Lorenz, Hendrik

Hendrik Anton Lorenz
nederl.  Hendrik Anton Lorentz

Fotoportræt af 1902
Navn ved fødslen nederl.  Hendrik Anton Lorentz
Fødselsdato 18. Juli 1853( 18-07-1853 )
Fødselssted Arnhem , Holland
Dødsdato 4. februar 1928 (74 år)( 04-02-1928 )
Et dødssted Haarlem , Holland
Land
Videnskabelig sfære teoretisk fysik
Arbejdsplads Timmer School (Arnhem),
Leiden University ,
Taylor Museum
Alma Mater Leiden Universitet
Akademisk grad PhD [2]
videnskabelig rådgiver Peter Reike
Studerende Adrian Fokker ,
Leonard Ornstein
Kendt som skaberen af ​​klassisk elektronteori
Priser og præmier
Nobel pris Nobelprisen i fysik  ( 1902 )
Copley-medalje ( 1918 )
Ridder af Æreslegionens Orden Ridder af Orange-Nassau-ordenen
Wikisource logo Arbejder hos Wikisource
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Hendrik Anton Lorentz ( hollandsk.  Hendrik Antoon Lorentz ; 18. juli 1853 , Arnhem , Holland  - 4. februar 1928 , Haarlem , Holland ) - hollandsk teoretisk fysiker , vinder af Nobelprisen i fysik (1902, sammen med Peter Zeeman ) og andre priser, medlem Royal Netherlands Academy of Sciences (1881), en række udenlandske videnskabsakademier og videnskabelige selskaber.

Lorentz er bedst kendt for sit arbejde inden for elektrodynamik og optik . Ved at kombinere begrebet et kontinuerligt elektromagnetisk felt med begrebet diskrete elektriske ladninger , der udgør stoffet, skabte han en klassisk elektronisk teori og anvendte den til at løse mange særlige problemer: han fik et udtryk for den kraft, der virker på en bevægelig ladning fra den elektromagnetiske felt ( Lorentz kraft ), afledte formlen, der relaterer et stofs brydningsindeks til dets tæthed ( Lorentz-Lorentz-formlen ), udviklede teorien om lysspredning , forklarede en række magneto-optiske fænomener (især Zeeman-effekten ) og nogle egenskaber ved metaller . På grundlag af den elektroniske teori udviklede videnskabsmanden elektrodynamikken i bevægelige medier, herunder at fremsætte en hypotese om reduktion af kroppe i retning af deres bevægelse ( Fitzgerald-Lorentz kontraktion ), introducerede begrebet "lokal tid", modtaget et relativistisk udtryk for massens afhængighed af hastighed, afledte forhold mellem koordinater og tid i inerti-referencerammer, der ( Lorentz-transformationer ). Lorentz' arbejde bidrog til dannelsen og udviklingen af ​​ideerne om speciel relativitet og kvantefysik . Derudover opnåede han en række væsentlige resultater inden for termodynamik og den kinetiske teori om gasser , den generelle relativitetsteori og teorien om termisk stråling .

Biografi

Oprindelse og barndom (1853-1870)

Hendrik Anton Lorenz blev født den 15. juli 1853 i Arnhem . Hans forfædre kom fra Rhin-regionen i Tyskland og var hovedsageligt beskæftiget med landbrug. Faderen til den kommende videnskabsmand, Gerrit Frederik Lorentz ( Gerrit Frederik Lorentz , 1822-1893), ejede en frugttræplanteskole nær Velp . Hendrik Antons mor, Gertrud van Ginkel ( Geertruida van Ginkel , 1826-1861), voksede op i Rensvaud i provinsen Utrecht , blev gift, blev tidligt enke og giftede sig i sit tredje år som enke for anden gang - med Gerrit Frederick. De havde to sønner, men den anden af ​​dem døde som spæd; Hendrik Anton blev opdraget sammen med Hendrik Jan Jakob, Gertruds søn fra første ægteskab. I 1862 , efter sin hustrus tidlige død, giftede familiefaderen sig med Luberta Hupkes ( Luberta Hupkes , 1819/1820-1897), som blev en omsorgsfuld stedmor for børnene [3] .

Som seksårig kom Hendrik Anton ind på Timmer Folkeskole. Her, i undervisningen af ​​Gert Cornelis Timmer, forfatter til lærebøger og populærvidenskabelige bøger om fysik, stiftede unge Lorentz bekendtskab med det grundlæggende i matematik og fysik . I 1866 bestod den kommende videnskabsmand med succes adgangsprøverne til den nyåbnede højere civile skole i Arnhem ( Niderl.  Hogereburgerschool ), som nogenlunde svarede til gymnastiksalen. Studiet var let for Hendrik Anton, hvilket blev lettet af lærernes pædagogiske talent, primært H. Van der Stadt, forfatteren til flere kendte lærebøger om fysik, og Jacob Martin van Bemmelen, der underviste i kemi. Som Lorentz selv indrømmede, var det van der Stadt, der indpodede ham en kærlighed til fysik. Et andet vigtigt møde i den kommende videnskabsmands liv var bekendtskabet med Herman Haga ( hollandsk.  Herman Haga ), der studerede i samme klasse og senere også blev fysiker; de forblev nære venner gennem hele deres liv. Ud over naturvidenskaben interesserede Hendrik Anton sig for historie, læste en række værker om Hollands og Englands historie , var glad for historiske romaner ; i litteraturen blev han tiltrukket af engelske forfatteres arbejde - Walter Scott , William Thackeray og især Charles Dickens . Med en god hukommelse lærte Lorenz adskillige fremmedsprog (engelsk, fransk og tysk), og før han begyndte på universitetet, mestrede han selvstændigt græsk og latin. Trods sin omgængelige natur var Hendrik Anton en genert person og kunne ikke lide at tale om sine oplevelser selv med sine slægtninge. Han var fremmed for enhver mystik og var ifølge sin datter "berøvet troen på Guds nåde ... Troen på fornuftens højeste værdi ... erstattede hans religiøse overbevisning" [4] .

Studerer på universitetet. Første skridt i videnskaben (1870-1877)

I 1870 kom Lorenz ind på Leiden Universitet , det ældste universitet i Holland. Her deltog han i forelæsninger af fysiker Peter Reike ( hollandsk.  Pieter Rijke ) og matematiker Pieter van Geer ( Pieter van Geer ), som underviste i et kursus i analytisk geometri , men han kom tættest på professor i astronomi Frederick Kaiser , som lærte om en ny talentfuld elev fra sin tidligere elev Wang der Stadt. Det var mens han studerede på universitetet, at den fremtidige videnskabsmand blev bekendt med de grundlæggende værker af James Clerk Maxwell og kunne ikke let forstå dem, hvilket blev lettet af studiet af Hermann Helmholtz , Augustin Fresnels og Michael Faradays værker . I november 1871 bestod Lorenz sin master -eksamen med udmærkelse og besluttede at forberede sig til sine doktor-eksamener på egen hånd, og forlod Leiden i februar 1872. Tilbage til Arnhem blev han matematiklærer på aftenskolen og på Timmers skole, hvor han engang selv havde studeret; dette job gav ham nok fritid til at udføre videnskab [5] . Hovedretningen for Lorentz' forskning var Maxwells elektromagnetiske teori . Derudover oprettede han i skolens laboratorium optiske og elektriske eksperimenter og forsøgte endda uden held at bevise eksistensen af ​​elektromagnetiske bølger ved at studere udladningerne fra en Leyden-krukke . Efterfølgende, med henvisning til den britiske fysikers berømte arbejde, sagde Lorentz: "Hans" afhandling om elektricitet og magnetisme "frembragte mig måske et af de mest kraftfulde indtryk i mit liv; fortolkningen af ​​lys som et elektromagnetisk fænomen var dristigere end noget, jeg hidtil havde kendt. Men Maxwells bog var ikke let! Skrevet i de år, hvor videnskabsmandens ideer endnu ikke havde fået en endelig formulering, repræsenterede den ikke en komplet helhed og gav ikke svar på mange spørgsmål” [6] .

I 1873 bestod Lorenz sine ph.d.-eksamener [7] , og den 11. december 1875 i Leiden forsvarede han sin doktorafhandling "On the theory of reflection and refraction of light" ( hollandsk. Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht ) med æresbevisninger ( magna cum laude ) , hvori han gav en forklaring på disse processer på basis af Maxwelliansk teori. Efter forsvaret vendte den unge naturvidenskabelige doktor tilbage til sit tidligere liv som Arnhem-lærer. I sommeren 1876 krydsede han sammen med venner til fods gennem Schweiz . På dette tidspunkt stod han over for spørgsmålet om helt at skifte til matematik: det var denne disciplin, han med succes underviste i skolen, og derfor tilbød University of Utrecht ham stillingen som professor i matematik. Men Lorenz, i håb om at vende tilbage til sit alma mater, afviste dette tilbud og besluttede at tage en stilling som lærer ved det klassiske gymnasium i Leiden som en midlertidig stilling. Snart fandt en vigtig ændring sted ved universitetet i Leiden: Institut for fysik blev opdelt i to dele - eksperimentel og teoretisk. Den nye stilling som professor i teoretisk fysik blev først tilbudt Jan Diederik van der Waals , og da han takkede nej, blev Lorenz udnævnt til denne stilling [8] . Det var den første lærestol for teoretisk fysik i Holland og en af ​​de første i Europa; Lorentz' succesrige arbejde på dette område bidrog til dannelsen af ​​teoretisk fysik som en selvstændig videnskabelig disciplin [7] .  

Professor i Leiden (1878–1911)

Den 25. januar 1878 overtog Lorentz officielt titlen som professor og leverede en indledende talerapport "Molecular Theories in Physics". Ifølge en af ​​hans tidligere elever havde den unge professor "en ejendommelig gave, trods al hans venlighed og enkelhed, til at opretholde en vis afstand mellem sig selv og sine elever, slet ikke stræbe efter dette og ikke selv bemærke det" [9] . Lorenz' forelæsninger var populære blandt de studerende; han holdt af at undervise, til trods for at denne aktivitet tog en betydelig del af hans tid. Desuden påtog han sig i 1883 en ekstra arbejdsbyrde ved at afløse sin kollega Heike Kamerling-Onnes , der på grund af sygdom ikke kunne undervise i et kursus i almen fysik ved det medicinske fakultet; Lorentz fortsatte med at holde disse foredrag selv efter Onnes' bedring, indtil 1906. Baseret på kurserne i hans forelæsninger udkom en række kendte lærebøger, som gentagne gange blev genoptrykt og oversat til mange sprog. I 1882 begyndte professor Lorenz sine populariseringsaktiviteter, hans taler til et bredt publikum var vellykkede på grund af hans talent for at forklare komplekse videnskabelige problemstillinger på en tilgængelig og klar måde [10] .

I sommeren 1880 mødte Lorenz Aletta Kaiser ( Aletta Catharina Kaiser , 1858-1931), niece til professor Kaiser og datter af den berømte gravør Johann Wilhelm Kaiser ( hollandsk.  Johann Wilhelm Kaiser ), direktør for Statsmuseet i Amsterdam . Samme sommer fandt forlovelsen sted, og i begyndelsen af ​​næste år blev de unge gift [11] . I 1885 fik de en datter, Gertrude Lubert ( hollandsk.  Geertruida de Haas-Lorentz ), som modtog navne til ære for videnskabsmandens mor og stedmor. Samme år købte Lorenz et hus på Heugracht 48, hvor familien førte et stille, afmålt liv. I 1889 blev den anden datter, Johanna Wilhelmina, født , i 1893, den første søn, som levede mindre end et år, og i 1895, den anden søn, Rudolf [12] . Den ældste datter blev senere elev af sin far, studerede fysik og matematik og blev gift med den berømte videnskabsmand Wander Johannes de Haas , en elev af Kamerling-Onnes [13] .

Lorenz tilbragte sine første år i Leiden i frivillig selvisolation: han udgav lidt i udlandet og undgik praktisk talt kontakt med omverdenen (dette skyldtes sandsynligvis hans generthed). Hans arbejde var lidt kendt uden for Holland indtil midten af ​​1890'erne. Det var først i 1897, at han første gang deltog i en kongres for tyske naturvidenskabsmænd og læger, der blev afholdt i Düsseldorf , og fra da af blev han en regelmæssig deltager i store videnskabelige konferencer. Han mødte så berømte europæiske fysikere som Ludwig Boltzmann , Wilhelm Wien , Henri Poincaré , Max Planck , Wilhelm Roentgen og andre. Anerkendelsen af ​​Lorentz som videnskabsmand voksede også, hvilket blev lettet af succesen med den elektroniske teori, han skabte, som supplerede Maxwells elektrodynamik med ideen om "elektricitetsatomer", det vil sige eksistensen af ​​ladede partikler, der udgør stoffet. Den første version af denne teori blev offentliggjort i 1892; efterfølgende blev det aktivt udviklet af forfatteren og brugt til at beskrive forskellige optiske fænomener ( spredning , egenskaber af metaller , grundlæggende principper for elektrodynamikken i bevægelige medier og så videre). En af elektronteoriens mest slående resultater var forudsigelsen og forklaringen af ​​spaltningen af ​​spektrallinjer i et magnetfelt , opdaget af Peter Zeeman i 1896. I 1902 delte Zeeman og Lorentz Nobelprisen i fysik ; Leiden professor blev således den første teoretiker til at modtage denne pris [14] . Succesen med elektronteorien skyldtes i høj grad forfatterens modtagelighed for forskellige ideer og tilgange, hans evne til at kombinere elementer fra forskellige teoretiske systemer. Som historikeren Olivier Darrigol skrev,

Som det sømmer sig for hans lands åbenhed, læste han tyske, engelske og franske kilder uden forskel. Hans vigtigste inspirationskilder, Helmholtz, Maxwell og Fresnel, tilhørte meget forskellige, til tider uforenelige traditioner. Mens eklekticisme kan skabe forvirring i det almindelige sind, udnyttede Lorentz det.

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] Som det sømmer sig for sit lands åbenhed, læste han vilkårligt fra tyske, engelske og franske kilder. Hans vigtigste inspirationskilder, Helmholtz, Maxwell og Fresnel, tilhørte meget forskellige, til tider modstridende, traditioner. Mens eklekticismen i et gennemsnitligt sind kunne have skabt forvirring, profiterede Lorentz på det. — Darrigol O. Elektrodynamik fra Ampere til Einstein. - Oxford University Press, 2000. - S. 322.

Nu fra forskellige dele af verden modtog Lorenz invitationer til at lave særlige rapporter: han besøgte Berlin (1904) og Paris (1905), og i foråret 1906 holdt han en række forelæsninger ved Columbia University i New York. Snart begyndte andre universiteter at krybe ham; især tilbød universitetet i München i 1905 ham meget bedre vilkår end i Leiden. Forskeren havde dog ikke travlt med at tage afsted og opgive et stille liv i en lille by, og efter at det hollandske undervisningsministerium forbedrede hans arbejdsforhold væsentligt (forelæsningsbelastningen blev reduceret, en assistent blev tildelt, et separat kontor og et personligt laboratorium), kasserede han endelig tanker om at flytte [15] . I 1909 blev Lorenz udnævnt til formand for Institut for Fysik ved Royal Netherlands Academy of Sciences og holdt denne stilling i tolv år [16] .

Fremkomsten af ​​relativitetsteorien og de første kvanteideer sår tvivl om gyldigheden af ​​Lorentz' elektroniske teori og klassisk fysik generelt. Den hollandske videnskabsmand forsøgte til det sidste at finde en vej ud af det dødvande, som den gamle fysik befandt sig i, men det lykkedes ikke. Som Torichan Kravets skrev i forordet til den sovjetiske udgave af Lorentz' "Theory of Electrons" , "er hans kamp for hans undervisning virkelig storslået. Den videnskabelige upartiskhed hos forfatteren, der respektfuldt imødekommer alle indvendinger, alle vanskeligheder, er også slående. Efter at have læst hans bog ser man med egne øjne, at alt er blevet gjort for at redde de gamle vaneanskuelser – og alt dette har ikke bragt dem til frelse” [17] . Trods sin tilslutning til klassikernes idealer og en forsigtig tilgang til nye begreber, var Lorentz klart bevidst om det gamles ufuldkommenhed og frugtbarheden af ​​nye videnskabelige ideer. I efteråret 1911 fandt den første Solvay-kongres sted i Bruxelles , der samlede førende europæiske fysikere for at diskutere kvanteteorien om stråling. Formanden for denne kongres var Lorenz, hvis kandidatur viste sig at være meget vellykket på grund af hans store autoritet, kendskab til flere sprog og evnen til at lede diskussioner i den rigtige retning. Kolleger anerkendte hans fortjenester ved at holde kongressen på et højt videnskabeligt niveau; I et af sine breve kaldte Albert Einstein således Lorentz for "et mirakel af intelligens og takt" [18] . Og her er det indtryk, kommunikationen med den hollandske videnskabsmand gjorde på Max Born : "Det, der var mest slående, når man så på ham, var hans øjnes udtryk - en fantastisk kombination af dyb venlighed og ironisk overlegenhed. Hans tale svarede til dette - klar, blød og overbevisende, men samtidig med ironiske nuancer. Lorenz' opførsel var indtagende elskværdig..." [19]

Haarlem (1912–1928)

I 1911 modtog Lorenz et tilbud om at tiltræde stillingen som kurator for Taylor-museet , som havde et fysikkontor med et laboratorium, og for det hollandske videnskabelige selskab ( Koninklijke  Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen ) i Haarlem . Videnskabsmanden accepterede og begyndte at lede efter en efterfølger til stillingen som Leiden-professor. Efter afslaget fra Einstein, som på det tidspunkt allerede havde accepteret en invitation fra Zürich , henvendte Lorentz sig til Paul Ehrenfest , som arbejdede i St. Petersborg . I efteråret 1912 , da sidstnævntes kandidatur blev officielt godkendt, flyttede Lorenz endelig til Haarlem [20] . På Taylor Museum modtog han et lille laboratorium til eget brug; hans opgaver omfattede at organisere populære forelæsninger for fysiklærere, som han selv begyndte at læse. Derudover forblev han i yderligere ti år en ekstraordinær professor ved universitetet i Leiden, og hver mandag klokken 11 om morgenen holdt han særlige forelæsninger dér helliget de seneste fysiske ideer. Dette traditionelle seminar vandt stor popularitet i den videnskabelige verden, det blev overværet af mange berømte forskere fra hele verden [21] .

Med alderen lagde Lorenz mere og mere opmærksomhed på sociale aktiviteter, især til problemerne med uddannelse og internationalt videnskabeligt samarbejde. Så han blev en af ​​grundlæggerne af det første hollandske Lyceum i Haag og arrangør af de første gratis biblioteker og læsesal i Leiden. Han var en af ​​administratorerne af Solvay Foundation, som finansierede grundlæggelsen af ​​Det Internationale Fysiske Institut, og stod i spidsen for en komité, der var ansvarlig for at fordele bevillinger til videnskabelig forskning af videnskabsmænd fra forskellige lande [22] . I en artikel fra 1913 skrev Lorentz: "Alle erkender, at samarbejde og forfølgelsen af ​​et fælles mål i sidste ende giver anledning til en dyrebar følelse af gensidig respekt, solidaritet og godt venskab, som igen styrker verden." Men den første verdenskrig , som kom snart, afbrød kommunikationen mellem videnskabsmænd fra de krigsførende lande i lang tid; Lorentz forsøgte som borger i et neutralt land efter bedste evne at udjævne disse modsætninger og genoprette samarbejdet mellem individuelle forskere og videnskabelige samfund. Så efter at have trådt ind i ledelsen af ​​Det Internationale Forskningsråd, der blev grundlagt efter krigen (forgængeren for Det Internationale Videnskabsråd ), opnåede den hollandske fysiker og hans medarbejdere udelukkelsen fra charteret for denne organisation af klausuler, der diskriminerer repræsentanter for de besejrede lande. I 1923 sluttede Lorenz sig til Den Internationale Komité for Intellektuelt Samarbejde , oprettet af Folkeforbundet  for at styrke de videnskabelige bånd mellem europæiske stater, og nogen tid senere afløste filosoffen Henri Bergson som formand for denne institution [23] .

I 1918 blev Lorenz udnævnt til formand for statens komité for dræning af Zuiderzee-bugten og brugte meget tid på dette projekt indtil slutningen af ​​sit liv, idet han direkte overvågede ingeniørberegninger. Problemets kompleksitet krævede at tage højde for talrige faktorer og udvikle originale matematiske metoder; her kom videnskabsmandens viden inden for forskellige områder af teoretisk fysik til nytte. Byggeriet af den første dæmning begyndte i 1920; projektet sluttede mange år senere, efter dets første leders død [24] . En dyb interesse for pædagogikkens problemer førte Lorenz i 1919 til bestyrelsen for offentlig uddannelse, og i 1921 ledede han afdelingen for højere uddannelse i Holland. Året efter besøgte videnskabsmanden på invitation fra California Institute of Technology for anden gang USA og holdt foredrag i en række byer i dette land. Efterfølgende rejste han to gange mere til udlandet: i 1924 og i efteråret-vinteren 1926/27, da han læste et forelæsningskursus i Pasadena [25] . I 1923 , da han nåede aldersgrænsen, trak Lorenz sig officielt tilbage, men fortsatte med at holde sine mandagsforelæsninger som æresprofessor. I december 1925 blev der holdt fest i Leiden i anledning af 50-året for forsvaret af Lorentz' doktorafhandling. Omkring to tusinde mennesker fra hele verden var inviteret til denne fejring, herunder mange fremtrædende fysikere, repræsentanter for den hollandske stat, studerende og venner af dagens helt. Prins Hendrik overrakte videnskabsmanden den højeste udmærkelse af Holland - Storkorset af Orange-Nassau-ordenen , og Royal Academy of Sciences annoncerede etableringen af ​​Lorenz-medaljen for præstationer inden for teoretisk fysik [26] .

Selvom hans videnskabelige produktivitet faldt markant, fortsatte Lorentz med at være interesseret i fysikkens udvikling indtil de sidste dage af sit liv og for at udføre sin egen forskning. Anerkendelse af hans særlige position i den videnskabelige verden - positionen som "den fysiske videnskabs ældste", med Ehrenfests ord - var formandskabet for efterkrigstidens Solvay-kongresser, som spillede en stor rolle i at afklare de komplekse problemer med nye fysik. Med Joseph Larmors ord , "han var den ideelle leder af enhver international kongres, for han var den mest vidende og hurtigste af alle nutidige fysikere." Ifølge Arnold Sommerfeld var Lorentz "den ældste i alder og den mest fleksible og alsidige i sindet" [27] . I oktober 1927 præsiderede den hollandske videnskabsmand sin sidste, femte Solvay-kongres, som diskuterede problemerne med ny kvantemekanik . Samme år blev beregningerne for Zuiderzee afsluttet, og Lorentz, der forlod instituttet for videregående uddannelse, håbede at afsætte mere tid til naturvidenskab. Men i midten af ​​januar 1928 blev han syg med erysipelas , hans tilstand forværredes hver dag. Den 4. februar døde videnskabsmanden. Begravelsen fandt sted i Haarlem den 9. februar med en stor forsamling af mennesker; som tegn på folkesorg i hele landet ved middagstid blev telegrafforbindelsen afbrudt i tre minutter. Som repræsentanter for deres lande holdt Paul Ehrenfest, Ernest Rutherford , Paul Langevin og Albert Einstein [28] lovprisningstaler . I sin tale bemærkede sidstnævnte:

Han [Lorenz] skabte sit liv ned til mindste detalje på samme måde som man skaber et kostbart kunstværk. Hans venlighed, generøsitet og retfærdighedssans, der aldrig forlod ham, sammen med en dyb, intuitiv forståelse af mennesker og situationer, gjorde ham til en leder, uanset hvor han arbejdede. Alle fulgte ham med glæde og følte, at han ikke søgte at herske over mennesker, men at tjene dem.

- Einstein A. Tale ved Lorenz' grav // Einstein A. Samling af videnskabelige artikler. - M . : Nauka, 1967. - T. 4 . - S. 95 .

Videnskabelig kreativitet

Tidligt arbejde med den elektromagnetiske teori om lys

Ved begyndelsen af ​​Lorentz' videnskabelige karriere var Maxwells elektrodynamik kun i stand til fuldt ud at beskrive udbredelsen af ​​lysbølger i det tomme rum, mens spørgsmålet om lysets interaktion med stof stadig ventede på at blive løst. Allerede i den hollandske videnskabsmands første værker blev der taget nogle skridt i retning af at forklare stoffets optiske egenskaber inden for rammerne af den elektromagnetiske teori om lys. Baseret på denne teori (mere præcist på dens fortolkning i ånden af ​​langdistancehandling , foreslået af Hermann Helmholtz [Komm 1] ), i sin doktorafhandling ( 1875 ), løste Lorentz problemet med refleksion og brydning af lys ved grænseflade mellem to transparente medier. Tidligere forsøg på at løse dette problem inden for rammerne af den elastiske teori om lys, hvor lys fortolkes som en mekanisk bølge, der forplanter sig i en speciel lysende æter , har stødt på fundamentale vanskeligheder. En metode til at eliminere disse vanskeligheder blev foreslået af Helmholtz i 1870; et matematisk strengt bevis blev givet af Lorentz, som viste, at processerne for refleksion og brydning af lys er bestemt af fire grænsebetingelser pålagt vektorerne af de elektriske og magnetiske felter ved grænsefladen mellem medierne, og afledt heraf den vel- kendte Fresnel-formler . Yderligere i afhandlingen blev total intern refleksion og optiske egenskaber af krystaller og metaller overvejet . Lorenz' værk indeholdt således grundlaget for moderne elektromagnetisk optik [30] [31] [32] . Ikke mindre vigtigt var det her de første tegn på det træk ved Lorentz' kreative metode, som Paul Ehrenfest udtrykte med følgende ord: "en klar adskillelse af den rolle, som i hvert givet tilfælde af optiske eller elektromagnetiske fænomener opstår i et stykke af glas eller metal spilles af "ether" på den ene side og "vægtigt stof" på den anden side" [33] . Sondringen mellem æter og stof bidrog til dannelsen af ​​ideer om det elektromagnetiske felt som en selvstændig form for stof, i modsætning til den tidligere fortolkning af feltet som en mekanisk tilstand af stof [34] .

De tidligere resultater vedrørte de generelle love for lysets udbredelse. For at drage mere konkrete konklusioner om kroppes optiske egenskaber, vendte Lorentz sig til ideer om stoffets molekylære struktur. Han offentliggjorde de første resultater af sin analyse i 1879 i værket "Om forholdet mellem lysets udbredelseshastighed og mediets tæthed og sammensætning" ( hollandsk .  der middenstoffen , en forkortet version blev trykt det følgende år i det tyske tidsskrift Annalen der Physik ). Ved at antage, at æteren inde i stoffet har de samme egenskaber som i det frie rum, og at et elektrisk moment , der er proportionalt med det, exciteres i hvert molekyle under påvirkning af en ekstern elektrisk kraft , opnåede Lorentz forholdet mellem brydningsindekset og tætheden af stoffet i formen . Denne formel blev opnået tilbage i 1869 af den danske fysiker Ludwig Valentin Lorentz på basis af den elastiske teori om lys og er nu kendt som Lorentz-Lorentz-formlen [Komm 2] . Væsentligt i udledningen af ​​dette forhold af den hollandske videnskabsmand var også overvejelsen (ud over det elektriske felt af en ekstern lysbølge) af det lokale felt på grund af polarisering af stof . Til dette blev det antaget, at hvert molekyle er placeret i et hulrum fyldt med æter og påvirket af andre hulrum. Konstanten på højre side af formlen bestemmes af molekylernes polariserbarhed og afhænger af bølgelængden, det vil sige, at den karakteriserer mediets dispersionsegenskaber . Denne afhængighed falder faktisk sammen med spredningsforholdet af Sellmeier (1872), opnået inden for rammerne af teorien om elastisk æter. Det blev beregnet af Lorentz på grundlag af konceptet om tilstedeværelsen i molekylet af en elektrisk ladning, der svinger rundt i ligevægtspositionen under påvirkning af et elektrisk felt. Således indeholdt dette papir allerede den grundlæggende model for elektronteorien, den ladede harmoniske oscillator [37] [38] [39] .

Elektronisk teori

Generel oversigt over teorien

I begyndelsen af ​​1890'erne opgav Lorentz endelig begrebet langtrækkende kræfter i elektrodynamik til fordel for kortdistancehandling, det vil sige konceptet om en endelig udbredelseshastighed af den elektromagnetiske interaktion . Dette blev sandsynligvis lettet af Heinrich Hertz ' opdagelse af elektromagnetiske bølger forudsagt af Maxwell, samt af forelæsningerne af Henri Poincaré (1890), som indeholdt en dyb analyse af konsekvenserne af Faraday-Maxwell-teorien om det elektromagnetiske felt. Og allerede i 1892 gav Lorentz den første formulering af sin elektronteori [40] .

Lorentz' elektroniske teori er en Maxwelliansk teori om det elektromagnetiske felt, suppleret med begrebet diskrete elektriske ladninger som grundlag for stoffets struktur. Feltets interaktion med bevægelige ladninger er kilden til legemers elektriske, magnetiske og optiske egenskaber. I metaller genererer bevægelsen af ​​partikler en elektrisk strøm , mens i dielektrikum forårsager forskydningen af ​​partikler fra en ligevægtsposition elektrisk polarisering, som bestemmer værdien af ​​stoffets dielektriske konstant . Den første konsekvente udlægning af elektronteorien dukkede op i det store værk "Maxwell's electromagnetic theory and its application to moving bodies" ( fransk:  La théorie électromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants , 1892), hvori bl.a. Lorentz fået formlen på en simpel form for den kraft, hvormed feltet virker på ladninger ( Lorentz-kraften ). Efterfølgende forfinede og forbedrede videnskabsmanden sin teori: I 1895 udkom bogen "Erfaring i teorien om elektriske og optiske fænomener i bevægelige kroppe" ( tysk:  Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern ), og i 1909 , den  velkendte monografi "Teori om elektroner og dens anvendelse på fænomenerne lys og strålevarme "( Teorien  om elektroner og dens anvendelser på fænomenerne lys og strålingsvarme ), som indeholder den mest komplette præsentation af spørgsmålet. I modsætning til de indledende forsøg (i værket fra 1892) på at opnå teoriens grundlæggende relationer ud fra mekanikkens principper, startede Lorentz allerede her med Maxwells ligninger for det tomme rum ( ether ) og lignende fænomenologiske ligninger, der gælder for makroskopiske legemer, og rejste yderligere spørgsmålet om den mikroskopiske mekanisme af elektromagnetiske processer i materien. En sådan mekanisme er efter hans mening forbundet med bevægelsen af ​​små ladede partikler ( elektroner ), som er en del af alle legemer. Ved at antage elektronernes endelige dimensioner og æterens immobilitet, som er til stede både uden for og inde i partiklerne, introducerede Lorentz i vakuumligningerne de termer, der er ansvarlige for elektronernes fordeling og bevægelse (strøm). De resulterende mikroskopiske ligninger (Lorentz-Maxwell-ligningerne) er suppleret med et udtryk for Lorentz-kraften, der virker på partikler fra siden af ​​det elektromagnetiske felt. Disse forhold ligger til grund for elektronteorien og gør det muligt at beskrive en lang række fænomener på en samlet måde [41] .

Selvom forsøg på at konstruere en teori, der forklarer elektrodynamiske fænomener ved vekselvirkningen af ​​et elektromagnetisk felt med bevægelige diskrete ladninger, blev gjort tidligere (i værker af Wilhelm Weber , Bernhard Riemann og Rudolf Clausius ), var Lorentz' teori fundamentalt forskellig fra dem. Hvis man tidligere troede, at ladningerne virker direkte på hinanden, mente man nu, at elektronerne interagerer med det medium, de befinder sig i - den ubevægelige elektromagnetiske æter, der adlyder Maxwells ligninger. Denne idé om æteren er tæt på det moderne koncept for det elektromagnetiske felt. Lorentz gjorde en klar skelnen mellem stof og æter: de kan ikke kommunikere mekanisk bevægelse til hinanden ("blive revet med"), deres interaktion er begrænset til elektromagnetismens sfære. Styrken af ​​denne interaktion i tilfælde af en punktladning er opkaldt efter Lorentz, selvom lignende udtryk tidligere blev opnået af Clausius og Heaviside fra andre overvejelser [42] . En af de vigtige og meget diskuterede konsekvenser af den ikke-mekaniske karakter af påvirkningen beskrevet af Lorentz-styrken var dens krænkelse af det newtonske princip om handling og reaktion [43] . I Lorentz' teori blev hypotesen om æterinddragelse af et bevægeligt dielektrikum erstattet af en antagelse om polarisering af kropsmolekyler under påvirkning af et elektromagnetisk felt (dette blev gjort ved at indføre den tilsvarende dielektriske konstant). Det er denne polariserede tilstand, der overføres, når objektet bevæger sig, som gjorde det muligt at forklare udseendet i dette tilfælde af den såkaldte Fresnel-modstandskoefficient, som afslører sig for eksempel i det berømte Fizeau-eksperiment [44] . Desuden indeholdt Lorentz' værker (1904, 1909) den første klare og utvetydige formulering (som anvendt på klassisk elektrodynamik) af den generelle påstand, der nu er kendt som gauge-invarians , og som spiller en vigtig rolle i moderne fysiske teorier [45] .

Detaljer vedrørende fremkomsten af ​​Lorentz' elektronteori, dens udvikling og forskelle fra teorierne fremsat af andre forskere (for eksempel Larmor ) kan findes i en række specielle værker [46] [47] [48] [49] [50 ] .

Anvendelser: optisk spredning og ledningsevne af metaller

Ved at anvende sin teori på forskellige fysiske situationer opnåede Lorentz en række væsentlige særlige resultater. Så selv i det første arbejde om elektronisk teori (1892) udledte videnskabsmanden Coulombs lov , et udtryk for kraften, der virker på en strømførende leder, og loven om elektromagnetisk induktion . Her opnåede han Lorentz-Lorentz-formlen ved hjælp af en teknik kendt som Lorentz-sfæren . Til dette blev feltet inden for og uden for den imaginære sfære afgrænset omkring molekylet beregnet separat, og for første gang blev det såkaldte lokale felt forbundet med størrelsen af ​​polarisering ved grænsen af ​​sfæren [51] eksplicit introduceret . I artiklen "Optical Phenomena Due to the Charge and Mass of an Ion" ( hollandsk.  Optische verschijnselen die met de lading en de massa der ionen in verband staan ​​, 1898) blev den klassiske elektroniske spredningsteori præsenteret i sin fulde form, tæt på den moderne . Hovedtanken var, at spredning er resultatet af lysets interaktion med oscillerende diskrete ladninger - elektroner (ifølge Lorentz' oprindelige terminologi - "ioner"). Efter at have skrevet bevægelsesligningen for en elektron, som påvirkes af drivkraften fra det elektromagnetiske felt, den genoprettede elastiske kraft og friktionskraften, som forårsager absorption, kom videnskabsmanden til den velkendte dispersionsformel, der angiver kaldet Lorentz form for dielektrisk konstants afhængighed af frekvensen [52] .

I en række artikler udgivet i 1905 udviklede Lorentz den elektroniske teori om ledning af metaller , hvis grundlag blev lagt i Paul Drudes , Eduard Rikkes og J. J. Thomsons arbejde . Udgangspunktet var antagelsen om tilstedeværelsen af ​​et stort antal frit ladede partikler (elektroner), der bevægede sig i hullerne mellem metallets faste atomer ( ioner ). Den hollandske fysiker tog højde for hastighedsfordelingen af ​​elektroner i et metal ( Maxwell distribution ) og udledte ved hjælp af de statistiske metoder i den kinetiske teori om gasser ( den kinetiske ligning for fordelingsfunktionen ) en formel for elektrisk ledningsevne og gav også en analyse af termoelektriske fænomener og opnåede forholdet mellem termisk ledningsevne og elektrisk ledningsevne, i overensstemmelse med generelt med Wiedemann-Franz lov [53] [54] . Lorentz' teori var af stor historisk betydning for udviklingen af ​​teorien om metaller, såvel som for den kinetiske teori, der repræsenterede den første eksakte løsning af et kinetisk problem af denne art [55] . Samtidig kunne det ikke give nøjagtig kvantitativ overensstemmelse med de eksperimentelle data, især forklarede det ikke de magnetiske egenskaber af metaller og det lille bidrag fra frie elektroner til metallets specifikke varme . Årsagerne til dette var ikke kun forsømmelse af vibrationerne af ionerne i krystalgitteret , men også teoriens grundlæggende mangler, som først blev overvundet efter skabelsen af ​​kvantemekanikken [56] .

Anvendelser: magneto-optik, Zeeman-effekten og opdagelsen af ​​elektronen

Magneto-optik er blevet et andet område, hvor elektronisk teori har fundet en vellykket anvendelse. Lorentz fortolkede sådanne fænomener som Faraday-effekten (rotation af polariseringsplanet i et magnetfelt) og den magnetoptiske Kerr-effekt (ændring i polariseringen af ​​lys reflekteret fra et magnetiseret medium) [52] . Men det mest overbevisende bevis til fordel for elektronteorien kom fra forklaringen af ​​den magnetiske opsplitning af spektrallinjer , kendt som Zeeman-effekten . De første resultater af forsøgene fra Peter Zeeman , der observerede udvidelsen af ​​D-linjen af ​​natriumspektret i et magnetfelt, blev rapporteret til det nederlandske videnskabsakademi den 31. oktober 1896 . Et par dage senere gav Lorentz, som var til stede ved dette møde, en forklaring på det nye fænomen og forudsagde en række af dets egenskaber. Han påpegede arten af ​​polariseringen af ​​kanterne af den udvidede linje, når den blev observeret langs og på tværs af magnetfeltet , hvilket blev bekræftet af Zeeman inden for den næste måned. En anden forudsigelse vedrørte strukturen af ​​den udvidede linje, som faktisk skulle være en dublet (to linjer) i længderetningen og en triplet (tre linjer) i den tværgående visning. Ved hjælp af mere avanceret udstyr bekræftede Zeeman denne konklusion af teorien året efter. Lorentz' ræsonnement var baseret på nedbrydningen af ​​oscillationerne af en ladet partikel ("ion" i videnskabsmandens daværende terminologi) nær ligevægtspositionen i bevægelse langs feltets retning og bevægelse i et vinkelret plan. Længdeoscillationer, som magnetfeltet ikke virker på, fører til fremkomsten af ​​en uforskudt emissionslinje i tværgående observation, mens svingninger i det vinkelrette plan giver to linjer forskudt med en mængde , hvor  er magnetfeltstyrken , og  er ladningen og massen af ​​"ionen",  - lysets hastighed i vakuum [57] .

Ud fra hans data var Zeeman i stand til at opnå ladningstegnet for "ion" (negativ) og forholdet , som viste sig at være uventet stort og ikke tillod "ion" at blive forbundet med almindelige ioner , hvis egenskaber var kendte fra eksperimenter med elektrolyse . Som det viste sig efter J. J. Thomsons (1897) eksperimenter, faldt dette forhold sammen med det for partikler i katodestråler . Da disse sidste partikler snart fik navnet elektroner , begyndte Lorentz at bruge dette udtryk i sin forskning fra 1899 i stedet for ordet "ion". Derudover var han den første til at estimere ladningen og massen af ​​en elektron separat. Således gav resultaterne af målinger af spaltningen af ​​spektrallinjer og deres teoretiske fortolkning det første skøn over elektronens grundlæggende parametre og bidrog til det videnskabelige samfunds accept af ideer om disse nye partikler [58] [59] . Nogle gange, ikke uden grund, hævdes det, at Lorentz forudsagde eksistensen af ​​elektronen [60] . Selvom opdagelsen af ​​Zeeman-effekten var en af ​​de højeste resultater inden for elektronisk teori, viste den hurtigt sine begrænsninger. Allerede i 1898 opdagede man afvigelser fra det simple billede af fænomenet bygget af Lorentz; den nye situation blev kaldt den anomale (komplekse) Zeeman-effekt. Videnskabsmanden i mange år forsøgte at forbedre sin teori for at forklare de nye data, men det lykkedes ikke. Gåden om den anomale Zeeman-effekt blev først løst efter opdagelsen af ​​elektronspin og skabelsen af ​​kvantemekanik [61] .

Elektrodynamik af bevægelige medier

Hovedresultater

I det nittende århundredes fysik var problemet med udbredelsen af ​​lys i en bevægende krop tæt forbundet med spørgsmålet om den lysende æters mekaniske egenskaber . Dette spørgsmål er blevet endnu mere kompliceret efter foreningen af ​​optik med elektromagnetisme [62] . Lorentz vendte sig først til optikken i bevægelige medier i 1886 . Æterens egenskaber skulle på den ene side forklare Jordens bevægelses manglende indflydelse på de eksperimentelt observerede optiske fænomener, og på den anden side give en fortolkning af lysets aberration . Efter at have overvejet de teorier, der var kendt på det tidspunkt, om en fuldstændig ubevægelig og fuldstændig medført æter af et bevægeligt legeme, foreslog Lorentz en mellemversion - hypotesen om en delvis medrydelse af æteren, karakteriseret ved Fresnel-medrivningskoefficienten . Samtidig var han tilbøjelig til Fresnels faste æterhypotese, som den enkleste til at forklare de observerede fænomener. Derudover opdagede han en fejl i Albert Michelsons beregninger vedrørende den første version (1881) af hans berømte eksperiment . Efter at have rettet denne fejl var det ikke længere muligt at drage nogen entydig konklusion: et forbedret eksperiment var påkrævet [63] [64] .

Senere udviklede Lorentz optikken for bevægelige medier på grundlag af sin elektroniske teori. I 1892 udledte videnskabsmanden, der anså æteren for at være ubevægelig og fuldstændig gennemtrængelig, trækkoefficienten , gav en beskrivelse af refleksionen af ​​lys fra bevægelige kroppe og dobbeltbrydning i dem. Samtidig blev muligheden for at bruge teorien om medført æter endelig elimineret. Lorentz' teori gjorde det muligt at forklare æterens uopdagelige bevægelse i forhold til Jorden ("ætervind") i optiske eksperimenter af første orden med hensyn til , hvor  er Jordens hastighed i forhold til æteren,  er lysets hastighed. På det tidspunkt var det eneste andenordens eksperiment, hvis resultat afhænger af kvadratforholdet, Michelson-Morley eksperimentet (1887). For at forklare det negative resultat af dette eksperiment fremsatte Lorentz i artiklen "The relative motion of the Earth and the ether" ( hollandsk. De relative beweging van de aarde en den aether , 1892) en yderligere hypotese om sammentrykning af legemer i retningen af ​​deres bevægelse [Komm 3] . En lignende antagelse blev gjort tilbage i 1889 af den irske fysiker George Fitzgerald (Lorentz vidste ikke om dette på tidspunktet for udgivelsen af ​​hans arbejde), så denne hypotese blev kaldt Fitzgerald-Lorentz-sammentrækningen . Ifølge den hollandske videnskabsmand kan årsagen til dette fænomen være en ændring i intermolekylære kræfter, når kroppen bevæger sig gennem æteren; i det væsentlige er dette udsagn reduceret til antagelsen om den elektromagnetiske oprindelse af disse kræfter [66] .  

Det næste vigtige skridt blev taget i afhandlingen "Experience in the Theory of Electrical and Optical Phenomena in Moving Bodies" (1895), hvor Lorentz blandt andet undersøgte problemet med den elektromagnetiske teoris kovarians. Kovarians blev formuleret som en "sætning om tilsvarende tilstande", hvis essens var, at Maxwells ligninger bevarer deres form (og derfor kan førsteordens effekter ikke påvises), hvis man formelt introducerer den såkaldte "lokal tid" for en bevægende relativt æter af systemet i form af . Denne værdi blev indført af Lorentz tilbage i 1892, men dengang tiltrak den ikke megen opmærksomhed og fik ikke noget navn. Dens betydning forblev uklar; hun var tilsyneladende kun af hjælpekarakter, i hvert fald havde Lorentz ikke i tankerne en dyb revision af tidsbegrebet . I samme afhandling fra 1895 blev den manglende indflydelse af Jordens bevægelse på resultaterne af nogle specifikke eksperimenter (de Coudres eksperiment med spoler, rotation af polarisationsplanet i kvarts) forklaret, og der blev opnået generaliserede formler for hastigheden af lys og luftmodstandskoefficienten i et bevægeligt medium under hensyntagen til spredning [67] [68] [69] [70] . I 1899 generaliserede Lorentz sin tilsvarende tilstandssætning (for at tage højde for andenordens effekter) ved i sin formulering at inkludere hypotesen om, at legemer komprimeres i bevægelsesretningen. Som et resultat modtog han transformationer af mængder under overgangen fra et referencesystem til et andet, som adskilte sig fra de galilæiske standardtransformationer og var tæt i form på dem , han senere udledte på en mere stringent måde. Det blev antaget, at molekylære og andre ikke-elektriske kræfter ændrer sig under bevægelse på samme måde som elektriske. Dette betød, at teorien og dens transformationer ikke kun gælder for ladede partikler (elektroner), men også for tungtvejende stoffer af enhver art. Således gik konsekvenserne af den Lorentzianske teori, bygget på syntesen af ​​ideer om det elektromagnetiske felt og partiklernes bevægelse, naturligvis ud over grænserne for den newtonske mekanik [71] .

Ved at løse problemer med elektrodynamik i bevægelige medier blev Lorentz' ønske om at trække en skarp grænse mellem egenskaberne af æteren og det tunge stof igen manifesteret, og derfor at opgive enhver spekulation om æterens mekaniske egenskaber [72] . I 1920 skrev Albert Einstein om dette: "Med hensyn til den mekaniske natur af den Lorentziske æter, kan det på spøg siges, at Lorentz kun efterlod ham én mekanisk egenskab - ubevægelighed. Hertil kan vi tilføje, at hele den forandring, som den særlige relativitetsteori indførte i æterens begreb, bestod i fratagelsen af ​​æteren og dens sidste mekaniske egenskab” [73] . Lorenz' sidste værk før fremkomsten af ​​den særlige relativitetsteori (SRT) var artiklen Electromagnetic Phenomena in a System Moving at Any Speed ​​Less than the Speed ​​​​of  Light , beweegt. , 1904). Dette arbejde var rettet mod at eliminere de mangler, der eksisterede i teorien på det tidspunkt: det var påkrævet at give en samlet begrundelse for fraværet af indflydelsen fra Jordens bevægelse i eksperimenter af enhver rækkefølge i forhold til og forklare resultaterne af nye eksperimenter (såsom eksperimenterne med Trouton-Noble og Rayleigh-Brace ( engelsk Experiments of Rayleigh and Brace ). Med udgangspunkt i den elektroniske teoris grundlæggende ligninger og indførelse af hypoteserne om længdereduktion og lokal tid, formulerede videnskabsmanden kravet om at bevare formen af ​​ligningerne under overgangen mellem referencerammer, der bevæger sig ensartet og retlinet i forhold til hinanden. Med andre ord handlede det om teoriens invarians med hensyn til nogle transformationer, som blev fundet af Lorentz og brugt til at skrive vektorerne for elektriske og magnetiske felter i en bevægelig referenceramme. Lorentz formåede dog ikke at opnå fuldstændig invarians i dette arbejde: ekstra andenordens udtryk forblev i elektronteoriens ligninger [Komm 4] . Denne mangel blev elimineret samme år af Henri Poincaré , som gav de sidste transformationer navnet Lorentz-transformationer . I sin endelige form blev SRT formuleret året efter af Einstein. Med henvisning til sit arbejde fra 1904 skrev Lorentz i 1912: "Det kan bemærkes, at det i denne artikel ikke lykkedes mig fuldt ud at opnå formlen til at transformere Einsteins relativitetsteori... Einsteins fortjeneste ligger i det faktum, at han var den første til at udtrykke relativitetsprincippet i den netop gyldige lov” [75] .  

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede fik spørgsmålet om massens afhængighed af hastighed stor betydning. Dette problem var tæt forbundet med det såkaldte "elektromagnetiske billede af verden", ifølge hvilket en elektrons masse har (helt eller delvist) en elektromagnetisk oprindelse. Flere modeller er blevet foreslået til at beregne den elektromagnetiske masses afhængighed af den hastighed og form, som elektronen tager, når den bevæger sig. I 1902 opnåede Max Abraham sin formel baseret på den antagelse, at formen af ​​partiklen ("den hårde elektron") forbliver uændret. En anden mulighed blev fremsat i 1904 af Alfred Bucherer , som foreslog bevarelsen af ​​volumenet af en elektron, der trækker sig sammen i længderetningen. Lorentz' elektroniske teori førte naturligvis også til den konklusion, at en partikels effektive masse afhænger af dens hastighed. Ifølge hans hypotese falder dimensionerne af en elektron i længderetningen, mens den forbliver uændret i den tværgående retning. På dette grundlag opnåede videnskabsmanden to udtryk - for elektronens langsgående og tværgående masse, og som beregninger viste, i Lorentz-modellen kunne massen ikke være fuldstændig elektromagnetisk. Efterfølgende blev antagelsen om to masser droppet: ifølge relativitetsteorien ændres massen af ​​en bevægelig partikel (ikke nødvendigvis ladet) i henhold til den Lorentziske formel for tværgående masse . Der blev udført adskillige eksperimenter for at finde ud af, hvilken af ​​modellerne der er korrekte. I midten af ​​1910'erne var der opnået overbevisende eksperimentelle beviser for gyldigheden af ​​Lorentz-Einsteins relativistiske formel [76] [77] [78] .

Lorentz og den særlige relativitetsteori

Der bør lægges særlig vægt på forskellene mellem Lorentz-teorien og den særlige relativitetsteori. Således var den elektroniske teori ikke opmærksom på relativitetsprincippet og indeholdt ikke noget af dets formulering, mens fraværet af observerbare beviser for Jordens bevægelse i forhold til æteren (og lysets hastigheds konstanthed) kun var en følge af den gensidige kompensation af flere effekter. Transformationen af ​​tid i Lorentz er kun en bekvem matematisk teknik, mens sammentrækningen af ​​længder er dynamisk (snarere end kinematisk) af natur og forklares af en reel ændring i samspillet mellem stofmolekylerne. Efterfølgende assimilerede den hollandske fysiker SRT-formalismen fuldt ud og forklarede den i sine forelæsninger, men han accepterede ikke dens fortolkning før slutningen af ​​sit liv: han ville ikke opgive ideerne om æteren ("overflødig essens", ifølge til Einstein) og den "sande" (absolutte) tid [Komm 5] , bestemt i referencerammen for den hvilende æter (omend uopdagelig eksperimentelt). Eksistensen af ​​en privilegeret referenceramme forbundet med æteren fører til ikke-gensidighed [Komm 6] af koordinat- og tidstransformationer i Lorentz-teorien. At nægte eller ikke at udsende var ifølge Lorenz et spørgsmål om personlig smag [81] [82] . De generelle tilgange til forening af mekanik og elektrodynamik implementeret i Lorentz og Einsteins værker afveg også betydeligt. På den ene side var elektronteorien i centrum for det "elektromagnetiske billede af verden", et forskningsprogram, der forestillede sig en forening af al fysik på et elektromagnetisk grundlag, hvorfra klassisk mekanik skulle følge som et særtilfælde. På den anden side havde relativitetsteorien en klart udtrykt mekanisk karakter, som af tilhængerne af det "elektromagnetiske verdensbillede" (for eksempel Abraham og Sommerfeld ) blev opfattet som et tilbageskridt [83] .

Samtidig er alle de observerede konsekvenser fra elektronteorien (i sin endelige form) og SRT identiske, hvilket ikke tillader at vælge mellem dem kun på baggrund af eksperimentelle data [84] . Af denne grund fortsætter litteraturen om videnskabens historie og filosofi med at diskutere, i hvilket omfang SRT "skylder" sin optræden til den elektroniske teori eller, for at bruge Imre Lakatos ' terminologi , hvad der var fordelen ved det einsteinske forskningsprogram i forhold til den Lorentziske. I 1973 kom historikeren og videnskabsfilosof Elie Zahar , en studerende og tilhænger af Lakatos, til den konklusion, at i modsætning til hvad folk tror, ​​kan Fitzgerald-Lorentz-sammentrækningen ikke betragtes som en ad hoc -hypotese [85] og at Lorentz derfor havde rationel grund til ikke at gå ud over den klassiske fysiks metodologi [86] . Ifølge Zahar lå fordelen ved SRT ikke i manglerne ved elektronteorien (vilkårligheden af ​​nogle af dens bestemmelser), men i fordelene ved Einsteins forskningsprogram og dets heuristiske kraft, som fuldt ud (på det empiriske niveau) manifesterede sig selv. først senere, når man bygger den generelle relativitetsteori [87] . Under diskussionen kritiserede nogle forskere Zakhars specifikke konklusioner eller anså hans analyse for ufuldstændig, selvom den fortjener opmærksomhed og undersøgelse. Kenneth S. Schaffner citerede således en af ​​hovedårsagerne til, at fysikere har foretrukket SRT frem for Lorentz' teori, den komparative enkelhed af Einsteins begreber. En anden vigtig faktor, ifølge Schaffner, var umuligheden af ​​at forene elektronteorien med nye data fra vidensområder uden for elektrodynamikken, primært fra den nye kvantefysik [88] . Paul Feyerabend bemærkede, at Lorentz' teori gav en tilfredsstillende fortolkning af en meget bredere vifte af fænomener end SRT; mange af disse fænomener, forbundet med manifestationer af atomisme , fik en fuldstændig forklaring kun mange år senere, efter skabelsen af ​​kvantemekanikken [89] . Behovet for at tage kvanteideer i betragtning, når man overvejer overgangen fra elektronteori til moderne fysik, blev også diskuteret af forfatterne til senere værker [90] [91] . Arthur I. Miller fokuserede i sin kritik på oprindelsen af ​​Fitzgerald-Lorentz kontraktionshypotesen [92] , men Zahar var uenig i argumenterne for at fortolke denne sammentrækning som en ad hoc hypotese [93] . Wytze Brouwer bemærkede også spinkelheden i dette aspekt af Zakharovs analyse og påpegede, at Lorentz hurtigt accepterede den generelle relativitetsteori og ikke anså sidstnævnte for at være i konflikt med hans syn på æteren. Dette indikerer ifølge Brower forskellen mellem Einsteins og Lorentz' metafysiske synsvinkler på virkeligheden, som kan karakteriseres inden for rammerne af Kuhns ideer om incommensurability ( incommensurability ) af paradigmer i videnskaben [94] . Michel Janssen viste, at elektronteorien i sin modne form ikke kan betragtes som en ad hoc- teori , og bemærkede, at den vigtigste nyskabelse i Einsteins arbejde var forbindelsen mellem formalismen udviklet af Lorentz med strukturen af ​​rum-tid . I SRT er det egenskaberne ved rum-tid, der forklarer forekomsten af ​​effekter såsom længdekontraktion og tidsudvidelse, mens disse fænomener i Lorentz-teorien med dens newtonske rum og tid forbliver resultatet af en række uforklarlige tilfældigheder [95 ] .

Historiker og videnskabsfilosof Nancy J. Nersessian nævnte forskellen i de to videnskabsmænds metodologiske tilgange som hovedårsagen til, at "Lorentz ikke blev til Einstein" : mens Lorentz byggede sin teori "nedefra og op", ud fra at overveje visse fysiske genstande (ether, elektroner) og deres interaktioner og konstruere love og hypoteser på dette grundlag, valgte Einstein en helt anden vej - "fra top til bund", fra at postulere generelle fysiske principper (relativitetsprincippet, lysets hastigheds konstanthed) til specifikke love for mekanik og elektrodynamik. Lorentz kunne ikke acceptere den anden vej, som forekom ham for subjektiv, og så derfor ingen grund til at opgive sin overbevisning [96] . Problemet med forholdet mellem Lorentz- og Einstein-metoderne blev analyseret i andre forfatteres værker [97] [98] . Samtidig kan den hollandske fysikers aktiviteter ikke fuldt ud tilskrives klassisk fysik, en række udsagn i hans teori var af ikke-klassisk karakter og bidrog til dannelsen af ​​moderne fysik [99] . Som Einstein selv skrev mange år senere,

Fysikere af den yngre generation er i de fleste tilfælde ikke fuldt ud klar over den enorme rolle, som Lorentz spillede i dannelsen af ​​ideerne om teoretisk fysik. Årsagen til denne mærkelige misforståelse er rodfæstet i det faktum, at Lorentz' grundlæggende ideer er blevet så indgroet i kød og blod, at unge videnskabsmænd næppe er i stand til at indse deres mod og forenklingen af ​​fysikkens grundlag forårsaget af dem ... For mig personligt betød han mere end alle de andre mennesker, jeg mødte på din livsvej.

- Einstein A. G. A. Lorentz som skaber og person // Einstein A. Samling af videnskabelige artikler. - M . : Nauka, 1967. - T. 4 . - S. 334, 336 .

Tyngdekraft og generel relativitet

Til at begynde med interesserede tyngdekraftsproblemet Lorentz i forbindelse med forsøg på at bevise massens elektromagnetiske oprindelse ("elektromagnetisk billede af verden"), som han var meget opmærksom på. I 1900 gjorde videnskabsmanden sit eget forsøg på at kombinere tyngdekraften med elektromagnetisme. Baseret på ideerne fra Ottaviano Mossotti , Wilhelm Weber og Johann Zöllner præsenterede Lorentz de materielle partikler af stof som bestående af to elektroner (positive og negative). Ifølge teoriens hovedhypotese forklares partiklernes gravitationsinteraktion ved, at tiltrækningen af ​​ulige ladninger er noget stærkere end frastødningen af ​​ens ladninger. Teorien havde vigtige konsekvenser: a) en naturlig forklaring på ligheden af ​​inertial- og gravitationsmasserne som afledte af antallet af partikler (elektroner); b) tyngdekraftens udbredelseshastighed, fortolket som den elektromagnetiske æters tilstand, skal være begrænset og lig med lysets hastighed . Lorentz forstod, at den konstruerede formalisme ikke kan fortolkes i betydningen at reducere tyngdekraften til elektromagnetisme, men i betydningen at skabe en gravitationsteori i analogi med elektrodynamik. De opnåede resultater og konklusionerne fra dem var usædvanlige for den mekaniske tradition, hvor tyngdekraften blev præsenteret som en langtrækkende kraft. Selvom beregninger af den sekulære bevægelse af Merkurs perihelium ifølge Lorentz' teori ikke gav en tilfredsstillende forklaring på observationerne, vakte dette konceptuelle skema betydelig interesse i den videnskabelige verden [100] [101] .

I 1910'erne fulgte Lorentz udviklingen af ​​generel relativitetsteori (GR) med dyb interesse, studerede omhyggeligt dens formalisme og fysiske konsekvenser og skrev flere vigtige artikler om emnet. Så i 1913 udarbejdede han i detaljer den tidlige version af generel relativitet, indeholdt i artiklen af ​​Einstein og Grossmann "Projekt af den generaliserede relativitetsteori og gravitationsteorien" ( Entwurf einer verallgemeinerten  Relativitatstheorie und Theorie der Gravitation ), og fandt, at feltligningerne i denne teori kun er kovariante med hensyn til vilkårlige transformationer af koordinater i tilfælde af en symmetrisk energi-momentum-tensor . Han rapporterede dette resultat i et brev til Einstein, som var enig i sin hollandske kollegas konklusion. Et år senere, i november 1914, vendte Lorentz sig igen til teorien om tyngdekraften i forbindelse med udgivelsen af ​​Einsteins formelle grundlag for den generelle relativitetsteori ( Die formale Grundlage der allgemeinen Relativitatstheorie )  . Den hollandske fysiker udførte en stor mængde beregninger (flere hundrede sider med udkast) og publicerede tidligt næste år en artikel, hvori han udledte feltligningerne fra variationsprincippet ( Hamiltons princip ). Samtidig blev problemet med generel kovarians diskuteret i korrespondance fra to videnskabsmænd : mens Einstein forsøgte at retfærdiggøre ikke-kovariansen af ​​de opnåede ligninger med hensyn til vilkårlige koordinattransformationer ved hjælp af det såkaldte "hul-argument" ( hul-argument ) , ifølge hvilken overtrædelsen af ​​kovarians er en konsekvens af kravet om løsningens unikke karakter), så Lorentz ikke, at der ikke er noget galt med eksistensen af ​​udvalgte referencerammer [102] .

Efter fremkomsten i november 1915 af den endelige form for generel relativitet og diskussion af dens forskellige aspekter i korrespondance med Einstein og Ehrenfest, blev Lorentz endelig overbevist om behovet for princippet om generel kovarians og trak alle sine indvendinger tilbage. Samtidig så han ingen modsætning mellem dette princip og hans tro på æterens eksistens, da fysisk forskellige referencerammer kan være empirisk ækvivalente. Resultatet af arbejdet udført i løbet af de næste par måneder var en række artikler "On Einsteins teori om tyngdekraften" ( hollandsk.  Over Einsteins theorie der zwaartekracht , 1916), hvori den hollandske fysiker gav sin formulering af teorien baseret på variationsprincip. Denne tilgang, hvor geometriske overvejelser spiller en stor rolle, er lidt brugt på grund af dens kompleksitet og usædvanlighed [103] . I det væsentlige var dette det første forsøg på at formulere generel relativitet i en ikke-koordineret form; dens usædvanlighed for den moderne læser skyldes, at Lorentz ikke kunne bruge begrebet parallel overførsel , som Tullio Levi-Civita introducerede i Riemannsk geometri først i 1917. I den første del af artiklen (sendt til offentliggørelse den 26. februar 1916) udviklede den hollandske fysiker sin geometriske formalisme, idet han især gav definitioner af længde, areal og volumen i buet rum, og fik derefter udtryk for Lagrangian af en system af punktmasser og selve det metriske felt . Afslutningen af ​​den første og fuldstændig anden del af værket (sendt til offentliggørelse den 25. marts 1916) er afsat til konstruktionen af ​​Lagrangian af det elektromagnetiske felt baseret på den foreslåede geometriske tilgang. Senere opgav videnskabsmanden imidlertid sin ikke-koordinatmetode og udledte ved hjælp af de sædvanlige matematiske midler feltligninger ved hjælp af variationsprincippet (tredje del, sendt til tryk den 28. april 1916) og forsøgte at finde et udtryk for energi- momentum af gravitationsfeltet (fjerde del, sendt til pressen den 28. oktober 1916) [104] . I det samme værk præsenterede Lorentz tilsyneladende for første gang en direkte geometrisk fortolkning af den skalære krumning (krumningsinvariant), som spiller en vigtig rolle i den generelle relativitetsteori (et lignende resultat blev opnået af Gustav Herglotz lidt senere ) [ 105 ]  [ 106 ] .

Termisk stråling og kvanter

Lorentz begyndte at studere problemet med termisk stråling omkring 1900. Hans hovedmål var at forklare egenskaberne af denne stråling på basis af elektroniske koncepter, især for at opnå Plancks formel for spektret af termisk ligevægtsstråling fra den elektroniske teori. I artiklen Om emission og absorption af  metaller af varmestråler med store bølgelængder , 1903, betragtede Lorentz elektronernes termiske bevægelse i et metal og fik et udtryk for fordelingen af ​​den udsendte af dem stråling, som faldt sammen med langbølgelængdegrænse for Planck-formlen, nu kendt som Rayleigh-Jeans-loven . Det samme arbejde indeholder tilsyneladende den første seriøse analyse af Plancks teori i den videnskabelige litteratur , som ifølge Lorentz ikke besvarede spørgsmålet om fænomenernes mekanisme og årsagen til fremkomsten af ​​mystiske energikvanter . I de efterfølgende år forsøgte videnskabsmanden at generalisere sin tilgang til tilfældet med vilkårlige bølgelængder og finde en sådan mekanisme til emission og absorption af stråling fra elektroner, der ville tilfredsstille de eksperimentelle data. Alle forsøg på at opnå dette var dog forgæves. I 1908 viste Lorentz i sin rapport "Fordelingen af ​​energi mellem vægtigt stof og æter" ( fransk:  Le partage de l'énergie entre la matière pondérable et l'éther ), læst på den internationale matematikkongres i Rom , at klassisk mekanik og elektrodynamik fører til en sætning om udligningsfordelingen af ​​energi over frihedsgrader , hvorfra man kun kan få Rayleigh-Jeans formlen [107] [108] . Som en konklusion foreslog han, at fremtidige målinger ville hjælpe med at vælge mellem Plancks teori og Jeans -hypotesen , ifølge hvilken afvigelsen fra Rayleigh-Jeans lov er en konsekvens af systemets manglende evne til at nå ligevægt. Denne konklusion blev kritiseret af Wilhelm Wien og andre forsøgspersoner, som gav yderligere argumenter mod Rayleigh-Jeans-formlen. Senere samme år blev Lorentz tvunget til at indrømme: ”Nu er det blevet klart for mig, hvilke enorme vanskeligheder vi møder på denne vej; Jeg kan konkludere, at udledningen af ​​strålingslovene fra den elektroniske teori næppe er mulig uden dybtgående ændringer i dens grundlag, og jeg må betragte Plancks teori som den eneste mulige. Den hollandske fysikers romerske forelæsning, som indeholdt resultater af stor almenhed, henledte det videnskabelige samfunds opmærksomhed på problemerne med den nye kvanteteori. Dette blev lettet af Lorentz autoritet som videnskabsmand [109] [110] .

En detaljeret analyse af den klassiske elektrodynamiks muligheder for at beskrive termisk stråling er indeholdt i rapporten "Anvendelse af sætningen om ensartet fordeling af energi til stråling" ( fransk:  Sur l'application au rayonnement du théorème de l'équipartition de l' énergie ), som Lorentz gav på den første Solvay-kongres ( 1911 ). Resultatet af betragtningen ("alle mekanismer, der kan opfindes, ville føre til Rayleigh-formlen, hvis blot deres natur er sådan, at Hamiltons ligninger kan anvendes på dem ") indikerede behovet for at revidere de grundlæggende ideer om samspillet mellem lys og stof . Selvom Lorentz accepterede Plancks hypotese om energikvanter og i 1909 foreslog den berømte kombinatoriske afledning af Plancks formel, kunne han ikke være enig i Einsteins mere radikale forslag om, at lyskvanter eksisterede . Den vigtigste indvending fremført af den hollandske videnskabsmand var vanskeligheden ved at forene denne hypotese med interferens optiske fænomener. I 1921, som et resultat af diskussioner med Einstein, formulerede han en idé, som han betragtede som et muligt kompromis mellem lysets kvante- og bølgeegenskaber. Ifølge denne idé består stråling af to dele - en energikvante og en bølgedel, som ikke overfører energi, men deltager i skabelsen af ​​et interferensmønster. Størrelsen af ​​"intensiteten" af bølgedelen bestemmer antallet af energikvanter, der falder ind i et givet område af rummet. Selvom denne idé ikke tiltrak det videnskabelige samfunds opmærksomhed, er den indholdsmæssigt tæt på den såkaldte pilotbølgeteori udviklet et par år senere af Louis de Broglie [111] [112] .

Og i fremtiden nærmede Lorentz udviklingen af ​​kvanteideer meget omhyggeligt og foretrak først fuldt ud at afklare mulighederne og begrænsningerne i de gamle teorier. Han tog bølgemekanikkens indtog med stor interesse , og i 1926 korresponderede han aktivt med grundlæggeren, Erwin Schrödinger [113] . I sine breve analyserede Lorentz den østrigske videnskabsmands grundlæggende arbejde "Kvantisering som et egenværdiproblem" og viste, at elektronhastigheden er lig med gruppehastigheden af ​​den bølgepakke, der beskriver den. Samtidig bemærkede han vanskelighederne ved at repræsentere partikler ved kombinationer af materialebølger (sådanne pakker bør sløres med tiden) og manglen på klarhed i overgangen til systemer med et stort antal frihedsgrader. Som Lorentz viste, viser et forsøg på en rent klassisk fortolkning af bølgemekanikkens formalisme sig således at være utilfredsstillende [114] [115] . Selvom Lorentz forblev tro mod den klassiske fysiks idealer indtil slutningen af ​​sit liv, kunne han ikke andet end at indrømme, at kvanteteorien "er blevet for vore dages fysikere den mest nødvendige og pålidelige guide, hvis instruktioner de villigt følger. Og selvom dets bestemmelser nogle gange ligner de uforståelige ord fra et orakel, er vi overbeviste om, at der altid er sandhed bag dem .

Termodynamik og kinetisk teori for gasser

Fra begyndelsen af ​​sin videnskabelige karriere var Lorentz en overbevist atomist , hvilket ikke kun afspejledes i den elektroniske teori, han byggede, men også i en dyb interesse for den molekylær-kinetiske teori om gasser . Videnskabsmanden udtrykte sine synspunkter om materiens atomistiske struktur allerede i 1878 i sin tale "Molecular Theories in Physics" ( hollandsk.  De moleculaire theorien in de natuurkunde ), der blev holdt ved sin tiltræden som professor ved Leiden Universitet. Efterfølgende vendte han sig gentagne gange til at løse specifikke problemer i den kinetiske teori om gasser, som ifølge Lorentz er i stand til ikke kun at underbygge de opnåede resultater inden for rammerne af termodynamikken , men også tillader at gå ud over disse grænser [117] .

Lorenz' første arbejde om den kinetiske teori om gasser blev offentliggjort i 1880 under titlen Equations of Motion of Gases and the Propagation of Sound i overensstemmelse  med Kinetic Theory of Gases Efter at have overvejet en gas af molekyler med indre frihedsgrader (polyatomiske molekyler), opnåede videnskabsmanden en ligning for en enkelt-partikelfordelingsfunktion, svarende til Boltzmanns kinetiske ligning (1872). Lorentz viste først, hvordan man opnår hydrodynamiske ligninger fra denne ligning : i den laveste tilnærmelse giver afledningen Euler-ligningen , mens i den højeste tilnærmelse Navier-Stokes-ligningerne . Metoden præsenteret i artiklen, kendetegnet ved dens store almenhed, gjorde det muligt at bestemme de minimumsantagelser, der kræves for at udlede hydrodynamikkens ligninger. Derudover blev i denne artikel for første gang, på grundlag af den kinetiske teori om gasser, opnået Laplace-udtrykket for lydens hastighed , og en ny værdi blev introduceret, relateret til molekylers indre frihedsgrader og nu kendt som den volumetriske viskositetskoefficient . Lorentz anvendte snart resultaterne opnået i dette arbejde til undersøgelsen af ​​en gass adfærd i nærværelse af en temperaturgradient og gravitationskræfter. I 1887 publicerede en hollandsk fysiker en artikel, hvori han kritiserede den oprindelige konklusion af Boltzmanns H-sætning (1872) og viste, at denne konklusion ikke gælder for tilfældet med en gas af polyatomiske (ikke-sfæriske) molekyler. Boltzmann indrømmede sin fejl og præsenterede snart en forbedret version af sit bevis. Derudover foreslog Lorentz i samme artikel en forenklet udledning af H-sætningen for monoatomiske gasser, tæt på den, der bruges i moderne lærebøger, og et nyt bevis for bevarelsen af ​​elementært volumen i hastighedsrummet ved kollisioner; disse resultater blev også godkendt af Boltzmann [118] .

Et andet problem i kinetisk teori, som interesserede Lorentz, vedrørte anvendelsen af ​​virialsætningen til at opnå tilstandsligningen for en gas. I 1881 betragtede han en gas af elastiske kugler og var ved hjælp af virialsætningen i stand til at tage hensyn til de frastødende kræfter mellem partikler i kollisioner. Den resulterende tilstandsligning indeholdt et udtryk, der var ansvarlig for den udelukkede volumeneffekt i van der Waals-ligningen (dette udtryk blev tidligere kun introduceret af kvalitative årsager). I 1904 viste Lorentz, at det var muligt at nå frem til den samme tilstandsligning uden at bruge virialsætningen. I 1891 udgav han et papir om den molekylære teori om fortyndede opløsninger . Den forsøgte at beskrive egenskaberne af opløsninger (herunder osmotisk tryk ) i form af balancen af ​​kræfter, der virker mellem de forskellige komponenter i opløsningen, og protesterede mod et lignende forsøg fra Boltzmann [Komm 7] på at anvende kinetisk teori til at beregne osmotisk tryk [ 120] . Derudover skrev Lorentz fra 1885 adskillige artikler om termoelektriske fænomener , og i 1900-tallet brugte han metoderne fra den kinetiske teori om gasser til at beskrive elektronernes bevægelse i metaller (se ovenfor) [121] .

Priser og medlemskaber

Hukommelse

  • I 1925 etablerede Royal Netherlands Academy of Sciences Lorentz Gold Medal , som uddeles hvert fjerde år for præstationer inden for teoretisk fysik.
  • Lorentz-navnet er givet til låsesystemet ( Lorentzsluizen ), som er en del af Afsluitdijk-dæmningskomplekset, der adskiller Zuiderzee - bugten fra Nordsøen .
  • Talrige genstande (gader, pladser, skoler og så videre) i Holland er opkaldt efter Lorenz. I 1931, i Arnhem , i Sonsbeek Park , blev et monument over Lorenz af billedhuggeren Oswald Wenckebach ( hollandsk.  Oswald Wenckebach ) afsløret. I Haarlem , på Lorenz Square og i Leiden , ved indgangen til Instituttet for Teoretisk Fysik, er der buster af videnskabsmanden. På bygningerne forbundet med hans liv og virke er der mindetavler [129] .
  • I 1953, på hundredåret for den berømte fysiker, blev Lorentz-stipendiet oprettet for studerende fra Arnhem, der studerede ved hollandske universiteter [130] . På universitetet i Leiden, Institut for Teoretisk Fysik ( Instituut-Lorentz ) [131 ] bærer en æresstol ( Lorentz Chair ) besat hvert år af en fremtrædende teoretisk fysiker [132] og et internationalt center for videnskabelige konferencer [133 ] navnet Lorentz. ] .
  • Et af månekraterne er opkaldt efter Lorenz .

Kompositioner

Bøger
  • Lorentz HA Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht (Doct. diss.). — Arnhem: Van der Zande, 1875.
  • Lorentz HA Leerboek der differentiaal- en integraalregningen af ​​de første principer der analytiske meetkundemet het oog på de anvendelser i naturwetenschap. - Leiden: Brill, 1882. Russisk oversættelse: Lorenz G. A. Elementer af højere matematik. - Ed. 3. - M . : Gosizdat, 1910-1926.
  • Lorentz HA Beginselen der naturkunde. Leiddraad bij de lessen aan de Universiteit te Leiden. - Leiden: Brill, 1888-1890. Russisk oversættelse fra den tyske udgave: Lorenz G. A. Fysikkursus. - Ed. 2. - M. , 1912-1915.
  • Lorentz HA Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern. — Leiden: Brill, 1895.
  • Lorentz HA Zichtbare og onzichtbare bevægelser. Voordrachten, op uitnoodiging van het bestuur af departement Leiden der Maatschappij tot Nut van 't Algemeen (Cursus van Hooger Onderwijs buiten de Universiteit), i februar en marts 1901. - Leiden: Brill, 1901. Russisk oversættelse fra den tyske udgave: Lorenz G A. Synlige og usynlige bevægelser. - Ed. 2. - M. , 1905.
  • Lorentz HA Teorien om elektroner og dens anvendelse på fænomenerne lys og strålevarme. Et kursus med forelæsninger leveret i Columbia University, New York, i marts og april 1906. - New York: Columbia University Press, 1909. Russisk oversættelse: Lorentz G. A. Theory of electronics and its application to the fænomen of light and termical stråling. - Ed. 2. — M. : GITTL, 1953.
  • Lorentz HA Les theories statistiques and thermodynamique. Conférences faites au Collège de France en novembre 1912. - Leipzig; Berlin: Teubner, 1916. Russisk oversættelse: Lorenz G. A. Statistiske teorier i termodynamik. - Ed. 2. - Izhevsk: NITs RHD, 2001.
  • Mindre over theoretische natuurkunde aan de Rijks-Universiteit te Leiden givet (Forelæsninger om teoretisk fysik i 8 bind):
    • Lorentz H.A. Stralingstheorie (1910-1911). - Leiden: Brill, 1919. Russisk oversættelse fra den tyske udgave: Lorenz G. A. Theory of Radiation. - M. - L .: ONTI, 1935.
    • Lorentz H.A. Theorie der quanta (1916-1917). — Leiden: Brill, 1919.
    • Lorentz H.A. Aethertheorieen en aethermodellen (1901–1902). - Leiden: Brill, 1920. Russisk oversættelse fra den engelske udgave: Lorenz G. A. Theories and models of the ether. - M. - L. : ONTI, 1936.
    • Lorentz H. A. Termodynamik. - Leiden: Brill, 1921. Russisk oversættelse fra den engelske udgave: Lorenz G. A. Forelæsninger om termodynamik. - Ed. 2. - Izhevsk: NITs RHD, 2001.
    • Lorentz H. A. Kinetische problemer (1911–1912). — Leiden: Brill, 1921.
    • Lorentz HA Het relativiteitsbeginsel voor eenparige translaties (1910–1912). — Leiden: Brill, 1922.
    • Lorentz H. A. Entropie en waarschijnlijkheid (1910–1911). — Leiden: Brill, 1923.
    • Lorentz H. A. De theorie van Maxwell (1900-1902). - Leiden: Brill, 1925. Russisk oversættelse fra den tyske udgave: Lorenz G. A. Theory of the electromagnetic field. - M. - L .: GTTI, 1933.
  • Lorentz HA Problemer med moderne fysik. Et kursus med forelæsninger leveret i California Institute of Technology. — Boston: Ginn, 1927.
  • Den videnskabelige korrespondance af H. A. Lorentz / red. AJ Kox. - Springer, 2008. - Vol. en.
Vigtigste videnskabelige artikler
  • Lorentz HA Ueber die Beziehung zwischen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichtes und der Körperdichte  // Annalen der Physik . - 1880. - Bd. 245(9). - S. 641-665.
  • Lorentz HA De bewegingsvergelijkingen der gassen og de videreplanting af lyden ifølge de kinetische gastheorie // Verslagen en Mededeelingen der Koninklijke Akademie van Wetenschappen (Amsterdam), Afdeeling Natuurkunde. - 1880. - Bd. 15. - S. 350-393.
  • Lorentz HA La théorie électromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants // Archives Néerlandaises des Sciences Exactes et Naturelles. - 1892. - Bd. 25. - S. 363-552.
  • Lorentz HA De relationve beweging van de aarde en den aether // Verslagen der Zittingen van de Wis-en Natuurkundige Afdeeling der Koninklijke Akademie van Wetenschappen (Amsterdam). - 1892. - Bd. 1. - S. 74-79.
  • Lorentz HA Ueber den Einfluss magnetischer Kräfte auf die Emission des Lichtes  // Annalen der Physik . - 1897. - Bd. 299 (63). - S. 278-284.
  • Lorentz HA Optische verschijnselen die met de ladning en de massa der ionen in verband staan ​​// Verslagen van de Gewone Vergaderingen der Wis- en Natuurkundige Afdeeling, Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam. - 1898. - Bd. 6. - S. 506-519 (I), 555-565 (II).
  • Lorentz HA Forenklet teori om elektriske og optiske fænomener i bevægelige systemer // Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam. - 1899. - Bd. 1. - S. 427-442.
  • Lorentz HA Om metallers emission og absorption af varmestråler med store bølgelængder // Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam. - 1903. - Bd. 5. - P. 666-685.
  • Lorentz HA Elektromagnetiske fænomener i et system, der bevæger sig med enhver hastighed, der er mindre end lysets // Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam. - 1904. - Bd. 6. - P. 809-831.
  • Lorentz HA Elektronernes bevægelse i metalliske legemer // Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam. - 1905. - Bd. 7. - P. 438-453, 585-593, 684-691.
  • Lorentz HA Le partage de l'énergie entre la matière pondérable et l'éther  // Il Nuovo Cimento. - 1908. - Bd. 16. - S. 5-34.
  • Lorentz HA Sur l'application au rayonnement du théorème de l'équipartition de l'énergie // Rapp. Gensyn Solvay. - 1912. - S. 12-48.
  • Lorentz HA Om Einsteins gravitationsteori // Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam. - 1917. - Bd. 19 (I-II), 20 (III-IV). - P. 1341-1354 (I), 1354-1369 (II), 2-19 (III), 20-34 (IV).
Udvalgte værker i russisk oversættelse
  • Lorentz G.A. Max Planck og kvanteteori  // Fysisk. - 1926. - T. 6 . - S. 81-92 .
  • Relativitetsprincippet: Lør. værker af relativismens klassikere. - L . : ONTI, 1935. - S. 9-50.
  • Lorentz G. A. Gamle og nye fysikproblemer: Lør. artikler. — M .: Nauka, 1970.
  • Relativitetsprincippet: Lør. arbejder på den særlige relativitetsteori. - M . : Atomizdat, 1973. - S. 8-12, 67-90, 189-198.
  • Lorentz G. A. Om Einsteins gravitationsteori // Einsteins samling, 1980-1981. - M . : Nauka, 1985. - S. 169-190 .

Noter

Kommentarer
  1. Samtidig bemærkede Lorentz, at "i virkeligheden er teoriens udgangspunkt de oprindelige differentialligninger og ikke handling på afstand." Helmholtz-teorien blev valgt på grund af dens større gennemsigtighed sammenlignet med Maxwells vage formulering [29]
  2. Den hollandske videnskabsmand kaldte dette næsten fuldstændige sammenfald af navnene på forfatterne af formlen ( Lorentz og Lorenz ) for "et meget mærkeligt tilfælde set ud fra sandsynlighedsteoriens synspunkt" [35] . Det var Ludwig Lorentz, der først opnåede forholdet kendt i elektrodynamik som Lorentz-måleren og ofte fejlagtigt tilskrevet hans mere berømte "navnebror" [36] .
  3. Strengt taget kan andre varianter af kropsdeformation (f.eks. ekspansion i tværgående retning eller en kombination af ekspansion og kontraktion) også føre til det ønskede resultat. Lorentz var klar over dette og talte ofte om ændringer i størrelse og ikke kun sammentrækning af kroppen [65] .
  4. Lorentz lavede en fejl i udtrykket for transformationen af ​​den elektriske ladningstæthed, som var en konsekvens af vanskelighederne med at fortolke lokal tid i elektronisk teori. Dette viste også en af ​​forskellene mellem Lorentz' tilgang og SRT: mens Einstein starter med kinematik og derefter fortsætter med at anvende koordinattransformationer til fysiske love, forsøger den hollandske fysiker at udlede en ny kinematik fra elektromagnetismens love [74] .
  5. I 1922 skrev Lorentz: ”... vi kan bruge de begreber om rum og tid, som vi altid har været fortrolige med, og som jeg for mit vedkommende anser for absolut klare og i øvrigt adskilte fra hinanden. Min forståelse af tid er så bestemt, at jeg i mit billede tydeligt skelner mellem, hvad der er samtidig, og hvad der ikke er” [79] .
  6. Nonreciprocity ( engelsk  nonreciprocity ) betyder følgende. Hvis der gives en transformation, der forbinder en referenceramme, der bevæger sig med en bestemt hastighed, med en æter i hvile, så er det ikke nok for at opnå en omvendt transformation at ændre fortegnet for hastigheden til det modsatte. Det er nødvendigt at udtrykke gensidigheden af ​​de første transformationer. Kroppen har med andre ord de maksimale (“sande”) dimensioner, hvis den er i hvile i forhold til æteren, og den trækker sig til en vis grad sammen, når den bevæger sig i forhold til denne valgte referenceramme [80] .
  7. Boltzmann indrømmede i sit brev til Lorenz sin hollandske kollegas rigtighed i følgende vendinger: "... hvert brev fra dig betyder min fejltagelse; men jeg lærer altid så meget af disse sager, at jeg næsten ville ønske, jeg kunne lave flere fejl for at få flere breve fra dig .
Kilder
  1. Leidse Hoogleraren  (hollandsk)
  2. Onze Hoogleeraren  (hollandsk) - Rotterdam : Nijgh & Van Ditmar , 1898. - S. 357. - 363 s.
  3. Klyaus et al., 1974 , s. 6-8.
  4. Klyaus et al., 1974 , s. 10-14.
  5. Klyaus et al., 1974 , s. 15-20.
  6. Klyaus et al., 1974 , s. 22-24.
  7. 1 2 McCormmach (Dict), 1973 , s. 488.
  8. Klyaus et al., 1974 , s. 24-26.
  9. Klyaus et al., 1974 , s. 27-28.
  10. Klyaus et al., 1974 , s. 33-35.
  11. Klyaus et al., 1974 , s. 29-30.
  12. Klyaus et al., 1974 , s. 36-38, 41.
  13. De Broglie, 1962 , s. 36.
  14. Klyaus et al., 1974 , s. 42-48.
  15. Klyaus et al., 1974 , s. 52-56.
  16. Klyaus et al., 1974 , s. 63.
  17. Kravets T. P. Forord // Lorentz G. A. Teori om elektroner og dens anvendelse på fænomenerne lys og termisk stråling. - M. : GITTL, 1953. - S. 15 .
  18. Klyaus et al., 1974 , s. 65-68.
  19. Klyaus et al., 1974 , s. 63-64.
  20. Klyaus et al., 1974 , s. 69-73.
  21. Klyaus et al., 1974 , s. 76-77.
  22. Klyaus et al., 1974 , s. 81-82.
  23. Klyaus et al., 1974 , s. 85-87, 109-111.
  24. Klyaus et al., 1974 , s. 94-96.
  25. Klyaus et al., 1974 , s. 88, 98, 117.
  26. Klyaus et al., 1974 , s. 98-101.
  27. Klyaus et al., 1974 , s. 91-93.
  28. Klyaus et al., 1974 , s. 120, 124-126.
  29. Darrigol (HSPBS), 1994 , s. 269.
  30. Klyaus et al., 1974 , s. 150-151.
  31. Whittaker, 2001 , s. 360.
  32. Hiroshige, 1969 , s. 167-170.
  33. Ehrenfest P. Professor G. A. Lorentz som forsker // Ehrenfest P. Relativitet. Quanta. Statistikker. - M . : Nauka, 1972. - S. 198 .
  34. Hiroshige, 1969 , s. 159, 171-172.
  35. Klyaus et al., 1974 , s. 32.
  36. Jackson JD, Okun LB Historiske rødder til måleinvarians  // Rev. Mod. Phys. - 2001. - Bd. 73. - S. 670-671. )
  37. Klyaus et al., 1974 , s. 153-156.
  38. Hiroshige, 1969 , s. 173-179.
  39. Darrigol (bog), 2000 , s. 325.
  40. Hiroshige, 1969 , s. 183-186.
  41. Klyaus et al., 1974 , s. 133-135, 137-143.
  42. Whittaker, 2001 , s. 462-466.
  43. McCormmach (Isis), 1970 , s. 469, 478-479.
  44. Whittaker, 2001 , s. 474-475.
  45. Jackson JD, Okun LB Historiske rødder til måleinvarians  // Rev. Mod. Phys. - 2001. - Bd. 73. - S. 673.
  46. Hiroshige, 1969 .
  47. Schaffner (AJP), 1969 .
  48. McCormmach (Isis), 1970 .
  49. Darrigol (HSPBS), 1994 .
  50. Darrigol (bog), 2000 , s. 322-332.
  51. Hiroshige, 1969 , s. 201-202.
  52. 1 2 Klyaus et al., 1974 , s. 160.
  53. Klyaus et al., 1974 , s. 144-146.
  54. Whittaker, 2001 , s. 495-499.
  55. Kox (AS), 1990 , s. 603-604.
  56. Hoddeson LH, Baym G. Udviklingen af ​​den kvantemekaniske elektronteori for metaller: 1900-28  // Proc. Roy. soc. Lond. A. - 1980. - Vol. 371. - S. 9-11.
  57. Klyaus et al., 1974 , s. 162-163.
  58. Kox AJ Opdagelsen af ​​elektronen: II. Zeeman-effekten  // Eur. J Phys. - 1997. - Vol. 18. - S. 142-143.
  59. Arabatzis T. Zeeman-effekten og opdagelsen af ​​elektronen // Elektronens historie: Mikrofysikkens fødsel / red. JZ Buchwald, A. Warwick. - MIT Press, 2001. - S. 179-180, 187.
  60. Abiko S. I hvilket omfang forudsagde Lorentz elektronens eksistens  // Volta og elektricitetens historie / red. F. Bevilacqua, E. A. Giannetto. - Milano: Hoepli, 2003. - S. 347-356.
  61. Klyaus et al., 1974 , s. 161, 164-166.
  62. Klyaus et al., 1974 , s. 210.
  63. Klyaus et al., 1974 , s. 193-195.
  64. Darrigol (HSPBS), 1994 , s. 274.
  65. Brown HR Oprindelsen til længdekontraktion: I. FitzGerald-Lorentz deformationshypotesen  // Amer. J Phys. - 2001. - Bd. 69. - S. 1050.
  66. Klyaus et al., 1974 , s. 197-200, 212.
  67. Klyaus et al., 1974 , s. 136, 201.
  68. Whittaker, 2001 , s. 478-480.
  69. Hiroshige, 1969 , s. 206-207.
  70. McCormmach (Isis), 1970 , s. 469-471.
  71. McCormmach (Isis), 1970 , s. 473-474.
  72. Klyaus et al., 1974 , s. 199, 202.
  73. Einstein A. Ether og relativitetsteorien // Einstein A. Samling af videnskabelige artikler. - M . : Nauka, 1967. - T. 1 . - S. 685 .
  74. Zahar (I), 1973 , s. 118-120.
  75. Klyaus et al., 1974 , s. 203-204, 213-216.
  76. Klyaus et al., 1974 , s. 146-149.
  77. McCormmach (Isis), 1970 , s. 475, 480.
  78. ↑ En detaljeret diskussion af problemerne forbundet med elektromagnetiske modeller af elektronen kan findes i Janssen M., Mecklenburg M. Fra klassisk til relativistisk mekanik: Elektromagnetiske modeller af elektronen  // Interactions: Mathematics, Physics and Philosophy, 1860-1930 / udg. VF Hendricks, KF Jørgensen, J. Lützen, SA Pedersen. - Springer, 2006. - S. 65-134.
  79. Nersessian (Cent), 1986 , s. 232.
  80. Schaffner (AJP), 1969 , s. 508-509, 511.
  81. Goldberg, 1970 , s. 272-277.
  82. Nersessian (SHPS), 1984 , s. 200.
  83. McCormmach (HSPS), 1970 , s. 50-51, 60-61.
  84. Schaffner (AJP), 1969 , s. 510.
  85. Zahar (I), 1973 , s. 104-108.
  86. Zahar (I), 1973 , s. 122-123.
  87. Zahar (II), 1973 , s. 241-243, 259.
  88. Schaffner (BJPS), 1974 , s. 73-75.
  89. Feyerabend, 1974 , s. 26.
  90. Nugayev, 1985 , s. 61-62.
  91. Janssen (PP), 2002 , s. 431.
  92. Miller, 1974 .
  93. Zahar (svar), 1978 , s. 51-59.
  94. Brouwer, 1980 , s. 428-430.
  95. Janssen (PP), 2002 , pp. 429-430, 437-439.
  96. Nersessian (Cent), 1986 , s. 206-207, 230-231.
  97. Suvorov S. G. Einstein: dannelsen af ​​relativitetsteorien og nogle epistemologiske lektioner  // UFN. - 1979. - T. 128 . - S. 460-464 .
  98. Frisch, 2005 .
  99. Nersessian (Cent), 1986 , s. 234.
  100. McCormmach (Isis), 1970 , s. 476-477.
  101. Vizgin V.P. Relativistisk gravitationsteori (oprindelse og dannelse, 1900-1915). - M . : Nauka, 1981. - S. 56-59.
  102. Kox (AHES1), 1988 , s. 68-70.
  103. Kox (AHES1), 1988 , s. 71-76.
  104. Janssen (SHGR), 1992 , s. 344-349.
  105. Janssen (SHGR), 1992 , s. 350-351.
  106. Pauli W. Relativitetsteori. - M . : Nauka, 1991. - S. 73.
  107. Klyaus et al., 1974 , s. 167-172.
  108. Kox (AHES2), 2012 , s. 150-159.
  109. Kuhn T.S. Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894–1912. — 2. udg. - Chicago: University of Chicago Press, 1987. - S. 189-196.
  110. Garber E. Nogle reaktioner på Plancks lov, 1900-1914  // Studies in History and Philosophy of Science. - 1976. - Bd. 7. - S. 106-112.
  111. Klyaus et al., 1974 , s. 173-178.
  112. Kox (AHES2), 2012 , s. 160-165.
  113. Klyaus et al., 1974 , s. 186-192.
  114. Klyaus et al., 1974 , s. 233-235.
  115. Kox (AHES2), 2012 , s. 167-168.
  116. Lorentz G. A. Max Planck og kvanteteori  // UFN. - 1926. - T. 6 . - S. 81 .
  117. Kox (AS), 1990 , s. 592.
  118. Kox (AS), 1990 , s. 594-599.
  119. Kox (AS), 1990 , s. 602.
  120. Kox (AS), 1990 , s. 600-603.
  121. Klyaus et al., 1974 , s. 221-223.
  122. Klyaus et al., 1974 , s. 97.
  123. 1 2 Klyaus et al., 1974 , s. 100.
  124. 1 2 J. J. O'Connor, E. F. Robertson. Hendrik Anton  Lorentz MacTutor Biografi . University of St. Andrews. Hentet 22. november 2012. Arkiveret fra originalen 24. november 2012.
  125. Hendrik Lorentz Arkiveret 10. august 2018 på Wayback Machine 
  126. Klyaus et al., 1974 , s. 64.
  127. Klyaus et al., 1974 , s. 88.
  128. McCormmach (Dict), 1973 , s. 489-490.
  129. Klyaus et al., 1974 , s. 129.
  130. Klyaus et al., 1974 , s. 130.
  131. Instituut-Lorentz for teoretisk  fysik . Leiden Universitet. Hentet 11. juni 2013. Arkiveret fra originalen 11. juni 2013.
  132. Lorentz Chair  (engelsk)  (utilgængeligt link) . Leiden Universitet. Hentet 11. juni 2013. Arkiveret fra originalen 11. juni 2013.
  133. Lorentz Center: International Center for workshops in the Sciences  (engelsk)  (link ikke tilgængeligt) . Leiden Universitet. Hentet 11. juni 2013. Arkiveret fra originalen 11. juni 2013.

Litteratur

Bøger
  • H.A. Lorentz. Indtryk af hans liv og arbejde / red. GL De Haas-Lorentz.. - Amsterdam, 1957.
  • Frankfurt U. I. Særlig og generel relativitetsteori (historiske essays). — M .: Nauka, 1968.
  • Klyaus E. M., Frankfurt U. I., Frank A. M. Gendrik Anton Lorenz. — M .: Nauka, 1974.
  • Darrigol O. Elektrodynamik fra Ampere til Einstein. — Oxford University Press, 2000.
  • Whittaker E. Historien om teorien om æter og elektricitet. - Izhevsk: NITs RHD, 2001.
  • Kox AJ, Schatz HF Et levende kunstværk: Hendrik Antoon Lorentz' liv og videnskab. — Oxford University Press, 2021.
Artikler Historiske og filosofiske diskussioner

Links