Хендрик Лоренц

Хендрик Лоренц — нидерландский физик-теоретик, создатель классической электронной теории, один из основоположников специальной теории относительности и лауреат Нобелевской премии по физике (1902). Наиболее известен своими работами в области электродинамики, оптики и теории излучения, а также выведением преобразований, названных его именем, которые стали математической основой для специальной теории относительности.

Биография

Ранние годы и образование

Хендрик Антон Лоренц родился 18 июля 1853 года в Арнеме (Нидерланды) в семье Геррита Фредерика Лоренца, владельца питомника, и Гертруды ван Гинкель. С раннего возраста проявлял выдающиеся способности к математике и физике. В 1866 году поступил в Высшую гражданскую школу в Арнеме, где изучал классические языки и естественные науки. В 1870 году, после смерти отца, Лоренц поступил в Лейденский университет, где слушал лекции профессоров Питера Рейке и Йоханнеса ван дер Ваальса. Уже в студенческие годы он опубликовал свою первую научную работу, посвященную отражению и преломлению света.

В 1873 году Лоренц защитил докторскую диссертацию на тему «К теории отражения и преломления света» (нидерл. Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht), в которой развил электромагнитную теорию Максвелла применительно к оптическим явлениям. Эта работа принесла ему степень доктора философии с отличием.

Академическая карьера

В 1877 году, в возрасте 24 лет, Лоренц был назначен профессором теоретической физики Лейденского университета — это была первая в Нидерландах кафедра такого профиля. Он занимал эту должность до 1912 года, воспитав целое поколение физиков, включая Питера Зеемана (будущего нобелевского лауреата). Лоренц читал лекции по электродинамике, термодинамике, статистической механике и теории относительности.

В 1912 году Лоренц переехал в Харлем, где стал директором физического кабинета Тейлеровского музея, но продолжал читать лекции в Лейдене в качестве экстраординарного профессора. В 1919 году он также возглавил Государственную комиссию по осушению Зёйдерзе, проявив себя как талантливый организатор и инженер.

Последние годы и смерть

После Первой мировой войны Лоренц активно участвовал в международном научном сотрудничестве, в частности, в работе Международного комитета по интеллектуальному сотрудничеству Лиги Наций (предшественник ЮНЕСКО). Он скончался 4 февраля 1928 года в Харлеме от сердечного приступа. Похороны прошли с национальными почестями; на них присутствовали представители научного сообщества со всего мира, включая Альберта Эйнштейна, который произнес прощальную речь.

Научные достижения

Электронная теория Лоренца

Основным вкладом Лоренца в физику стала созданная им в 1890-х годах электронная теория (или теория электронов). В рамках этой теории он предположил, что все материальные тела состоят из заряженных частиц — электронов, которые являются носителями электричества. Свет, согласно Лоренцу, представляет собой электромагнитные волны, распространяющиеся в эфире, а взаимодействие света с веществом объясняется колебаниями электронов под действием электрического поля волны.

Эта теория позволила объяснить ряд оптических и электромагнитных явлений:

• Дисперсия света — зависимость показателя преломления от частоты.
• Эффект Зеемана — расщепление спектральных линий в магнитном поле (открыт в 1896 году учеником Лоренца Питером Зееманом). За объяснение этого эффекта Лоренц и Зееман получили Нобелевскую премию в 1902 году.
• Магнитооптика — вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея).

Преобразования Лоренца

В попытке согласовать электродинамику движущихся тел с принципом относительности Галилея и опытами Майкельсона — Морли, Лоренц в 1904 году вывел математические соотношения, связывающие координаты и время в двух инерциальных системах отсчета, движущихся друг относительно друга с постоянной скоростью. Эти соотношения, названные преобразованиями Лоренца, показали, что пространство и время не являются абсолютными: длина сокращается, а время замедляется при приближении скорости к скорости света.

Лоренц интерпретировал эти преобразования как реальные физические изменения, вызванные движением относительно эфира. Однако в 1905 году Альберт Эйнштейн, используя те же преобразования, дал им принципиально новую интерпретацию в рамках специальной теории относительности, отказавшись от понятия эфира и постулировав инвариантность скорости света.

Сокращение Лоренца — Фитцджеральда

Независимо от Джорджа Фитцджеральда, Лоренц в 1892 году предложил гипотезу о том, что движущееся тело сокращается в направлении своего движения (так называемое «сокращение Лоренца — Фитцджеральда»). Эта гипотеза была введена для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона — Морли. Позже сокращение стало одним из следствий преобразований Лоренца.

Работы по термодинамике и статистической механике

Лоренц внес вклад в развитие кинетической теории газов и статистической механики. Он разработал метод расчета свойств газов с учетом взаимодействия молекул (теория Лоренца для электронного газа в металлах), а также изучал флуктуации и броуновское движение. Его работы по термодинамике необратимых процессов стали основой для последующих исследований.

Признание и награды

• Нобелевская премия по физике (1902) — совместно с Питером Зееманом «за выдающиеся заслуги в исследовании влияния магнетизма на излучение».
• Медаль Румфорда (Лондонское королевское общество, 1908).
• Медаль Копли (Лондонское королевское общество, 1918).
• Орден «За заслуги» (Нидерланды).
• Член многих академий наук мира, включая Лондонское королевское общество, Французскую академию наук, Российскую академию наук (с 1908 года — иностранный член-корреспондент, с 1924 года — иностранный почетный член).

Память

• Именем Лоренца названы:
• Единица магнитного потока в системе СГС — максвелл (в некоторых странах — лоренц).
• Кратер на Луне (диаметр 24 км).
• Астероид (1662) Лоренц.
• Институт теоретической физики в Лейденском университете (Instituut-Lorentz).
• Медаль Лоренца — престижная награда Королевской академии наук Нидерландов за достижения в теоретической физике.
• В 1928 году, в год смерти Лоренца, в Нидерландах была выпущена почтовая марка с его портретом.
• В 1953 году, к 100-летию со дня рождения, в Лейдене был установлен памятник ученому.

Источники

• Лоренц, Хендрик Антон // Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М., 1969—1978.
• Лоренц, Хендрик Антон // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2.
• Лоренц, Хендрик Антон // Энциклопедия «Кругосвет».
• Pais, A. 'Subtle is the Lord...': The Science and the Life of Albert Einstein. — Oxford University Press, 1982.
• Kox, A. J. The Scientific Correspondence of H. A. Lorentz. — Springer, 2008.