알프레드 부헤러

1. 개요

알프레드 부헤러는 1884년부터 1899년까지 여러 대학에서 공부하고, 1899년 본 대학교에서 하빌리타치온을 받은 독일의 물리학자이다. 그는 1903년 벡터 미적분학에 대한 최초의 독일어 책을 출판했으며, 상대성 이론 연구에 기여했다. 부헤러는 상대성 원리를 지지하며 에테르의 물리적 비존재를 주장했고, 전자 모델을 개발하여 전자의 질량이 빛의 속도에 가까워질 때 증가한다고 예측했다. 그는 "아인슈타인의 상대성 이론"이라는 표현을 처음 사용했지만, 이후 로렌츠-아인슈타인 이론을 받아들였으며, 일반 상대성 이론을 비판하기도 했다.

2. 교육

알프레드 부헤러는 1884년부터 1899년까지 하노버 대학교, 존스 홉킨스 대학교, 스트라스부르 대학교, 라이프치히 대학교, 본 대학교에서 공부했다. 본 대학교에서 1899년에 하빌리타치온을 받아 1923년까지 그곳에서 가르쳤다. 1903년 부헤러는 벡터 미적분학에 완전히 기초한 최초의 독일어 책을 출판했다.

3. 초기 연구

4. 상대성 이론 연구

알프레드 부헤러는 앙리 푸앵카레처럼 상대성 원리를 지지했으며, 전자기적 효과를 설명할 때 에테르가 아닌 물체의 상대적 운동만 고려해야 한다고 믿었다. 부헤러는 더 나아가 에테르의 물리적 비존재를 주장했다. 1906년에는 공간 기하학이 리만 기하학이라는 가정을 포함하는 이론을 개발했지만, 이 이론은 불명확하게 공식화되었고 발터 리츠에 의해 전기역학과 관련하여 잘못된 결론으로 이어진다는 것이 밝혀졌다. 부헤러는 알베르트 아인슈타인과 달리 에테르 부정을 공간과 시간의 상대성과 연결하지 못했다.

1904년 부헤러는 전자가 운동 방향으로 수축하고 수직 방향으로 팽창한다는 전자 이론을 개발했다. 폴 랑주뱅도 1905년에 독립적으로 유사한 모델(부헤러-랑제방 모델)을 개발했다. 부헤러-랑제방 모델은 헨드릭 로런츠, 앙리 푸앵카레, 알베르트 아인슈타인의 전자 모델과 막스 아브라함의 모델의 대안이었다. 세 모델 모두 전자의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 질량이 증가한다고 예측했지만, 부헤러-랑제방 모델은 곧 폐기되었다. 발터 카우프만은 실험을 통해 아브라함의 이론을 확인하고 로렌츠-아인슈타인 이론을 반증하려 했으나, 1908년 부헤러의 실험은 로렌츠-아인슈타인 이론과 상대성 원리를 지지하는 결과를 냈다. 아돌프 베스텔마이어와 같은 예외를 제외하면 부헤러의 실험은 결정적인 것으로 여겨졌다. 그러나 1938년, 카우프만-부헤러-노이만 실험을 포함한 초기 실험들은 질량 증가를 정성적으로만 보여줄 뿐, 모델 간 구별에는 부정확하다는 것이 밝혀졌다. 1940년대에 이르러서야 로렌츠-아인슈타인 공식을 확인할 수 있을 만큼 정밀한 실험이 가능해졌다.

부헤러는 1906년에 막스 플랑크의 "상대 이론"이라는 용어를 바탕으로 "아인슈타인의 상대성 이론"이라는 표현을 처음 사용했다. 그러나 1908년에 부헤러는 자신의 상대성 원리를 거부하고 "로렌츠-아인슈타인 이론"을 받아들였다. 이후 부헤러는 일반 상대성 이론을 비판했지만, 이는 등가 가설에 대한 오해에서 비롯된 것으로 평가된다.

4.1. 상대성 원리와 에테르 부정

알프레드 부헤러는 앙리 푸앵카레처럼 상대성 원리를 지지했으며, 전자기적 효과를 설명할 때 에테르가 아닌 물체의 상대적 운동만 고려해야 한다고 믿었다. 부헤러는 더 나아가 에테르의 물리적 비존재를 주장했다. 1906년에는 공간 기하학이 리만 기하학이라는 가정을 포함하는 이론을 개발했지만, 이 이론은 불명확하게 공식화되었고 발터 리츠에 의해 전기역학과 관련하여 잘못된 결론으로 이어진다는 것이 밝혀졌다. 부헤러는 알베르트 아인슈타인과 달리 에테르 부정을 공간과 시간의 상대성과 연결하지 못했다.

1904년 부헤러는 전자가 운동 방향으로 수축하고 수직 방향으로 팽창한다는 전자 이론을 개발했다. 폴 랑주뱅도 1905년에 독립적으로 유사한 모델(부헤러-랑제방 모델)을 개발했다. 부헤러-랑제방 모델은 헨드릭 로렌츠, 앙리 푸앵카레, 알베르트 아인슈타인의 전자 모델과 막스 아브라함의 모델의 대안이었다. 세 모델 모두 전자의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 질량이 증가한다고 예측했지만, 부헤러-랑제방 모델은 곧 폐기되었다. 발터 카우프만은 실험을 통해 아브라함의 이론을 확인하고 로렌츠-아인슈타인 이론을 반증하려 했으나, 1908년 부헤러의 실험은 로렌츠-아인슈타인 이론과 상대성 원리를 지지하는 결과를 냈다. 아돌프 베스텔마이어와 같은 예외를 제외하면 부헤러의 실험은 결정적인 것으로 여겨졌다. 그러나 1938년, 카우프만-부헤러-노이만 실험을 포함한 초기 실험들은 질량 증가를 정성적으로만 보여줄 뿐, 모델 간 구별에는 부정확하다는 것이 밝혀졌다. 1940년대에 이르러서야 로렌츠-아인슈타인 공식을 확인할 수 있을 만큼 정밀한 실험이 가능해졌다.

부헤러는 1906년에 막스 플랑크의 "상대 이론"이라는 용어를 바탕으로 "아인슈타인의 상대성 이론"이라는 표현을 처음 사용했다. 그러나 1908년에 부헤러는 자신의 상대성 원리를 거부하고 "로렌츠-아인슈타인 이론"을 받아들였다. 이후 부헤러는 일반 상대성 이론을 비판했지만, 이는 등가 가설에 대한 오해에서 비롯된 것으로 평가된다.

4.2. 전자 모델

4.3. 카우프만-부헤러-노이만 실험

4.4. 로렌츠-아인슈타인 이론 수용

앙리 푸앵카레와 마찬가지로 부헤러(1903b)는 상대성 원리의 타당성을 믿었다. 즉, 모든 전자기적 효과의 설명은 에테르가 아닌 물체의 상대적 운동만을 포함해야 한다는 것이었다. 그러나 그는 한 걸음 더 나아가 에테르의 물리적 비존재를 가정하기까지 했다. 이러한 아이디어를 바탕으로 그는 1906년에 공간의 기하학이 리만 기하학이라는 가정을 포함한 이론을 개발했다. 그러나 이 이론은 모호하게 공식화되었고, 1908년에 발터 리츠는 부헤러의 이론이 전자기학에 관해 잘못된 결론을 이끌어낸다는 것을 보였다. 그리고 알베르트 아인슈타인과는 반대로, 그는 에테르에 대한 거부를 공간과 시간의 상대성과 연결하지 않았다.

1904년에 그는 전자가 운동 방향으로 수축하고 이에 수직으로 팽창하는 이론을 개발했다. 그와는 별도로 폴 랑제뱅은 1905년에 매우 유사한 모델을 개발했다. 부헤러-랑제뱅 모델은 헨드릭 로런츠(1899), 앙리 푸앵카레(1905, 1906) 및 알베르트 아인슈타인(1905)의 전자가 다른 방향으로의 팽창 없이 길이 수축을 겪는다는 모델과 전자가 강체인 막스 아브라함의 모델의 대안이었다. 세 모델 모두 전자의 속도가 빛의 속도에 접근하면 전자의 질량이 증가할 것이라고 예측했다. 부헤러-랑제뱅 모델은 빠르게 폐기되었고, 일부 실험자들은 아브라함의 이론과 로런츠-아인슈타인 이론을 실험으로 구별하려고 시도했다. 이것은 발터 카우프만(1901–1905)에 의해 수행되었는데, 그는 자신의 실험이 아브라함의 이론을 확인하고 로런츠-아인슈타인 이론을 반증한다고 믿었다. 그러나 1908년에 부헤러 역시 몇 가지 실험을 수행하여 로런츠-아인슈타인 이론과 상대성 원리를 확인하는 것으로 보이는 결과를 얻었다. 부헤러와 논쟁을 벌였던 아돌프 베스텔마이어와 같은 예외를 제외하고, 부헤러의 실험은 결정적인 것으로 간주되었다. 그러나 1938년에 카우프만-부헤러-노이만 실험 및 상대론적 에너지와 운동량 검증 실험에서 질량의 정성적인 증가만을 보여주었을 뿐, 서로 다른 모델을 구별하기에는 너무 부정확했다는 것이 밝혀졌다. 이는 1940년까지 지속되었고, 그때 비슷한 실험 장비가 로런츠-아인슈타인 공식을 확인할 만큼 충분히 정확했다.

부헤러(1906)는 아인슈타인의 이론에 대한 몇 가지 비판적인 언급을 하면서 "아인슈타인 상대성 이론"(Einsteinsche Relativitätstheorie)이라는 표현을 처음 사용했다. 이것은 막스 플랑크의 로런츠-아인슈타인 이론에 대한 "상대 이론"이라는 용어에 기초했다. 그리고 1908년에 부헤러 자신은 자신의 상대성 원리 버전을 거부하고 "로런츠-아인슈타인 이론"을 받아들였다.

나중에(1923, 1924) 부헤러는 몇몇 논문에서 일반 상대성 이론을 비판했다. 그러나 이 비판은 부헤러가 아인슈타인의 등가 가설을 잘못 해석했기 때문에 거부되었다.

4.5. 일반 상대성 이론 비판

부헤러는 몇몇 논문에서 일반 상대성 이론을 비판했다. 그러나 이 비판은 부헤러가 알베르트 아인슈타인의 등가 가설을 잘못 해석했기 때문에 받아들여지지 않았다. 부헤러(1903b)는 앙리 푸앵카레처럼 상대성 원리를 지지하여, 전자기 효과를 설명할 때 에테르가 아닌 물체의 상대적 운동만 고려해야 한다고 주장했다. 그는 에테르의 물리적 부재를 가정하며 더 나아갔고, 1906년에는 공간의 기하학이 리만 기하학이라는 가정을 포함한 이론을 개발했다. 그러나 이 이론은 불명확했고, 1908년 발터 리츠는 부헤러의 이론이 전자기학과 관련하여 잘못된 결론을 낸다고 지적했다. 알베르트 아인슈타인과 달리, 부헤러는 에테르에 대한 자신의 거부를 공간과 시간의 상대성과 연결 짓지 못했다.

1904년, 부헤러는 전자가 운동 방향으로 수축하고 수직 방향으로 팽창한다는 전자 이론을 개발했다. 폴 랑주뱅도 1905년에 독립적으로 유사한 모델을 개발했다. 부헤러-랑제방 모델은 헨드릭 로렌츠, 앙리 푸앵카레, 알베르트 아인슈타인의 전자 모델과 막스 아브라함의 모델에 대한 대안이었다. 세 모델 모두 전자의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 질량이 증가한다고 예측했다. 부헤러-랑제방 모델은 곧 폐기되었고, 발터 카우프만은 실험을 통해 아브라함의 이론과 로렌츠-아인슈타인 이론을 구별하려 했다. 카우프만은 자신의 실험이 아브라함의 이론을 확인한다고 믿었지만, 1908년 부헤러의 실험은 로렌츠-아인슈타인 이론과 상대성 원리를 지지하는 결과를 냈다. 아돌프 베스텔마이어를 제외하면, 부헤러의 실험은 결정적인 것으로 여겨졌다. 그러나 1938년, 카우프만, 부헤러, 노이만 등의 모든 실험이 질량의 증가를 보여주지만, 모델을 구별하기에는 부정확하다는 것이 밝혀졌다. 1940년이 되어서야 로렌츠-아인슈타인 공식을 확인할 만큼 정확한 실험이 가능해졌다.

부헤러(1906)는 막스 플랑크의 "상대 이론"이라는 용어를 바탕으로, "아인슈타인의 상대성 이론"이라는 표현을 처음 사용했다. 1908년, 부헤러는 자신의 상대성 원리를 거부하고 "로렌츠-아인슈타인 이론"을 받아들였다.

5. 출판물

알프레드 부헤러(Alfred Bucherer)는 다음을 포함한 다양한 출판물을 저술했다.

* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1896). "Die Wirkung des Magnetismus auf die electromotorische Kraft". Annalen der Physik 294 (7), 564–578. [https://zenodo.org/record/1423914 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1896). "Nachtrag zu: Die Wirkung des Magnetismus auf die electromotorische Kraft". Annalen der Physik 295 (12), 735–741. [https://zenodo.org/record/1423920 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1897). "Berichtigung zu "Magnetismus und electromotorische Kraft"". Annalen der Physik 297 (8), 807. [https://zenodo.org/record/1423928 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1898). "Ueber osmotischen Druck". Annalen der Physik 300 (3), 549–554. [https://zenodo.org/record/1423946 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1900). "Zur Theorie der Thermoelektricität der Elektrolyte". Annalen der Physik 308 (10), 204–209. [https://zenodo.org/record/1423985 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1902). "Ueber das Kraftfeld einer sich gleichförmig bewegenden Ladung". Annalen der Physik 313 (6), 326–335. [https://zenodo.org/record/1424011 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1902). "Berichtigung". Annalen der Physik 314 (9), 496.
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1903). Elemente der Vektor-Analysis mit Beispielen aus der theoretischen Physik. Leipzig: Teubner.
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1903b). "Über den Einfluß der Erdbewegung auf die Intensität des Lichtes". Annalen der Physik 316 (6), 270–283. [https://zenodo.org/record/1424035 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1904). Mathematische Einführung in die Elektronentheorie. Leipzig: Teubner.
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1905). "Das deformierte Elektron und die Theorie des Elektromagnetismus". Physikalische Zeitschrift 6, 833–834.
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1906). "Ein Versuch, den Elektromagnetismus auf Grund der Relativbewegung darzustellen". Physikalische Zeitschrift 7, 553–557.
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1907). "On a new Principle of Relativity in Electromagnetism". Philosophical Magazine 13 (76), 413–421. [https://zenodo.org/record/1430820 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1907). "The Action of Uniform Electric and Magnetic Fields on Moving Electrons". Philosophical Magazine 13, 721. [https://zenodo.org/record/1430822 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1908). "Messungen an Becquerelstrahlen. Die experimentelle Bestätigung der Lorentz-Einsteinschen Theorie". Physikalische Zeitschrift 9, 755–762.
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1908). "On the Principle of Relativity and on the Electromagnetic Mass of the Electron. A Reply to Mr. Cunningham". Philosophical Magazine 15 (87), 316–318. [https://zenodo.org/record/1430848 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1909). "Die experimentelle Bestätigung des Relativitätsprinzips". Annalen der Physik 333 (3), 513–536. [https://zenodo.org/record/1424141 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1909). "Nachtrag zu meiner Arbeit: "Bestätigung des Relativitätsprinzips"". Annalen der Physik 334 (10), 1063. [https://zenodo.org/record/1424149 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1909). "Antwort auf die Kritik des Hrn. E. Bestelmeyer bezüglich meiner experimentellen Bestätigung des Relativitätsprinzips". Annalen der Physik 335 (15), 974–986. [https://zenodo.org/record/1424157 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1910). "Erwiderung auf die Bemerkungen des Hrn. A. Bestelmeyer". Annalen der Physik 338 (14), 853–856. [https://zenodo.org/record/1424181 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1912). "Die neuesten Bestimmungen der spezifischen Ladung des Elektrons". Annalen der Physik 342 (3), 597–598. [https://zenodo.org/record/1424225 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1922). "Gravitation und Quantentheorie". Annalen der Physik 373 (9), 1–10. [https://zenodo.org/record/1424379 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1922). "Gravitation und Quantentheorie. II". Annalen der Physik 373 (14), 545–550. [https://zenodo.org/record/1424389 zenodo.org]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1924). "Die Rolle des Standorts in der Relativitätstheorie. Eine Antwort auf die Kritik des Hrn. A. Wenzl". Annalen der Physik 378 (5–6), 397–402. [http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k153753/f411.table gallica.bnf.fr]
* 부헤러, A. H./Bucherer, A. H.^독일어, (1924). "Berichtigung zur Arbeit "Die Rolle des Standorts in der Relativitätstheorie"". Annalen der Physik 379 (9), 104.