В прошлом выпуске нашей рубрики «Как получить Нобелевку» мы рассказали о Питере Зеемане - нидерландском ученом, получившем Нобелевскую премию по физике 1902 года. Сегодня мы впервые не будем переходить к новой номинации, а останемся в «физическом нобеле» 1902 года, потому что именно эта премия впервые в истории была разделена между двумя учеными: открывшим эффект расщепления спектральных линий в магнитном поле учеником и объяснившим его учителем. Итак, встречайте: Хендрик Лоренц .
Хендрик Антон Лоренц. Фото 1902 года
Wikimedia Commons
Родился 18 июля 1853 года, Арнем, Нидерланды. Скончался 4 февраля 1928 года, Харлем, Нидерланды.
Нобелевская премия по физике 1902 года (совместно с Питером Зееманом) .
Формулировка Нобелевского комитета : «В знак признания исключительных услуг, которые они оказали науке своими исследованиями влияния магнетизма на явления излучения» (in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of magnetism upon radiation phenomena).
Детство
Наш герой, в отличие от Питера Зеемана, росшего в деревне, родился в сравнительно крупном и достаточно древнем городе Арнеме, известном еще с IX века и входившем в Ганзейский союз.
Его родители, Геррит Фредерик Лоренц и Гертруда ван Гинкел, содержали небольшой детский сад. К сожалению, когда Хендрику (впрочем, когда говоришь о детях Лоренцов, правильнее говорить Хендрик Антон, поскольку в семье рос еще и Хендрик Ян Якоб, сын Гертруды от первого брака) исполнилось восемь, его мама скоропостижно умерла. Через год, в 1862 году, его отец женился вновь, на Люберте Хюпкес. Она смогла заменить детям мать, и будущий нобелевский лауреат пронес через всю жизнь любовь и память к матери и мачехе. В 32 года Лоренц назовет своего первого ребенка, свою старшую дочь, Гертрудой Любертой, в честь двух первых женщин в своей жизни.
В шесть лет Хендрик пошел в начальную школу Герта Корнелиса Тиммера, очень известную в Арнеме. Ее хозяин и старший преподаватель был автором учебников и, как сейчас принято говорить, популяризатором науки. Поэтому учеба давалась Хендрику легко и в школе Тиммера, и в открывшейся потом «высшей гражданской школе» (что-то наподобие лицея). Там ему преподавал физику Х. Ван-дер-Стадт, лекции и учебники которого привили Лоренцу любовь к физике.
Отрочество и юность
Впрочем, одной физикой интересы Лоренца не ограничились. Именно в школе он «заболел» литературой, полюбил Теккерея, Диккенса и Вальтера Скотта, перед поступлением в университет самостоятельно выучил греческий и латынь. Видимо, книги заменяли ему общение: юный физик был очень стеснительным, почти ни с кем не делился эмоциями и вообще был весьма скромным человеком, хотя успехи его были все виднее год от года.
Посудите сами: в 1870 году Лоренц поступил в Лейденский университет. Там он сошелся с профессором астрономии Фредериком Кайзером, автором трудов о комете Галлея и директором Лейденской обсерватории, который узнал о гениальном юноше от своего ученика Ван-дер-Стадта. Десять лет спустя Кайзер «подарит» Лоренцу не только многие знания, но и нечто более приятное - свою племянницу, дочь известного гравера Алетту. Они поженятся в 1881 году, и у них родится двое сыновей и две дочери.
Но пока Лоренцу было всего семнадцать, он учился. Учился очень успешно: уже в 1871 году, на следующий год после поступления, он сдал экзамены на степень магистра, а потом спокойно вернулся в Арнем преподавать в начальную школу Тиммера. К докторским экзаменам он решил готовиться сам.
Фредерик Кайзер
Wikimedia Commons
Помимо Кайзера, в университете он встретил еще одну родную душу. Впрочем, этот человек, судя по всему, никогда не встречался с Лоренцом. И звали его Джеймс Клерк Максвелл. Ученый, объединивший электричество и магнетизм. Удивительно, но практически все биографы Лоренца в один голос пишут, что уже в 1870-71 годах Лоренц ознакомился с фундаментальным трудом Максвелла, «Трактатом об электричестве и магнетизме», и поразился ему. Но вот беда: этот двухтомник вышел в 1873 году. Так что, видимо, Лоренц читал статью «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864) и другие более ранние работы Максвелла. Впрочем, похоже, и знакомство с «Трактатом» не внесло ясности в голову Лоренца. Вот как он сам описывал свои ощущения:
«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. Но книга Максвелла была не из легких! Написанная в годы, когда идеи ученого еще не получили окончательной формулировки, она не представляла законченного целого и не давала ответа на многие вопросы».
Джеймс Клерк Максвелл
Wikimedia Commons
Чтобы осилить этот труд, Лоренцу пришлось капитально перечесть работы Фарадея, Френеля и Гельмгольца. Но это пошло на пользу учебе: в 1873 году Лоренц сдал докторские экзамены (напомним, молодому человеку было всего 20 лет), а в 1875 году защитил диссертацию «К теории отражения и преломления света», в которой использовал электромагнитную теорию Максвелла для объяснения оптических процессов.
Начало научного пути
Тем не менее Лоренц, ставший доктором наук, не пошел в университет. Он гулял с друзьями (в 1876 году он прошел пешком всю Швейцарию), преподавал в школе… Утрехтский университет предложил ему должность профессора математики (23 года человеку!), при этом человек отказался - ему больше хотелось получить место учителя в лейденской гимназии. Однако мировой науке повезло: альма-матер Лоренца, Лейденский университет, первой в Нидерландах решила основать у себя кафедру теоретической физики. Сначала должность профессора одной из первых в мире кафедр теоретической физики предложили опытному Йоханнесу Дидерику Ван-дер-Ваальсу (если у вас есть машина времени, можете сгонять в будущее и прочитать нашу статью про «нобелевку» по физике 1910 года). Но коренной лейденец решил отказаться, поэтому в 25 лет Лоренц стал первым нидерландским профессором теоретической физики.
25 января 1878 года Лоренц официально вступил в звание профессора, произнеся вступительную речь-доклад «Молекулярные теории в физике». Он будет читать много лекций (даже заменит заболевшего Хейнке Камерлинг-Оннеса) и всегда пользоваться успехом у студентов. Профессором физики Лейденского университета он пробудет ровно треть века, до 1911 года. Четыре года спустя и Лоренц начнет заниматься популяризацией науки, читая публичные лекции, всегда успешные.
«Теория электронов» Лоренца. Издание 1909 года
Wikimedia Commons
Любопытно, что первые годы Лоренц работал «в стол», почти не публикуясь. Первое знакомство с зарубежными коллегами состоялось через девятнадцать (!) лет после начала работы, в 1897 году, на Дюссельдорфском съезде немецких естествоиспытателей и врачей. Зато там он сразу же сошелся с такими величинами, как Анри Пуанкаре, Макс Планк, Людвиг Больцман. И сразу же получил признание. Неудивительно: к тому времени он сумел дополнить «мутную» максвелловскую теорию конкретными деталями, в том числе представлением о заряженных «атомах электричества» (читай, электронах). Именно благодаря этому он смог объяснить открытое в 1896 году его учеником расщепление спектральных линий в сильном магнитном поле.
Питер Зееман
Wikimedia Commons
«Как и подобало открытости его страны, он читал без разбора немецкие, английские и французские источники. Его основные вдохновители, Гельмгольц, Максвелл и Френель, принадлежали к очень разным, иногда несовместимым традициям. В то время как в обычном уме эклектизм мог бы создать неразбериху, Лоренц извлек из него пользу».
После Нобелевской премии
О присуждении Нобелевской премии по физике 1902 года мы подробно рассказали в предыдущей статье, посвященной Питеру Зееману. Слава, свалившаяся на Лоренца еще до премии, была огромной. Его постоянно приглашали выступить то там, то тут. Но одновременно с этим пришла и трагедия: наступившая эпоха теории относительности и квантовой физики разрушила его собственную электронную теорию и классическую теоретическую физику.
Лоренц боролся за свою правоту, как истинный рыцарь. Как писали в предисловии к советскому изданию его «Теории электронов», «его борьба за свое учение поистине грандиозна. Поразительно и научное беспристрастие автора, который с уважением идет навстречу всем возражениям, всем трудностям. Прочтя его книгу, видишь воочию, что для спасения старых привычных воззрений сделано все - и это все не принесло им спасения». При этом сам Лоренц отлично понимал правоту Эйнштейна и Планка и пользовался их уважением.
Эйнштейн и Лоренц у порога лейденской квартиры Пауля Эренфеста. 1921 год
Пауль Эренфест
В 1911 году состоялся первый в истории Сольвеевский конгресс. Он проходил по инициативе (и за деньги) Эрнеста Сольве - ученого и крупного бизнесмена-промышленника, который решил собрать сильнейших физиков с тем, чтобы они ответили (аргументированно, конечно), на один-единственный вопрос: «Действительно ли нужно прибегать к квантовому описанию мира?». Председателем конгресса был избран Хендрик Лоренц. К слову, он председательствовал на всех Сольвеевских конгрессах, прошедших при его жизни, коих было пять. Под его руководством величайшие физики мира рассуждали о строении вещества (второй конгресс, 1913), атомах и электронах (третий, 1921), проводимости металлов (четвертый, 1924), электронах и фотонах (пятый, 1927).
Хендрик Антон Лоренц – выдающийся голландский физик, лауреат Нобелевской премии, ввел понятие силы, которая действует на электрический заряд в магнитном поле (сила Лоренца). Он создал классическую электронную теорию, с помощью которой объяснялись многие электрические и оптические явления. Разработал электродинамику движущихся тел.
Хендрик Лоренц родился 18 июля 1853 года в городе Арнем (Нидерланды). В 1859 родители отдают мальчика в местную школу, считавшуюся лучшей в городе. Через семь лет очень успешного обучения его переводят в только что открывшуюся Высшую гражданскую школу. Благодаря своей феноменальной памяти за время учебы в школе будущий ученый успел выучить пять языков: английский, немецкий, французский, греческий и латынь.
В 1970 году Хендрик поступает в Лейденский университет, где знакомится с научными трудами Джеймса Максвелла , во многом определившими дальнейшее становление Лоренца как будущего великого ученого. Через пять лет он защищает диссертацию, в которой попытался объяснить электрические и магнитные свойства сред, исследуя некоторые следствия из электромагнитной теории Максвелла. В этой же диссертации Лоренц предполагает, что электричество это дискретная среда, состоящая из мельчайших частиц (носителей заряда). Все бы ничего, но это было в 1875 году за 20 лет до официального открытия электрона английским физиком Джозефом Томсоном . Лоренц принял электрон за частицу, имеющую определенную массу и электрический заряд, а его движение подчинил законам классической механики.
После защиты диссертации ученый некоторое время работал преподавателем в Лейденской классической гимназии, через три с половиной года в 1878 стал профессором в родном университете, возглавив первую в истории всех университетов кафедру теоретической физики. Работая в университете Лоренц публикует работу в которой выводит соотношение между плотностью тела и его показателем преломления. Работа ученого была интересна тем, что предполагала наличие в веществе колеблющихся электрических заряженных частиц, взаимодействующих со световыми волнами. На то время это было одно из обоснований отнюдь не общепринятой теории о том, что любое вещество состоит из атомов и молекул.
В 1892 году Хендрик Лоренц формирует собственную теорию электронов. По его утверждению электричество возникает при движении крохотных заряженных частиц – положительных и отрицательных электронов. Также ученый заключил, что колебания заряженных частиц способны порождать электромагнитные волны . Хотя его утверждение о положительных и отрицательных электронах было в последствие опровергнуто (на самом деле все электроны заряжены отрицательно) – все же его теория была настоящим прорывом в области изучения электричества. В 1890-е годы ученый публикует работы о расщеплении спектральных линий в магнитном поле . Кроме того он предполагает, что магнитное поле сказывается на траектории движения электронов, слегка изменяя частоты их колебаний и тем самым расщепляя спектр на несколько линий.
На основании теории Лоренца о колеблющихся электронах его коллега Питер Зееман в 1896 году открывает эффект расщепления спектральных линий в магнитном поле, позже названный его именем. Хотя эффект Зеемана и не удалось полностью описать теорией Лоренца – полностью он был описан лишь при помощи квантовой теории – все же она стала необычайно важным шагом на пути дальнейшего изучения строения вещества. За свои работы в 1902 году Лоренц вместе с Зееманом удостаиваются Нобелевской премии. Свойства, открытого позже электрона удивительно совпадали с предположениями Хендрика Лоренца.
Хендрик Лоренц за свою научную деятельность создал много научных трудов. Им была сформулирована теория дисперсии света, объяснена зависимость электропроводности от теплопроводности вещества, выведена формула для связи диэлектрической проницаемости и плотности вещества, определена сила, которая действует на электрический заряд в электрическом поле.
Помимо Нобелевской премии за свои заслуги перед наукой великий ученый был удостоен медалей Копли и Румфорда Лондонского королевского общества. Он являлся почетным доктором наук Парижского и Кембриджского университетов. Был членом Лондонского и Германского физических обществ. Умер Хендрик Лоренц 4 февраля 1928 года .
Хендрик Антон Лоренц (Hendrik Antoon Lorentz) – нидерландский величайший деятель в области исследования физических явлений, обладатель врученной в 1902 году премии Альфреда Нобеля (Alfred Nobel).
Хендрик Лоренц появился на свет 15 июля 1853 года в городе Арнем. Многие поколения его родственников по отцовской линии были немецкого происхождения, жили в долине реки Рейн и крестьянствовали. Отец Геррит Фредерик (Gerrit Frederik) занимался разведение фруктовых деревьев неподалеку от города Велп (Velp). Мама будущего доктора физических наук Гертруда ван Гинкел (Geertruida van Ginkel) была родом из города Ренсвауд (Renswoude) в провинции Утрехт. До того как стать женой Геррита Лоренца, она побывала в замужестве, потеряла мужа и воспитывала сына. У Лоренцов родились два мальчика, но младший умер совсем маленьким. В 1862 году мать Лоренца скончалась, и в дальнейшем его воспитывала мачеха Люберта Хюпкес (Luberta Hupkes).
С 6 лет Хендрик Лоренц начал посещать школу знаменитого педагога того времени – Герта Корнелиса Тиммера (Gert Cornelis Van Timer), написавшего несколько учебных пособий по физике. Лоренц с этих пор полюбил физические и математические науки.
В возрасте 13 лет Лоренц поступает в Высшую гражданскую школу (Hogereburgerschool), где уровень получаемого образования соответствовал гимназическому. Учиться было легко благодаря мастерству исключительных педагогов:
- Ван Дер Стадта (Van Der Stadt), написавшего учебник по физике;
- Якоба Мартина ван Беммелена (Jacob Martin van Bemmelen), учителя химии.
Лоренц всей душой полюбил физику, но был разносторонним человеком:
- Интересовался исторической наукой;
- Много читал, отдавая предпочтение историческим произведениям Вальтера Скотта, романам Чарльза Диккенса, Уильяма Теккерея;
- Самостоятельно научился говорить и читать по-английски, по-немецки, по-французски, по-гречески, по-латыни.
Лоренцу помогала способность быстро и с поразительной точностью запоминать значительное количество информации и горячая заинтересованность в учении.
Альма-Матер
С 1870 года Лоренц учится в Лейденском университете. Ему посчастливилось, что его педагогами были великие ученые:
- Физик Питер Рейке(Pieter Rijke);
- Математик Питер ван Гер (Pieter van Geer);
- Астроном Фредерик Кайзер (Frederik Kaiser).
Самостоятельно Лоренц изучает научные труды Джеймса Максвелла (James Maxwell), Майкла Фарадея (Michael Faraday), Германа Гельмгольца (Hermann Helmholtz) и др.
Уже через год после поступления, в 1871 году, Хенрик Лоренц защитил магистерскую диссертацию. После этого он возвращается домой и поступает на службу преподавателем математики в школу Тиммера (Timmer) и одновременно в вечернюю школу для взрослых. В свободное время он погружался в науку.
Интерес Лоренца был сосредоточен на учении Максвелла об электромагнитном поле. Эксперименты Лоренца были направлены на доказательство существования электромагнитных волн. Еще через 2 года, в 1873 году, Лоренц защищает диссертацию, посвященную свойствам световых лучей, и получает звание доктора наук. И снова возвращается домой и продолжает работать школьным преподавателем.
В 1876 году Лоренцу предложили постоянно преподавать в Утрехте, однако отказался, надеясь со временем получить место в Лейдене. Так и получилось: в 1878 году великого естествоиспытателя включили в состав кафедры теории физики.
Лоренц оказался одним из первопроходцев в развитии теоретического направления этой науки и достиг больших успехов в разработке теорий оптики, электромагнитного поля, электронной теории.
Одно из направлений – исследование зависимости между скоростью движения и кинетической энергии физических тел, заложившее основу многих положений механики. Труды Лоренца оказали влияние на разработчиков теории относительности, в том числе на Альберта Эйнштейна (Albert Einstein).
Преподавание
Лоренц с удовольствием читал в Лейдене лекционные курсы по различным отраслям физики, студенты его очень любили. Лекционные занятия были такими популярными, что их записали и издали на их основе учебники.
Свои лекции по понедельникам он продолжал читать в Лейденском университете до самого конца жизни.
С 1882 года Лоренц начал заниматься просветительской деятельностью среди широкого круга населения, стал читать публичные лекции, и это занятие стало делом всей его жизни – нести знание людям.
Семья
В 1881 году Лоренц женился на Алетте Кайзер (Aletta Kaiser), 1858-1931), в 1885 году появилась дочка Гертруда Люберта (Gertrude Luberta), которую назвали двойным именем в память о родной и приемной матери Хенрика.
Жена Лоренца заботилась о нем и старалась обеспечить для него в доме спокойствие и удобство, идеальную обстановку, не мешавшую научной работе.
В 1889 году появляется на свет еще одна дочка Йоханна Вилхелмина (Johanna Wilhelmina), в 1893 году у супругов рождается мальчик, вскоре умерший, а в 1895 году мальчик Рудольф (Rudolf).
Первая дочка, как и отец, увлеклась физическими и математическими исследованиями и посвятила этому всю свою жизнь.
По характеру Лоренц был очень общительным, доброжелательным человекам, с тонким чувством юмора. Его всегда окружали друзья и соратники, ученики и последователи. Современники говорили о его дипломатических талантах, об умении выстраивать общение в любой ситуации, о большом педагогическом даре великого физика.
Вклад в мировую науку
В теории Лоренца объединились понятия и законы двух наук – оптики и электродинамики. В диссертации название доктора наук Лоренц изложил свои взгляды о том, что электромагнитное поле влияет на скорость распространения света. Дело в том, что проходящие через электромагнитное поле световые волны преломляются под влиянием мельчайших заряженных частиц в среде. Лоренц доказал свое предположение, представив опыт, в ходе которого наблюдалась дисперсия спектра.
Следующим выводом Лоренца стала обусловленность величины преломления светового луча плотностью той среды, через которую он проходит.
Электронная теория Лоренца базировалась на идеях его предшественника Максвелла.
Ученый выделяет частицы вещества с положительным и отрицательным зарядом и называет их ионами. Движение таких частичек и является причиной появления электрического тока и электромагнитных явлений. Доказательства были представлены с помощью опытов над электролитами и газами.
Заряженная частица, попадая в электромагнитное поле, попадает под его воздействие и отклоняется от своей первоначальной траектории. Второе следствие воздействия электромагнитного поля на движущееся тело –уменьшение объема такого тела.
Такие выводы были отмечены Нобелевской премией, так как оказались основой для объяснения множества физических и химических процессов.
Следующим шагом в развитии электронной теории стал вывод о зависимости массы электрона от скорости его движения.
Этот вывод послужил толчком к развитию теории относительности, к изучению природы гравитации.
Лоренц предложил формулу силы, которая действует на заряженную частицу в электромагнитном поле. Это сила изучается в школьно курсе физики и называется силой Лоренца.
Свой вклад ученый вносит и в термодинамику, и в развитие теории газов, разрабатывает проблемы взаимосвязи теплопроводности и электропроводности, электродинамики движущихся тел.
Лоренц понимает, что дальнейшее развитие физики пойдет в сторону квантовой теории и теории относительности. Однако ученый-классик, привыкший исследовать все явления путем многочисленных кропотливых экспериментов и таким образом представлявший традиционную физику, не мог перестроить свое мышление на то, чтобы от широких обобщений двигаться к их доказательствам. Лоренц поддерживал новые направления исследования материи и пространства, в своих лекциях пропагандировал их во всем мире.
Мировая известность
До 1897 года Лоренц был знаменит только в Лейдене и в университетах Голландии. В 1897 году он первый раз в жизни выехал за границы Нидерландов и представлял результаты собственных многолетних изысканий на симпозиуме в Дюссельдорфе, где выступали исследователи естественных наук и медики.
С этого года он постоянно участвует в научных конференциях, где смог познакомиться с Вильгельмом Рентгеном (Wilhelm Roentgen), Людвигом Больцманом (Ludwig Boltzmann), Максом Планком (Max Planck) и др.
Его взгляды на строение атома и теория электронов становятся популярными во всем мире , одновременно он представляет свои теории о дисперсии света и других волн, о свойствах металлов, об электромагнитной индукции, электропроводности и др. Он познавал физические явления «снизу и изнутри», проводя многочисленные опыты и наблюдения над мельчайшими элементами и на основе скрупулезного анализа выдвигая гипотезы и делая обобщения.
В 1902 году вместе с Питером Зееманом (Peter Seemann) Лоренц удостоился Нобелевской премии. В речи о заслугах Лоренца была отмечена его роль в изучении строения атома, в создании электронной теории.
После этого он выступал в качестве лектора по проблемам физической науки в Берлине, Париже, Нью-Йорке и др. С 1909 года Лоренц возглавил отделение физических исследований в Королевской академии наук Нидерландов.
С 1911 года он переселился в Харлем и стал заведующим Тейлоровского музея (Taylor Museum), где имел возможность заниматься наукой в собственной лаборатории. При этом он не может отказаться от деятельности лектора и продолжает популяризировать актуальные открытия в мире физики. Лоренц был убежден, что наука нужна широкому кругу населения. Он увлеченно включается в работу комитета по защите Амстердама от наводнений, участвует в проекте, направленном на осуществление постоянного контроля воды, угрожавшей наводнениями.
Он выступает бескорыстным двигателем просвещения: добивается открытия общедоступных библиотечных фондов и читален в Лейдене, лицея в городе Гаага, Международного института физики. Благодаря Лоренцу Сольвеевский фонд (Solvay Stichting) выплачивает стипендии и другие пособия талантливым молодым ученым.
После I Мировой войны Лоренц выступал за единство всех представителей науки.
В Лоренце соединялись дальновидный теоретик и мудрый преподаватель с большой буквы. Поэтому с 1921 года он руководит управлением высшего образования Голландии. С 1923 года участвует в реализации программ Международного Комитета по взаимодействию представителей научного знания из разных стран. Даже в Советском Союзе в 1925 году он был избран почетным членом Академии наук СССР.
В 1925 году Лоренца наградили Большим крестом Ордена принцев Оранских-Нассау (Van Oranje-Nassau) – самой значительной наградой в Нидерландах.
Умер Лоренц в 1928 году от тяжелой болезни, в день похорон в траур погрузилось все государство , попрощаться с ним перед его последней дорогой приехали знаменитые ученые, прощальную речь произнес Альберт Эйнштейн. Удивительный ученый, талантливый педагог, бескорыстный служитель делу народного просвещения – таким был Хендрик Антон Лоренц.
Медаль Копли
Через четыре года 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 разных инерциальных системах отсчета (Преобразования Лоренца). Ученому удалось получить формулу зависимости массы электрона от скорости.
Особо следует отметить участие Хендрик Лоренца в подготовке и проведении "I Международного конгресса Сольвеевских физиков". Он состоялся в году в Брюсселе , и был посвящен проблеме "Излучение и кванты. В его работе принимали участие 23 физика, председательствовал Лоренц.
| " | Нас не покидает ощущение, что мы находимся в тупике; старые теории оказываются все менее способными проникнуть во тьму, что окружает нас со всех сторон | " |
Хендрик Антон Лоренц, из вступительного слова |
||
Он ставит перед физиками задачу создать новую механику : "Мы будем счастливы, если нам удастся хоть немного приблизиться к той будущей механике, о которой идет речь".
В году Лоренц подает в отставку с Лейденского университета , однако раз в неделю читает лекции и исполняет обязанности секретаря Нидерландского научного общества. Через год переезжает в Гарлема , где работает директором физического кабинета Тейлеривського музея. С г. входит в состав международной комиссии по интеллектуальному сотрудничеству Лиги Наций , а с г. возглавляет ее.
Лоренц любил свою страну и писал.
Голландский физик Хендрик Антон Лоренц родился в Арнхеме в семье Геррита Фредерика Лоренца и Гертруды (ван Гинкель) Лоренц. Отец Лоренца содержал детские ясли. Мать мальчика умерла, когда ему исполнилось четыре года. Через пять лет отец женился вторично на Люберте Хупкес. Лоренц 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 Лоренц 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 Лоренц успешно защитил в Лейденском университете диссертацию на соискание ученой степени доктора наук. Диссертация была посвящена теории отражения и преломления света. В ней Лоренц исследовал некоторые следствия из электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла относительно световых волн. Диссертация была признана выдающейся работой.
Лоренц 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 Лоренца, который обладал особым даром формулировать теорию и применять изощренный математический аппарат к решению физических проблем.
Продолжая заниматься исследованием оптических явлений, Лоренц 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 Лоренца 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 Лоренца были связаны главным образом с кинетической теорией газов, описывавшей движение молекул и установление соотношения между их температурой и средней кинетической энергией. В 1892 г. Лоренц приступил к формулированию теории, которую как сам он, так и другие впоследствии назвали теорией электронов. Электричество, утверждал Лоренц, возникает при движении крохотных заряженных частиц – положительных и отрицательных электронов. Позднее было установлено, что все электроны отрицательно заряжены. Лоренц 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. Лоренц 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. Лоренц 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 Лоренца 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 Лоренца, 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 Лоренца о поляризации испускаемого света.
Хотя эффект Зеемана не удалось полностью объяснить до появления в XX в. квантовой теории, предложенное Лоренцем 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 Лоренцем 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 Лоренцем электронов, колеблющихся в атомах.
Зееман и Лоренц 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 Лоренцу, – 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 Лоренц 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. Лоренца по праву считался ведущим физиком-теоретиком мира. Работы Лоренца 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 Лоренца оказали влияние на развитие современной теории относительности и квантовой теории.
В 1904 г. Лоренц 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 Лоренц (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 Лоренца 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 Лоренцу глубокое уважение. Но если Лоренц 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 Лоренца и исключил необходимость введения эфира.
Лоренц 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 Лоренц 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 Лоренца 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. Лоренц 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, Лоренц принял на себя обязанности хранителя физической коллекции Музея гравюр Тейлора. Это давало ему возможность работать в лаборатории. В 1919 г. Лоренц 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 Лоренц 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 Лоренц стал ее председателем. Лоренц сохранял интеллектуальную активность до самой смерти, последовавшей 4 февраля 1928 г. в Гарлеме.
В 1881 г. Лоренц женился на Аллетте Катерине Кайзер, племяннице профессора астрономии Кайзера. У супругов Лоренц родилось четверо детей, один из которых умер в младенческом возрасте. Лоренц 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 Лоренц 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. Лоренц стал секретарем Нидерландского научного общества.
