La Relativité: théorie restreinte et générale, édition allemande Section section-0013

Das zweite Argument, auf welches wir später noch zurückkommen werden, ist folgendes. Wenn das Relativitätsprinzip (im engeren Sinne) nicht gilt, so werden die relativ zueinander gleichförmig bewegten Galilei schen Koordinatensysteme K , K′ , K″ usw. nicht gleichwertig sein für die Beschreibung des Naturgeschehens. Dann wäre es kaum anders denkbar, als daß die Naturgesetze besonders einfach und natürlich sich nur dann formulieren ließen, wenn unter allen Galilei schen Koordinatensystemen eines ( K 0 ) von bestimmtem Bewegungszustande [S. 10] als Bezugskörper gewählt würde. Dieses würden wir dann mit Recht (wegen seiner Vorzüge für die Naturbeschreibung) als das „absolut ruhende“ bezeichnen, die übrigen Galilei schen Systeme K aber als „bewegt“. Wäre z. B. unser Bahndamm das System K 0 , so wäre unser Eisenbahnwagen ein System K , in bezug auf welches weniger einfache Gesetze gelten würden als in bezug auf K 0 . Diese geringere Einfachheit würde darauf zurückzuführen sein, daß der Wagen K gegen K 0 (d. h. „wirklich“) bewegt sei. In diesen in bezug auf K formulierten allgemeinen Naturgesetzen müßten Größe und Richtung der Fahrgeschwindigkeit des Wagens eine Rolle spielen. Es wäre z. B. zu erwarten, daß der Ton einer Orgelpfeife ein anderer wäre, wenn diese mit ihrer Achse parallel zur Fahrrichtung gestellt wird, als wenn sie mit ihrer Achse senkrecht zu dieser Richtung gestellt wird. Nun ist aber unsere Erde wegen ihrer Bahnbewegung um die Sonne einem mit etwa 20 km Geschwindigkeit fahrenden Wagen vergleichbar. Es wäre daher im Falle der Ungültigkeit des Relativitätsprinzips zu erwarten, daß die momentane Bewegungsrichtung der Erde in die Naturgesetze eingehe, daß also die physikalischen Systeme in ihrem Verhalten von der räumlichen Orientierung gegen die Erde abhängen sollten. Denn wegen der im Laufe des Jahres stattfindenden Änderung der Richtung der Geschwindigkeit der Umlaufbewegung der Erde kann diese nicht das ganze Jahr hindurch relativ zu dem hypothetischen System K 0 in Ruhe sein. Bei aller Sorgfalt hat man aber eine derartige Anisotropie des irdischen physikalischen Raumes, d. h. eine physikalische Ungleichwertigkeit der verschiedenen Richtungen, niemals beobachten können. Dies ist ein schwer wiegendes Argument zugunsten des Relativitätsprinzips.

The second argument, to which we shall return later, is as follows. If the principle of relativity (in the restricted sense) does not hold, then the Galilean coordinate systems K, K′, K″, and so forth, moving uniformly relative to one another, will not be equivalent for the description of natural processes. In that case it would scarcely be conceivable otherwise than that the laws of nature could be formulated in a particularly simple and natural manner only if, among all Galilean coordinate systems, one (K0) in a particular state of motion [p. 10] were selected as the body of reference. We should then rightly describe this system, because of its advantages for the description of nature, as “absolutely at rest,” and the remaining Galilean systems K as “moving.” If, for example, our embankment were the system K0, then our railway carriage would be a system K relative to which less simple laws would hold than relative to K0. This lesser simplicity would be attributable to the fact that the carriage K was moving relative to K0, that is, moving “in reality.” In the general laws of nature formulated relative to K, the magnitude and direction of the carriage's velocity would have to play a part. We should expect, for example, the note of an organ pipe to be different when its axis is placed parallel to the direction of travel than when its axis is placed perpendicular to that direction.

Now, because of its orbital motion around the Sun, our Earth is comparable to a carriage traveling at a velocity of about 20 km. If the principle of relativity were invalid, we should therefore expect the Earth's instantaneous direction of motion to enter into the laws of nature, and thus physical systems to depend in their behavior on their spatial orientation with respect to the Earth. For, because the direction of the velocity of the Earth's orbital motion changes over the course of the year, the Earth cannot remain at rest relative to the hypothetical system K0 throughout the entire year. Despite every care, however, no such anisotropy of terrestrial physical space, that is, no physical inequivalence of its various directions, has ever been observed. This is a weighty argument in favor of the principle of relativity.

Le second argument, sur lequel nous reviendrons plus loin, est le suivant. Si le principe de relativité, au sens restreint, n’est pas valable, les systèmes de coordonnées galiléens K, K′, K″, etc., animés les uns par rapport aux autres de mouvements uniformes, ne seront pas équivalents pour la description des phénomènes naturels. On ne pourrait alors guère concevoir autre chose que ceci : parmi tous les systèmes de coordonnées galiléens, un seul, K0, possédant un état de mouvement déterminé, permettrait de formuler les lois de la nature sous une forme particulièrement simple et naturelle [p. 10]. Nous le qualifierions alors à juste titre, en raison de ses avantages pour la description de la nature, d’« absolument immobile », tandis que les autres systèmes galiléens K seraient qualifiés de « mobiles ». Si, par exemple, notre remblai constituait le système K0, notre wagon serait un système K par rapport auquel les lois seraient moins simples que par rapport à K0. Cette moindre simplicité s’expliquerait par le fait que le wagon K serait en mouvement par rapport à K0, c’est-à-dire « réellement » en mouvement. La grandeur et la direction de la vitesse du wagon devraient jouer un rôle dans les lois générales de la nature formulées par rapport à K. On devrait par exemple s’attendre à ce que le son d’un tuyau d’orgue soit différent selon que son axe est placé parallèlement à la direction du mouvement ou perpendiculairement à celle-ci. Or notre Terre, en raison de son mouvement orbital autour du Soleil, est comparable à un wagon roulant à une vitesse d’environ 20 km. Si le principe de relativité n’était pas valable, on devrait donc s’attendre à ce que la direction instantanée du mouvement de la Terre intervienne dans les lois de la nature et que le comportement des systèmes physiques dépende de leur orientation spatiale par rapport à la Terre. En effet, puisque la direction de la vitesse du mouvement orbital de la Terre change au cours de l’année, celle-ci ne peut rester toute l’année au repos par rapport au système hypothétique K0. Malgré toutes les précautions prises, on n’a jamais pu observer une telle anisotropie de l’espace physique terrestre, c’est-à-dire une inégalité physique entre les différentes directions. Voilà un argument de grand poids en faveur du principe de relativité.