ГЕНДРИК ЛОРЕНЦ
ГЕНДРИК ЛОРЕНЦ
«Более правильное написание имени - Хендрик Лорентц (был Людвиг Лоренц - датский физик и современник Лорентца). - Прим. авт.»
(1853- 1928)
«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 перед потомками Гендрик Лоренц - этот «великий классик теоретической физики».
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 и получил степень магистра, но в 1872 году покинул Лейденский университет, чтобы самостоятельно готовить докторскую диссертацию. Он возвратился в Арнем и начал работать учителем вечерней школы. Работа ему очень нравится, и вскоре Лоренц стал хорошим педагогом. Дома он создал небольшую лабораторию, где продолжал 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 защитил 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 был избран членом Королевской академии наук в Амстердаме. В том же году Лоренц женился на Алетте Катерине Кайзер, племяннице профессора астрономии Кайзера. У супругов Лоренц родилось четверо детей (один из них умер в младенческом возрасте).
Уже в докторской диссертации «Об отражении и преломлении лучей света» Лоренц пытался 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 вывел знаменитое соотношение между показателем преломления и плотностью среды.
Как пишет М. Планк: «Если диэлектрическая постоянная прозрачного тела зависит от поляризуемости его молекул, то она всегда должна быть больше, чем у свободного эфира, что согласуется с действительностью. Указанное выше затруднение для теории Максвелла - то, что показатель преломления тела, определяемый его диэлектрической постоянной, изменяется с длиной волны, в лоренцовой теории устраняется, благодаря тому, что, согласно Лоренцу, диэлектрическая постоянная дает только показатель преломления для бесконечно длинных волн. Для волн конечной длины влияние проходящей через тело электромагнитной волны на движение содержащихся в теле, колеблющихся возле своих положений равновесия электронов существенно меняется с длиной волны и обусловливает, таким образом, явления нормальной и аномальной дисперсии в соответствии с тем, насколько частота волны отклоняется от собственной частоты электронов. И для зависимости показателя преломления от объемной плотности тела Лоренц смог вывести удовлетворительно согласующуюся с экспериментальными данным формулу, исходя из оценки числа поляризованных молекул в единице объема.
По случайному совпадению ту же формулу одновременно нашел его почти однофамилец, датский физик Людвиг Валентин Лоренц, и поэтому формула названа двумя именами: формула Лоренца-Лоренца».
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 получил уравнение для определения силы, с которой электрическое поле действует на движущийся заряд. Лоренц сделал 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, т.е. 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 дал 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. Как отмечает М. Планк: «Наиболее характерны для лоренцовой теории покоящегося светового эфира вытекающие из нее уравнения распространения света в движущихся телах. Здесь эта теория на деле показала свое превосходство над теорией Максвелла-Герца, так как она непосредственно дает согласующееся с опытом выражение для френелевского коэффициента и так как она вообще в состоянии правильно учесть все эффекты, вызываемые движением тел, по крайней мере, пока отношение скорости тела к скорости света входит в формулу по существу только в первой степени».
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 удостоены Нобелевской премии «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 Лоренцу, - заявил на церемонии вручения премии Я. Теель из Шведской королевской академии наук. - Если теория Максвелла свободна от каких бы то ни было допущений атомистического характера, то Лоренц начинает с гипотезы о том, что вещество состоит из микроскопических частиц, называемых электронами, которые являются носителями вполне определенных зарядов».
В своей речи при вручении премии ученый 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 Харлеме.
М. Планк вспоминал: «Те из нас, кому выпадала удача в последние годы, по тому или иному поводу, встречаться с Лоренцом, отчетливо представляют себе, вспоминая прошлое, его облик: невысокую, но пропорциональную фигуру, выразительный, выступающий вперед лоб, светлые глаза, которые ясно говорили об остроте проницательного ума и вместе с тем излучали мягкий, покоряющий свет чистой, сердечной доброты, приветливость в сочетании с чувством собственного достоинства, отличавшую его обхождение и беседу, его необычайно разносторонние интересы и его поразительную память на большое и малое, его отзывчивый и симпатичный юмор и, наконец, как главное, внушавшую уважение просветленную гармоничность всего его существа - правдивое отображение его отношения к своей науке и к своим спутникам жизни».
Обширные знания и опыт ученого, охватывавшие все области физики, в сочетании с его умением обходиться с людьми и решать деловые вопросы, делали его наиболее желанным посредником при научных дискуссиях во время физических конференций и съездов. На каждом международном физическом конгрессе последних лет Лоренц заранее предназначался в почетные президенты. Так было и на V, последнем для него, Сольвеевском конгрессе по проблеме «Электроны, фотоны и квантовая механика» в 1927 году. А 4 февраля 1928 года Лоренца не стало.