<文献2>の日本語訳

投稿者: spacerunaway

カウフマンの速度によって質量が増加するという実験?(1902年~?)<Kaufmann–Bucherer–Neumann experiments>の日本語訳。

自動翻訳なので、滅茶苦茶です。

<カウフマン・ブヘラ・ノイマン実験>

カウフマン・ブヘラ・ノイマンの実験は、その速度上のオブジェクトの慣性質量(または運動量)の依存性を測定しました。結果は特殊相対性理論の予測をテストするために使用されることに起因する1901年と1915年の間に様々な物理学者によって行われた実験のこのシリーズの歴史的重要性があります。最初は初期の実験結果は、アインシュタインの後、新たに公開された理論を矛盾するので、これらの実験の開発精度とデータ分析およびそれらの年の間に理論物理学上の結果の影響は、まだアクティブな歴史的な議論のトピックですが、この実験の後のバージョンは、それを確認しました。一般的な情報は、特殊相対性理論のテストを参照するためのその種類の近代的な実験のために、相対論的エネルギーと運動量のテストを参照してください。

――――――――――歴史的背景――――――――――

1896年、アンリ・ベクレルは、化学元素の様々な放射性崩壊を発見しました。その後、これらの崩壊からのβ線は、負に帯電した粒子の放出であることが発見されました。その後これらの粒子は、1897年にジョゼフ・ジョン・トムソンによって陰極線の実験で発見され、電子と同定されました。

これは、電磁エネルギーが移動帯電体の質量に寄与することを示した1881年ジョゼフ・ジョン・トムソン、による電磁質量の理論的予測で接続しました。[1] トムソン(1893)、ジョージ・フレデリック・チャールズ・サール(1897)も、この質量は速度に依存し、体がエーテルに対する光の速度で移動するとき、それは無限大になるということを計算しました。[2] また(1899、1900)ヘンドリック・アントーンローレンツは、電子の彼の理論の結果として、このような速度依存性を仮定しました。[3] このとき、電磁質量は「横」と「縦」大量に分離し、不変ニュートン質量は「本当の質量」と表記されたが、電磁質量は時々「見かけの質量」と表記しました。[A 1] [A 2] 一方、それはすべての質量が最終的に電磁起源であると証明することはドイツの理論家マックスアブラハムの信仰であり、そのニュートン力学は、電気力学の法則に包含さになるだろう。[A 3]

電子の特定のモデルに基づいていた(横)電磁質量mT、の概念は、後にエネルギーのすべての形態だけでなく、電磁エネルギーに関する相対論的質量の純粋に運動学的概念に変移しました。現在、しかし、相対論的質量の概念は、まだ頻繁に相対性理論に人気のある作品にいうものの、今ではほとんどのプロの作業物理学者の間で使用されておらず、光の速度が大規模な機関によって達することができないと予測している相対論的エネルギーと運動量の式に取って代わられました。これらの関係のすべてがローレンツ因子が関与するためです。

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したがって、ブヘラ・カウフマン・ノイマンの実験は、相対論的エネルギーと運動量の初期テストとして見ることができます。 (実験の以下の歴史的な説明については、「横方向」または「相対論的質量」の概念は、まだ使用されています)。

――――――――――カウフマンの実験――――――――――

――――――最初の実験――――――

ウォルター・カウフマンは、電子源を真空容器に入れ、ラジウムの崩壊だった陰極線管、と同様の装置を使用してベータ線の実験を始めました。(図1参照) ラジウムから放出されたこのような光線は、その時点で「ベクレル線」と呼ばれました。のみ0.3Cまでの速度に達した後、既知の陰極線に反して、光の速度はC、ベクレル線は0.9Cまでの速度に達しました。ベータ粒子は異なる速度を持っているので、放射線が不均一でした。それらに起因するたわみが互いに垂直になるようしたがって、カウフマンは、互いに平行に整列電界及び磁界を適用しました。写真乾板への影響は、その個々の点ある速度と電子の一定の質量に相当するたわみ曲線を、生産しました。このようにして、電界を反転すると、コンデンサの電荷を逆転させることにより二つの対称の曲線は、その中心線磁気偏向の方向を決定し、得られた。[A4] [A5]

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図1.電子の異なる速度のための質量比は電子電荷のウォルター・カウフマンの測定。避難装置の下部にあるラジウム源は、様々なエネルギーのベータ粒子を放出されました。ピンホール開口と組み合わせたパラレルEとBフィールドが上部に写真乾板を露出するように、電子方向と速度の特定の組み合わせのみを許可します。(a)は、装置のこの正面図は、ベータ粒子の帯電凝縮板によって課せられた均一な加速を示しています。(b)は装置のこの側面図は、Bフィールドに横ベータ粒子の円運動を示しています。(c)の写真乾板は異なる理論上の仮定以下のVを変化させるための電子/メートルを決定するために分析された曲線状の連勝を記録しました。

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カウフマンは、1901年に彼のデータの最初の分析を発表した – 彼が実際にこのように速度とその質量や運動量の増加を実証し、電荷質量比の減少を測定することができました。[4] 速度を有する荷電体の電磁エネルギー増加のためサールの式(1897)を使用して、彼は速度の関数としての電子の電磁質量の増加を算出しました:

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カウフマンは、観察された増加は、この式では説明できないことに気づいたので、彼は機械質量が電磁質量よりもかなり大きいこと、機械(真)質量及び電磁(見かけの)質量に測定された全質量を分離しました。しかし、彼は2ミスを犯して:マックスアブラハムによって示されるように、カウフマンはサールの式は長手方向にのみ適用されることを見落としが、たわみ測定のために横方向の式は重要でした。そこでアブラハムは、以下の速度依存性を持つ「横電磁質量」を導入しました:

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カウフマンはまた、たわみ曲線を導出する際に計算ミスを犯しました。これらのエラーは、1902年に彼によって補正しました。[5] 1902年と1903年、カウフマンが更新され、改善された実験技術を用いた試験の別のシリーズを行いました。結果は、アブラハムの理論の確認として、電子の質量は完全に電磁起源であるという仮定の彼によって解釈されました。[6] [7] 彼は0.3Cに制限された陰極線を使用するが、ヘルマン・スタークは、1903年に同様の測定を行いました。彼は得られた結果は、カウフマンのものと一致しているように彼によって解釈されました。[8]

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図2。(1902で修正)1901年のカウフマンの測定は、電荷質量比が減少し、したがって、電子の運動量(または質量)は、速度とともに増加することを示しました。電子が静止しているときにはε/m~1.76×10emu/gmに注意してください。

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――――――競合する理論――――――

1902年、マックス・アブラハムは、電子は、その電荷は、その表面に均等に分散されて、剛性、完全な球だったという仮定に基づいて理論を発表しました。上記で説明したように、彼は「縦電磁質量」の他に、いわゆる「横電磁質量」を導入し、全体の電子の質量は、電磁起源であると主張しました。[A6] [A7] [9] [10] [ 11]

一方、ローレンツ(1904,1899)は、電子の電荷はその容積全体に広がった、そしてそれは、カウフマンの実験では、その形状は、運動の方向に圧縮される方向と横方向で変わらないだろうと仮定して、電子の彼の理論を拡張しました。カウフマンの驚きに、ローレンツは、彼のモデルが同様に彼の実験データと一致していたことを示すことができました。ローレンツの理論は相対性原理との合意に今ありましたので、このモデルはアンリ・ポアンカレ(1905)によって詳しく述べられ完成されました。[A 8][A 9][12][13]

同様の理論が変形した電子によって占有される総体積が変わらないと仮定した差が、1904年にアルフレッド・ブヘラとポール・ランジュバンによって開発されました。それは、この理論の予測はローレンツよりアブラハムの理論に近かったことが判明しました。[A10] [14]

最後に、特殊相対性理論のアインシュタインの理論(1905年)により、粒子の静止のフレームと測定が行われた実験室のフレームとの間の変換の特性に点状の電子の質量の変化を予測しました。それは非常に異なる物理的な概念を前提としていたが数学的には、この計算は、ローレンツの理論としての速度と質量の間に同じ依存性を予測します。[A11] [15]
横電磁質量の増加に関しては、様々な理論の予測でした(図3):

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図3。アブラハム、ローレンツ、およびブヘラの理論によれば、横電磁質量の速度依存の予測。

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――――――1905年の実験――――――

それらの理論との間の意思決定を行うために、カウフマンは、再びより高い精度でその実験を行いました。カウフマンは、彼が決定的にローレンツ・アインシュタインの式を反証していたので、また相対性原理を反証していたと信じていました。彼の見解では、唯一の残りのオプションは、アブラハムとブヘラの理論の間でした。ローレンツは当惑したと、彼は「彼のラテン語の終わりに」であったことを書きました。[A 12][A 13][16][17]

しかし、カウフマンの実験の批判が起こりました。[14] [15] カウフマンは、彼の結果と彼の分析の結論を発表した直後に、マックス・プランクは、実験によって得られたデータを再分析することを決めました。1906年と1907年、プランクは、高速での電子の慣性質量の行動に彼自身の結論を発表しました。1905年にカウフマンの公表からわずか9のデータポイントを使用して、彼は各点のフィールドの正確なセットアップを再計算し、2つの競合する理論の予測に対する測定値を比較しました。彼は、カウフマンの結果が完全に決定的ではなく、超光速の速度につながることを示しました。[18] [19] アインシュタインは、カウフマンの結果は彼自身よりもアブラハムのとブヘラの理論と一致して良好であったものの、他の理論の基礎がもっともらしくなかったので、正確であることの少しだけ確率を持っていたことを1907年に述べました。[20]

――――――――――その後の実験――――――――――

――――――ブヘラ――――――

アドルフBestelmeyer(1907)によって指摘されているようカウフマンの実験の主な問題は、並列磁場と電場の彼の使用でした。垂直磁場と電場に基づく方法(ジョゼフ・ジョン・トムソンによって導入され、さらにヴィルヘルム・ヴィーンによって速度フィルタに開発された)を使用して、Bestelmeyerは0.3Cまで陰極線のための電荷対質量比のためにかなり異なる値を得ました。しかし、Bestelmeyerは彼の実験は理論の間の明確な決定を提供するのに十分正確ではなかったと付け加えました。[21]

したがって、(1908)アルフレッド・ブヘラはBestelmeyerのに似た速度フィルタを使用して正確な測定を行いました。図を参照してください。 3&5。ラジウムベータソースが均質140ガウスの磁場に設定された、約500ボルトに離れ0.25ミリメートル間隔をあけ2銀ガラス板からなる円形凝縮器の中心に配置し、投入しました。ラジウムは、すべての方向にベータ線を放出されたが、いずれかの特定の方向αに、のみベータ線は、そのスピード電場と磁場が互いに正確に補償されるようにした速度フィルタを終了しました。凝縮器を出た後、光線が磁場によって偏向し、非偏向光を集リムに垂直な写真乾板セット平行に曝露しました。[22] [23]

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図4。上面図。ブヘラ実験。

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図5。磁界Hに対して角度αで円形コンデンサの軸を通る断面

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彼の最終的な分析のために、ブヘラは、電子が静止していたかのように、電荷対質量比を得るために、ローレンツそれぞれアブラハムの式と5回の測定値を再計算しました。比が電子を休んために変化しないので、データポイントは、単一の水平線(図6参照)にする必要があります。アブラハムの式の結果が大幅にずれながらデータは、ローレンツの式で計算した場合、しかし、これは唯一のケースでは約だった(赤と青の線は、両方式に従って平均値を表します)。すぐにローレンツ、アインシュタイン、ヘルマン・ミンコフスキーによって拍手結果 – ローレンツ・アインシュタイン式との契約は、相対性理論の原理の確認とローレンツ・アインシュタイン理論としてブヘラによって解釈されました。[16] [17]

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図6。5回でブヘラデータ。

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また、ブヘラの装置もローレンツ・アインシュタイン式との合意を得た彼の学生クルトWolz、によって1909年に改善しました(彼は、彼のデータと図7をアブラハムの式を比較しませんでしたが)。[24]

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図7。13ランでWolzのデータ。

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多くの物理学者はブヘラの結果を受け入れたとしても、まだいくつかの疑問が残りました。[A18] [A19] 例えば、Bestelmeyerは、彼がブヘラの結果の妥当性に疑問キャストした論文を発表しました。彼は一人で一つの実験はブヘラの結果が大幅に大規模なデータプロトコルとエラー分析が必要であり、ことを写真乾板に到達する非補償線によって歪められる可能性があることを、重要な物理法則の正しさを確立できないと主張しました。[25] これら二つの学者の間で論争論争がBestelmeyerがWolzの実験が同じ問題の影響を受けていると主張している一連の刊行物、に続きます。[26] [27][28]

――――――Hupka――――――

カウフマンとブヘラ、(1909年)カール・エーリッヒHupkaとは違って、彼の測定のための0.5Cで陰極線を使用。(銅陰極で生成された)放射が強く、高度に排気放電管カソードとアノードとの間の電界によって加速されました。振動板としてのアノードは、一定の速度で光線によって渡され、第二ダイヤフラムの後ろ燐光スクリーン上の2つのウォラストン線の影の像を描きました。現在、この振動板の背後に生成された場合には、光線を偏向して、影画像が変位しました。結果はHupkaが、この実験では決定的な結果を表していなかったと述べていても、ローレンツ・アインシュタインと一致しました。[29] その後、W.ハイルはHupkaは答え批判し、結果の解釈を扱ういくつかの論文、にを発表しました。[30] [31] [32]

――――――ノイマンとガイ/ Lavanchy――――――

1914年、ギュンター・ノイマンは、Bestelmeyerの批判に対処するために、非補償線の特に質問をいくつかの改良を行うこと、およびデータ・プロトコルへの大規模な改良を行うこと、特に、ブヘラの機器を使用して、新しい測定を行いました。計算方法は、ブヘラの(図6参照)と同じでした。アブラハムの式から得られたデータが急激に逸脱しながらも、この実験では、ローレンツの式に対応するデータが、ほぼ必要に応じて水平線上にある(図8参照)。ノイマンは、彼の実験はブヘラ間違い範囲0.4-0.7cにおけるローレンツ・アインシュタインの式を証明Hupka、のものと一致していたと結論づけ、アブラハムの公式反論しました。インストゥルメンタルの不確実性は、範囲0.7-0.8cで発生したので、この範囲内のローレンツ・アインシュタイン式からの偏差は有意であると考えられていませんでした。[33]

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図8。各理論のための26のデータポイントのノイマンの評価。

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1915年、チャールズ・ウジェーヌGuyeとチャールズLavanchyは0.25C-0.5Cでの陰極線の偏向を測定しました。彼らは、光線を促進するために、カソードとアノードとのチューブを使用しました。アノードでの絞りが偏向されたビームを生成しました。スクリーンは、衝撃がカメラで撮影された時に装置の端部に配置しました。彼らはその後、赤と青の曲線で示される横電磁質量MTと静止質量M0との比率をcomputatedし、ノイマンの結果を補完、ローレンツ・アインシュタインの式(図9参照)で良い一致を得ました。[34] [35]

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図9。各理論のための25のデータポイントのGuyeとLavanchyの評価。

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ノイマンのとガイ/ Lavanchy実験は決定的にローレンツ・アインシュタインの式を証明として多くの人に考えられていました。[A20] [A21] [A22] ローレンツは、1915年にこれらの取り組みをまとめました:[A23]

後の実験は、[..]式を確認している[..]横電磁質量のために、すべての確率で、変形可能な電子の仮説と相対性原理に対して惹起することができる唯一の異議は現在削除されている、ように。

――――――――――さらなる開発――――――――――

ザーン&Spees(1938)[36]とファラゴ&ラヨシュヤーノシー(1954)[37]は、自然についてのこれらの初期の実験と電子の性質及び実験に用いられる多くの仮定は、間違っていたり不正確であったことを主張しました。カウフマンの実験と同様に、ブヘラ・ノイマンの実験は、質量のみの定性的な増加を示しており、競合する理論の間に決定することができなかっただろう。[A24] [A25]

これらの電子偏向実験の結果は、長い時間のために争われたが、カールGlitscherによる水素系の微細構造の調査(アーノルドゾンマーフェルトの仕事に基づいて)は、1917年にはローレンツ・アインシュタイン式の明確な確認を提供するには、既に持っていた、なぜなら勢いのための相対論的表現とエネルギーは、微細構造を導出するために必要だった、とアブラハムの理論の反論を構成しました。[38] [A26]

また、十分な精度を有する第1の電子偏向実験は、改善されたセットアップを開発したロジャースら(1940)によって行われました。ラジウム崩壊系列はエネルギーの広い範囲でベータ粒子のスペクトルが得られます。カウフマン、ブヘラ、およびその他による以前の測定にはベータ粒子の集束を提供していない平坦な平行板コンデンサを使用していました。ロジャースら(図10)は、代わりにラジウム崩壊系列から個々のβ粒子線のエネルギー最大値を解決することのできる静電分光器を構築しました。静電分光器は、2つのシリンダのセグメントから構成され、真空に鉄の箱に封入しました。ベータ線は、ラジウムアクティブ堆積物で被覆された微細な白金線から放出されたされました。分散した光線は、ガイガーカウンターの前にあるスリットに入射しました。この実験からのデータは、その後、横質量と静止質量の比はローレンツアブラハムの予測と比較した電荷対質量比を得Hρ以前の磁気分光測定と組み合わせました。点(図11参照)を1%以内にローレンツ – アインシュタイン式を表す曲線上のすべてありました。[39]この実験は、理論を区別するのに十分に正確であると見られています。[A27]

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図10。ロジャースら。静電分光器

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図11。ロジャースらの3つのデータ点。、ローレンツ・アインシュタイン式と一致しました。

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――――――――――現代のテスト――――――――――

主要な記事:相対論的エネルギーと運動量の試験
それ以来、相対論的質量エネルギー運動量の関係について多くの追加の実験は、それらのすべてが高精度に特殊相対性理論を確認し、電子のたわみの測定を含む、実施されています。また、現代の粒子加速器では、特殊相対性理論の予測は日常的に確認されています。

 

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