History of Topics in Special Relativity/Müller's history

History of Topics in Special Relativity ()
Multiple chapter topics History of Lorentz transformations History of relativistic four vectors History of relativistic tensors Single page topics History of twin paradox History of time dilation History of three-acceleration transformation Müller's history of relativity

Müller's history of special relativity

Date of article creation: 17 November 2023; Last edit: 18 January 2024

The freelance writer and law student Fritz Müller (later known as w:de:Fritz Müller-Partenkirchen according to Könneker) attended w:Albert Einstein's lecture on relativity in Zürich from January 1911. He wrote a popular report about this lecture, as well as about the subsequent discussion with Einstein, in the German newspaper "Berliner Tageblatt" published in two parts in 16. and 23. October 1911, in which he provided further details. See the full Wikisource transcription of Müller's article which is now in the public domain.

While we already reported about Müller's discussion of the twin paradox (see Twin paradox#Müller (1911), we now give his description of the historical development of special relativity, which is interesting because Müller's account includes direct quotes as well as paraphrased statements made by Einstein himself during their discussion:

German	English translation
In diese Bresche nun rückten die Physiker mit neuen ingeniösen Experimenten ein. Vergebens. Es ließ sich nirgends die Spur des relativen Einflusses der Erdbewegung auf die Geschwindigkeit des Lichts feststellen. Die optischen Vorgänge erwiesen sich als völlig unabhängig von jeder Erdbewegung. Also, so schloß man zwingend, ist das Licht konstant. Hat stetsfort die gleiche Geschwindigkeit, gleichviel, ob die Lichtquelle auf den Beschauer zu- oder von ihm fortbewegt wird, und natürlich auch umgekehrt, ob der Beschauer sich gegenüber der Lichtquelle bewegt oder still steht.	Physicists now moved into this breach with new ingenious experiments. In vain. No sign of a relative influence of Earth's motion on the speed of light could be found anywhere. The optical processes prove to be totally independent of any motion of Earth. Thus one strictly concluded that light is constant. It steadily has the same speed, no matter when the light source is moving towards or away from the observer, and of course also in reverse, when the observer is moving towards the light source or is standing still.
Aber diese Konstanz des Lichtes bedeutete ja einen eklatanten Widerspruch gegen die Bewegungsrelativität? Allerdings. Die Ueberraschung und die Verlegenheit unter den Physikern waren groß, als sich dieser unlösbare Widerspruch zwischen dem Relativitätsprinzip der Bewegung und der Lichtkonstanz gähnend auftat. “Da waren wir nun wieder die Lackierten,” bemerkte der Vortragende mit jenem gemütlichen Entdeckerhumor, der sich nach glücklichen Lösungen einzustellen pflegt. Als sich die Forschung jahrelang vergeblich mit Lösungsversuchen gequält hatte, landete man zuletzt an der gewaltsamen Erklärung: die bewegten Gegenstände werden vom anprallenden Aether zusammengedrückt. Dadurch verkürzen sie sich gerade um so viel in der Richtung ihrer Bahn, daß der ihnen nacheilende Lichtstrahl keinen größeren Weg zurückzulegen braucht, als wenn sich die bewegten Gegenstände nicht von der Lichtquelle fortbewegt hätten, sondern still gestanden wären. Und darum bliebe die Lichtgeschwindigkeit immer konstant.	But isn't the constancy of light implying a blatant contradiction against the relativity of motion? Indeed. The surprise and embarrassment under the physicists was great, when this unsolvable contradiction between the relativity principle of motions and the light constancy was widely opened. “We now were the fooled ones again”, noted the lecturer [i.e. Einstein] with the cozy explorer humor that arises after fortunate solutions. After the researchers in vain tormented themselves for years in attempts at a solution, one at last arrived at a violent solution: moving objects are being compressed by the impacting aether. By that, they contract just by such an amount in the direction of their path, so that the following light ray doesn't need to traverse a larger path, as if the moving objects had not been moving away from the light source but were standing still. And therefore the speed of light would always remain constant.
Also der Aether, dieses hypothetische Verlegenheitskind der Physik, war wieder einmal schuld. Dieser Aether, der ein Körper ohne Gewicht sein sollte, der alle anderen Körper widerstandslos durchdrang, bekam plötzlich die Fähigkeit, starre Körper zusammenzudrücken. Einstein beruhigte sich nicht dabei. Gewiß, der Aether hatte unschätzbare Dienste geleistet zur Erforschung der optischen Gesetze. Aber schon seitdem in der elektrischen Lichttheorie der Aether als mechanisches Uebertragungsmittel in den Hintergrund trat, lag der frühe Schluß nahe: Wie, wenn es keinen Aether gäbe, wenn die gewaltsame Kontraktion fliehender Körper durch den Aether nur scheinbar wäre? Freilich war dann der Aether von seiner letzten Zufluchtsstatt vertrieben.	Thus the aether, this hypothetical child of embarrassment of physics, was responsible again. This aether, which should be a body without weight, which traverses all other bodies without resistance, suddenly gets the capability of compressing rigid bodies. Einstein didn't calm down by that. Certainly, the aether has provided invaluable services in the study of optical laws. But already since the aether as a mechanical medium in the electrical theory of light stepped into the background, the early conclusion was near at hand: What if there is no aether, if the violent contraction of flying bodies through the aether is only apparent? Of course, then the aether would have been banished from its last refuge.
Hier bohrte sich Einsteins beharrliches Nachdenken ein. Tag um Tag klopfte sein Warum an dasselbe Rätseltor. Er fühlte: hier verbarg sich ein fundamentales Gesetz. Hier dehnten sich die Grenzen menschlicher Erkenntnis in ein neues Land. Aber die Natur blieb stumm. Sie gab keine Antwort. Dennoch ging der Forscher in konzentrischen Kreisen dem Problem auf den Leib. Unablässig stellte er die gleiche Frage an den Verstand. An den Verstand, nicht an das Experiment. Denn das Experiment hatte ja schon gesprochen und den Widerspruch aufgedeckt. Die Rettung lag beim Verstand. Die Zähigkeit des jahrelangen Ringens um die Erleuchtung erklärte mir der Forscher mit der magischen Anziehungskraft, die das Problem auf jeden ausübt, der sich mit ihm beschäftigt. Es läßt nicht mehr los. Endlich aber ermattete er und sagte eines Nachmittags zu seinem Freunde, er wolle es aufgeben. Da – am anderen Morgen, als die ungeheure jahrelange Spannung von ihm wich – ergab sich ihm das Rätsel in einem einzigen Lichtblick: die Fehlerquelle lag nicht außen im Raum, sie lag in unserem Denken. Der uralte Fehler, als gäbe es eine absolute Zeit, lag bloß. Die Zeit ist relativ. Sie ist eine andere für den ruhenden, eine andere relativ zu dem bewegten Körper. Der Lichtstrahl, der dem bewegten Körper nacheilt, tritt auf diesem Körper in ein anderes Zeitreich ein. Die Zeit, die der Ruhende auf dem bewegten Körper beobachten könnte, geht gegenüber seiner eigenen Zeit genau um so viel nach, als nötig ist, um den Widerspruch zwischen Konstanz des Lichtes und Relativität der Bewegung auszugleichen. Damit aber ist der Aether endgültig entthront. Wir brauchen ihn nicht mehr. Er hat seine Schuldigkeit getan.	Einstein's persistent thinking penetrated into this matter. Day by day his questions knocked at the same riddle door. He felt: a fundamental law is hiding here. The limits of human knowledge extended into another realm at this place. But nature remained silent. It gave no answer. Nevertheless the researcher tackled the problem in concentric circles. Relentlessly he posed the same question to the mind. To the mind, not to the experiment. Because the experiment has already spoken and uncovered the contradiction. The rescue was in the mind. The persistence of year long struggles for enlightenment was explained by the researcher with the magical attraction, that the problem exerts on everyone who is engaged with it. It doesn't let loose anymore. Finally he became weary and one afternoon he said to his friend that he wants to give up. There – at the other morning, as the enormous year long tension left him – the riddle arose to him in one single blink of light: the source of error wasn't out in space, it was in our thinking. The ancient error, that there is an absolute time, laid bare. Time is relative. It is distinct for a resting one, and distinct for a body in relative motion. The light ray that follows a moving body, is entering at this body into another realm of time. The time that the resting one could observe on the moving body, is retarded with respect to his own by exactly the amount necessary to balance the contradiction between the constancy of light and the relativity of motion. Yet the aether is finally dethroned by that. We don't need it anymore. It has done its duty.
[..] Erklärt doch Einstein selbst, er habe Wochen gebraucht, bis ihm seine Resultate nicht mehr widersinnig vorgekommen seien.	[..] Einstein himself explained that he needed weeks until his results didn't appear nonsensical to him anymore.
[..] Einstein bekannte mir: „Als ich die langen Jahre über dem Zeitproblem grübelte, war mir der Bücherpfeiler der einschlägigen optischen Literatur darüber nur wenig bekannt. Das war mein Glück. Ich hätte mich sonst kaum aus den vorgefahrenen Rinnen gelöst.”	[..] Einstein admitted to me: “As I pondered these long years over the problem of time, the book pillars of the relevant optical literature about it was only little known to me. That was my fortune. Otherwise I hardly would have detached myself from the previously used paths.”

While the freelance writer Müller certainly took some "literary" liberties in order to give a gripping description, there are some interesting remarks. In particular, the reference to Einstein's "friend" resembles the description in Einstein's Kyoto lecture (1922) concerning a discussion with a "friend" (i.e. w:Michele Besso) after which Einstein had solved the problem by the next day.

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One statemant was probably taken from w:Otto Lehmann, who held a popular lecture on relativity in September 1910 (published 1911), including the following remark:

German: Wie schwer es ist, sich an diese neue Art der Auffassung zu gewöhnen, erfuhr schon Einstein selber, welcher sagt, er habe wochenlang nachdenken müssen, bis ihm die Resultate seiner Formeln nicht mehr widersinnig vorgekommen seien.

English translation: How hard it is to get used to this new way of understanding, was already experienced by Einstein himself, who said that he needed to ponder for weeks until the results of his formulas didn't appear nonsensical to him anymore.

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In the context of early popularizations of modern physics, some passages of Müller's article were quoted by Könneker (2001).