Pointing to the importance of invariance principles has been ranked as one of Einstein’s greatest merits. The symmetries represent an additional category used in a description of the physical world, additional to initial conditions and the very laws of Nature, as distinguished by Newton. Some invariances related to space and time are easy to describe: that the laws of nature are the same everywhere, that they are time independent, and that they do not change if some physical system is subjected (...) to a rotation around an axis in space. The relativistic invariance, which Einstein re-established in his special relativity, was based on giving a full physical meaning to the transformations which Lorentz used to relate observers moving uniformly with respect to each other. He realized that there is no absolute “at rest”, and no sensible “simultaneous” events. What is absolute in his relativity is the constant speed of light, and a well defined proper-time interval. The relativity entered physics as the first great creative principle on Einstein’s list. Subsequently, its marriage to the quantum principle established in atomic physics, brought out the quantum field theory as a mighty tool for the future investigation of the subatomic world. The newly discovered fundamental interactions urged to look for a principle explaining them. It has been found in the form of the gauge principle underlying the present day standard model of elementary particle interactions. It is remarkable that Einstein gave his magical touch also to quantum and gauge principles. Still, the most important Einstein’s idea is that the whole of physics has to be expressed in Minkowski’s space, subject to Lorentz transformations. Today we are aware that, like other symmetries with their restrictions, Lorentz symmetry would be restricted to the non cosmological scale. New ideas in conjunction with the forthcoming cosmological measurements may lead to astonishing results. (shrink)

Die Hervorhebung der Bedeutung der Invarianzprinzipien wird zu den größten Verdiensten Einsteins gezählt. Die Symmetrien stellen eine neue Kategorie zur Beschreibung der physikalischen Welt dar, zusätzlich zu den Randbedingungen und den Naturgesetzen, wie sie von Newton aufgestellt wurden. Einige Invarianzen in Bezug auf die Zeit und den Raum sind leicht zu verstehen: dass die Naturgesetze überall die gleichen sind, ferner dass sie zeitunabhängig und unveränderlich sind, wenn ein Bezugssystem der Drehung im Raum um eine Achse ausgesetzt ist. Die relativistische Invarianz (...) hingegen, die Einstein in seine Relativitätstheorie eingebaut hat, bleibt weniger plausibel. Den Lorentz-Transformationen, mit denen Beobachter bei konstanter Geschwindigkeit in einem gemeinsamen Bezugssystem mathematisch beschrieben werden, maß Einstein ihre volle physikalische Bedeutung zu, infolge seiner Erkenntnis, dass es nicht möglich ist, den absoluten Stillstand zu bestimmen oder die Gleichzeitigkeit verschiedener Ereignisse festzustellen. Gleichwohl bestehen in der Relativität auch absolute Bestandteile, die für alle Beobachter gelten: die konstante Lichtgeschwindigkeit und ein genau definiertes Intervall der Eigenzeit des Beobachters. Die Relativität hielt als eines der ersten „kreativen Prinzipien“, die Einstein erkannt hatte, ihren Einzug in die Physik. In Verbindung mit dem Quantenprinzip, das aus der Erforschung der Atomphysik hervorgeht, kam die Quantentheorie der Felder zustande, eine mächtige Waffe für künftige Erforschungen der subatomaren Welt. Die neuentdeckten fundamentalen Interaktionen eröffneten die Frage nach einem neuen Prinzip, das sie erklären konnte. Ein solches kreatives Prinzip wurde im mathematischen Messprinzip erkannt, auf dem auch das heutige Standardmodell des Zusammenwirkens von Elementarteilchen gründet. Es ist erstaunlich, dass beide Prinzipien, das Quantenprinzip und das Messprinzip, aus Einsteins Arbeit hervorgehen. Doch vor allem bleibt Einsteins bedeutendste Idee, dass nämlich die gesamte Physik im Minkowski-Raum zu verorten ist, den Lorentz-Transformationen unterstellt. Heute ist man sich der Tatsache bewusst, dass, wie bei allen anderen Symmetrien mitsamt ihrer Einschränkungen, auch bei der Lorentz’schen mit Abweichungen auf der kosmischen Skala zu rechnen ist. Neue Ideen in Zusammenhang mit kosmischen Messungen, deren Zeugen wir schon jetzt sind, könnten zu erstaunlichen Ergebnissen führen. (shrink)

Le fait d’avoir signalé l’importance du principe de l’invariance est considéré comme un des plus grands mérites d’Einstein. Les symétries sont présentées comme une nouvelle catégorie dans la description du monde physique, laquelle s’ajoute aux catégories des conditions initiales et des lois mêmes de la nature, définies par Newton. Certaines symétries de l’espace et du temps sont faciles à décrire: les lois de la physique doivent être les mêmes partout et indépendantes du temps, de même que ces lois ne changent (...) pas si un système physique subit une rotation autour d’un axe dans l’espace. D’autre part l’invariance relativiste qu’Einstein a incorporé dans sa théorie de la relativité est moins évidente. Einstein a donné une signification physique pleine aux transformations dont se servait Lorentz pour relier mathématiquement les observateurs en mouvement relatif uniforme, reconnaissant qu’il n’était pas possible d’établir le repos absolu ou de déterminer la simultanéité des faits différents. Pourtant la relativité a des éléments absolus, identiques pour tous les observateurs: la vitesse constante de la lumière et l’intervalle bien défini du temps de l’observateur. La relativité a fait son entrée en physique comme un des principes créatifs d’Einstein. Associée au principe quantique provenant des recherches atomiques, elle a donné naissance à la théorie des champs quantiques qui sera une arme puissante dans les recherches futures sur le monde subatomique. Les nouvelles interactions fondamentales, faibles et fortes qui y ont été découvertes ont posé la question d’un nouveau principe responsable des interactions fondamentales. Un tel « principe créatif » se trouve dans le principe mathématique de jauge sur lequel repose le modèle standard actuel des interactions des particules élémentaires actuelles. Il est remarquable que les deux autres principes, le principe quantique et le principe de jauge sont également attribués à Einstein. Pourtant l’idée la plus importante d’Einstein est de faire entrer l’intégralité de la physique dans l’espace de Minkowski soumis aux transformations de Lorentz. Aujourd’hui nous sommes conscients du fait que, comme les autres symétries ont leurs restrictions, on peut, à l’échelle cosmique, s’attendre à des écarts par rapport à la symétrie de Lorentz. Les nouvelles idées conjugées avec des mesurages cosmiques dont nous sommes déjà témoins, peuvent nous conduire vers des découvertes surprenantes. (shrink)