The Formative Years of Relativity. Gravitational waves go in one ear and out the other

The purpose of this piece is to review Hanoch Gutfreund’s and Jürgen Renn’s new book The Formative Years of Relativity: The History and Meaning of Einstein’s Princeton Lectures, Princeton University Press and Oxford University Press. I have found two problems in the book the first of which is Poincaré’s influence on Einstein and the second problem is related to gravitational waves. The first part of the review deals with Poincaré’s influence on Einstein. In this part I discuss the problem related to gravitational waves.

Gravitational waves have won the 2017 Nobel Prize in Physics. The prize is awarded to Kip Thorne, Rainer Weiss, Barry Barish for their work on Ligo experiment. Actually, Kip Thorne’s interesting work is on wormholes: the Einstein-Rosen bridges, the Schwarzschild (non-traversable) wormholes and traversable wormeholes converted into time machines. Wormholes spark our imagination because of the possibility of travelling backwards in time and sending signals through the throat in space-time with causality violation.

However, let us concentrate on gravitational waves.

I have ordered the book from Amazon together with The Asshole Survival Guide: How to Deal with People who Treat you Like Dirt written by Robert Sutton, a Stanford University professor:

formative1

It seems that the book, The Formative Years of Relativity has mistakes and also errors in English (the book needs proofreading). I therefore ask the second writer: Are you living in a fool’s paradise?

Right at the beginning Gutfreund argues that gravitational waves is the only major topic debated during the formative years that has no trace in Einstein’s book The Meaning of Relativity. He writes: “Had we restricted our commentaries to the contents of Einstein’s book, there would be no reason to mention gravitational waves; however, it would be inconceivable to talk about the formative years without thoroughly discussing them. What is worth emphasizing in this context is how Einstein’s predominant interest in this phenomenon which developed immediately after the completion of his general theory, had faded away completely by the time he delivered the Princeton lectures” (Gutfreund’s book, page 8):

Picture0

And the above conclusion is mentioned in the New York Times book review section:

Picture00

Gutfreund and Renn “note, however, a conspicuous absence. There is ‘no trace’ in Einstein’s lectures of what is today considered a key topic in relativity: gravitational waves”.

In fact quite the opposite is true. Einstein’s mathematical derivations in his 1916 and 1918 two gravitational waves papers play a central role in The Meaning of Relativity of 1922. It therefore appears that Einstein’s interest in this topic had not faded away by the time he delivered the Princeton lectures.

Consider Einstein’s gravitational waves paper of 1916:

Picture2

And here is the same equation in his 1921 book, The Meaning of Relativity (Gutfreund’s book, page 240):

Picture1

Equation (92) represents the metric of general relativity Picture1 - Copy, which is the sum of the Minkowski flat metric Picture1 - Copy - Copy of special relativity and Picture1 - Copy (2) a very small disturbance.

And again, Einstein’s gravitational waves paper of 1916:

Picture4

And his book, The Meaning of Relativity (Gutfreund’s book, page 246):

Picture3 - Copy

We write the field equations in terms of Picture1 - Copy (2). Equation (96b) below is the linearized approximation of Einstein’s field equations. Then we can solve the field equations in the same way that we solve Maxwell’s electromagnetic field equations (Gutfreund’s book, page 247):

Picture3

Equations (101) above from the book The Meaning of Relativity, which are exactly like equations (9) from the gravitational waves paper of 1916, are the method of retarded potentials.

In his review paper of 1916, The Foundation of the General Theory of Relativity, Einstein’s field equations were valid for systems in unimodular coordinates, i.e. he chose the coordinates so that Picture1111.

However, in his gravitational waves paper of 1916, Einstein thanked de Sitter for sending him the following metric, the one below: “Herr [Willem] de Sitter sent me these values by letter”:

Picture6

And in the book, The Meaning of Relativity he writes the the same metric (Gutfreund’s book, page 249):

Picture5

Indeed, in the book, The Formative Years of Relativity, Gutfreund writes: “On 22 June 1916, Einstein wrote to Willem de Sitter […] ‘For I found that the gravitation equations in first-order approximation [i.e. equations (96b) the linearized approximation of Einstein’s field equations] can be solved exactly by means of retarded potentials, if the condition of Picture1111is abandoned. Your solution for the mass point is then the result upon specialization to this case'” (Gutfreund’s book, page 97):

Picture7

Daniel Kennefick explains Einstein’s letter to de Sitter in his book, Traveling at the Speed of Thought: Einstein and the Quest for Gravitational Waves (page 51):

Picture8

By the way I highly recommend Kennefick’s book.

That being said, Gutfreund begins the chapter on gravitational waves with Max Born. Born asked Einstein how fast does the effect of gravitation propagates according to his theory? Einstein replied to him that it is simple to write down the equation for the case where the disturbances one places into the field are infinitesimal. In that case the metric Picture1 - Copy differs only infinitesimally (Picture1 - Copy (2)) from the values (Picture1 - Copy - Copy) that would be present without that disturbance; and the disturbance propagates with the velocity of light (Gutfreund’s book, page 94):

Picture9a

I wrote in my 2015 book General Relativity Conflict and Rivalries and in other places as well that the first time Einstein mentioned gravitational waves was in the discussion after the Vienna lecture in 1913:

Picture12

However, Gutfreund does not cite my 2015 book.

In 2016 Gutfreund wrote a blog post and added Jürgen Renn and Diana Buchwald as co-authors:

Picture10

They told the story of the origin of gravitational waves:

Picture11

They briefly summarize the history of gravitational waves: “The first debates about the existence of gravitational waves even preceded the completion of general relativity by Einstein in November, 1915”. They only mention Max Abraham but don’t write that the first time that Einstein had mentioned gravitational waves was after the Vienna lecture in 1913, in the discussion, Max Born asked Einstein how fast does the effect of gravitation propagates according to his Entwurf theory.

Finally, in the same book, General Relativity Conflict and Rivalries, of 2015 I wrote:

Picture14

And I read in Gutfreund’s book of 2017 and discover that he writes exactly the same thing but does not cite my book (Gutfreund’s book, page 35):

Picture13

 

Advertisements

The Formative Years of Relativity and a Prejudice on Poincaré’s Conventionalism

The purpose of this piece is to review Hanoch Gutfreund’s and Jürgen Renn’s new book The Formative Years of Relativity: The History and Meaning of Einstein’s Princeton Lectures, Princeton University Press and Oxford University Press. I find two problems in the book the first of which is Poincaré’s influence on Einstein. This is the first part of the review which deals with Poincaré’s influence on Einstein. Since the book has mistakes and also errors in English and Jürgen Renn is considered a notable scholar, I assume that Gutfreund is probably responsible for the mistakes and for the errors in English.

Let us begin with page 26 of the book The Formative Years of Relativity. Gutfreund is apparently much attracted by “the painstaking analysis by the philosopher of science Yemima Ben-Menachem” in her book Conventionalism: From Poincaré to Quine. Cambridge University Press, Cambridge (2006):

Yemima 1921

Gutfreund writes that “Until 1921, Einstein did not mention Poincaré explicitly”.

Einstein obviously mentioned Poincaré before 1921. For instance, after the first Solvay congress in 1911, Einstein wrote to Heinrich Zangger (see the Collected Papers of Albert Einstein, CPAE):

Zangger1

……

Zangger2

Einstein says that Poincaré was in general simply antagonistic and for all his acuity showed little understanding of the situation.

There was then great excitement among philosophers and historians of science when they discovered, as Gutfreund writes on page 26 above that “We know that he [Einstein] read Science and Hypothesis with his friends in the Akademie Olympia in 1902″.

Poincaré’s publisher Flammarion published La science et l’hypothèse (Science and Hypothesis) in Paris in 1902. How do we know that Einstein read this book in 1902 and not in 1903 or 1904? Take a look at Gutfreund’s words: “We know that he [Einstein] read Science and Hypothesis with his friends in the Akademie Olympia in 1902″. It means that Einstein rushed to the local bookstore in Bern the day the book was out, dodged people in the crowd waiting outside the bookstore and found the first French edition of Poincaré’s book. But maybe Einstein read the 1904 German translation of Poincaré’s 1902 book? This could be quite different from the original 1902 French edition.

Subsequently,  on page 26 Gutfreund writes: “Einstein’s biographer Abraham Pais quotes one of the members, Maurice Solovine, as saying: ‘This book profoundly impressed us and kept us breathless for weeks on end'”:

Pais

Gutfreund simply takes the Pais paragraph from Yemima Ben-Menahem’s book, Conventionalism, see footnote 80 below (page 134):

134

This is a mistake: We cannot cite Einstein’s biographer Abraham Pais quoting one of the members of the Akademie Olympia (Olympia Academy). The biography of Pais is not a primary source. We have to check a primary source and see whether Maurice Solovine himself said: “This book profoundly impressed us and kept us breathless for weeks on end”.

Here is the original primary source:

soloving

Lettres à Maurice Solovine. Paris: Gauthier-Villars, 1956.

Here luck plays an important role because in the above book Solovine writes in French that Poincaré’s book “profoundly impressed us and kept us breathless for many weeks”. One should, however, check the original quote in French.

On page 30 Gutfreund tells the story of Einstein who explored “a famous example that goes back Poincaré”. There are several typos in the book.

Poincare typo

It is interesting, however, to look at the following sentence, several sentences below the above one on page 30:

He typo

“Without the distinction between axiomatic Euclidean geometry and practical rigid-body geometry, we arrive at the view advanced by Poincaré”. And then Gutfreund adds an end-note 15: “For an extensive analysis of Poincaré’s conventionalism, see Yemima Ben-Menachem, […]” Her book Conventionalism.

Yemima 1921-2

You might, of course, be tempted to suppose that Ben-Menahem has said the above words in her book. But this is by no means the case. Einstein says this in his 1921 talk, “Geometry and Experience” (see CPAE):

geometry and experience

After the words: “Without the distinction between axiomatic […]” Gutfreund writes: “He suggested that […]”

He typo

Who is “He”? Einstein or Poincaré?

Let us then examine Yemima Ben-Menahem’s book, Conventionalism.

I am quoting from Yemima Ben-Menahem’s book Conventionalism, page 84:

“… as both GR [general relativity] and the special theory of relativity originated in insights about equivalence, an element of conventionality might seem to be built right into the theory.  It is important to recognize, however, that Einstein’s use of equivalence arguments differs fundamentally from that of the conventionalist”.

And on page 134 Ben-Menahem writes: “The preceding discussion should alert us to the traces of Poincaré’s equivalence argument in Einstein’s work on GR as well. […] The centrality of equivalence arguments and their geometric implications is too obvious in Science and Hypothesis to be missed by a reader such as Einstein, who, we know, was familiar with the book. Beginning with the hypothesis of equivalence in 1907, Einstein makes use not only of the general idea of equivalent descriptions, but also of the types of examples Poincaré used”.

page_134

and on page 135, Yemima Ben Menahem argues that “Einstein was deeply influenced by the idea of equivalence, and to that extent could concede that Poincaré was right”:

page 135

I have found no historical evidence (primary documents, i.e. correspondence of Einstein with others, manuscripts, and also interviews with Einstein) supporting the claim that Einstein makes use of Poincaré’s equivalent descriptions.

In the 1920 unpublished draft of a paper for Nature magazine, “Fundamental Ideas and Methods of the Theory of Relativity, Presented in Their Development”, Einstein explained how he arrived at the principle of equivalence (see CPAE):

happiest happiest2

(Original in German). “When I (in Y. 1907) [in Bern] was busy with a comprehensive summary of my work on the special theory relativity for the ‘Jahrbuch für Radioaktivität und Elektronik’, I also had to try to modify Newton’s theory of gravitation in such a way that its laws fitted into the theory. Attempts in this direction showed the feasibility of this enterprise, but did not satisfy me, because they had to be based upon unfounded physical hypotheses. Then there came to me the happiest thought of my life in the following form:

The gravitational field is considered in the same way and has only a relative existence like the electric field generated by magneto-electric induction. Because for an observer freely falling from the roof of a house there is during the fall – at least in his immediate vicinity – no gravitational field. Namely, if the observer lets go of any bodies, they remain relative to him, in a state of rest or uniform motion, regardless of their particular chemical and physical nature. The observer is therefore justified in interpreting his state as being ‘at rest’.

The extremely strange experimental law that all bodies fall in the same gravitational field with the same acceleration, immediately receives through this idea a deep physical meaning. If there were just one single thing that fell differently in a gravitational field from the others, the observer could recognize with its help that he was in a gravitational field and that he was falling in the latter. But if such a thing does not exist – as experience has shown with great precision – then there is no objective reason for the observer to regard himself as falling in a gravitational field. Rather, he has the right to consider his state at rest with respect to gravitation, and his environment as field-free.

The experimental fact of independence of the material of acceleration, therefore, is a powerful argument for the extension of the relativity postulate to coordinate systems moving nonuniformly relative to each other”.

Isaac Newton had already recognized that Galileo’s law of free fall was connected with the equality of the inertial and gravitational mass. In approximately 1685, Newton realized that there was an (empirical) equality between inertial and gravitational mass (Newton 1726, Book I, 9). For Newton, however, this connection was accidental. Einstein, on the other hand, said that Galileo’s law of free fall could be viewed as Newton’s equality between inertial and gravitational mass, but for him the connection was not accidental.

Hence, Einstein made use of Newton’s equality (accidental equivalence) between inertial and gravitational mass and Galileo’s law of free fall and in his 1907 paper, “On the Relativity Principle and the Conclusions Drawn from It”, he invoked a new principle, the equivalence principle or hypothesis. He assumed the complete physical equivalence of a homogeneous gravitational field and a corresponding (uniform) acceleration of the reference system. Acceleration in a space free of homogeneous gravitational fields is equivalent to being at rest in a homogeneous gravitational field.

Ernst Mach criticized Newton’s bucket experiment. He said that we cannot know which of the two, the water or the sky, are rotating; both cases produce the same centrifugal force. Mach thus expressed a kind of equivalence principle: Both explanations lead to the same observable effect. Einstein could have been influenced by Mach’s idea that we cannot know which of the two, the water or the sky, are rotating. Indeed Charles Nordmann interviewed Einstein and wrote: “Perhaps even more than Poincaré, Einstein admits to have been influenced by the famous Viennese physicist Mach”.

On page 31, Gutfreund writes in his book:

disk

“Had he [Einstein] instead accepted the conventionalist position […]” and then Gutfreund writes: “This in fact is exactly the situation in which Einstein introduced the mental model of a rotating disk, which he used as early as 1912 to show that the new theory of ravitation requires a new framework for space and time”.

Another typo: it should be the new theory of gravitation.

The rotating disk story starts with a problem in special relativity, with Max Born’s notion of rigidity and not with Poincaré! Einstein never mentioned any influence Poincaré had had on him when inventing the disk thought experiment.

At the annual eighty-first meeting of the German Society of Scientists and Physicians in Salzburg on 21-25 September 1909, Born first analyzed the rigid body problem and showed the existence of a class of rigid motions in special relativity.

John Stachel describes this state of affairs in his seminal paper of 1980: “The Rigidly Rotating Disk as a ‘Missing Link’ in the History of General Relativity”. It seems that Gutfreund is unacquainted with Stachel’s paper.

On September 29, 1909 the Physikalische Zeitschrift received a short note from Paul Ehrenfest. In his note Ehrenfest demonstrated that according to Born’s notion of rigidity, one cannot bring a rigid body from a state of rest into uniform rotation about a fixed axis. Ehrenfest had pointed out that a uniformly rotating rigid disk would be a paradoxical object in special relativity; since, on setting it into motion its circumference would undergo a contraction whereas its radius would remain uncontracted.

Born noted: “Mr. Ehrenfest shows that the rigid body at rest can never be brought into uniform rotation; I have discussed the same fact with Mr. Einstein in the meeting of natural scientists in Salzburg”. Born discussed the subject with Einstein and they were puzzled about how the rigid body at rest could never be brought into uniform motion. Born and Einstein discovered in that discussion that setting a rigid disk into rotation would give rise to a paradox: the rim becomes Lorenz-contracted, whereas the radius remains invariant. This problem was discussed almost simultaneously by Ehrenfest in the above short note.

Later in 1919, Einstein explained to Joseph Petzoldt why it was impossible for a rigid disk in a state of rest to gradually set into rotation around its axis:

PetoltzPetoltz2

On page 32 Gutfreund mentions the 10th German edition of Einstein’s popular book Relativity the Special and General Theory. He says that in a copy of this book there is a sheet of paper in the handwriting of Einstein’s stepdaughter containing a remark:

disk2

As you can see this remark is quite similar to Einstein’s letter to Petzoldt. Thus, it is preferable to quote Einstein’s own words, his letter to Petzhold. It seems that Gutfreund is unacquainted with the history of the rotating disk, because according to his book he is unaware of Stachel’s paper and the letter to Petzhold.

At the end of October 1909 Born submitted an extended version of his Salzburg talk to Physikalische Zeitschrift. In December 1909 Gustav Herglotz published a paper in which he noted that according to Born’s notion of rigidity, a “rigid” body with a fixed point can only rotate uniformly about an axis that goes through it, like an ordinary rigid body. Several months later, Einstein mentioned Born’s and Herglotz’s papers in a letter from March 1910 to Jakob Laub, in which he said that he was very much interested in their then recent investigations on the rigid body and the theory of relativity.  A month later, in conversations with Vladimir Varičak Einstein explained that the great difficulty lies in bringing the “rigid” body from a state of rest into rotation. In this case, each material element of the rotating body must Lorentz contract. See my new book Einstein’s Pathway to the Special Theory of Relativity 2Ed for full details.

In his paper from February 1912, Einstein considered a system K with coordinates x, y, z in a state of uniform rotation (disk) in the direction of its x-coordinate and referred to it from a non-accelerated system. Einstein wrote that K‘s uniform rotation is uniform “in Born’s sense”, namely, he considered a rotating disk already in a state of uniform rotation observed from an inertial system and reproduced his conversations with Varičak. Einstein then extended the 1907–1911 equivalence principle to uniformly rotating systems as promised in conversations with Sommerfeld in 1909.

All we know according to primary sources is that the origin of the rotating disk story is in a problem in special relativity, Max Born’s notion of rigidity and Ehrenfest’s paradox, which Einstein mentioned many times before 1912. Einstein never mentioned any influence Poincaré had had on him when inventing the disk thought experiment. Writing that Einstein was influenced by Poincaré’s conventionalism and equivalent arguments is speculating about the influence of the later on the former.

Gutfreund’s mistake about Poincaré’s influence on Einstein and Einstein’s so-called failure to acknowledge Poincaré’s work in connection with the equivalence principle and the rotating disk thought experiment in general relativity comes from Yemima Ben-Menahem’s book, Conventionalism. However, this misconception or prejudice on the part of Ben-Menahem comes from my PhD thesis which was submitted to the Hebrew University of Jerusalem back in 1998. I was a PhD student in the program for the history and philosophy of science and Yemima Ben-Menahem was a professor there. Here for example are several paragraphs from my PhD thesis:

thesis2

thesis

thesis3.jpg

And Poincaré’s disk thought experiment:

thesis4

…..

thesis5

……

thesis6

…..

thesis7

I have thus written in my thesis about Poincaré’s disk thought experiment and the equivalence of Euclidean and non-Euclidean geometries. I then mentioned Einstein’s rotating disk thought experiment and said that we eliminate absolute motion of the disk by assuming the equivalence of gravity and inertia. I then spoke about conventionalism and Einstein’s equivalence principle.

After the PhD I corrected and edited my PhD but then I was horrified to discover what looked like a magnification of the prejudice of Poincaré’s conventionalism and equivalence argument and his disk thought experiment influencing Einstein when creating general relativity: In 2006 Yemima Ben-Menahem said exactly the same thing in her book, Conventionalism. You might say that it is even a more unfortunate instance to write about Poincaré’s influence on Einstein in connection with the equivalence principle and the disk thought experiment in general relativity over and over again in a single book… (see now for instance her book, pages 64-65):

diskyemima

…….

diskyemima2

……

diskyemima3

Going on to Hanoch Gutfreund, in his new book of 2017, The Formative Years of Relativity, he has simply brought this incidence to the surface when he told the whole story of this prejudice all over again.

 

 

 

 

 

 

Total Eclipse of the Sun and Deflection of light Rays

According to Einstein’s prediction, that is to say the deflection (bending) of light rays in the gravitational field of the Sun: those stars closest to the limb of the Sun during the eclipse are found to be displaced slightly by amounts that are inversely proportional to the distance of the stellar image from the Sun. The light from a star close to the limb of the Sun is bent inward, toward the Sun, as it passes through the Sun’s gravitational field. The image of the star appears to observers on the Earth to be shifted outward and away from the Sun.

The Universe and Dr. Einstein by Barnett (with forward by Einstein)

Barnett-TheUniverseAndDrEinstein

In 1915 Einstein calculated the angle between the actual path of the starlight, the true position of the star, and the apparent path of the ray of light, the star seen during the eclipse. He obtained a result: 1.7” (seconds of arc).

However, in 1911 and 1913 he derived a different result, actually he had obtained half of this result: 0.84” (seconds of arc).

Einstein_letter-2

Einstein’s letter to George Ellery Hale which illustrates starlight being deflected by the gravity of the Sun. Oct. 14, 1913. The Huntington Library, Art Collections, and Botanical Gardens. Here

During a total eclipse of the Sun, it is possible to take pictures of the field of stars surrounding the darkened location of the Sun, because during its occultation, the light emanating from the Sun does not interfere with visibility of fainter objects.

In the eclipse expedition of 1919 Sir Arthur Stanley Eddington and Charles Rundle Davidson went to find whether they could verify Einstein’s prediction of the deflection of starlight in the gravitational field of the Sun. Eddington and his assistant went to the island of Principe off the coast of Africa while Davidson and his assistant went to Sobral in North Brazil. In presenting their observations to the Royal Society of London in November 1919, the conclusion was that they verified Einstein’s prediction of deflection at the Sun’s limb to very good accuracy.

Eddington

Sir Arthur Stanley Eddington. Source (internet, unknown). If anyone knows the source please leave a comment.

The pictures taken during the solar eclipse are compared with pictures of the same region of the heavens taken at night. An astronomer compares his photographs taken during a total eclipse of the Sun with check plates, that is to say with comparison plates of the same stars (the eclipse field) when the Sun has moved away.

In 1919 Eddington examined the check field of stars that was photographed at Oxford Observatory. It was nearly the same as that of the total eclipse field of stars, which was photographed at the small island belonging to Portugal, Principe, at the same altitude as in Oxford in order to ensure that any systematic error, due to imperfections of the telescopes or other causes, might affect both sets of plates equally. There were differences in scale though between the compared photographs. Eddington determined these differences of scale between Oxford and Principe. The primary purpose of the comparison was to check the possibility of systematic errors arising from the different conditions of observation at Oxford and Principe.

After comparing the Oxford and Principe check plates, Eddington concluded that the Oxford photographs show none of the displacements which are exhibited by the photographs of the eclipse field taken under precisely similar instrument conditions. Eddington inferred that the displacements in the latter case could only be attributed to presence of the eclipsed Sun in the field and not to systematic errors.

Eddington’s four values of deflection in Principe were: 1.94, 1.44, 1.55 and 1.67 seconds of arc. He calculated the mean of these to be: 1.65” (seconds of arc). He added corrections due to experimental errors and due to the fact that the four determinations involved only two eclipse plates. The final Principe result was: 1.61±0.30 seconds of arc. Eddington calculated the final Sobral result: 1.98±0.12 seconds of arc and concluded: “They evidently agree with Einstein’s predicted value 1.75 seconds of arc.

IMG_2686

photo

Photos taken at the Science Museum, London. Eddington’s original negative photo.

Final confirmation of Einstein’s prediction of the deflection of light near the Sun came from William Wallace Campbell and his assistant Robert J. Trumpler at the eclipse of September 22, 1922 in Australia. Campbell and Trumpler also compared the eclipsed plates with the photographs of the same stars taken at Tahiti four months before the eclipse. The observations with the first camera led to a stellar deflection of 1.82±0.15 seconds of arc for the light deflection at the Sun’s limb. The combined observations from the two instruments used by Campbell and Trumpler gave the value of 1.75±0.9 seconds of arc for the deflection at the Sun’s limb, which is in excellent agreement with the value predicted by Einstein’s theory.

Lick

For more photos see here.

For more information on the history of eclipse expeditions and Einstein’s general theory of relativity see my books:

General Relativity Conflict and Rivalries: Einstein’s Polemics with Physicists

Ein

Einstein’s Pathway to the Special Theory of Relativity (2nd Edition)

cover

 

 

 

 

My new book: Einstein’s Pathway to the Special Theory of Relativity (2nd Edition)

cover

My new book Einstein’s Pathway to the Special Theory of Relativity (2nd Edition) is coming out in August 2017.

My new book is a comprehensive monograph on Albert Einstein’s Odyssey to Special and General Relativity.

It is the second edition of my first book, Einstein’s Pathway to the Special Theory of Relativity:

Picture1

The book brings together the most recent studies regarding the discovery of Special Relativity between 1895 and 1905 and pertaining to the genesis of General Relativity between 1905 and 1918.

The book encompasses an in-depth historiographical analysis of Einstein’s theory of relativity and Einstein’s own derivations and philosophical perspectives of Einstein’s work.

The first chapter provides a narrative of Einstein’s early life until 1914 without resorting to hagiography.

The second chapter discusses Fin de siècle physics.

The third chapter deals with Einstein’s path to the Special Theory of Relativity and Henri Poincaré’s Dynamics of the Electron.

The fourth chapter focuses on the genesis of the General Theory of Relativity from 1905 until approximately 1922.

The fifth chapter centralizes on Einstein’s methodology and creativity, and on Poincaré’s philosophy.

The final chapter analyzes the sources.

The book is 660 pages long, a comprehensive study of Einstein’s discovery of special and general relativity and of Einstein’s cosmology.

I drew the cover of the book.

Einstein loved sailing and he owned a sailboat, which he called Tümmler (porpoise).

AE-Tuemmler1

The cover of my new book Einstein’s Pathway to the Special Theory of Relativity (2nd Edition) shows Einstein, the young patent clerk wearing the patent office suit, the young man and the sea.

book3-1

 

 

Review of “Genius”: National Geographic

I watched the first episode of National Geographic’s drama. The episode jumps between a few different periods in Einstein’s life: Einstein the rebel and celebrity (“professor Einstein”) during the rise of Nazism in Germany and the young stubborn and rebel Einstein in Switzerland.

The first episode opens in 1922 Berlin, with the assassination of the German foreign minister Walter Rathenau. Then Einstein is getting intimate with his secretary Betty Neumann. Einstein is shown with his pants down. Subsequently his lover Betty is pressed against the blackboard and he holds the chalk on a blackboard full of chalk-drawn formulas.

Betty

Indeed, Einstein was not a saint. He was a liberal humanist and pacifist and he exploited his fame to advance anti-war cause and save Jews from the Nazi regime and oppose Nazism and later McCarthyism in America. However, he was constantly romantically entangled with other women. He divorced from Mileva whom he had mistreated when their marriage was on the rocks. He soon married his cousin, Elsa. He was not deeply in love with her and it seems she was eager to get married with Albert Einstein, the celebrity and genius, and he was simply drawn into marrying her. When Einstein hired Betty Neumann as his secretary, of course they immediately began an affair.

formula33

Elsa seemed to have turned a blind eye when he cheated because she enjoyed the attention and fame, being Albert Einstein’s wife, and he enjoyed the freedom to be with other women. He needed Elsa to take care of him and understand his needs (including his romantic needs with other women). First he married Mileva. He thought she would understand him, be his lover and sounding board, because she was a physics student. However, he finally realized that he needed a caregiver.

Geoffrey Rush as the older version of Albert Einstein is not exactly Einstein but he plays Einstein’s role very well. Einstein, however, was a quirky, weirdly shabby dressed genius:

EinsteinRothman1939

He did not bother to shave, to comb his hair, to dress properly because he believed all this was a waste of time. He had a great sense of cynical humor and he was a rebel even as a grownup. The older Einstein of “Genius” does not exactly trap the special looks and personality of Einstein. Rush is more masculine than the real Einstein. Look at the photos of Albert Einstein:

mus

History of the red star line.

In the BBC film Einstein and Eddington Einstein, the young genius, is played with lusty relish by Andy Serkis (New Scientist). I would combine the two actors, Rush and Serkis, and the result would be quite a good representation of Einstein.

Back to the 1922 blackboard.

formula4

What are these formulas?

formula5

Quirky formulas. These expressions neither look like equations of general relativity nor like a static universe line element – Einstein’s cosmological model from 1917 until 1930. Do they represent a version of Einstein’s unified field theory? In 1922 Einstein was only starting to develop his unified field theory. It seems the producers have copied random formulas from a certain document.

The National Geographic science consultant is the physicist Prof. Clifford Johnson.

Johnson tells what was it like advising to Genius. Here.

ds4

This is the Einstein tensor (Einstein’s field equations):

ds5

Picture1

ds4

On the right-hand side one finds the value of:

chi

Thus:

Picture111

Einstein though did not write his field equations in this form, at least not before 1919. And he added the condition that the above field equations are valid in unimodular coordinates:

unimodular

This condition is not written on the blackboard.

There is no cosmological constant in these field equations. Until 1931 Einstein added the cosmological constant to his field equations.

And here on the bottom left-hand side of the photo, the right-hand side of the other blackboard, one sees the Ricci scalar:

ds8

Picture11

The Ricci scalar is the second term on the left-hand side of the Einstein tensor.

When did the lecture take place?

The field equations on the blackboard:

Einstein tensor

do not include the cosmological constant. In 1917 Einstein modified his field equations to include the cosmological constant and he gave up this constant in 1931-1932. Hence, the lecture could either take place in Berlin 1916 or in California after 1931.

First, here Einstein had drawn on the blackboard the vanishing Ricci tensor:

ds5

Setting the Ricci tensor equal to zero is writing the vacuum field equations (field equations for the gravitational field in empty space).  Space is empty: There is no matter present and there are only gravitational fields. This perfectly makes sense if Einstein is lecturing in 1916. However, Einstein does not look like the young Albert Einstein. He thus must be lecturing in 1932 in California and not in Berlin.

Therefore, Einstein is lecturing in 1932 because in 1932 Einstein and de-Sitter suggested the Einstein de-Sitter model (a variant of Friedmann’s expanding universe) by assuming a universe with a cosmological constant equal to zero and “without introducing a curvature at all… we suppose the curvature to be zero” (i.e. a vanishing spatial curvature). In 1932 Einstein came to Pasadena and there with Willem de Sitter they worked on their joint paper. In Pasadena he thus asked whether the Ricci tensor could be set equal to zero:

imagesDNXANH8P

18_M_library

In 1932 Einstein was 53 years old. He did not come back to Germany. Thus he could not have given a lecture in Berlin.

On the other side of the blackboard, at the bottom of the blackboard, on the right-hand side, one sees the Christoffel symbols (“the components of the gravitational field”). These should not vanish:

ds2

chris

In the middle of the blackboard one sees the Minkowski spatial flat metric of special relativity:

ds

metric

The components of the metric tensor reduce to this Minkowski flat metric.

On top of the blackboard on the right-hand side, Einstein’s line element:

Picture1q

Beneath the Einstein tensor of general relativity one sees the time dilation formula from special relativity. It is not directly related to the Einstein tensor and especially it is written in a special relativistic form, i.e. in a coordinate-dependent form, not in a form of a metric theory of general relativity. It is thus completely unrelated to the other formulas on the blackboard:

ds8

time

Einstein wrote in the 1930s such formulas on blackboards. Generally, he never mixed on one blackboard special relativity (in coordinate-dependent form) with general relativity (in metric form).

The younger Einstein, Johnny Flynn is rather compelling. He captures Einstein’s charm quite well. The scene of the beam rider thought experiment:

lightbeam

beam

lightbeam3

was inspired by Carl Sagan’s memorable series Cosmos, the episode on the twin paradox:

sagan

Second episode: There are many historical inaccuracies in the second episode. Heinrich Friedrich Weber, Einstein’s physics professor is presented as someone who understands Einstein: The young Weber was also an impudent rebel. Poor Weber, he had to deal with Einstein, the rebel who flirted and mistreated Mileva Maric. Einstein thought that Weber’s courses where a masterpiece. Weber only wanted to help Einstein and suffered the consequences of being Einstein’s professor. That is the reason why he eventually turned on Einstein.

This is inaccurate. Weber seemed to have a particular dislike for Einstein. At the Zürich Polytechnic, Einstein could not easily bring himself to study what did not interest him and he skipped classes, especially those of mathematicians. He did not persuade Mileva to do the same thing (in the second episode one sees Einstein between the sheets persuading Mileva to skip classes). It seems to me pure invention.

Although Einstein had skipped classes and Weber’s lectures were old-fashioned (the latter did not provide the latest studies in physics, e.g. Maxwell’s theory), most of his time Einstein spent on his own studying Maxwell’s theory and learning at first hand the works of great pioneers in science and philosophy: Boltzmann, Helmholtz, Kirchhoff, Hertz, Mach. It is not true that most of his time he spent with Mileva between the sheets.

Eventually, Einstein finished first in his class in the intermediate exams, because he studied very hard on his own. He borrowed Marcel Grossmann’s notebooks and learned very hard from these notebooks. Second after him was his note taker Grossmann. Although Grossmann worked hard, he was not as genius as Einstein.

After obtaining the diploma, when he sought university positions all over Europe, Einstein was rebuffed because it seems that Weber was against him. Weber had a particular dislike for Einstein: Einstein thought that Weber’s lectures were a little old-fashioned, that he was a mediocre and not creative because he had essentially ceased doing scientific research before Einstein even entered the Polytechnic.  During Einstein’s years at the Polytechnic, Weber published only one scholarly paper. Einstein told Mileva that Weber lectures are a masterpiece. He later realized, however, that Weber’s lectures were a masterpiece in history of physics rather than in physics.

Indeed, Weber told Einstein: “You’re a clever fellow! But you have one fault. You won’t let anyone tell you a thing”.  However, he did not appreciate Einstein enough, i.e. he did not understand the rebel Einstein. By his distrust of authority Einstein had alienated Weber, but Weber could not understand Einstein.

As to the Chubby professor Jean Pernet. Einstein had no prospects with him. He was completely not fond of Einstein and he told Einstein he had no idea how difficult was the path of physics and that he should try some other field instead.

The Einstein Legacy Project

Happy Birthday Albert Einstein!

Einstein once wrote to his close friend: “With fame I became more and more stupid, which of course, is a very common phenomenon”.

Bingo. This exactly describes the spirit of a new project called, “The Einstein Legacy Project”.

Here is “the official Einstein Legacy Project video. It tells the story of how and WHY this project was born”.

However, the people in the official Einstein Legacy Project video use Einstein’s name in order to throw lavish parties. Entire fortunes are spent for celebrations and demonstrations of pomp and power. Einstein was not a Sun king, Louis le Grand.

The Einstein Legacy Project consists of two lavish projects and two (I hope so) less lavish projects (I will present 3 of them):

1) Dinner of the Century: (here)

“To celebrate the centennial of Einstein’s Relativity theory and to launch the publication of Genius: 100 Visions of the Future, the Einstein Legacy Project will be holding the ‘Dinner of the Century’; a star studded event that will bring together our Genius contributors, along with young Einsteins and dignitaries from around the world”.

While we celebrate and launch the grandiose 3D book, in the presence of Hollywood actors and other dignitaries from around the world, and mid all the pomp and ceremony, we receive Einstein’s response to the “Dinner of the Century” as told to his biographer Carl Seelig (see full story in my book Einstein’s Pathway to the Special theory of Relativity, 2015):

“The celebration ended with the most opulent banquet that I have ever attended in my life. So I said to a Genevan patrician who sat next to me, ‘Do you know what Calvin would have done if he were still here?’ When he said no and asked what I thought, I said: ‘He would have erected a large pyre and had us all burned because of sinful gluttony’. The man uttered not another word, and with this ends my recollection of that memorable celebration”.

In September 2017 the Einstein Legacy Project will throw an opulent banquet, a parodic dinner, a celebration of sinful gluttony.

2) 3D printed book: Genius: 100 Visions of the Future: (here)

“To celebrate the 100th anniversary of the publication of Einstein’s General Theory of Relativity, the Einstein Legacy Project is embarking on a publishing milestone: collecting the visions of the 100 greatest innovators, artists, scientists and visionaries of our time in the world’s first 3D-printed book – Genius: 100 Visions of the Future. It’s the creation of world renowned designer Ron Arad, formed in the likeness of Einstein himself in a 3D limited edition book for the ages”.

Here is Einstein’s response to the 3D book formed in the likeness of his head:

“Generally I find it tasteless… I have also prohibited …[this] book from appearing in the German language, but allowed the book to appear in foreign languages, I also hold the latter [author] to be quite tasteless. … [He] need[s] to earn money, which serves as an excuse for and for that […he] cannot wait until I’m dead. Is the mention of such a basic fact an accusation?”

I agree with you Einstein, I also find it tasteless.

Who are contributing to this book? For instance, Barbra Streisand, Deepak Chopra and others.

I would like to ask the contributors a question: A uniformly moving train could as well be seen at rest and the tracks, including the landscape, as uniformly moving. Will the common sense of the locomotive engineer allow this? He will object that he does not go on to heat and grease the landscape but rather the locomotive, and that consequently it must be the latter whose motion shows the effect of his labor. Why? Can you explain why? After all you are “genius contributors”…. If you can explain this, then I can pose questions about general relativity.

3) Einstein’s Archives and Visitor Center: (here)

“The first and only institution to celebrate the life, history and vision of Einstein. Built around the unique collection of The Hebrew University of Jerusalem, where Einstein bequeathed his entire personal archive, the Einstein Archive and Visitor Center will be a global attraction dedicated to science and humanitarian ideals”.

This is the only project that Einstein probably would have approved. However, in light of the above two projects (pomp “Dinner of the Century” and 3D book), I am very doubtful that the people who are organizing the Einstein’s Legacy Project really care about Einstein, his legacy and his writings.

Stay tuned. More to come…. … ….

אפרופו מכתב התגובה שאילנה דיין קבלה. גם אני קבלתי משהו כזה כאן בבלוג

אתמול כאשר שמעתי את תגובת ראש הממשלה לאילנה דיין נבהלתי ולא רק בגלל שהרגשתי שאילנה דיין, וליתר דיוק לא אילנה דיין אישית, אלא אילנה דיין כאשת תקשורת, מאוימת על ידי ראש הממשלה. נבהלתי כי גם אני קבלתי תגובה דומה כאשר פרסמתי כאן בבלוג שלי שנשיא האוניברסיטה העברית לשעבר פרופ’ חנוך גוטפרוינד עשה לי פלגיאט (גניבה ספרותית) לעבודות שלי בהרצאת הפתיחה שלו בכנס הבינלאומי על איינשטיין בברלין ובספר שלו. אילנה דיין מפורסמת ותגובה כמו זו של ראש הממשלה לתחקיר שהיא עושה עליו למעשה לא תעשה לה כלום ולא תזיז אותה מהתפקיד שלה, וטוב שכך. לכן היא יכולה להקריא את התגובה לכל המדינה למרות שנכתב בה בהתחלה משפט שנועד להפחיד אותה: “מעניין אם אילנה דיין, שמתיימרת להיות אבירת חופש הביטוי, תביא את תגובתנו במלואה, ללא צנזורה”. אז אילנה דיין הביאה את התגובה במלואה. אבל אני לא יכולתי להביא את התגובה שקבלתי כאן בבלוג ביולי במלואה, כי אני גלי וינשטיין ולא מפורסמת כמו אילנה דיין. אבל למען האמת, התגובה שקבלתי משפילה ומלאה בהשמצות אישיות. כאשר נשיא אוניברסיטה מבצע גניבה ספרותית, אז מקובל שהוא לא משלם את המחיר ולא לוקח אחריות, כי הוא בעל עמדה. מי שמשלם את המחיר הוא זה שגנבו ממנו. ראיתם מה קרה באקווריום של ביבי? סלקו את “הקורבנות”. זה הביביזם. אז אחרי שאני שילמתי את המחיר על הגניבה הספרותית, אני אביא לכם את התגובה שקבלתי. בתגובה נכתב בתחילתה משפט ההפחדה: “אני יודע שלא תפרסמי את התגובה הזו כי את מצנזרת תגובות שלא מוצאות חן בעיניך…” והיא משקפת את הביביזם שחדר גם לאקדמיה, במקרה הזה חדר לאוניברסיטה העברית

%d7%94%d7%a2%d7%a8%d7%942

ביקורת על ספר הילדים אלברט איינשטיין הגאון שפיצח (בכוח הדמיון) את סודות היקום

סופרת הילדים תמי שם-טוב הוציאה לאור ספר ילדים על אלברט איינשטיין תחת השם: אלברט אינשטין הגאון שפצח (בכח הדמיון) את סודות היקום. הספר כתוב יפה ובתור סיפור ילדים דמיוני על איינשטיין הוא נחמד, אבל הוא מכיל טעויות מדעיות ואי דיוקים רבים. האיורים בספר נהדרים והמאיירת מוכשרת מאוד! הספר מופיע במסגרת הסדרה ממציאים ומגלים ומתיימר להיות ספר עיון. הוא לא יכול לשמש ספר עיון אם יש בו טעויות. סופרת ילדים לא יכולה להבין בפיסיקה של איינשטיין וזקוקה לייעוץ מקצועי. דרוש ידע עצום כדי לכתוב ספר על איינשטיין ובייחוד דרוש ידע עצום כדי לכתוב ספר פופולארי ופשוט. ישנו כלל אצבע: ככל שכותבים יותר פשוט על הפיסיקה של אלברט איינשטיין ככה דרוש יותר ידע מעמיק של הפיסיקה שלו! כדי לנסח את הפיסיקה של איינשטיין לקהל הרחב ולילדים בצורה מובנת צריך להבין לעומק את הפיסיקה של איינשטיין והרי איינשטיין בעצמו כתב את הספר הפופולארי הטוב ביותר שיש על תורת היחסות הפרטית והכללית ב-1916. לקח להוצאה לאור: ההוצאה לאור הייתה צריכה לפנות לדוקטורים ולפרופסורים באקדמיה כדי שיכתבו את הספרים בסדרה על גלילאו וממציאים אחרים ואחר כך לתת את הספרים לעורכים לשוניים. ילדים הם לא יצורים קטנים וטיפשים. בדיוק להפך, חשוב לפתח להם את היצירתיות עם ספרים מעמיקים. בספר של תמי שם-טוב יש כמה מיתוסים לצד עובדות שהן נכונות. בנוסף חסר בו משהו מאוד חשוב: חוש ההומור של איינשטיין ואמרות השפר שלו. אבל לדעתי הדבר המשמעותי ביותר הוא האי דיוקים המדעיים, שלא צריכים להימצא אפילו בספר לילדים קטנים. בנוסף ההורים מקריאים לילדים את הספר ואחר כך נדמה להם שהם למדו משהו על אלברט איינשטיין. וככה אנחנו מגדלים דור של בורים מבוגרים וצעירים. הייתי רוצה לתקן כמה אי דיוקים בספר בשני תחומים: בקורות חייו של איינשטיין ואי דיוקים מדעיים. אני עושה זאת, למרות שזה הרבה מאוד עבודה בשבילי! אבל אני עושה זאת כדי שלא יגדל כאן דור של בורים. אתחיל באי דיוקים בקורות חייו של איינשטיין ואני אתקדם אחר כך לאי דיוקים המדעיים

תמי שם-טוב כותבת, שכאשר אלברט איינשטיין נולד ההורים שלו נבהלו: “הראש שלו היה גדול מדי וגם עקום. כשגדל קצת, צורת הראש שלו הסתדרה, אבל דאגת ההורים לא חלפה”. דומה שזהו מיתוס שהמציאו על איינשטיין. קראתי את זה באתר כלשהו על אלברט איינשטיין אבל ישנם מיתוסים רבים על ילדותו של איינשטיין. ראוי לציין שגם איינשטיין עצמו הפיץ על עצמו מיתוסים. אולם חשוב להבדיל בין מיתוסים שהמציאו על איינשטיין לגוזמאות שאותם הפיצה משפחתו של איינשטיין וגם הוא עצמו. המחברת כותבת: “בעיקר הוא אהב לחשוב תוך כדי הליכה, רצוי בטבע, לבד או עם חברים ובני משפחה, למשל עם אחותו שהפכה לחברה הכי טובה שלו”. אחותו לא הייתה החברה הכי טובה שלו. זה שהיא כתבה עליו ביוגרפיה זה לא אומר שהיא הייתה החברה הכי טובה שלו. למען האמת הוא זרק עליה חפצים והתעלל בה כילד. המחברת כותבת: “אמא של אלברט, פולין, רצתה לעודד אצל בנה עצמאות ויצירתיות. את העצמאות שלו היא ניסתה לפתח כשהשאירה אותו לבד, במקומות שונים בעיר, ועקבה אחריו מוצא את הדרך הביתה בכוחות עצמו”. לא ברור לי מאיפה דבר זה לקוח. דומה שזהו מיתוס נוסף על איינשטיין

הערה על משהו שתמי שם-טוב כותבת. היא כוותבת שהרמן הביא לאיינשטיין בגיל 5 מתנה מצפן ואיינשטיין התפלא על פעולת המצפן ושאל את אביו: “איך זה קורה?” הרמן הסביר שבתוך כדור הארץ יש כוח מגנטי חזק, והוא שגורם למחט במצפן לפנות תמיד צפונה. כאשר איינשטיין תאר מאוחר יותר ברשימות האוטוביוגראפיות שלו את הסיפור על המצפן שאותו קבל מאביו בגיל 5, הוא תאר רק את החוויה עצמה ואת ההתפעלות ממנה: הוא קיבל את המצפן מאביו וראה בזה פלא. הוא סיפר את אותה חוויה לעיתונאי הגרמני היהודי אלכסנדר מוזקובסקי. חשוב לדעת שבשני הדיווחים האבא מופיע רק כנותן המתנה ואין דו-שיח בין איינשטיין לאביו. כאשר מוסיפים דו-שיח בין אלברט לאבא, הדו-שיח הוא פרי דמיונו של הסופר שמוסיף אותו והוא לא חלק מהפרטים הביוגראפיים של איינשטיין, למשל כמו הדו-שיח בין האבא לאלברט בספר של אליעזר שישא, אלברט איינשטיין

%d7%9e%d7%a6%d7%a4%d7%9f

בעוד שבסיפור על איינשטיין ניתן להוסיף דיאלוג בדיוני בין איינשטיין לאביו כמו זה למעלה כדי להחיות את הסיפור של המצפן לכדי דרמה, למרות שאיינשטיין מעולם לא תאר דיאלוג כזה, חשוב לדייק בפרטים הביוגראפיים על איינשטיין. המחברת כותבת: “וכך עשה. בגיל שש-עשרה הוא היה התלמיד הצעיר ביותר במכללה, ובהמשך נרשם ללימודי פיזיקה – מדע שעוסק בחוקי הטבע – באוניברסיטה שווייצרית מכובדת”. איינשטיין לא למד בשום מכללה לפני שנרשם לפוליטכניון בציריך. הוא למד שנה בתיכון בשווייץ שהיה מאוד דומה לתיכונים דמוקרטיים של היום. כלומר, בגיל 16 וחצי איינשטיין ניגש לבחינות הכניסה לפוליטכניון בציריך. הוא היה שנתיים צעיר מגיל הקבלה לפוליטכניון. אבל הוא קיבל רשות ממנהל הפוליטכניון לגשת לבחינות הכניסה. הוא הצליח מצוין בחלק המדעי ונכשל בהיסטוריה ושפות. מנהל הפוליטכניון המליץ להוריו שכדאי שילך ויסיים תיכון וירשם בשנה שאחר כך לפוליטכניון. איינשטיין עשה כדבריו והלך לתיכון שנקרא קנטונשול’ה באראו בשוויץ. אחר כך הוא נרשם למחלקה למורים למדעי הטבע בפוליטכניון בציריך. שם הוא למד להיות מורה לפיסיקה. הוא היה כמעט בן 18 בעת ההרשמה ואחד מהסטודנטים הצעירים ביותר במחלקה. שם הוא כאמור פגש את אשתו לעתיד מילווה מאריץ’. כמוכן תמי שם-טוב כותבת בספרה, שכאשר הוא למד באוניברסיטה: “לאלברט לא היה אכפת לחיות בחדר קטן וקר, להסתובב בבגדים ישנים ולאכול אוכל זול, כמו נקניקיות שקונים ברחוב”. זה ערבוב של מאוחר ומוקדם. אחרי לימודיו הוא גר בדירות חדר וכאשר הוא הקים עם חבריו את חוג האקדמיה אולימפיה הם אכלו אוכל זול כמו נקניקיות. מאוחר הרבה יותר הוא לבש בגדים מרופטים

המחברת כותבת בספר: “כאשר הוא רצה לערוך ניסוי כדי להבין מה קורה למי שנע במהירות הגבוהה ביותר בעולם, הוא דמיין את עצמו טס במהירות הזו כשהוא רוכב על קרן אור. ואם חבר לעבודה במשרד הפטנטים היה עובר פתאום ליד חדרו, אלברט היה שולף נייר מערמת הניירות שעל השולחן, ועושה עצמו שקוע בבדיקת פטנט. הוא הרי לא היה יכול לספר שהרגע רכב על קרן אור”. זה לקוח מסרט הטלוויזיה על איינשטיין של נובה “בתוך מחשבתו של איינשטיין”, שבו רואים את איינשטיין יושב ליד השולחן במשרד הפטנטים ומדמיין את עצמו רוכב על קרן אור

nova

אבל במציאות איינשטיין לא דמיין את עצמו רוכב על קרן אור במשרד הפטנטים. לפחות לא ידוע שהוא עשה זאת לפי העדויות ההיסטוריות. הוא דמיין את עצמו רוכב על קרן אור בזמן שהותו בבית הספר הקנטונשול’ה באראו בהיותו בן 16 וזהו ניסוי חשיבה. לגבי עריכת ניסוי שנועד להבין מה קורה למי שנע במהירות הגבוהה ביותר בעולם (מהירות האור), את זה עושים במעבדה וזה לא ניסוי חשיבה. ניסויים כאלה אלברט איינשטיין ביצע במעבדה עוד לפני שהתחיל לעבוד במשרד הפטנטים

המחברת כותבת שאיינשטיין עבד שבע שנים במשרד לרישום פטנטים עד שעזב אותו לטובת העבודה שתמיד חיפש: “ללמד פיזיקה באוניברסיטה”. הוא לא חיפש ללמד באוניברסיטה. הוא חיפש להיות חוקר באוניברסיטה. הוא העדיף לא ללמד בכלל ושלא יהיו לו מטלות מלבד המחקר.  כמוכן, המחברת כותבת: “בברלין ניפגש איינשטיין עם קרובת משפחה, אלזה שמה, והשניים החליטו להתחתן. בניגוד למילווה, אלזה לא עזרה לאיינשטיין לפתח את הרעיונות המדעיים שלו”. אשתו הראשונה של איינשטיין מילווה מאריץ’ לא עזרה לו לפתח את תורת היחסות הפרטית. זה מיתוס שהפיצו בעיקר גורמים אנטישמיים על אלברט איינשטיין כדי לטעון שהוא גנב את תורת היחסות שלו מאשתו הראשונה שלא הייתה יהודייה וגורמים פמיניסטיים נתלו על המיתוס הזה. אין שום עדות היסטורית לכך שמילווה מאריץ’ סייעה לאיינשטיין בפיתוח תורת היחסות הפרטית שלו והמאמרים שלו בשנת הפלאות 1905

תמי שם-טוב כותבת:”פעם הוא קיבל מכתב מילדה שהתקשתה בשיעורי חשבון. היא שלחה לו את התרגיל שלא הצליחה לפתור. הוא לא פתר אותו במקומה. הוא רק צייר לה את הדרך לפתרון. ככה היא הצליחה להגיע בעצמה לתוצאה הנכונה”. הסיפור הוא כזה: איינשטיין קיבל מכתב מילדה בשם ברברה. היא סיפרה לו שהיא התקשתה בשיעורי חשבון והוא ענה לה: “אל תדאגי לגבי הקשיים שלך במתמטיקה. אני מבטיח לך שהקשיים שלי הם רבים יותר”. והוא צדק. ומי שמבין את תורת היחסות הכללית שלו ובייחוד מכיר את הכתבים שלו בתורת היחסות הכללית בין 1907 ל-1916 (שהם כמובן בלתי נגישים למרבית האנשים) יודע עד כמה הוא צדק! המחברת כותבת: “הוא החליט לעבור לארצות הברית, והתקבל ברצון רב באוניברסיטת פרינסטון שבניו ג’רזי”. הוא עבר למכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון. המכון הקדיש לאיינשטיין עמוד אצלו. המכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון הוא לא חלק מאוניברסיטת פרינסטון. המחברת כותבת: “מצד שני, הוא נהנה להקסים ולספק לעיתונאים שורות מחץ שמייד הפכו מפורסמות. למשל, ‘יש שני דברים אינסופיים: היקום וטיפשותו של האדם. ולגבי הראשון – אני לא בטוח שהוא אינסופי'”. חשוב לדעת שישנם ציטוטים שאיינשטיין אמר אותם וישנם ציטוטים שחושבים שאיינשטיין אמר אותם ובעצם הוא בכלל לא אמר אותם. דוגמא לציטוט שחושבים שאיינשטיין אמר אותו אבל הוא כנראה בכלל לא אמר אותו הוא הציטוט שלמעלה

בספר ילדים דמיוני על איינשטיין אפשר לשרבב מיתוסים, גוזמאות וסיפורים מהדמיון: להוסיף דיאלוג בין אלברט לאביו לסיפור המצפן שאותו קיבל איינשטיין בגיל 5 ולהוסיף כיד הדמיון פרטים. אולם אז לא מדובר בספר עיון, אלא בסיפור על איינשטיין שמשרבב כתיבה ספרותית וידע מדעי על אלברט איינשטיין. כמו הספר איינשטיין בבקשה מאת ז’אן קלוד קרייר, או הספר איינשטיין מאוהב מאת דניס אוברביי, או הספר החלומות של איינשטיין מאת אלן לייטמן. לדעתי לכן הבעיה המרכזית של הספר אלברט אינשטין הגאון שפצח (בכח הדמיון) את סודות היקום היא התוכן המדעי. בתוכן המדעי יש מספר שגיאות שלדעתי לא כדאי שיהיו אפילו בספר לילדים או בספר ספרותי שמשרבב ידע מדעי. אני מביאה את השגיאות המרכזיות

א) איינשטיין לא היה רק תיאורטיקן: הכותרת של הספר היא: “הגאון שפיצח (בכוח הדמיון) את סודות היקום”. בגוף הספר המחברת כותבת: “הוא לא היה זקוק למעבדה ולציוד ובתור ציוד היו לו שכל ודמיון בשפע”. זה לא מדויק. לקח לאיינשטיין 10 שנים לפתח את תורת היחסות הפרטית והוא גם עבד במעבדה למרות שמאמר היחסות הפרטית מציג תיאוריה באמצעות עקרונות, ניסויי חשיבה, מדידות באמצעות שעונים וסרגלים וכולי. אבל מאמר היחסות הפרטית מתחיל דווקא בניסוי, ניסוי המגנט והמוליך. איינשטיין לא היה רק תיאורטיקן והוא נהנה לבצע ניסויים. הוא היה ממציא מוכשר והוא רשם כמה פטנטים. בנוסף היה חשוב לו שהתיאוריות שלו יאומתו על ידי ניסויים. במאמר היחסות הפרטית הוא הציע ניסויים שיאמתו את התיאוריה וככה גם עבור תורת היחסות הכללית

ב) הנוסחה המפורסמת של איינשטיין לא מובילה לפצצת האטום: תמי שם-טוב משחזרת טעות נפוצה מאוד שמופיעה במקומות רבים: “אפשר לייצר בזכות החישוב הזה את הפצצה החזקה והקטלנית ביותר בעולם, הפצצה הגרעינית”. “איינשטיין חשש שהנוסחה המפורסמת שלו תוביל את המדענים הגרמנים לפתח את הפצצה המסוכנת ביותר בעולם, הפצצה הגרעינית”. כאמור ישנה שגיאה נפוצה מאוד שמופיעה שוב ושוב במקומות רבים, שפצצת האטום פותחה בעקבות הנוסחה של איינשטיין . לא ולא! פצצת האטום פותחה בעקבות גילוי הביקוע הגרעיני ובעקבות גילוי זה התגלתה תגובת השרשרת. הגילוי המכריע שהניע קדימה את פיתוח הנשק האטומי היה גילוי הניטרון ב-1932 והוא שאפשר את גילוי הביקוע הגרעיני ב-1938. למשוואה המפורסמת של איינשטיין

E = mc2

אין שום קשר לגילוי פצצת האטום והיא גם לא יכולה להוביל לפיתוח פצצה גרעינית. כנראה שפיתוח פצצת האטום היה מתרחש גם ללא המשוואה המפורסמת הזו של איינשטיין. אבל הנוסחה של איינשטיין היא אימות לכך שאכן הפצצה פועלת: המסה של גרעין האורניום היא מעט יותר גדולה מהמסות של החלקים שאליהם הוא מתפצל בביקוע הגרעיני. ההפרש הזה בין המסה של השלם למסות של חלקיו שווה לפי הנוסחה של איינשטיין לאנרגיה שמשתחררת בזמן הפיצוץ הגרעיני. אבל יותר מהפיסיקה של איינשטיין המהלכים הפוליטיים שלו הם אלה ששחקו תפקיד מכריע בפרויקט הפצצה האטומית. בקיץ 1939 ליאו סילרד ויוג’ין ויגנר, שני פליטים יהודים שאלו את עצמם מה ניתן לעשות כדי להגן על העולם הדמוקרטי מהאפשרות שנשק אטומי ייפול לידיו של היטלר. סילרד, שכבר הספיק לרשום פטנט על תגובת השרשרת, הסביר לאיינשטיין בן השישים מדוע הוא משוכנע שהנאצים התחילו בפרויקט פצצת האטום. היו עדויות שגרמניה החלה לצבור אורניום. הוא הסביר לאיינשטיין שניתן להפיק תגובת שרשרת באורניום, כאשר ניטרונים משוחררים מביקוע גרעיני. איינשטיין לא חשב על האפשרות הזאת; והפחד מכך הוביל אותו בסוף לחתום על מכתב לנשיא פרנקלין דלנו רוזוולט, מכתב שנועד להזהירו מפני האפשרות שהיטלר עלול לפתח פצצת אטום ולהשמיד את העולם

ג) האפקט הפוטואלקטרי: תמי שם-טוב כותבת: “באחד המאמרים כתב איינשטיין ממה מורכב האור. עד אז מדענים לא החליטו האם הוא מורכב מחלקיקים או מגלים. איינשטיין אמר זה לא חייב להיות או זה או זה וטען שהאור הוא לפעמים חלקיקים ולפעמים גלים. תלוי איך מסתכלים עליו. כמו שקורה כשמסתכלים על משהו דרך משקפיים או דרך זכוכית עגולה או טלסקופ. בכל אמצעי הוא נראה אחרת. ההסבר הזה הוביל להבנות נוספות על תנועת האור ועל הדרך שמפיקים ממנו חשמל ובזכות זאת הומצאה הטלוויזיה. שנים רבות אחר כך איינשטיין קיבל על כך פרס נובל”. עד המאמר של איינשטיין האור נחשב לגל שמתפשט בחלל (כולל על ידי מקס פלנק שהמציא את המילה קוונטות). במאמר של איינשטיין מ-1905 הוא הסביר את ההבדל בין המושגים שאותם יצרו הפיסיקאים עבור גופים חומריים ועבור הגלים. האנרגיה של הגלים היא משהו רציף שמתפשט בחלל. לכן האנרגיה של האור, שנחשב עד אז לגל, מתפרשת עלפני אזור מסוים בחלל. דבר זה שונה ממה שקורה בגופים חומריים שמורכבים מחלקיקים אטומיים. איינשטיין הציע רעיון מקורי: ישנן תופעות מסוימות שקשורות ביחס הגומלין בין החומר לאור, כמו למשל האפקט הפוטואלקטרי. כדי להסביר את התופעות האלה צריך לומר שהאור מתנהג כמו חלקיק. איינשטיין לא טען במאמר שלו שהאור הוא לפעמים חלקיקים ולפעמים גלים, תלוי איך מסתכלים עליו. זו הטענה של דואליות חלקיק-גל, ורק אחרי המאמר של איינשטיין מדענים הבינו שהאור מתנהג גם כגל וגם כחלקיק ובעצם המושגים הקלאסיים של חלקיק וגל לא מתאימים לתיאור של האור. הטענה של איינשטיין הייתה אחרת ב-1905: אני מציע להסביר תופעות שקשורות באינטראקציה שבין החומר לאור, כמו האפקט הפוטואלקטרי, על ידי זה שאומר שהאור מתנהג כמו חלקיק. לגבי הפקת החשמל: החשמל ורשת החשמל הראשונה במנהטן הומצאו על ידי תומס אדיסון והחברה שלו בסוף המאה ה-19, עוד לפני שאיינשטיין פרסם את תורת היחסות הפרטית ואת המאמר על האפקט הפוטואלקטרי ב-1905. לגבי הבנות נוספות? מהמאמר של איינשטיין על קוונטות האור והאפקט הפוטואלקטרי מ-1905 ההבנות היחידות הן תאים פוטו-וולטאים. הטלוויזיה הומצאה על ידי כמה אנשים והיא מתבססת על כמה המצאות: הטרנזיסטור, המצלמות, הוידאו. שפופרת פוטואלקטרית, שפועלת על האפקט הפוטואלקטרי, היא אלמנט אחד בלבד

ד) עקרון היחסות: תמי שם-טוב מסבירה את עקרון היחסות על ידי דוגמא של רכבת ומכונית: “הוא הגיע למסקנה הזאת אחרי שדמיין חפצים נעים בחלל ואיך המהירות שלהם משתנה בעיני מי שמסתכל בהם. למשל, רכבת נוסעת. למי שעומד על רציף בתחנת רכבת, נראה שהרכבת שחולפת על פניו טסה במהירות אדירה. כן, ביחס אליו – היא מהירה מאוד. אבל אם הוא היה נוסע במכונית במקביל לרכבת ובאותה מהירות, היה נראה לו שהרכבת עומדת במקום. ואם סתם היה יושב ברכבת ומסתכל מהחלון. היה נדמה לו שדווקא הנוף בחוץ, הבתים העצים, העמודים, הוא שנוסע. ובמהירות גבוהה”. כאן תמי שם-טוב מסבירה את עקרון היחסות הקלאסי במכניקה הניוטונית. הסבר זה תקף למי שנוסע ברכבת מתל אביב לחיפה כאשר הרכבת נוסעת במהירות קבועה ואחידה. אתם יכולים לנסות את זה בפעם הבאה שתיסעו ברכבת. אין צורך במהירויות גבוהות ובתורת היחסות הפרטית

ה) האטת זמנים: היא כותבת: “למשל במשחק כדורגל. הוא נמשך שעה וחצי בדיוק. אם אין הארכות. אבל אם יצפה באותו משחק אסטרונאוט בחלל שנע במהירות גבוהה הוא יראה אותו בהילוך איטי. לפי השעון שלו המשחק ימשך שעתיים ואפילו שלוש שעות. תלוי במהירות החללית”. הדוגמא צריכה להיות מוסברת כך: נגיד שישנו אדם שנע ברכבת סופר מהירה, שנעה במהירות קבועה ואחידה, קרובה לזו של האור, יחסית למגרש כדורגל ולשחקנים. המשחק נמשך שעה וחצי. אבל כאשר צופה במשחק אדם שנע ברכבת המהירה, לפי השעון שלו, המשחק ימשך שעתיים או שלוש. שעה וחצי יותר מאשר ימדוד אותו צופה שיושב באצטדיון. נניח שהאדם על הרכבת הוא עיתונאי ספורט שמדווח על המשחק למדור הספורט של עיתון חשוב. הוא ידווח בכתבה שלו לא רק שהמשחק נמשך זמן רב יותר, אלא בנוסף שמגרש הכדורגל הוא קצר יותר, השחקנים רזים בצורה מוזרה, השער גבוה וצר והכדור הוא אליפסה. איזה מן כדורגל הוא אליפסה? כדורגל שעבר התקצרות אורכים יחסותית. אולם אם מתארים את משחק הכדורגל מנקודת מבטו של אסטרונאוט בחלל, תיאור זה הופך להיות בעייתי, בגלל שצריך לקחת בחשבון את עקרון השקילות מתורת היחסות הכללית (האטת זמנים כבידתית); זאת בדיוק כמו שבמערכת לווייני הניווט של הג’י-פי-אס, לוקחים בחשבון גם את האטת הזמנים מהיחסות הפרטית, השעונים שנעים על גבי הלוויינים נעים בקצב איטי יותר מאשר שעונים במנוחה על כדור הארץ, וגם את האטת הזמנים הכבידתית מתורת היחסות הכללית: מנקודת המבט שלנו על כדור הארץ, שעונים על לוויינים נעים מהר יותר מאשר שעונים זהים על כדור הארץ. מחסירים אפקט אחד מהשני ונשארים עם סכום מסוים שאותו לוקחים בחשבון בניווט הלוויני

ו) התעקמות קרני האור: תמי שם-טוב כותבת: “איינשטיין צדק, מסלול האור מתעקם. למרות שקשה להבין למה הגילוי הזה כל כך חשוב ומה הוא אומר על הכדור שלנו, על החלל ועל היקום כולו, לכולם היה פתאום ברור שמהפכה של ממש התרחשה בעולם המדע. כי כל מה שמדענים חשבו על כל אלה, השתנה”. לא, לא קשה בכלל להבין למה הגילוי הזה כל כך חשוב! הגילוי הזה כל כך חשוב בדיוק בגלל שהוא אומר הרבה מאוד על הכדור שלנו ובכלל על היקום כולו. הגילוי הזה חשוב בגלל שהוא מצביע על התעקמות החלל כאשר השמש פועלת כמקור להתעקמות החלל (זמן). איינשטיין ייצג את הכבידה באמצעות התעקמות החלל. במכניקה הקלאסית מדברים על כוח כבידה ועל חלל שטוח, על קרניים שנעות במסלולים ישרים ואם הן במקרה מתעקמות בחלל, אז סימן שהן עוברות דרך זכוכית או דרך מים. בתורת היחסות הכללית הכבידה היא לא כוח במובן הרגיל של המילה. מדברים על התעקמות החלל והתגלית הזו של איינשטיין של התעקמות האור בשדה כבידה הייתה הסימן הראשון לכך שאנחנו בעצם חיים בעולם שבו הגיאומטריה היא לא אוקלידית, החלל הוא עקום וקרני האור נעות במסלולים הישרים ביותר בחלל עקום זה

983146

כאשר פניתי לתמי שם-טוב וכתבתי לה שבספר יש טעויות וחבל שהיא לא נעזה בייעוץ מדעי של מומחה, זו התשובה שקבלתי

picture1עם כל הצניעות אולי זה באמת מוכיח שאני מומחית לאלברט איינשטיין ולתורות שלו
אין להעתיק ולשכפל מהפוסט הזה שום מידע ללא רשות

 

אודיסאת איינשטיין ליחסות הכללית Einstein’s Odyssey to General Relativity

מאמר שלי על דרכו של איינשטיין לתורת היחסות הכללית: אודיסאת איינשטיין ליחסות הכללית

סיינטיפיק אמריקן ישראל

“Einstein’s Odyssey to General Relativity”, Scientific American Israel

את המונח “אודיסאה” ליחסות הכללית טבע פרופ’ ג’ון סטצ’ל מאוניברסיטת בוסטון והוא מייצג את המסע המפרך של איינשטיין בדרכו ליחסות הכללית. ראו המאמר של סטצ’ל למטה

Odyssey to general relativity is John Stachel’s memorable phraseology. See:

Stachel, John (1979). “Einstein’s Odyssey: His Journey from Special to General Relativity”. In Einstein from B to Z, 2002.

I am sorry but this piece is in Hebrew. You can read my book General Relativity Conflict and Rivalries, my papers on Einstein and general relativity and a short summary below.

Picture1

מפייסבוק: מארחים את ד”ר גלי וינשטיין לדבר על איינשטיין

SF1

My drawing of Einstein:      האיור שלי של איינשטיין

איינשטיין צעיר

And the original (I tried as hard as I could to draw a young Einstein…):       המקור

תמונה1

The article discusses the following topics:

1907. The Happiest thought of my life.

3

1907-1911. The equivalence principle and elevator experiments.

4

1911. Deflection of light and explaining deflection of light using an elevator thought experiment.

5

1911-1912 (1916). The disk thought experiment, gravitational time dilation and gravitational redshift.

6

1912. The disk thought experiment and non-Euclidean geometry.

7

1912. Einstein to Marcel Grossmann: “Grossmann, you must help me or else I’ll go crazy!”. Grossmann searched the literature, and brought the works of Bernhard Riemann, Gregorio Curbastro-Ricci, Tullio Levi-Civita and Elwin Bruno Christoffel to Einstein’s attention. With Grossmann’s help Einstein searched for gravitational field equations for the metric tensor in the Zurich Notebook.

8

1913-1914. The Entwurf theory. In 1913, Einstein and Michele Besso both tried to solve the new Entwurf field equations to find the perihelion advance of Mercury.

2October 1915. Einstein realizes there are problems with his 1914 Entwurf theory. November 1915. Einstein’s competition with David Hilbert.

1

November 1915. Four ground-breaking papers: Einstein presents the field equations of general relativity, finds the advance of the perihelion of Mercury and predicts that a ray of light passing near the Sun would undergo a deflection of amount 1.7 arc seconds.