ライデン大学で、1920 年 5 月 5 日の講演。1922 年 G.B. Jeffery, D.Sc W. Perret, Ph.D. の翻訳で E.P. Dutton 出版 N.Y.によって出版。1983 年に無省略、無修正で、Dover 出版から 再出版された"相対論への側光" Sidelight on relativity に収録の Ether and the theory of relativity の翻訳である。
物理学の外では我々は、離れたものへの作用はなにも知らない。自然の物体が我々に与える経験の中で、 我々が原因と結果を繋げようと試みるとき、まずは、例えば、衝撃による運動のやりとり、押し引き、 炎による熱又は燃焼の誘導などの、直接の接触以外の相互作用は、なかったかのように思える。
毎日の経験の中の重さでさえ、遠隔作用の意味において、非常に重要な役割を果たしていることは真実である。 しかし一方、毎日の経験の中では、物体の重量は、何か定数のように我々に現れ、時間と場所のなかの変数として、 何かの原因に結びつくことがないものに思われる。毎日の生活のなかで重力の原因を思索せず、それゆえ、 その特性が遠隔作用ということを意識しない。
重力の原因を、質量から発する遠隔作用であると、最初に指定したのは、ニュートンの重力の理論である。 それは、自然現象の因果連鎖の解明に向かう努力のなかで、かつてなされた恐らく最も偉大な前進であった。
そしてこの理論は、しかしニュートンの同時代人の間に、ある活発な不快な感覚を喚起した。 それは、残りの経験から出た原理、相互作用は、接触を通してだけ存在しえて、遠方の即時作用を通してではない、 という原理に相反するように見えたからである。
知識を求める人類の欲求が、この種の二元論に耐えるときは、不本意とともにだけありうる。 自然の力に対する彼の理解のなかで、統一性はどのように保持されたのだろうか。
例えば、接触による力を、観測に許される限りの、非常に小さな距離の力、とみなす試みによってである。 そしてこれが、ニュートンの後継者、完全に彼の教義の言葉の下にある者達が最も好んでとる道であるが、 或は、ニュートンの遠隔作用は、単に "表面的" に遠隔の直接作用であるだけで、真実は、空間を埋める媒体の運動、 又は、この媒体の弾性変形によって、運搬されている、と仮定することによってである。
そのように、力の性質の統一した見方への努力が、エーテルの仮説を導くのである。 この仮説は、確かに、最初は重力の理論または一般の物理学に何らの前進ももたらさなかった。 そのため、ニュートンの力の法則は、それ以上還元できない公理として扱うのが習慣になった。
しかし、エーテル仮説は、つねに物理的な科学において何らかの役割を果たすように運命付けられていた。 たとえ最初は潜在的な役割だけであったとしても。
19世紀の前半、光の特性と重さのある物質の弾性波との間にある、遠く届く類似性が明らかになったとき、 エーテル仮説は、新たな支持を見出した。光は、疑いを超えて、宇宙を埋め尽くす弾性と慣性をもつ、 媒体の振動過程である、と解釈されるべきであることが明らかになった。 光が偏光できるという事実から、必然的帰結として、その媒体であるエーテルは、固体の性質を持たなければならない。 なぜなら横波は、流体の中では存在し得なく、固体の中でだけ存在できるからである。 こうして物理学者達は、光の波に対応する変形の小さな運動を除いて、他のものと相対的な運動をなし得る部分をもたない、 "疑似固体"の光エーテルの理論に到達する。
この理論は、また、静止光エーテルの理論とも呼ばれ、特殊相対論においても基本的な重要性をもつ、 ある実験のなかで、さらに強い支持を見出す。それは、フィゾーの実験であり、 光エーテルが物体運動に、何も役割を果たさないことを、人が推論せざるを得ないものであった。 光行差の現象もまた、疑似固体エーテルの理論を支持した。
マックスウエルとローレンツによって開かれた道に沿った電気の理論の開発は、我々のエーテルに関する アイデアの開発に対して、あるとても奇妙な予期せぬ方向転換を与えた。マックスウエル自身にとって エーテルは、じつにまだ、純粋に力学的な特性をもつものであった。それは、現実の固体の力学的特性 に比べて、よりずっと複雑な種類のものであるが。 しかし、マックスウエルとその後継者達の誰も、もしそれができれば電磁場のマックスウエル法則の、 満足な力学的な解釈を備えたかもしれない、エーテルの機械的モデルの開発には、成功しなかった。 その電磁場の法則は、明解で単純であった。力学的解釈は、不恰好で反論可能であった。
力学の原理を電気の原理に還元することによって、今や、その反対の方向の逃げ道が考えられた。 そして、これは特に、ベータ線と高速陰極線の実験によって揺り動かされたニュートン力学の方程式 の厳密な有効性に対する信任としてあった。
この二元論は、ヘルツの理論のなかの、軽減なき形式として、まだ我々に直面している。そこでは物質は、速度、運動エネルギー、 力学的圧力の担い手だけではなく、電磁場の担い手でもある。一方、そのような場は、真空中、つまり自由エーテルの中、 でも発生し、エーテルはまた電磁場の担い手として現れる。エーテルは、通常物質から機能的に区別できないものとして現れる。 物質のなかではそれは、物質の運動の役割を果たし、空虚な空間ではそれは、どこでも速度をもつ。 エーテルは、空間全体を通して、確定的に割当てられた、速度をもつようにである。 ヘルツのエーテルと重さのある物質 (それは部分的にエーテルの中にある) との基本的違いはない。
H.A. ローレンツがこの情景に入って来たのは、そのような物事の状態のときであった。 彼は、理論の原理の素晴しいある単純化の方法によって、実験との調和を理論にもたらした。 エーテルからその力学的な性質を、物質からはその電磁的性質を取り外すことで、 彼は、この電気理論のなかの、マックスウエル以来の最重要な進歩をなし遂げた。
空虚な空間のなかと同じく、物体の内部においても、原子論的にみると、物質でなくエーテルだけが 排他的に電磁場の座席である。ローレンツによれば、物質の要素的粒子だけが運動を実行できる。 それらの電磁活動は、すべて、電荷の運搬に閉じ込められている。 そのようにローレンツは、すべての電磁的できごとを、自由空間中のマックスウエル方程式に還元した。
ローレンツのエーテルの力学的性質について、何か遊びの精神でいってもよいのは、その力学的特性 は、不動性だけで、それは H.A. ローレンツによって、剥奪されていなかった。特殊相対論のもたらした エーテル概念の全体的変化は、そのエーテルから最後の力学的性質、つまり不動性をとり除いたこと にあると付け加えてもよい。どのようにこれが理解されるべきかは、直ぐに詳述する。
理論家にとって理論の構造のなかのそのような、経験の系のなかに対応する非対称をもたない非対称性には、 耐えられない。もし、エーテルが K 系に相対的に静止し、K' 系では運動しているべきだと仮定すると、 K と K' の物理的同等性は、私には、論理的立場からは、じつに露骨に正しくない、という訳でなくても、 受け入れ難くみえる。
現れた物事のこの状態に直面して、取り得べきつぎの立場は、次の通りである。 エーテルは、全く存在していない。電磁気の場は、媒体の状態ではなく、そしてそれに結びつけられる 担うものを何ももたない。そうでなく、それらは、何か他のものに還元できない独立した現実性である。 まったくそれは、重さのある物質の原子のようにである。
この考えは、次のようにすぐさま自らを示唆する。ローレンツの理論によれば、電磁放射は、 重さのある物質とおなじく、それに伴う衝撃とエネルギーをもたらす。また、特殊相対論によれば、 物質と放射の両者は、単に分布したエネルギーの特殊な形態でしかなく、重さのある質量は、 その孤立を失い、エネルギーの特殊な形態として現れてきている。
水の表面の波を考えてみよう。ここにふたつの全く異なることが記述できる。 波動の表面がどう時間の経過によって変化する水と空気の間の境界を形作るかを我々が観察することと、または他の、 例えば小さな浮きの助けを借りて、水の分離した粒子の位置が時間の経過に従ってどう変化するかを観察することと。
液体の粒子の動きの追跡のためのそのような浮きの存在が、もし物理のなかで基本的に不可能なら、 もし、事実、時間のなかで変化する、水によって占められる空間の形以外に何者も観察できないとすると、 水が動き得る粒子でできているという仮定は、基盤を失うであろう。しかし、全く同様に、 我々は、それを媒体であると特徴づけることができるだろう。
一般化して、我々はこう言わなくてはならない。動きというアイデアが適用できないものは、拡張した物理的対象であると仮定できる。 それらは、時間のなかで分離して追跡できる粒子で構成されているとは考えてはならないだろう。 ミンコフスキーの言葉で、これは次のように述べられる。すべての拡張した構成物が四次元世界のなかで世界線を構成するとみられない。 特殊相対論は、エーテルを時間のなかを観測できる粒子からなると仮定することを我々に禁止した。 しかしエーテル仮説自体は、特殊相対論と相反するものではない。我々はただ、動きの状態をエーテルに帰属することから、 自らを防御しなければならないだけである。
確かに、特殊相対論の立場からは、エーテル仮説は、まず空虚な仮説として現れる。 電磁場の方程式のなかで起こるのは、電荷密度に加えて、場の強さだけである。 真空中の電磁過程の担い手は、他の物理量に影響を受けずに、これらの方程式によって、 完全に決定されるものとして現れる。電磁場は、究極の還元できない現実性として現れ、 均一等方のエーテル媒体を仮定し、電磁場がこの媒体の状態であると観照する仮説することは、 まずもって余分なことに見える。
彼は、彼の絶対空間を現実の物事と一緒にクラス分けしたが、彼にとって絶対空間との相対的な回転も現実的な何かであった。 ニュートンは、彼の絶対空間以外に "エーテル" と呼ばれる源泉を持たなかっただろう。； すなわち、本質的なことは単に、 観測できる物体以外のもうひとつの知覚できないものであり、加速と回転を、何か現実的なものとみることを可能にするため には、それを現実とみないといけないのである。
マッハは、力学のなかの絶対空間に対する加速を、宇宙の質量の全体性に対しての平均加速によって、置き換える努力をして、 観測できないものを現実として受け入れるのを避けることを試みたことは、真実である。しかし、遠方の質量の相対的加速に 対抗する慣性の抵抗は、遠隔作用を前もって要求する。； そして、現代の物理学者として、この遠隔作用を受け入れるだろう とは、信じない。彼が再び戻って来て、もし彼がマッハの継承者であるなら、慣性効果の媒体として、用意しなくてはならない このエーテルに対して。しかし、マッハの考えの方法によって我々が導かれたこのエーテルという概念は、ニュートン、フレネル、 そしてローレンツによって考えられたエーテルとは本質的に異なる。マッハのエーテルは、慣性的な質量の行動を条件付ける だけでなく、それらによってまた、その状態を条件付けられている。
時間と空間の標準の、相互の関係の、この時空の可変性、又は、多分、 その物理的関係のなかの"空虚な空間"は、均一でも等方でもなく、 その状態を 10 個の関数(重力ポテンシャル g_ik) によって、 我々に記述することを強いるという事実は、思うに、 空間が物理的に空虚であるという見方を最終的に処分したのである。 しかし、それとともに、エーテルの概念は、再び知的な内容を後天的に獲得した。 この内容が光の力学的な波の理論のエーテルのそれからは、広く異なっているけれども。 一般相対論のエーテルは、それ自身、全ての力学的、運動学的性質を欠如するが、 力学的 (そして電磁気的) な出来事を決定することを助ける媒体である。
一般相対論のエーテルが、ローレンツのエーテルに対して基本的に新しい点は、 前者の状態は、質量と近傍の場所のエーテルの状態に関連して、全ての点で決定されるということにある。 それらは、微分方程式の形式の法則に従っている。； 一方、ローレンツのエーテルの状態は、 電磁場の不在のなかでは、その外部の何者によっても条件付けられず、どこでも同一である。
一般相対論のエーテルは、もし、その状態を条件付ける原因を無視して、前者の表現する空間の関数を定数に置き換えると、 ローレンツのエーテルに概念的に変化する。このようにまた、我々はいうことができる、と私は思うが、 一般相対論のエーテルは、ローレンツのエーテルから、相対性を通して出て来たものである。
もし我々が、エーテル仮説の立場から重力場と電磁場を考慮すると、両者には顕著な差異が見出される。 重力ポテンシャルの存在しない空間または空間の一部はあり得ない。 なぜなら、これらは、空間にそれなしでは決して想像できないその計量的性質を与えるからである。 重力場の存在は、空間の存在と不可分に結合している。 一方、空間の存在は、電磁場なしでもよく想像できる。； そのように重力場と対比して、電磁場は、 エーテルとの二次的なリンクでしかないと思える。電磁場の形式的性質はまだ、 重力エーテルのそれによって決して決定されない。
理論の現在の状態からは、電磁場がまるで重力場に対抗して、全く新しい形式の "動機" を待っているように見える。 例えば、電磁型の場の代りに、スカラーポテンシャルの場を与えるように、自然は単に重力的エーテルと場に全く別の 型を付与したかもしれないようである。
一方我々の現在の概念によれば、物質の要素粒子はまた、そのエッセンスでは、電磁場の濃縮以外 のなにものでもない。宇宙に対する我々の見方は、因果的に結合しているが、互いに概念的に完全に分離した 二つの現実性を与える。それは、重力エーテルと電磁場である。または、それらはこう呼ばれてもよいが 空間と物質である。
この方向に非常に優れた試みが数学者 H. ワイルによって成された。； しかし私は彼の理論がその基盤に 現実性との関係を保持しているだろうと信じない。さらに、理論物理の直近を凝視すれば、 量子論に含まれる事実が場の理論の越えられない境界を設定する可能性を無条件に否定するべきではない。
要約すれば、一般相対論によれば、空間は物理量を付与されていて、； この意味でそれゆえエーテルは存在する。 一般相対論によれば、エーテルなしの空間は考えることもできない。； そのような空間では、光の伝播もないだけでなく、 時空の標準(物差しと時計)の存在の可能性もない。それゆえ、物理的な意味でのいかなる時空の間隔もない。 しかしこのエーテルは、時間のなかを追跡できる部分からなる、重さのある媒体の性質を備えると、考えることはできない。 動きのアイデアは、それに適用できない。