特殊相対性理論と光速のタイムライン

このタイムラインは、以下の分野における実験的および理論的な主要な発展について説明しています。

アインシュタインの特殊相対性理論（SR）
その前身である光を伝えるエーテルの理論のように、
初期の競合企業、すなわち：
- リッツの光の弾道理論、
- アブラハム（1902年）、ローレンツ（1904年）、ブヘラー（1904年）、ランジュバン（1904年）によって作成された電磁質量モデル。

このリストには、標準表記（ cなど）や用語（相対性理論など）の起源についても記載されています。

選定基準

SR以外の理論については、ここでは網羅的に説明するのではなく、SRに直接関連する範囲、つまり以下の点においてのみ説明します。

フレネルの部分エーテル抵抗仮説など、SRのいくつかの要素を予見していた。
ストークスの完全エーテル抵抗モデルのようなSRをテストする新しい実験につながった。
例えばオリバー・ロッジの実験によって、それらは反証されたり疑問視されたりした。

エーテル理論のより詳細なタイムライン（例えば、光の波動理論との関連など）については、別の記事を参照してください。また、すべての実験がここに記載されているわけではありません。元の実験よりもはるかに高い精度で行われた再現実験であっても、当時の見解に影響を与えたり、異議を唱えたりする場合にのみ言及されています。以下の実験がそれに該当します。

ミケルソンとモーリー（1886年）はフィゾー（1851年）の実験を再現し、ミケルソンの1881年の実験の解釈に反論した。
ミケルソン・モーリー実験（1887年）は、ミケルソンによる最初の実験（1881年）よりも決定的な結果を示し、1886年の実験や他の一次測定結果とは整合性が取れにくい。
カウフマンは1906年に1902年の実験を繰り返したが、それは彼がアインシュタインとローレンツのモデルに反すると主張したためであり、そのモデルは1902年のデータと一致していると考えられていた。
ミラー（1933年）やマリノフ（1974年）の結果は、ミケルソン・モーリーの結果とは異なっていた。

For lists of repetitions, see the articles of particular experiments. The measurements of speed of light are also mentioned only to the minimum extent, i.e. when they proved for the first time that c is finite and invariant. Innovations like the use of Foucault's rotating mirror or the Fizeau wheel are not listed here – see the article about speed of light.

This timeline also ignores, for reasons of volume and clarity:

the long story of spacetime and the concept of time as the fourth dimension; e.g. the ideas of Lagrange and Wells;
mathematical innovations that influenced the formalism of SR, e.g. the introduction of fibre bundles;
indirect evidence for SR, through the evidence for relativistic theories like general relativity or relativistic quantum mechanics;
publication of countless textbooks and popular science books or articles, even very influential classics like Mr Tompkins by George Gamow;
the cultural impact of SR, e.g. publication of documentaries or commemorations of SR during the World Year of Physics 2005;
new, untested theories modifying SR like Doubly special relativity or Variable speed of light.

Before the 19th century

1632 – Galileo Galilei writes about the relativity of motion and that some forms of motion are undetectable; this would be later called the relativity principle, essential for special relativity as one of its postulates.
1674 – Robert Hooke makes his observations of the Gamma Draconis star, or γ Draconis for short. He proves a variation in its position on the sky, which would be later identified as stellar aberration.^[1]
1676 – Ole Rømer gives the first piece of evidence that the speed of light is finite, through his observation of the moons of Jupiter;^[2] the discovery divides scientists of his time.^[3]
1690年 –クリスティアーン・ホイヘンスは、レーマーの研究に基づいて、空気中または真空中の光速の最初の推定値を示した。その結果は、現代の単位で約2×10⁸ m/sに相当し^、桁違いの精度でしか正しくない。
1727年 –ジェームズ・ブラッドリーは、 γドラコニスの特異な振る舞いを恒星の光行差として正しく特定した。ブラッドリーはこの事実を利用して空気中または真空中の光速を推定し、その結果はホイヘンスの結果よりも正確で、現代の単位で約3.0×10⁸ ^m /sであった。この測定値は、初めて最初の2桁の有効数字まで正確であった。

19世紀

1880年代以前

1810年 –フランソワ・アラゴは、恒星の光速（恒星光行差で測定）は、恒星と地球の相対運動とは無関係である可能性があり、少なくとも肉眼では違いが観察できないことを発見した。^{[ 4 ]}
1818年 –オーギュスタン＝ジャン・フレネルは、アラゴの発見を説明するために、部分エーテル引きずりのモデルを提唱した。^{[ 5 ]}
1845年 –ジョージ・ガブリエル・ストークスが完全なエーテル引きずりの独自のモデルを作成する。^{[ 6 ]}
1851年 –流れる水中の光に関するフィゾーの実験により、フレネルのモデルが確認された。 ^{[ 7 ]}
1861年 –ジェームズ・クラーク・マクスウェルが電磁場の方程式を発表。これは後のエーテルや特殊相対性理論の研究に大きな影響を与えた。
1868年 –マルティヌス・フックはフィゾーの実験を修正し、同じ結論を得た。^{[ 8 ]}
1871年 –ジョージ・ビデル・エアリーは、水で満たされた望遠鏡で恒星の光行差を観測し、フレネルのモデルを裏付け、ストークスのモデルと矛盾する結果を得た。 ^{[ 9 ]}

1880年代

1881年 –アルバート・マイケルソンが独自の干渉実験を実施。エーテル風は検出されず、フレネルのモデルに反してストークスのモデルが支持された。^{[ 10 ]}
1885年 –ルートヴィヒ・ランゲが慣性系の概念を導入。^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}これは、相対性原理の現代的な定式化の要素として、相対性理論にとって不可欠である。
1886年 – アルバート・マイケルソンとエドワード・モーリーは、フィゾーの実験をより高い精度で再現し、その結果を確認するとともに、マイケルソンの以前の結論に反論した。
1887年 –ヴォルデマール・フォークトは波動方程式を保存する座標変換を発表した。これらは後のローレンツ変換と非常によく似ているが、等価ではない。^{[ 13 ]}
1887年 –マイケルソン・モーリーの実験はエーテル風を検出できず、いくつかのエーテル理論を否定するとともに、新たな理論を生み出した。
1889年 –ジョージ・フィッツジェラルドは、マイケルソン・モーリーの実験を説明するために、長さの収縮を推測した。

1890年代

1892年 –ヘンドリック・ローレンツは、フィッツジェラルドとは独立に、特殊相対論的な長さの収縮を一次近似するだけの公式を用いて、同じ説明を提案した。
1893年 –オリバー・ロッジは、エーテル抵抗仮説に疑問を投げかける干渉実験を行った。
1894年 –ポール・ドルーデが真空中の光速を表す記号cを導入。
1895年 – ヘンドリック・ローレンツは1892年のモデルを修正し、ローレンツ因子（γ）による収縮を提案した。
1895年 –アルベルト・アインシュタインはおそらく、光線を追いかけるという思考実験を行った。これは後に彼の特殊相対性理論の研究に関連するものとなる。
1897年 – オリバー・ロッジは、エーテルの抵抗に疑問を投げかける別の実験結果を発表した。
1897年 –ジョセフ・ラーモアは、長さ収縮の公式を拡張した座標変換を発表した。これらの変換は一種の時間膨張を意味し、完全なローレンツ変換の近似値であった。
1898年 –アンリ・ポアンカレは、同時性は相対的なものであると述べた。
1899年 –ヘンドリック・アントーン・ローレンツが、地方時間を含む座標変換の初期バージョンを発表。

20世紀

1900年代

1902年 –レイリー卿は、ローレンツの長さ収縮の仮説が複屈折の一種を予測すると述べ、それを観測しようと試みた。^{[ 14 ]}結果は陰性で、ローレンツのモデルに疑問を投げかけたが、後に長さ収縮と時間の遅れの組み合わせによって説明されることになる。
1902年 –マックス・アブラハムは電子の古典モデルを開発した。このモデルは、運動量の速度に対する非線形依存性、あるいはより議論の余地のある別の表現で言えば相対論的質量など、特殊相対性理論のいくつかの要素を先取りしていた。しかし、アブラハムの公式は特殊相対性理論やローレンツの理論とは異なっていた。
1902年 –ウォルター・カウフマンは、電子の運動量（後の用語では相対論的質量）がその速度にどのように依存するかを測定した結果を発表した。その結果は、アブラハムのモデルを裏付けるもののように思われた。
1903年 –オリント・デ・プレットは、^質量とエネルギーの等価性を示すエーテル理論を発表した。^{[ 15 ]}それはアインシュタインのE = mc²に似た式で表されたが、用語の意味は異なっていた。
1903年 –フレデリック・トーマス・トルートンとHRノーブルは、コンデンサーを用いた実験結果を発表し、エーテルのドリフトがないことを実証した。^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}
1904年 –デウィット・ブリストル・ブレースは、レイリーの1902年の実験の改良版を実施したが、結果は再び無効であった。^{[ 18 ]}
1904年 – ヘンドリック・ローレンツは、自身が改良した座標変換を用いて、レイリー、ブレース、トルートン、ノーブルらの実験結果を説明し、マクスウェル方程式がこれらの変換の下で不変であることを証明した。ローレンツはまた、アブラハムの研究では見られなかった長さ収縮を含む、電子の独自の古典モデルを提示した。このモデルは、カウフマンのこれまでのデータと矛盾しないものであった。
1904年 –アルフレッド・ブヘラーとポール・ランジュバンは、それぞれ独立に電子のモデルを発表し、その質量が速度とともに増加するというモデルは、アブラハムの理論とローレンツの理論の両方とは異なるものであった。この仮説は、当時カウフマンが行った実験結果とも一致していた。
1904年 –アンリ・ポアンカレが電磁気学における相対性原理を発表。
1905年 – ポアンカレはローレンツ変換という名称を導入し、後にアインシュタインの特殊相対性理論に現れることになる完全な形で初めてローレンツ変換を提示した。また、ポアンカレは相対論的速度加算公式を初めて記述した人物でもある。これは彼の論文の中で暗黙のうちに、そしてローレンツへの手紙の中で明示的に述べられている。
1905年–アルベルト・アインシュタインが特殊相対性理論を発表。この理論には、後にE = mc²と表記される質量とエネルギーの等価性^が含まれている。
1906年 –アルフレッド・ブヘラーは、マックス・プランクの「相対論」という用語に基づいて、「相対性理論」という名称を導入した。
1906年 – ウォルター・カウフマンは質量と速度の関係に関する新たな測定結果を発表し、ローレンツとアインシュタインの公式を否定すると主張した。同時に、彼はアブラハムの旧モデル（1902年）とブヘラー＆ランジュバンの後のモデル（1904年）の両方がデータと整合していることを認めた。
1907年 –マックス・フォン・ラウエは、相対論的速度加算式がフレネル抗力係数をどのように再現するかを説明した。
1908年 –ヘルマン・ミンコフスキーが特殊相対性理論の時空形式論を発表。
1908年 –フレデリック・トーマス・トルートンとアレクサンダー・ランキンは電気回路を用いた実験を行い、長さの収縮が唯一の相対論的効果ではなく、何らかの形の時間の遅れが存在することを証明した。これはレイリー（1902年）とブレース（1904年）による以前の実験と同様である。^{[ 19 ]}
1908年 –ヴァルター・リッツは、特殊相対性理論とマクスウェルの電気力学に代わるものとして、光の弾道理論を発表した。 ^{[ 20 ]}
1909年 –パウル・エーレンフェストが特殊相対性理論における剛性に関するエーレンフェストのパラドックスを発表。 ^{[ 21 ]}
1909年 –ギルバート・N・ルイスとリチャード・トルマンが、議論の的となっている「相対論的質量」という用語を造語する。

1910年代

1910年 –ウラジミール・イグナトフスキーは、マクスウェル方程式に頼ることなく、主に相対性原理にほぼ完全に依拠したローレンツ変換の最初の導出を行った。^[²²^]このような導出は、単一公準と呼ばれることもある。
1910年 –エドマンド・テイラー・ウィテカー^{[ 23 ]}とウラジミール・ヴァリチャク^{[ 24 ]}が速さの概念を導入したが、この名前は使用しなかった。
1911年 –アルフレッド・ロブが「速さ」という用語を造語した。^{[ 25 ]}
1911年 –ポール・ランジュバンは、時間の遅れによって示唆される双子のパラドックスを提示した。^[²⁶^]
1911年 –マックス・フォン・ラウエは、特殊相対性理論とローレンツのエーテル理論は、リッツの弾道理論やストークスのエーテル抵抗理論には存在しないサニャック効果を予測すると記した。 ^{[ 27 ]}
1913年 –ジョルジュ・サニャックは、自身の名にちなんで名付けられた現象を観測し、リッツの弾道理論、すなわちエーテル抵抗説を否定した。しかし、彼はローレンツのモデルを支持し、さらに誤ってSR（宇宙論）に反論したと主張した。
1913年 –ウィレム・ド・ジッターは、連星の光がリッツの光の弾道理論と矛盾することを説明した。
1914年 –ルドヴィク・シルベルシュタインがトーマス・ウィグナー回転の最初の記述を発表したが、当時は過小評価されていた^{[ 28 ]}。
1914年 –ギュンター・ノイマンは電子の質量と速度の関係を測定した。彼の結果は、アブラハムの式よりもローレンツとアインシュタインの式を支持するものであった。
1915年 –シャルル＝ウジェーヌ・ギュイエとシャルル・ラヴァンシーは、陰極線の慣性について独自の測定を行い、カウフマンによる以前の研究よりもはるかに正確な結果を得た。彼らの結論はカウフマンの結論とは正反対で、ここでもローレンツとアインシュタインの公式が正しく、アブラハムのモデルは誤りであることが証明された。

1920年代と1930年代

1924年 –ハンス・ティリングは、光の弾道理論が太陽の分光観測と矛盾することに気づいた。 ^{[ 29 ]}
1924年 –アントン・ランパは、後にペンローズ・テレル回転として知られる相対論的効果を予測した。^{[ 30 ]}
1925年 –マイケルソン・ゲイル・ピアソン実験は、地球の自転によって引き起こされるサニャック効果を検証した。この結果は、エーテルの抵抗を否定するものであり、マイケルソン・モーリー実験のようにエーテルが静止しているという説を否定する他の実験と組み合わせることで、ローレンツ変換が正しいことを証明した。
1925年 –ルウェリン・トーマスはトーマス歳差運動を発見した。これは、以前にシルベルスタインによって、後にウィグナーによって記述された効果によって説明できる。
1928年 –ポール・ディラックは、質量とエネルギーの等価性を拡張し、一般的なエネルギー・運動量関係を記述した。
1932年 –ケネディ・ソーンダイク実験は、マイケルソン・モーリー実験を補完する新たな方法でローレンツ変換を確認した。^{[ 31 ]}これらの2つの結果を組み合わせると、何らかの形の時間の遅れが証明される。
1932年 –ジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、核反応を通して質量とエネルギーの等価性を証明した。
1933年 –デイトン・ミラーはマイケルソン・モーリー実験の改良版を実施し、特殊相対性理論に反すると主張した。^{[ 32 ]}これは後に1950年代に特殊相対性理論と矛盾しない形で説明されることになる。^{[ 33 ]}
1935年 –ハマー実験はエーテル抵抗の反証であり、特殊相対性理論の証拠である。^{[ 34 ]}^{[ 35 ]}
1938年 –アイブス・スティルウェル実験は、相対論的ドップラー効果による時間の遅れを測定した。^{[ 36 ]}ロバートソンが1949年に気づいたように、ローレンツ変換を経験的データから直接導出できるようになったのはこれが初めてである。
1939年 –ユージン・ウィグナーは、 SRがトーマス・ウィグナー回転を予測することを再発見した。^{[ 37 ]}

1930年代以降

1940年 –ブルーノ・ロッシとDBホールは宇宙線、すなわちミューオンの崩壊において時間の遅れを観測した。
1949年 –ハワード・P・ロバートソンは、ローレンツ変換はマイケルソン・モーリー、ケネディ・ソーンダイク、アイブス・スティルウェルの3つの重要な実験から推論（抽出）できることに気づいた。^{[ 38 ]}
1954年 –ゲルハルト・リューダースとヴォルフガング・パウリは、量子場理論におけるローレンツ不変性が CPT対称性を意味することを証明し、特殊相対性理論の新たな検証を可能にした。
1955年 –ロバート・S・シャンクランドらは、1933年のミラーの実験結果を特殊相対性理論と整合する形で説明した。^{[ 33 ]}
1959年 –ロジャー・ペンローズとジェームズ・テレルは、SRがペンローズ・テレル効果を予測するという再発見をそれぞれ独立して発表した。
1959年 – E. DewanとM. Beranが、ベルの宇宙船パラドックスとして知られる思考実験を発表した。^{[ 39 ]}
1960年 – Vernon W. Hughesらは分光実験を実施し、^{[ 40 ]}後に粒子相互作用のローレンツ不変性の証拠として解釈された。
1961年 –ロナルド・ドレバーが独自に同様の実験を行い、同じ結論を得た。^{[ 41 ]}
1961年 –ヴォルフガング・リンドラーが梯子のパラドックスを提示し、解決した。^{[ 42 ]}
1967年 –ジェラルド・ファインバーグは、真空中の光速（c ）よりも速い速度を持つ仮想粒子に対してタキオンという用語を導入した。^[⁴³^]
1971年 –ヘーフェレ・キーティング実験により、特殊相対性理論および一般相対性理論によって予測された時間の遅れが確認された。^[⁴⁴^]^[⁴⁵^]
1974年 –ステファン・マリノフは、光速cの変動を測定することで特殊相対性理論に反すると主張した。彼の結果は科学界で注目されたものの、誤りとして却下された。
1983年 – 真空中の光速（c ）がSI単位系におけるメートルを定義するために用いられる。この定義では基準系については言及されておらず、この速度が普遍的であると仮定し、暗黙のうちに特殊相対性理論が正しいとされている。

21世紀

2011年 – CERNにより、光速を超えるニュートリノの異常が報告される。
2012年 – ニュートリノ速度の異常は装置の故障によるものと説明され、この理由が公式に報告された。

参考文献

↑この記事には、現在パブリックドメインとなっている出版物からのテキストが含まれています。エッペンシュタイン、オットー（1911）。「異常」。ブリタニカ百科事典。第1巻（第11版）。54 ～ 61ページ。
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さらに読む

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