Голландский физик Хендрик Антон Лоренц родился в Арнхеме в семье Геррита Фредерика Лоренца и Гертруды (ван Гинкель) Лоренц. Отец Л. содержал детские ясли. Мать мальчика умерла, когда ему исполнилось четыре года. Через пять лет отец женился вторично на Люберте Хупкес. Л. учился в средней школе Арнхема и имел отличные оценки по всем предметам.
В 1870 г. он поступил в Лейденский университет, где познакомился с профессором астрономии Фредериком Кайзером, чьи лекции по теоретической астрономии заинтересовали его. Менее чем за два года Л. стал бакалавром наук по физике и математике. Возвратившись в Арнхем, он преподавал в местной средней школе и одновременно готовился к экзаменам на докторскую степень, которые он отлично сдал в 1873 г. Через два года Л. успешно защитил в Лейденском университете диссертацию на соискание ученой степени доктора наук. Диссертация была посвящена теории отражения и преломления света. В ней Л. исследовал некоторые следствия из электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла относительно световых волн. Диссертация была признана выдающейся работой.
Л. продолжал жить в родном доме и преподавать в местной средней школе до 1878 г., когда он был назначен на кафедру теоретической физики Лейденского университета. В то время теоретическая физика как самостоятельная наука делала еще только первые шаги. Кафедра в Лейдене была одной из первых в Европе. Новое назначение как нельзя лучше соответствовало вкусам и наклонностям Л., который обладал особым даром формулировать теорию и применять изощренный математический аппарат к решению физических проблем.
Продолжая заниматься исследованием оптических явлений, Л. в 1878 г. опубликовал работу, в которой теоретически вывел соотношение между плотностью тела и его показателем преломления (отношением скорости света в вакууме к скорости света в теле – величине, характеризующей, насколько сильно отклоняется от первоначального направления луч света при переходе из вакуума в тело). Случилось так, что несколько раньше ту же формулу опубликовал датский физик Людвиг Лоренц, поэтому она получила название формулы Лоренца – Лоренца. Однако работа Хендрика Л. представляет особый интерес потому, что основана на предположении, согласно которому материальный объект содержит колеблющиеся электрически заряженные частицы, взаимодействующие со световыми волнами. Она подкрепила отнюдь не общепринятую тогда точку зрения на то, что вещество состоит из атомов и молекул.
В 1880 г. научные интересы Л. были связаны главным образом с кинетической теорией газов, описывавшей движение молекул и установление соотношения между их температурой и средней кинетической энергией. В 1892 г. Л. приступил к формулированию теории, которую как сам он, так и другие впоследствии назвали теорией электронов. Электричество, утверждал Л., возникает при движении крохотных заряженных частиц – положительных и отрицательных электронов. Позднее было установлено, что все электроны отрицательно заряжены. Л. заключил, что колебания этих крохотных заряженных частиц порождают электромагнитные волны, в том числе световые и радиоволны, предсказанные Максвеллом и открытые Генрихом Герцем в 1888 г. В 1890-е гг. Л. продолжил занятия теорией электронов. Он использовал ее для унификации и упрощения электромагнитной теории Максвелла, опубликовал серьезные работы по многим проблемам физики, в том числе о расщеплении спектральных линий в магнитном поле.
Когда свет от раскаленного газа проходит через щель и разделяется спектроскопом на составляющие частоты, или чистые цвета, возникает линейчатый спектр – серия ярких линий на черном фоне, положение которых указывает соответствующие частоты. Каждый такой спектр характерен для вполне определенного газа. Л. предположил, что частоты колеблющихся электронов определяют частоты в испускаемом газом свете. Кроме того, он выдвинул гипотезу о том, что магнитное поле должно сказываться на движении электронов и слегка изменять частоты колебаний, расщепляя спектр на несколько линий. В 1896 г. коллега Л. по Лейденскому университету Питер Зееман поместил натриевое пламя между полюсами электромагнита и обнаружил, что две наиболее яркие линии в спектре натрия расширились. После дальнейших тщательных наблюдений над пламенем различных веществ Зееман подтвердил выводы теории Л., установив, что расширенные спектральные линии в действительности представляют собой группы из близких отдельных компонент. Расщепление спектральных линий в магнитном поле получило название эффекта Зеемана. Зееман подтвердил и предположение Л. о поляризации испускаемого света.
Хотя эффект Зеемана не удалось полностью объяснить до появления в XX в. квантовой теории, предложенное Л. объяснение на основе колебаний электронов позволило понять простейшие особенности этого эффекта. В конце XIX в. многие физики считали (как выяснилось впоследствии, правильно), что спектры должны стать ключом к разгадке строения атома. Поэтому применение Л. теории электронов для объяснения спектрального явления можно считать необычайно важным шагом на пути к выяснению строения вещества. В 1897 г. Дж.Дж. Томсон открыл электрон в виде свободно движущейся частицы, возникающей при электрических разрядах в вакуумных трубках. Свойства открытой частицы оказались такими же, как у постулированных Л. электронов, колеблющихся в атомах.
Зееман и Л. были удостоены Нобелевской премии по физике 1902 г. «в знак признания выдающегося вклада, который они внесли своими исследованиями влияния магнетизма на излучения». «Наиболее значительным вкладом в дальнейшее развитие электромагнитной теории света мы обязаны профессору Л., – заявил на церемонии вручения премии Ялмар Теель из Шведской королевской академии наук. – Если теория Максвелла свободна от каких бы то ни было допущений атомистического характера, то Л. начинает с гипотезы о том, что вещество состоит из микроскопических частиц, называемых электронами, которые являются носителями вполне определенных зарядов».
В конце XIX – начале XX в. Л. по праву считался ведущим физиком-теоретиком мира. Работы Л. охватывали не только электричество, магнетизм и оптику, но и кинетику, термодинамику, механику, статистическую физику и гидродинамику. Его усилиями физическая теория достигла пределов, возможных в рамках классической физики. Идеи Л. оказали влияние на развитие современной теории относительности и квантовой теории.
В 1904 г. Л. опубликовал наиболее известные из выведенных им формул, получившие название преобразований Лоренца. Они описывают сокращение размеров движущегося тела в направлении движения и изменение хода времени. Оба эффекта малы, но возрастают, если скорость движения приближается к скорости света. Эту работу он предпринял в надежде объяснить неудачи, постигавшие все попытки обнаружить влияние эфира – загадочного гипотетического вещества, якобы заполняющего все пространство.
Считалось, что эфир необходим как среда, в которой распространяются электромагнитные волны, например свет, подобно тому как молекулы воздуха необходимы для распространения звуковых волн. Несмотря на многочисленные трудности, встретившиеся на пути тех, кто пытался определить свойства вездесущего эфира, который упорно не поддавался наблюдению, физики все же были убеждены в том, что он существует. Одно из следствий существования эфира должно было бы наблюдаться обязательно: если скорость света измерять движущимся прибором, то она должна быть больше при движении к источнику света и меньше при движении в другую сторону. Эфир можно было бы рассматривать как ветер, переносящий свет и заставляющий его распространяться быстрее, когда наблюдатель движется против ветра, и медленнее, когда он движется по ветру.
В знаменитом эксперименте, выполненном в 1887 г. Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом У. Морли с помощью высокоточного прибора, называемого интерферометром, лучи света должны были пройти определенное расстояние в направлении движения Земли и затем такое же расстояние в противоположном направлении. Результаты измерений сравнивались с измерениями, произведенными над лучами, распространяющимися туда и обратно перпендикулярно направлению движения Земли. Если бы эфир как-то влиял на движение, то времена распространения световых лучей вдоль направления движения Земли и перпендикулярно ему из-за различия в скоростях отличались бы достаточно для того, чтобы их можно было измерить интерферометром. К удивлению сторонников теории эфира, никакого различия обнаружено не было.
Множество объяснений (например, ссылка на то, что Земля увлекает за собой эфир и поэтому он покоится относительно нее) были весьма неудовлетворительны. Для решения этой задачи Л. (и независимо от него ирландский физик Дж. Ф. Фитцджералд) предположил, что движение сквозь эфир приводит к сокращению размеров интерферометра (и, следовательно, любого движущегося тела) на величину, которая объясняет кажущееся отсутствие измеримого различия скорости световых лучей в эксперименте Майкельсона – Морли.
Преобразования Л. оказали большое влияние на дальнейшее развитие теоретической физики в целом и в частности на создание в следующем году Альбертом Эйнштейном специальной теории относительности. Эйнштейн питал к Л. глубокое уважение. Но если Л. считал, что деформация движущихся тел должна вызываться какими-то молекулярными силами, изменение времени – не более чем математический трюк, а постоянство скорости света для всех наблюдателей должно следовать из его теории, то Эйнштейн подходил к относительности и постоянству скорости света как к основополагающим принципам, а не проблемам. Приняв радикально новую точку зрения на пространство, время и несколько фундаментальных постулатов, Эйнштейн вывел преобразования Л. и исключил необходимость введения эфира.
Л. сочувственно относился к новаторским идеям и одним из первых выступил в поддержку специальной теории относительности Эйнштейна и квантовой теории Макса Планка. На протяжении почти трех десятилетий нового века Л. проявлял большой интерес к развитию современной физики, сознавая, что новые представления о времени, пространстве, материи и энергии позволили разрешить многие проблемы, с которыми ему приходилось сталкиваться в собственных исследованиях. О высоком авторитете Л. среди коллег свидетельствует хотя бы такой факт: по их просьбе он в 1911 г. стал председателем первой Сольвеевской конференции по физике – международного форума самых известных ученых – и ежегодно, до самой смерти, выполнял эти обязанности.
В 1912 г. Л. ушел в отставку из Лейденского университета с тем, чтобы уделять большую часть времени научным исследованиям, но раз в неделю он продолжал читать лекции. Переехав в Гарлем, Л. принял на себя обязанности хранителя физической коллекции Музея гравюр Тейлора. Это давало ему возможность работать в лаборатории. В 1919 г. Л. принял участие в одном из величайших в мире проектов предупреждения наводнений и контроля за ними. Он возглавил комитет по наблюдению за перемещениями морской воды во время и после осушения Зюйдерзее (залива Северного моря). После окончания первой мировой войны Л. активно способствовал восстановлению научного сотрудничества, прилагая усилия к тому, чтобы восстановить членство граждан стран Центральной Европы в международных научных организациях. В 1923 г. он был избран в международную комиссию по интеллектуальному сотрудничеству Лиги Наций. В состав этой комиссии входили семь ученых с мировым именем. Через два года Л. стал ее председателем. Л. сохранял интеллектуальную активность до самой смерти, последовавшей 4 февраля 1928 г. в Гарлеме.
В 1881 г. Л. женился на Аллетте Катерине Кайзер, племяннице профессора астрономии Кайзера. У супругов Лоренц родилось четверо детей, один из которых умер в младенческом возрасте. Л. был необычайно обаятельным и скромным человеком. Эти качества, а также его удивительные способности к языкам позволили ему успешно руководить международными организациями и конференциями.
Помимо Нобелевской премии Л. был удостоен медалей Копли и Румфорда Лондонского королевского общества. Он был почетным доктором Парижского и Кембриджского университетов, членом Лондонского королевского и Германского физического обществ. В 1912 г. Л. стал секретарем Нидерландского научного общества.
ЛОРЕНЦ ХЕНДРИК АНТОН
(1853 г. – 1928 г.)
Выдающийся нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц родился 18 июля 1853 года в Арнеме (Нидерланды) в семье Геррита Фредерика Лоренца и Гертруды Лоренц (урожденной ван Гинкель).
Отец будущего ученого содержал детский сад. Мать умерла, когда мальчику было 4 года, и спустя пять лет отец женился на Люберте Хупкес.
В детстве Хендрик Антон был хрупким и неуверенным в себе мальчиком. В возрасте шести лет его отдали учиться в одну из лучших начальных школ Арнема, а через некоторое время он стал лучшим учеником в классе.
В 1966 году в Арнеме открылась Высшая гражданская школа, и Хендрика Лоренца как одаренного ребенка сразу взяли в третий класс.
В школе не отличающийся крепким здоровьем мальчик ловил все на лету. Особенно будущего ученого увлекало изучение физики и математики. Имея прекрасную память, унаследованную от своего деда, Хендрик Антон изучил английский, французский, немецкий, греческий и латинский языки. На латыни Лоренц сочинял прекрасные стихи до самой смерти.
Успехи в учебе породили у юноши дальнейшее желание учиться. После окончания 5-го класса Высшей гражданской школы Хендрик целый год изучал работы классиков. А в 1870 году будущий ученый поступил в престижный Лейденский университет. Здесь его больше всего заинтересовали лекции по теоретической астрономии профессора Фредерика Кайзера, но его воображение было потрясено работами Джеймса Клерка Максвелла, которые как раз поступили в университетскую библиотеку.
Знаменитый максвелловский «Трактат об электричестве» в то время был трудным для понимания даже для известных физиков. Когда Хендрик Антон попросил парижского переводчика трактата объяснить ему физический смысл нескольких уравнений Максвелла, то услышал, что эти уравнения не имеют физического смысла и их следует рассматривать лишь с точки зрения математики.
Учеба в Лейденском университете давалась Лоренцу легко, и уже в следующем году (1871) он защитил с отличием свою диссертационную работу и стал бакалавром физико-математических наук.
В это время он продолжал штудировать работы Максвелла. Кроме изучения полевых уравнений, будущий ученый, за двадцать лет до открытия электрона, предположил, что крохотные носители электрического заряда являются главными факторами влияния на свойства сред.
С целью подготовки к экзаменам на докторскую степень в 1872 году Хендрик Антон временно покинул университет и вернулся в Арнем, где преподавал в местной вечерней школе. В 1873 году будущий ученый вновь приехал в Лейден и сдал докторские экзамены на «отлично».
11 декабря 1875 года, в возрасте 22 лет, Лоренц блестяще защитил в Лейденском университете свою диссертационную работу по теории отражения и преломления света с точки зрения электромагнетизма Максвелла и был удостоен ученой степени доктора наук.
В своей диссертации Хендрик Антон исследовал вытекающие из электромагнитной теории Максвелла свойства световых волн и пытался обосновать изменение скорости распространения света в среде влиянием наэлектризованных частиц тела. И хотя в те времена некоторые физики высказывали идеи о существовании таких частиц, но структура атома была еще не известна, и предположения такого рода мало кто воспринимал серьезно.
После получения Лоренцом степени доктора наук Утрехтский университет предложил молодому ученому место профессора математики, однако он отказался, предпочтя должность учителя в гимназии. Выбор Лоренца объяснялся тем, что он надеялся на профессорское место в Лейденском университете.
Долго ждать ему не пришлось, и уже 25 января 1878 года двадцатипятилетний Хендрик Антон Лоренц, став профессором первой в истории всех университетов кафедры теоретической физики, специально учрежденной для него, произнес свою вступительную речь «Молекулярные теории в физике». До самого выхода на пенсию в 1913 году Лоренц, несмотря на многочисленные предложения из-за границы, так и остался верным рыцарем своей aima mater.
В 1878 году Хендрик Антон Лоренц опубликовал знаменитую статью «О соотношении между скоростью распространения света и плотностью и составом среды», в которой вывел соотношение между плотностью прозрачного вещества и показателем его преломления. Такую же формулу одновременно предложил датский физик Людвиг Лоренц, поэтому она получила название формулы Лоренца-Лоренца.
Работа Хендрика Антона основывалась на предположении, что материальный объект содержит колеблющиеся электрически заряженные частицы, взаимодействующие со световыми волнами. Она стала еще одним доводом в пользу того, что вещество состоит из атомов и молекул.
В начале 1880-х годов голландский физик заинтересовался кинетической теорией газов, описывающей движение молекул и соотношения между их температурой и средней кинетической энергией.
В последующие годы, будучи уже знаменитым ученым, Лоренц возвратился к своим студенческим исследованиям. Уже в 1892 году он сформулировал знаменитую теорию электронов. По Лоренцу, электричество возникает при движении очень маленьких отрицательно и положительно заряженных частиц, которые имеют определенную массу и подчиняются классическим законам. Только более поздние открытия установили, что все электроны отрицательно заряжены и подчиняются законам квантовой физики.
Кроме того, ученый сделал вывод, что колебания крохотных заряженных частиц (электронов), которые менее инертны, чем другие заряженные частицы вещества, порождают электромагнитные волны, в том числе световые и радиоволны, открытые еще в 1888 году гениальным физиком Генрихом Герцем.
Теория Лоренца объясняла различные электрические, магнитные и оптические свойства вещества, а также некоторые электромагнитные явления, в том числе эффект Зеемана.
В этом же 1892 году ученый опубликовал фундаментальный труд «Электромагнитная теория Максвелла и ее приложение к движущимся телам». В этой работе он выделил основные постулаты электронной теории и вывел выражение силы, с которой электрическое поле действует на движущийся заряд (сила Лоренца).
В это время голландский физик много и плодотворно работал. Из-под его пера вышли замечательные работы по различным проблемам физики того времени.
Продолжая заниматься теорией электронов, Лоренц значительно упростил электромагнитную теорию Максвелла.
В 1892 году он опубликовал знаменитую статью о расщеплении спектральных линий в магнитном поле. Световой луч от раскаленного газа при прохождении через щель разделяется спектроскопом на составляющие частоты. В результате возникает линейчатый спектр – последовательность цветовых линий на черном фоне, позиция каждой из которых соответствует определенной частоте. Каждый газ имеет свой спектр.
Хендрик Антон Лоренц предположил, что частоты в испускаемом газом световом луче определяются частотами колеблющихся электронов. Кроме того, ученый выдвинул идею, что магнитное поле влияет на движение электронов, в результате чего изменяются частоты колебаний и спектр расщепляется на несколько линий.
В 1896 году студент Лоренца (а позже и его сотрудник) Питер Зееман провел опыт, который подтвердил эффект, прогнозируемый Лоренцом. Он поместил натриевое пламя между полюсами электромагнита, в результате чего две наиболее яркие линии в спектре натрия расширились. В своих дальнейших экспериментах Зееман использовал различные вещества и убедился в правильности предположения Лоренца о том, что расширенные спектральные линии в действительности представляют собой группы отдельных близких компонент.
Явление расщепления спектральных линий в магнитном поле было названо эффектом Зеемана. Питер Зееман экспериментально подтвердил также предположение Лоренца о поляризации испускаемого света. В следующем году Хендрик Антон Лоренц разработал теорию эффекта Зеемана, основанную на явлениях колебаний электронов. Полностью эффект Зеемана удалось объяснить позже, с помощью квантовой теории.
Как и его гениальные предшественники Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл, Лоренц полагал, что все пространство заполнено эфиром – особой средой, в которой распространяются электромагнитные волны. Хотя определить свойства эфира физикам не удалось, они не смогли доказать ни его отсутствие, ни его наличие.
Но в 1887 году Альберт Майкельсон и Эдвард Морли провели знаменитый эксперимент, в котором с помощью высокоточного интерферометра попытались определить скорость движения Земли относительно эфира. В этом опыте световые лучи должны были пройти определенное расстояние по направлению движения Земли, а затем такое же расстояние – в противоположном направлении. Теоретически должны были получиться разные результаты измерений при движении луча в одном и другом направлениях. Однако опыты не выявили какой-либо разницы в скорости света, а значит, эфир никак не влиял на движение или же его не существует.
В 1892 году ирландский физик Джордж Фицджеральд показал, что отрицательные результаты опыта по существованию эфира можно объяснить в случае, если размеры тел, которые движутся со скоростью v , сокращаются в направлении их движения в раз (с – скорость света). В этом же году независимо от Фицджеральда Лоренц предложил свое обоснование вопроса. Голландский ученый также предположил, что движение сквозь эфир приводит к сокращению размеров любого движущегося тела на величину, которая объясняет одинаковую скорость световых лучей в эксперименте Майкельсона и Морли. Гипотеза о сокращении размеров тел в направлении их движения получила название «сокращение Лоренца-Фицджеральда».
Впоследствии проблемы, рассматриваемые знаменитыми физиками, привели к анализу и пересмотру многих классических представлений о времени и пространстве и в итоге – к разработке теории относительности и квантовой теории.
В 1895 году в Лейдене вышла из печати новая фундаментальная работа Лоренца «Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах». Она стала настольной книгой по электродинамике всех ученых-физиков тех лет. Эйнштейн, Хевисайд, Пуанкаре расхваливали и изучали ее от первого и до последнего абзаца. В этой работе Лоренц привел полное систематическое изложение своей теории электронов. Кроме того, Хендрик предположил, что эфир не принимает участия в движении электронов, а значит, он неподвижен. Лоренц заметил, что речь идет не об абсолютном покое эфира, а о том, что любые реальные движения небесных тел являются движениями относительно эфира.
Нидерландский ученый ввел понятие локального времени, подразумевая, что время для движущихся тел протекает иначе, чем для покоящихся. На базе своих представлений об электронах Лоренц описал различные явления – от явлений дисперсии до явлений проводимости. Кроме того, он рассматривал электромагнитные явления в движущихся средах.
В 1899 году Лоренц напечатал статью «Упрощенная теория электрических и оптических явлений в движущихся телах», значительно упростив свою работу 1895 года.
В 1897 году директор Кавендишской лаборатории Дж. Дж. Томсон открыл электрон – свободно движущуюся частицу, ее свойства оказались аналогичными тем, что Лоренц теоретически предполагал в электронах, колеблющихся в атомах.
В конце XIX – начале XX века Лоренц стал одним из ведущих физиков-теоретиков в мире. Многие ученые обращались к нему, когда сталкивались с непредвиденными трудностями. Нидерландский ученый был прекрасно осведомлен о состоянии дел в различных областях физики. Его работы касались таких областей физики, как теория электричества и магнетизма, оптика, кинетика, термодинамика, механика и др.
Лоренц близко подошел к созданию теории относительности, но так и не сделал необходимого шага в сторону от классических физических законов.
Почти все свои гениальные труды ученый написал, работая в Лейдене. В 1900 году он впервые выехал с научным докладом за границу на Международный конгресс физиков в Париже.
«В знак признания выдающейся работы, которую они проделали своими исследованиями воздействия магнетизма на явление излучения» нидерландские физики Хендрик Антон Лоренц и Питер Зееман были удостоены Нобелевской премии по физике за 1902 год.
В своей презентационной речи 10 декабря 1902 года профессор Ялмар Тиель, председатель Шведской королевской академии наук, сказал: «Величайший взнос в дальнейшее развитие электромагнитной теории света сделал профессор Лоренц, чья теоретическая работа по этой теме принесла богатейшие плоды. Кроме того, академия также помнит великую роль, которую профессор Лоренц сыграл в вышеупомянутых открытиях благодаря мастерской разработке теории электронов, которая стала основным законом и в других областях физики».
11 декабря 1902 года Лоренц прочитал свою знаменитую нобелевскую лекцию «Теория электронов и распространение света».
В 1904 году нидерландский ученый напечатал свою знаменитую статью «Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света». Он вывел формулы, связывающие между собой пространственные координаты и моменты времени одного и того же события в двух различных инерциальных системах отсчета. Эти выражения получили название «преобразования Лоренца». Кроме того, нобелевский лауреат предложил формулу зависимости массы электрона от его скорости. Эффекты, рассматриваемые Лоренцом, имели место в том случае, когда скорость движения тела была близка к скорости света.
На основании работ Лоренца и Пуанкаре в 1905 году Альберт Эйнштейн создал частную теорию относительности, которая по-новому рассматривала проблемы пространства и времени. Формулы Лоренца, по сути, объясняли все кинематические эффекты этой теории.
Хендрик Антон способствовал многим физическим открытиям. Он одним из первых поддержал теорию относительности Эйнштейна и квантовую теорию Макса Планка.
Среди знаменитых работ Лоренца следует также выделить создание теории дисперсии света, объяснение зависимости электропроводности вещества от его теплопроводности, вывод формулы, связывающей проницаемость диэлектрика с плотностью.
В 1911 году в Брюсселе был проведен I Международный Сольвеевский конгресс физиков «Излучение и кванты», председателем которого был избран Хендрик Антон Лоренц. Его скромность и обаятельность, блестящие знания физики и разных языков снискали ему уважение у различных ученых. Лоренц был многократным руководителем различных международных конференций. Особенно следует выделить знаменитые Сольвеевские конгрессы, на которых и формировалась новая квантовая и релятивистская физика. Нидерландский ученый был одним из организаторов и председателем этих знаменитых заседаний физиков всего мира.
В 1912 году Лоренц ушел в отставку из Лейденского университета. В следующем году он занял престижный пост директора физического кабинета Тейлоровского музея в Харлеме, который по рангу находился на одной ступени с президентом Лондонского королевского общества.
Еще при жизни Хендрик Антон Лоренц был признан старейшиной физической науки, одним из классиков теоретической физики.
В 1919 году Лоренца пригласили принять участие в одном из величайших в истории проектов гидротехники – предупреждения наводнений и контроля за ними. Он был избран главой комитета по изучению движения морской воды во время и после осушения Зейдер-Зее (залива Северного моря). Его теоретические вычисления – результат восьмилетней работы – были подтверждены практикой и с того времени постоянно применяются в гидравлике.
Во время и после окончания Первой мировой войны голландский ученый активно выступал за объединение ученых разных стран. Лоренц добился открытия в Лейдене бесплатных библиотек, много времени уделял вопросам преподавания.
В 1923 году Лоренц стал членом Международного комитета Лиги Наций по интеллектуальному сотрудничеству, а в 1925 году – его председателем.
В начале 1881 года знаменитый нидерландский ученый женился на Аллетте Катерине Кайзер, племяннице профессора астрономии Кайзера. Жена родила Лоренцу четверых детей, но один из них умер еще в младенческом возрасте. Старшая дочь, Гертруда Люберта Лоренц, пошла по стопам отца и стала физиком. Благодаря жене, которая полностью взяла на себя воспитание детей, Хендрик Антон мог целиком отдавать себя любимому делу – науке.
В одном из писем 1927 года своей дочери ученый написал, что он планирует завершить несколько научных дел, но и то, что он уже сделал, – тоже хорошо, ведь он прожил большую и чудесную жизнь.
Кроме Нобелевской премии знаменитый ученый был награжден различными медалями и премиями, среди которых можно выделить медали Копли (1918) и Румфорда (1908) Лондонского королевского общества.
Лоренц был членом различных академий наук и научных обществ. В 1912 году он стал секретарем Нидерландского научного общества, в 1910 году был избран иностранным членом-корреспондентом Петербургской АН, а в 1925 году – иностранным почетным членом Академии наук СССР. В 1881 году Лоренц стал членом Королевской академии наук в Амстердаме. Кроме того, Хендрик Антон был почетным доктором Парижского и Кембриджского университетов, членом Лондонского королевского и Германского физического обществ.
4 февраля 1928 года в возрасте 75 лет Хендрик Антон Лоренц умер в Харлеме. В Нидерландах был объявлен национальный траур.
Еще при жизни Лоренц стал живым классиком физики. После его смерти его именем был назван один из лунных кратеров.
Антон Хендрик Лоренц - великий нидерландский физик, лауреат Нобелевской премии по физике в 1902 году, создатель классической электронной теории, профессор Лейденского университета, член-корреспондент АН Петербурга в 1910 году.
Родился Хендрик Лоренц в городе Арнем 18 июля 1853 года. Его отец, Геррит Фредерик Лоренц был мелким предпринимателем и удерживал детские ясли, мать, Гертруда Лоренц, умерла, когда мальчику было четыре года. Ее заменила Люберта Хупкес, мачеха, о которой он всегда вспоминал с теплотой и любовью. В шесть лет Хендрик Лоренц пошел в школу. Он был лучшим учеником в классе и в 1866 году перешел в Высшую гражданскую школу. Мальчик обладал просто исключительной памятью, и помимо школьных предметов, смог выучить немецкий, французский и английский язык.
Перед поступлением в Лейденский университет он освоил греческий и латынь. Но особенные успехи Лоренц проявлял в изучении математики и физики. В 1870 году он поступает в Лейденский университет. Большое влияние на него, как на будущего физика-теоретика, оказал профессор Фредерик Кайзер, преподаватель астрономии. Обучаясь в университете, он познакомился с трудами Джеймса Максвелла. Изучая «Трактат по электричеству», он развил теорию Максвелла и выдвинул идею о том, что на магнитные и электрические свойства основное влияние оказывают носители электрического заряда - электроны.
Диссертацию на эту тему Лоренц защитил в 1875 году. Уже в 25 лет он становится профессором Лейденского университета на кафедре теоретической физики. Первым шагом к разработке электронной теории была работа 1878 года, объясняющая дисперсию света. В 1880 году параллельно с Людвигом Лоренцом он вывел формулу Лоренца-Лоренца, которая связывает показатель преломления вещества с электронной поляризуемостью атомов, ионов, молекул. Уже в 1881 году Хендрик Лоренц становится членом Королевской академии наук в городе Амстердаме.
Женился Хендрик Лоренц в начале 1881 года и его жена, Алетта Лоренц, смогла создать для него размеренную, спокойную и счастливую жизнь для напряженной и творческой работы. Труды Лоренца были посвящены статистической физике, электродинамике, теории излучения, оптике и атомной физике. Лоренц объяснил опыт Майкельсона-Морли, выдвинул гипотезу о сокращении размеров тел. В 1895 году выходит его первая книга о теории электрических и магнитных явлений движущихся тел, он вводит понятие о локальном времени.
В 1892 году ученый сформулировал окончательную теорию о расщеплении спектральных линий. В 1990 году Лоренц впервые посещает с докладом Париж. На Международном конгрессе физиков он был признан ведущими физиками того времени. Лоренц разрабатывал свою электронную теорию более 30 лет. В 1902 году за объяснение эффекта Зеемана он был удостоен Нобелевской премии. В 1904 году Лоренцем были выведены формулы известные и сегодня, как преобразования Лоренца. Именно из этих формул и были сформулированы кинематические эффекты теории относительности.
В этом же году ним была получена формула о связи массы электрона со скоростью его движения. С 1913 года он занимает должность директора кабинета физики Тейлеровского музея - в те времена высочайшую по своей значимости. Лоренц, организатор и председатель пяти Соловьевских конгрессов. Лоренц ставит перед физиками задачу и намечает пути ее решения о создании новой механики. Именно на этих конгрессах происходит формирование новой релятивистской и квантовой физики.
Хендрик Лоренц занимался не только теоретической наукой. Он стремился к объединению ученых разных государств, уделял внимание преподавательской деятельности, активно добивался открытия в Лейдене бесплатных библиотек. Лоренц пользовался огромной любовью и уважением не только на своей родине, но и в других странах. Скончался великий физик 4 февраля 1928 года в Харлеме.
Гендрик Лоренц
(1853-1928).
В историю физики Лоренц вошел как создатель электронной теории, в которой синтезировал идеи теории поля и атомистики.
Гендрик Антон Лоренц родился 18 июля 1853 года в голландском городе Арнеме. Шести лет он пошел в школу. В 1866 году, окончив школу лучшим учеником, Гендрик поступил в третий класс высшей гражданской школы, примерно соответствующей гимназии. Его любимыми предметами стали физика и математика, иностранные языки. Для изучения французского и немецкого языков Лоренц ходил в церкви и слушал на этих языках проповеди, хотя в бога не верил с детства.
В 1870 году он поступил в Лейденский университет. С большим интересом Гендрик слушал лекции университетских профессоров, хотя его судьбу как ученого, видимо, в большей мере определило чтение трудов Максвелла, очень трудных для понимания и названных им в связи с этим "интеллектуальными джунглями". Но ключ к ним, по словам Лоренца, ему помогли подобрать статьи Гельмгольца, Френеля и Фарадея.
В 1871 году Гендрик с отличием сдал экзамены на степень магистра, но в 1872 году покинул Лейденский университет, чтобы самостоятельно подготовиться к докторским экзаменам. Он возвращается в Арнем и начинает работать учителем вечерней школы. Работа ему очень нравится, и вскоре Лоренц становится хорошим педагогом. Дома он создает небольшую лабораторию, продолжая усиленно изучать труды Максвелла и Френеля. "Мое восхищение и уважение переплелось с любовью и привязанностью; как велика была радость, которую я испытал, когда смог прочесть самого Френеля", - вспоминал Лоренц. Он становится ярым сторонником электромагнитной теории Максвелла: "Его "Трактат об электричестве и магнетизме" произвел на меня, пожалуй, одно из самых сильных впечатлений в жизни; толкование света как электромагнитного явления по своей смелости превзошло все, что я до сих пор знал".
В 1875 году Лоренц блестяще защищает докторскую диссертацию и в 1878 году становится профессором специально для него учрежденной кафедры теоретической физики (одной из первых в Европе) Лейденского университета. В 1881 году он становится членом Королевской академии наук в Амстердаме.
Уже в докторской диссертации "Об отражении и преломлении лучей света" Лоренц пытается обосновать изменение в скорости распространения света в среде влиянием наэлектризованных частичек тела. Под действием световой волны заряды молекул приходят в колебательное движение и становятся источниками вторичных электромагнитных волн. Эти волны, интерферируя с первичными, и обусловливают преломление и отражение света. Здесь уже намечены те идеи, которые приведут к созданию электронной теории дисперсии света.
В следующей статье "О соотношении между скоростью распространения света и плотностью и составом среды", опубликованной в 1878 году, Лоренц выводит знаменитое соотношение между показателем преломления и плотностью среды, известное под названием "формулы Лоренц-Лоренца", поскольку датчанин Людвиг Лоренц независимо от Гендрика Лоренца пришел к тому же результату. В этой работе Лоренц развивает электромагнитную теорию дисперсии света с учетом того, что на молекулярный заряд, кроме поля волны, действует поле поляризованных частиц среды.
В 1892 году Лоренц выступил с большой работой "Электромагнитная теория Максвелла и ее приложение к движущимся телам". В этой работе очерчены основные контуры электронной теории. Мир состоит из вещества и эфира, причем Лоренц называет веществом "все то, что может принимать участие в электрических токах, электрических смещениях и электромагнитных движениях". "Все весомые тела состоят из множества положительно и отрицательно заряженных частиц, и электрические явления порождаются смещением этих частиц".
Лоренц выписывает далее выражение силы, с которой электрическое поле действует на движущийся заряд. Лоренц делает фундаментальное предположение - эфир в движении вещества участия не принимает (гипотеза неподвижного эфира). Это предположение прямо противоположно гипотезе Герца о полностью увлекаемом движущимися телами эфире.
В заметке 1892 года "Относительное движение Земли и эфира" ученый описывает единственный, по его мнению, способ согласовать результат опыта с теорией Френеля, то есть с теорией неподвижного эфира. Этот способ состоит в предположении о сокращении размеров тел в направлении их движения (сокращение Лоренца-Фитцджеральда).
В 1895 году вышла фундаментальная работа Лоренца "Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах". В этой работе Лоренц дает систематическое изложение своей электронной теории. Правда, слово "электрон" в ней еще не встречается, хотя элементарное количество электричества было уже названо этим именем. Ученый просто говорит о заряженных положительно или отрицательно частичках материи - ионах и свою теорию соответственно называет "ионной теорией". "Я принимаю, - пишет Лоренц, что во всех телах находятся маленькие заряженные электричеством материальные частицы и что все электрические процессы основаны на конфигурации и движении этих "ионов"". Лоренц указывает, что такое представление общепринято для явлений в электролитах и что последние исследования электрических разрядов показывают, что "в электропроводности газов мы имеем дело с конвекцией ионов".
Другое предположение Лоренца заключается в том, что эфир не принимает участия в движении этих частиц и, следовательно, материальных тел, он неподвижен. Эту гипотезу Лоренц возводит к Френелю. Лоренц подчеркивает, однако, что речь идет не об абсолютном покое эфира, такое выражение он считает бессмысленным, а о том, что части эфира покоятся друг относительно друга и что все действительные движения небесных тел являются движениями относительно эфира.
Лоренц стал развивать идеи, изложенные им в "Опыте теории электрических и оптических явлений в движущихся телах", совершенствуя и углубляя свою теорию. В 1899 году он выступил со статьей "Упрощенная теория электрических и оптических явлений в движущихся телах", в которой упростил теорию, данную им в "Опыте".
В 1900 году на Международном конгрессе физиков в Париже Лоренц выступил с докладом о магнитооптических явлениях. Его друзьями стали Больцман, Вин, Пуанкаре, Рентген, Планк и другие знаменитые физики.
В 1902 году Лоренц и его ученик Питер Зееман становятся нобелевскими лауреатами. В своей речи при вручении Нобелевской премии Лоренц сказал: "…мы надеемся, что электронная гипотеза, поскольку она принята в различных разделах физики, ведет к общей теории, которая охватит многие области физики и химии. Возможно, что на этом длинном пути сама она полностью перестроится".
В 1904 году он выступил с основополагающей статьей "Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей скорости света". Лоренц вывел формулы, связывающие между собой пространственные координаты и моменты времени в двух различных инерциальных системах отчета (преобразования Лоренца). Ученому удалось получить формулу зависимости массы электрона от скорости.
В 1912 году, переиздавая эту работу, в примечаниях он признал, что ему не удалось полностью совместить свою теорию с принципом относительности. "С этим обстоятельством, - писал Лоренц, - связана беспомощность некоторых дальнейших рассуждений в этой работе".
В 1911 году в Брюсселе состоялся I Международный Сольвеевский конгресс физиков, посвященный проблеме "Излучение и кванты". В его работе участвовали двадцать три физика, председательствовал Лоренц. "Нас не покидает чувство, что мы находимся в тупике, старые теории оказываются все менее способными проникнуть в тьму, окружающую нас со всех сторон", - сказал он во вступительном слове. Он ставит перед физиками задачу создать новую механику. "Мы будем очень счастливы, если нам удастся хоть немного приблизиться к той будущей механике, о которой идет речь".
В 1912 году Лоренц ушел на должность экстраординарного профессора кафедры и предложил своим преемником жившего тогда в России физика Пауля Эренфеста. В 1913 году Лоренц занял должность директора физического кабинета Тейлоровского музея в Гарлеме.
Лоренц был членом многих академий наук и научных обществ. В 1925 году он избран иностранным членом Академии наук СССР. В том же году в Голландии было торжественно отмечено пятидесятилетие научной деятельности Лоренца. Это были большие торжества, превратившиеся, по словам академика П. Лазарева, в международный съезд. Голландская академия наук учреждает "Золотую медаль Лоренца". Участники торжеств выступают с приветственными речами. Ответная речь Лоренца была очень интересной и, как всегда, чрезвычайно скромной: "Я бесконечно счастлив, что мне удалось внести свой скромный вклад в развитие физики. Наше время прошло, но мы передали эстафету в надежные руки".
Лоренц был признан старейшиной физической науки, великим классиком теоретической физики и ее духовным отцом.
В 1927 году состоялся V Сольвеевский конгресс по проблеме "Электроны, фотоны и квантовая механика". Как и на всех предыдущих, председателем конгресса был Лоренц.
А 4 февраля 1928 года Лоренца не стало. В Голландии был объявлен национальный траур. На похороны великого физика прибыли ученые из разных стран. От Голландской академии наук выступал Эренфест, от Англии - Резерфорд, от Франции - Ланжевен, от Германии - Эйнштейн.
"Его блестящий ум указал нам путь от теории Максвелла к достижениям физики наших дней. Именно он заложил краеугольные камни этой физики, создал ее методы. Образ и труды его будут служить на благо и просвещение еще многих поколений", - сказал Эйнштейн над прахом Лоренца. Стиль работы Лоренца "брать глубоко и стремиться к полной завершенности" послужит, по словам Макса Планка, образцом и для будущих поколений. "Его труды не перестали быть захватывающе интересными он оставил после себя огромное наследие - истинное завершение классической физики", - оценивал вклад Лоренца Луи де Бройль. Таким был и таким остается в памяти потомков Гендрик Лоренц - этот "великий классик теоретической физики".