimentelle bestätigung der Lorentz-einsteinschen theorie, Physikalische Zeitschrift, 9, 22, 755-762, (1908) · JFM 39.0911.06
[10] Cohn, E., Über die Gleichungen des Elektromagnetischen Feldes für bewegte Körper, Annalen der Physik, 1, 29-56, (1901) · JFM 33.0907.04
[11] Corry, L., Hermann Minkowski and the postulate of relativity, Archive for History of Exact Sciences, 51, 4, 273-314, (1997) · Zbl 0889.01009
[12] Cushing, J. T., Electromagnetic mass, relativity, and the Kaufmann experiments, American Journal of Physics, 49, 1133-1149, (1981)
[13] Darrigol, O., The historians’ disagreement over the meaning of Planck’s quantum, Centaurus, 43, 219-239, (2001) · Zbl 1026.01012
[14] Ehrenfest, P., Zur Stabilitätsfrage bei den Bucherer-Langevin-Elektronen, Physikalische Zeitschrift, 7, 302-303, (1906)
[15] Ehrenfest, P., Die Translation deformierbarer Elektronen und der Flächensatz, Annalen der Physik, 23, 204-205, (1907) · JFM 38.0861.03
[16] Ehrenfest, P., Gleichförmige Rotation starrer Körper und Relativitätstheorie, Physikalische Zeitschrift, 10, 918, (1909) · JFM 40.0931.01
[17] Einstein, A., Zur elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik, 17, 891-921, (1905) · JFM 36.0920.02
[18] Einstein, A., Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?, Annalen der Physik, 18, 639-641, (1905)
[19] Einstein, A., Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt, Annalen der Physik, 17, 132-148, (1905) · JFM 36.0883.01
[20] Einstein, A., Das Prinzip von der Erhaltung des Schwerpunktsbewegung und die Trägheit der Energie, Annalen der Physik, 20, 627-633, (1906) · JFM 37.0697.05
[21] Einstein, A., Zur Theorie der Lichterzeugung und Lichtabsorption, Annalen der Physik, 20, 199-206, (1906) · JFM 37.0856.01
[22] Einstein, A., Über eine Methode zur Bestimmung des Verhältnisses der transversalen und longitudinalen Masse des Elektrons, Annalen der Physik, 21, 583-586, (1906)
[23] Einstein, A., Bemerkungen zu der Notiz von Hrn. Paul Ehrenfest: “Die Translation deformierbarer Elektronen und der Flächensatz”, Annalen der Physik, 23, 206-208, (1907) · JFM 38.0861.04
[24] Einstein, A., Über die vom Relativitätsprinzip geforderte Trägheit der Energie, Annalen der Physik, 23, 371-384, (1907) · JFM 38.0861.02
[25] Einstein, A., Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen, Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, 4, 411-462, (1907)
[26] Einstein, A., Die Plancksche Theorie der Strahlung und die Theorie der spezifischen Wärme, Annalen der Physik, 22, 180-190, (1907) · JFM 38.0935.03
[27] Einstein, A., Über die Möglichkeit einer neuen Prüfung des Relativitätsprinzip, Annalen der Physik, 23, 197-198, (1907) · JFM 38.0861.01
[28] Einstein, A., Über die Gültigkeitsgrenze des Satzes vom thermodynamischen Gleichgewicht und über die Möglichkeit einer neuen Bestimmung der Elementarquanta, Annalen der Physik, 22, (1907), 596 - 572 · JFM 38.0911.04
[29] Einstein, A., Zum gegenwärtigen Stand des Strahlungsproblem, Physikalische Zeitschrift, 10, 185-193, (1909) · JFM 40.0985.01
[30] Einstein, A., Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung, Physikalische Zeitschrift, 10, 817-825, (1909) · JFM 40.0984.03
[31] Einstein, A.; Laub, J., Über die elektromagnetische Grundgleichungen für bewegte Körper, Annalen der Physik, 26, 532-540, (1908) · JFM 39.0910.02
[32] Einstein, A.; Laub, J., Über die im elektromagnetischen Felde auf ruhende Körper ausgeübten ponderomotorischen Kräfte, Annalen der Physik, 26, 541-550, (1908) · JFM 39.0910.01
[33] Gearhart, C., Planck, the quantum, and the historians, Physics in Perspective, 4, 170-215, (2002) · Zbl 1004.83003
[34] Goldberg, S., The Abraham theory of the electron: The symbiosis of experiment and theory, Archive for History of Exact Sciences, 7, 1, 7-25, (1970)
[35] Goldberg, S., Max Planck’s philosophy of nature and his elaboration of the special theory of relativity, Historical Studies in the Physical Sciences, 7, 125-160, (1976)
[36] Helmholtz; Hermann, von, Ueber die physikalische Bedeutung des Princips der kleinsten Wirkung, (Wissenschaftliche abhandlungen, Vol. III, (1895)), 203-248
[37] Hon, G., Is the identification of an experimental error Contextually dependent? The case of Kaufmann’s experiments and its varied reception, (Buchwald, J. Z., Scientific practice: Theories and stories of doing physics, (1995)), 170-223
[38] Hupka, K. E., Beitrag zur Kenntnis der trägen Masse bewegter Elektronen, Annalen der Physik, 31, 169-204, (1909) · JFM 41.0944.01
[39] Hupka, K. E., Zur Frage der trägen Masse bewegter Elektronen, Annalen der Physik, 33, 400-402, (1910) · JFM 41.0945.01
[40] Jammer, M., Concepts of Mass in Classical and Modern Physics, (1961), Harper Torchbooks
[41] Janssen, M., Drawing the line between kinematics and dynamics in special relativity, (Studies in History and Philosophy of Modern Physics, vol. 40, (2009)), 26-52 · Zbl 1228.83010
[42] Janssen, M.; Mecklenburg, M., From classical to relativistic mechanics: Electromagnetic models of the electron, (Hendricks, V. F.; Jørgensen, K. F.; Lützen, J.; Pedersen, S. A., Interactions: Mathematics, physics and philosophy, 1860 - 1930, (2006)), 65-134
[43] Jungnickel, C.; McCormmach, R., Intellectual mastery of nature: Theoretical physics from ohm to Einstein. Volume 2 the now mighty theoretical physics 1870 - 1925, (1990), The University of Chicago Press · Zbl 1181.01033
[44] Katzir, S., On “the electromagnetic world-view”: A comment on an article by suman Seth, Historical Studies in the Physical and Biological Sciences, 36, 1, 189-192, (2005)
[45] Kaufmann, W., Die magnetische und elektrische Ablenkbarkeit der Becquerelstrahlen und die scheinbare Masse der Elektronen, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 143-155, (1901) · JFM 32.0874.02
[46] Kaufmann, W., Die Entwicklung des Elektronenbegriffs, Physikalische Zeitschrift, 3, 9-15, (1901)
[47] Kaufmann, W., Über die elektromagnetische Masse des Elektrons. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 291-296, (1902)
[48] Kaufmann, W., Über die “Elektromagnetische Masse” der Elektronen. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 90-103, (1903) · JFM 34.0921.01
[49] Kaufmann, W., Über die Konstitution des Elektrons, Annalen der Physik, 19, 487-553, (1906) · JFM 37.0884.02
[50] Kaufmann, W., Bemerkungen zu Herrn Plancks: ‘Nachtrag zu der Besprechung der Kaufmannschen Ablenkungsmessungen’. Deutsche Physikalische Gesellschaft, Verhandlungen, 9, 667-673, (1907) · JFM 38.0862.02
[51] Kaufmann, W., Erwiderung an herrn Stark. Deutsche physikalische Gesellschaft, Verhandlungen, 10, 91-95, (1908)
[52] Klein, M. J., Max Planck and the beginnings of the quantum theory, Archive for History of Exact Sciences, 1, 459-479, (1962) · Zbl 0113.00204
[53] Klein, M. J., Einstein and the development of quantum physics, (French, A., Einstein: A centenary volume, (1979), Heinemann)
[54] Klein, M. J., The collected papers of Albert Einstein, volume 5, the swiss years: Correspondence, 1902 - 1914, (1993), Princeton University Press
[55] Kragh, H., Quantum generations: A history of physics in the twentieth century, (1999), Princeton University Press · Zbl 0938.01021
[56] Kuhn, T. S., Black-body theory and the quantum discontinuity 1894 - 1912, (1978), Oxford University Press
[57] Laub, J., Über die experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzip, Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, 7, 405-463, (1910)
[58] Laue, M., Zur dynamik der Relativitätstheorie, Annalen der Physik, 35, 524-542, (1911) · JFM 42.0725.02
[59] Laue, M., Das Relativitätsprinzip. Braunschweig, (1911) · JFM 42.0718.04
[60] Levi-Civita, T., Sur le mouvement de l’électricité sans liaisons ni forces extérieures. Académie des sciences (Paris), Comptes Rendus, 145, 417-420, (1907) · JFM 38.0869.02
[61] Lorentz, H. A., Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern, (1895), Brill · JFM 26.1032.06
[62] Lorentz, H. A., Simplified theory of electrical and optical phenomena in moving systems, (Koninklijke Akademie van Wetenschappen te amsterdam, Section of sciences, Proceedings, 1, (1899)), 427-442
[63] Lorentz, H. A., Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light. English reprint of Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, Section of sciences, Proceedings, 6, (Einstein, A.; etal., (1952). The principle of relativity: 11 - 34, (1904), Dover)
[64] McCormmach, R., Einstein, Lorentz, and the electron theory, Historical Studies in the Physical Sciences, 2, 41-87, (1970)
[65] Miller, A. I., Albert Einstein’s special theory of relativity: Emergence (1905) and early interpretation (1905 - 1911), (1981), Addison-Wesley Publishing Company
[66] Minkowski, H., Das Relativitätsprinzip. Annalen der Physik, [1915], Vol. 352, 927-938, (1907)
[67] Minkowski, H., Die Grundgleichungen für die elektromagnetischen Vorgänge in bewegten Körpern, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 53-111, (1908) · JFM 39.0909.02
[68] Minkowski, H., Raum und Zeit, Jahresbericht der Deutschen Mathematiker Vereinigung, 75, 88, (1909) · JFM 40.0094.01
[69] Planck, M., Über das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum, Annalen der Physik, 4, 553-563, (1901) · JFM 32.0913.05
[70] Planck, M., Über die Elementarquanta der Materie und der Elektricität, Annalen der Physik, 4, 564-566, (1901) · JFM 32.0908.01
[71] Planck, M., Das Prinzip der Relativität und die Grundgleichungen der Mechanik. Deutsche Physikalische Gesellschaft, Verhandlungen, 8, 136-141, (1906)
[72] Planck, M., Die Kaufmannschen Messungen der Ablenkbarkeit der β-Strahlen in ihrer Bedeutung für die Dynamik der Elektron, Physikalische Zeitschrift, 7, 753-761, (1906) · JFM 37.0884.03
[73] Planck, M., Nachtrag zu der Besprechung der Kaufmannschen Ablenkungsmessungen, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, 9, 14, 301-305, (1907) · JFM 38.0862.01
[74] Planck, M., Zur dynamik bewegter systeme, Annalen der Physik, 26, 1-34, (1908) · JFM 39.0792.09
[75] Planck, M., Bemerkungen zum Prinzip der Aktion und Reaktion in der allgemeinen Dynamik, Physikalische Zeitschrift, 9, 23, 828-830, (1908) · JFM 39.0836.03
[76] Poincaré, H., Sur la dynamique de l’électron. Comptes rendus de l’Academie des sciences, CXL: 567 - 580, (1905)
[77] Poincaré, H., Sur la dynamique de l’électron, Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 21, 129-175, (1906) · JFM 37.0886.01
[78] Pyenson, L., The young Einstein: The advent of relativity, (1985), Taylor & Francis
[79] Searle, G. F.C., On the steady motion of an electrified ellipsoid, Philosophical Magazine, 44, 329-341, (1897) · JFM 28.0784.01
[80] Seth, S., Quantum theory and the electromagnetic world-view, Historical Studies in the Physical and Biological Sciences, 35, 1, 67-93, (2004)
[81] Seth, S., Response to Shaul Katzir: “On the electromagnetic world-view”, Historical Studies in the Physical and Biological Sciences, 36, 1, 193-196, (2005)
[82] Seth, S., Crafting the quantum: Arnold sommerfeld and the practice of theory, 1890 - 1926, (2010), University of Chicago Press · Zbl 1238.81003
[83] Stachel, J., The collected papers of Albert Einstein, volume 2, the swiss years: Writings, 1900 - 1909, (1989), Princeton University Press
[84] Staley, R., Einstein’s generation: The origins of the relativity revolution, (2008), University of Chicago Press · Zbl 1236.01014
[85] Stark, J., Über die Lichtemission der Kanalstrahlen in Wasserstof, Annalen der Physik, 21, 401-456, (1906)
[86] Stark, J., Beziehung des Doppler-Effektes bei Kanalstrahlen zur Planckschen Strahlungstheorie, Physikalische Zeitschrift, 25, 913-919, (1907) · JFM 38.0863.01
[87] Stark, J., Bemerkung zu Herrn Kaufmanns Antwort auf einen Einwand von Herrn Planck, Deutsche Physikalische Gesellschaft, 10, 14-16, (1908) · JFM 39.0912.03
[88] Wien, W., Über die Möglichkeit einer elektromagnetischen Begründung der Mechanik, Annalen der Physik, 5, 501-513, (1900) · JFM 32.0699.02
[89] Zahar, E., Einstein’s revolution: A study in heuristic, (1989), Open Court Publishing Company
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