Sobre l'electrodinàmica dels cossos en moviment és un article d'Albert Einstein publicat el setembre de 1905 en alemany amb el títol «Zur Elektrodynamik bewegter Körper». Aquestes trenta pàgines són famoses en física perquè estableixen els fonaments teòrics del que s'anomenarà "relativitat especial", una de les principals teories de la física del segle XX. Diversos estudiosos han publicat articles i treballs que anuncien aquesta teoria, en particular Henri Poincaré i Hendrik Lorentz, però cap científic destacat ha aconseguit descartar la noció d'èter luminífer. Einstein, que buscava generalitzar el principi de la relativitat galileana i les respostes a les seves reflexions sobre l'observació de la llum, va preferir plantejar dos postulats: «Totes les lleis de la física han de ser les mateixes per a tots els observadors que es mouen a velocitat constant els uns respecte als altres. «La velocitat de la llum ha de ser la mateixa per a tots els observadors inercials, independentment dels seus moviments relatius.»
La teoria així presentada permet explicar diverses observacions, en particular la inducció electromagnètica i el resultat negatiu de l'experiment de Michelson i Morley, que les teories anteriors no podien explicar satisfactòriament. La teoria substitueix el temps absolut i l'espai absolut d'Isaac Newton per l'espai-temps absolut. Einstein demostra la contracció de la longitud i la dilatació del temps. És en aquest article on apareix per primera vegada la paradoxa dels bessons, però Einstein utilitza rellotges perfectament sincronitzats, que mou en pensament a diferents velocitats.
Context miniatura|Retrat de Galileu cap al 1605. «En la visió newtoniana del món, l'espai i el temps eren absoluts i independents dels esdeveniments que s'hi desenvolupaven. Més tard, Einstein va sotmetre aquests conceptes a una transformació (el caràcter radical de la qual queda emmascarat pel fet que conserven els mateixos noms), vinculant l'espai i el temps als esdeveniments que hi tenen lloc.»
— John Barrow, 1996
El treball en dinàmica de l'italià Galileu (1564-1642) el va portar al descobriment del principi de la relativitat galileana, que estableix que és impossible dir, basant-se en experiments mecànics realitzats dins d'un sistema, si un cos està estacionari o segueix un moviment rectilini uniforme. En el seu Diàleg, l'estudiós afirma efectivament «No hi ha un punt de referència absolut. Cada moviment es produeix en relació amb un marc de referència escollit.». Els seus oponents, aprofitant millors dades astronòmiques, van replicar amb càlculs que demostraven la validesa del geocentrisme. L'erudit, severament criticat pel seu suport a l'heliocentrisme, va veure, doncs, la seva teoria rebutjada.
Cap al 1784, el físic anglès John Michell va imaginar que la llum, composta de corpuscles segons la teoria contemporània, podia ser frenada a prop d'estrelles massives. Per tant, els científics creuen que la velocitat de la llum es pot sumar a la de la font emissora. El físic francès François Arago, el 1806 i després el 1809-1810, va intentar determinar si aquesta velocitat varia observant la llum procedent d'estrelles distants, ja que la Terra s'hi acosta i s'hi allunya durant el seu viatge al voltant del Sol. No hi troba cap diferència, cosa que el porta a preferir la teoria ondulatòria del físic francès Augustin Fresnel en detriment de la teoria corpuscular d'Isaac Newton. Tanmateix, Arago pregunta per què el seu experiment no aconsegueix demostrar una diferència en la velocitat de la llum. Fresnel respon que la Terra porta parcialment un èter (per tant, reprèn una hipòtesi de Christian Huygens). Tanmateix, aquesta hipòtesi es considera poc convincent. De fet, «El suposat èter és un medi material. És complex, dotat de propietats estranyes.». La matèria, l'espai i el temps presentarien una «característica estranya i desconegut, cosa que explica «comportament inusual» de l'èter.
Cap a mitjans del XIX XIX Al segle XIX, el físic escocès James Clerk Maxwell, després d'estudiar els experiments realitzats pel físic i químic britànic Michael Faraday, va demostrar que la llum està formada per ones electromagnètiques.
«El sorprenent formalisme de Maxwell ens permet predir l'existència d'ones electromagnètiques que es propaguen per l'espai a la velocitat de la llum, és a dir,
, on μ 0 és la permeabilitat magnètica i ε 0 és la permitivitat de l'espai lliure.
Segons el físic britànic Lord Kelvin el 1892, «La física es constitueix definitivament en aquests conceptes fonamentals Tot el que ara pot proporcionar és la determinació precisa d'uns quants decimals addicionals. De fet, hi ha dos petits problemes: el del resultat negatiu de l' experiment de Michelson i el del cos negre, però es resoldran ràpidament i no afecten la nostra confiança de cap manera.» L'experiment de Morley i dos intents posteriors més precisos, en particular l'experiment de Michelson i Morley (els resultats del qual es van publicar el 1887), no van aconseguir demostrar l'èter luminífer. El problema del cos negre serà estudiat pel físic alemany Max Planck, que descobrirà la quantització de les interaccions electromagnètiques, un dels fonaments de la física quàntica. miniatura|Hendrik Lorentz el 1902. El 1892, el físic neerlandès Hendrik Lorentz va intentar explicar els resultats negatius de l'experiment de Michelson i Morley proposant que els cossos en moviment es contrauen en la direcció del moviment (el físic irlandès George FitzGerald ja havia fet aquesta hipòtesi el 1889). El 1892 i el 1895, l'investigador va intentar explicar els fenòmens electromagnètics originats a partir de sistemes de referència inercials i que es mouen en l'èter luminífer, Descobreix que la transició d'un marc de referència a un altre marc de referència inercial es simplifica si utilitza una nova variable que anomena « hora local », que depèn tant d'un temps anomenat universal com del lloc estudiat. L'investigador pot així explicar l'aberració de la llum i els resultats de l'experiment de Fizeau. En les seves publicacions, no intenta donar un significat físic a aquesta hora local.
El 1900 i el 1904, el matemàtic i físic francès Henri Poincaré va utilitzar l'hora local de Lorentz per demostrar que dos rellotges en dos marcs de referència mòbils es poden sincronitzar mitjançant intercanvis de senyals lluminosos que se suposa que viatgen a la mateixa velocitat, independentment de la velocitat dels marcs de referència. El 1899 i de nou el 1904, Lorentz va argumentar que el temps es dilata per als cossos en moviment, cosa que el va portar a publicar el que Henri Poincaré va anomenar el 1905 la "transformacions de Lorentz». En el seu article de 1904, Lorentz demostra que els resultats dels experiments electrodinàmics no depenen del moviment relatiu del medi de referència (tot i això, 15 anys més tard, encara donaria crèdit a la hipòtesi d'un espai absolut i a la hipòtesi de l'èter).
Deficiències de les teories contemporànies « [...] Einstein va construir la relativitat especial sobre la base de la simetria de Lorentz (el postulat que no es pot saber si un està quiet perquè totes les lleis de la física, incloses les associades a la velocitat de la llum, són les mateixes per a tots els observadors en moviment uniforme).»
— Max Tegmark, 2018
Altres investigadors intenten reconciliar la teoria newtoniana dels cossos en moviment amb experiments . A principis del XX XX Al segle XX, els científics van observar diverses inconsistències entre els experiments i la teoria comunament acceptada:
Segons els Principia Mathematica d'Isaac Newton, existeix un espai absolut i un temps absolut. Tot i que aquestes dues nocions van ser criticades pel filòsof irlandès George Berkeley (1685-1753), el científic alemany Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) i el físic i filòsof alemany Ernst Mach (1838-1916), van ser elevades a la categoria « rang de dogma científic ». Newton va extreure diverses conseqüències de les lleis del seu sistema, incloent-hi « Els moviments relatius dels cossos dins d'un [vehicle] determinat són els mateixos, tant si aquest [vehicle] està estacionari com si es mou a una velocitat uniforme. » Tot i això, « ni repòs ni moviment uniforme » no són absolutes segons les lleis de Newton. El teorema de la suma de velocitats de Galileu no és vàlid respecte a la velocitat de la llum. Aquest últim és sempre el mateix, independentment de la velocitat de la font de llum.Consulter les explications plus détaillées dans «La teoria de Maxwell fa una distinció injustificada entre repòs i moviment. « Per exemple, suposem que un imant és a prop d'una bobina de fil conductor. Si es mou l'imant, un corrent elèctric flueix pel fil estacionari. Si la bobina es mou, en canvi, també transportarà un corrent elèctric. En ambdós casos, la teoria de Maxwell proporciona « excel·lent explicació ", però segons dos enfocaments físics diferents, fins i tot si el corrent elèctric és el mateix. «Es pot observar una altra asimetria. L'acció de les càrregues elèctriques es descriu per les lleis de l'electroestàtica en un marc de referència " en repòs "i per les lleis de l'electrodinàmica en un sistema considerat en moviment rectilini uniforme respecte a un altre. Aquesta diferència en la descripció no està justificada."» Si la llei galileana de l'addició de velocitats s'apliqués a la llum en el buit, aleshores la llei de Coulomb en electroestàtica i la llei de Biot-Savart haurien de ser modificades quan es mogui un cable lliure de corrent elèctric. De fet, aquest cable exerceix una força electromagnètica en aquell moment, que no es pot explicar per les dues lleis inalterades. Si es modifiquessin, caldria que variés la permeabilitat magnètica ( μ ), la permitivitat de l'espai lliure ( ε ) o ambdues. Tanmateix, són constants dins del marc de les lleis de l'electromagnetisme de Maxwell. Cap experiment ha pogut demostrar la presència de l'èter, un medi de propagació considerat essencial per al moviment de les ones electromagnètiques.
miniatura|Retrat d' Albert Einstein fet per Max Liebermann el 1925. El 1905, Albert Einstein tenia 26 anys. Treballa a l'oficina de patents de Berna, Suïssa, i és desconegut per a la « Gotha » científic [ nota 2 ]. Va llegir El valor de la ciència (que tracta la mesura del temps i la noció d'espai) i La ciència i la hipòtesi (on es tracta la geometria no euclidiana i la simultaneïtat), dues obres d'Henri Poincaré que probablement el van influir., indique qu'Einstein a lu selon une approche philosophique Henri Poincaré, David Hume, Ernst Mach, Emmanuel Kant, Arthur Schopenhauer et Friedrich Nietzsche par . No pretén explícitament reconciliar la teoria amb les inconsistències observades. De fet, des dels setze anys, ha estat buscant una resposta a aquesta pregunta. «Què veuríem si perseguíssim un raig de llum a la velocitat de la llum? » Mitjançant el raonament intuïtiu dins del marc de la mecànica newtoniana, « Tothom diria que si viatgéssim a la mateixa velocitat que la llum, la veuríem immòbil». Tanmateix, la teoria de Maxwell i « totes les observacions des de llavors » indiquen que la llum mai no és estacionària i, per tant, cap observador, independentment de la velocitat, pot veure llum estacionària. A més, « es basa en les idees de Galileu, però les estén molt, molt més enllà.» Per exemple, descobreix que la relativitat galileana és certa perquè la velocitat de la llum és constant. El 1952, va escriure « El que em va conduir més o menys directament a la teoria de la relativitat especial va ser la convicció que la força electromotriu que actua sobre un cos que es mou en un camp magnètic no és res més que un camp elèctric »