La Relativité: théorie restreinte et générale, édition allemande Section section-0045

Auf die Frage: „Warum fällt ein Stein, den wir emporheben und darauf loslassen, zur Erde?“ antwortet man gewöhnlich: „Weil er von der Erde angezogen wird.“ Die moderne Physik formuliert die Antwort etwas anders aus folgendem Grunde. Durch genaueres Studium der elektromagnetischen Erscheinungen ist man zu der Auffassung gekommen, daß es eine unvermittelte Wirkung in die Ferne nicht gebe. Zieht z. B. ein Magnet ein Stück Eisen an, so darf man sich nicht mit der Auffassung zufrieden geben, daß der Magnet durch den leeren Zwischenraum hindurch auf das Eisen direkt einwirke, sondern man stellt sich nach Faraday vor, daß der Magnet in dem ihn umgebenden Raume etwas physikalisch Reales stets hervorrufe, was man als „magnetisches Feld“ bezeichnet. Dies magnetische Feld wirkt seinerseits wieder auf das Eisenstück ein, so daß es sich zum Magneten zu bewegen strebt. Die Berechtigung dieses an sich willkürlichen Zwischenbegriffes wollen wir hier nicht erörtern. Es sei nur bemerkt, daß man mit seiner Hilfe die elektromagnetischen Erscheinungen, insbesondere die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen, viel befriedigender theoretisch darstellen kann als ohne denselben. Analog faßt man auch die Wirkungen der Gravitation auf. Die Einwirkung der Erde auf den Stein kommt indirekt zustande. Die Erde erzeugt in ihrer Umgebung ein Gravitationsfeld. Dieses wirkt auf den Stein und veranlaßt seine Fallbewegung. Die Stärke der Einwirkung auf einen Körper nimmt erfahrungsgemäß ab, wenn man sich mehr und mehr von der Erde entfernt, nach einem ganz bestimmten Gesetze. Dies heißt in unserer Auffassungsweise: Das Gesetz, welches die räumlichen Eigenschaften des Gravitationsfeldes beherrscht, muß ein ganz bestimmtes sein, um die Abnahme der Gravitationswirkung mit der Entfernung vom wirksamen Körper richtig darzustellen. Man stellt sich etwa vor, der Körper erzeuge direkt das Feld in seiner unmittelbaren Nähe; Stärke und Richtung des Feldes in größerer Entfernung sind dann [S. 44] hieraus durch das Gesetz bestimmt, welches die räumlichen Eigenschaften der Gravitationsfelder selbst beherrscht.

To the question, "Why does a stone that we lift and then release fall to the Earth?" the usual answer is, "Because it is attracted by the Earth." Modern physics formulates the answer somewhat differently, for the following reason. More precise study of electromagnetic phenomena has led to the view that there is no unmediated action at a distance. If, for example, a magnet attracts a piece of iron, we must not be content with the idea that the magnet acts directly upon the iron through the empty intervening space. Rather, following Faraday, we imagine that the magnet always produces something physically real in the space surrounding it, which is called a "magnetic field." This magnetic field in turn acts upon the piece of iron, causing it to strive toward the magnet. We shall not discuss here the justification for this intermediate concept, which in itself is arbitrary. It need only be noted that with its aid electromagnetic phenomena, particularly the propagation of electromagnetic waves, can be represented theoretically in a much more satisfactory way than without it. The effects of gravitation are conceived analogously. The action of the Earth upon the stone occurs indirectly. The Earth produces a gravitational field in its surroundings. This acts upon the stone and causes its falling motion. Experience shows that the strength of the action upon a body decreases, according to a quite definite law, as one moves farther and farther away from the Earth. In our mode of conception, this means that the law governing the spatial properties of the gravitational field must be quite definite if it is to represent correctly the decrease of gravitational action with distance from the effective body. We may imagine that the body directly produces the field in its immediate vicinity; the strength and direction of the field at greater distances are then [p. 44] determined from this by the law governing the spatial properties of the gravitational fields themselves.

À la question : « Pourquoi une pierre que nous soulevons puis lâchons tombe-t-elle vers la Terre ? », on répond ordinairement : « Parce qu’elle est attirée par la Terre. » La physique moderne formule la réponse un peu autrement, pour la raison suivante. Une étude plus précise des phénomènes électromagnétiques a conduit à l’idée qu’il n’existe pas d’action immédiate à distance. Si, par exemple, un aimant attire un morceau de fer, on ne doit pas se contenter de penser que l’aimant agit directement sur le fer à travers l’espace vide qui les sépare. On se représente plutôt, à la suite de Faraday, que l’aimant produit constamment dans l’espace qui l’entoure quelque chose de physiquement réel, appelé « champ magnétique ». Ce champ magnétique agit à son tour sur le morceau de fer, de sorte que celui-ci tend à se déplacer vers l’aimant. Nous ne discuterons pas ici de la légitimité de ce concept intermédiaire, arbitraire en lui-même. Remarquons seulement qu’il permet de représenter théoriquement les phénomènes électromagnétiques, en particulier la propagation des ondes électromagnétiques, de manière beaucoup plus satisfaisante que si l’on s’en passe. On conçoit de façon analogue les effets de la gravitation. L’action de la Terre sur la pierre se produit indirectement. La Terre produit dans son voisinage un champ gravitationnel. Celui-ci agit sur la pierre et provoque son mouvement de chute. Comme l’expérience le montre, l’intensité de l’action sur un corps diminue, suivant une loi tout à fait déterminée, à mesure que l’on s’éloigne de la Terre. Dans notre manière de voir, cela signifie ceci : la loi qui régit les propriétés spatiales du champ gravitationnel doit être tout à fait déterminée pour représenter correctement la diminution de l’action gravitationnelle avec la distance au corps agissant. On se représente à peu près que le corps produit directement le champ dans son voisinage immédiat. L’intensité et la direction du champ à une plus grande distance sont alors [p. 44] déterminées à partir de là par la loi qui régit les propriétés spatiales des champs gravitationnels eux-mêmes.