Лоренц ученый. Презентация по физике на тему "антон хендрик лоренц"

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.

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.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Фотопортрет 1902 года Хендрик (часто пишется Гендрик) Антон Лоренц (нидерл. Hendrik Antoon Lorentz; 18 июля 1853, Арнем, Нидерланды - 4 февраля 1928, Харлем, Нидерланды) - нидерландский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике (1902, совместно с Питером Зееманом) и других наград, член Нидерландской королевской академии наук (1881), ряда иностранных академий наук и научных обществ. Лоренц известен прежде всего своими работами в области электродинамики и оптики. Объединив концепцию непрерывного электромагнитного поля с представлением о дискретных электрических зарядах, входящих в состав вещества, он создал классическую электронную теорию и применил её для решения множества частных задач: получил выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля (сила Лоренца), вывел формулу, связывающую показатель преломления вещества с его плотностью (формула Лоренца - Лоренца), разработал теорию дисперсии света, объяснил ряд магнитооптических явлений (в частности, эффект Зеемана) и некоторые свойства металлов. На основе электронной теории учёный развил электродинамику движущихся сред, в том числе выдвинул гипотезу о сокращении тел в направлении их движения (сокращение Фицджеральда - Лоренца), ввёл понятие о «местном времени», получил релятивистское выражение для зависимости массы от скорости, вывел соотношения между координатами и временем в движущихся относительно друг друга инерциальных системах отсчёта (преобразования Лоренца). Работы Лоренца способствовали становлению и развитию идей специальной теории относительности и квантовой физики. Кроме того, им был получен ряд существенных результатов в термодинамике и кинетической теории газов, общей теории относительности, теории теплового излучения. Общие сведения 

3 слайд

Описание слайда:

Хендрик Антон Лоренц родился 15 июля 1853 года в Арнеме. Его предки происходили из прирейнской области Германии и занимались в основном земледелием. Отец будущего ученого, Геррит Фредерик Лоренц (Gerrit Frederik Lorentz, 1822-1893), владел питомником плодовых деревьев близ Велпа (нидерл. Velp). Мать Хендрика Антона, Гертруда ван Гинкел (Geertruida van Ginkel, 1826-1861), выросла в Ренсвауде (нидерл. Renswoude) в провинции Утрехт, была замужем, рано овдовела и на третьем году вдовства вышла замуж во второй раз - за Геррита Фредерика. У них было двое сыновей, однако второй из них умер ещё в младенческом возрасте; Хендрик Антон воспитывался вместе Хендриком Яном Якобом, сыном Гертруды от первого брака. В 1862 году, после ранней смерти супруги, отец семейства женился на Люберте Хюпкес (Luberta Hupkes, 1819/1820-1897), которая стала детям заботливой мачехой. В шестилетнем возрасте Хендрик Антон поступил в начальную школу Тиммера. Здесь, на уроках Герта Корнелиса Тиммера, автора учебников и научно-популярных книг по физике, юный Лоренц познакомился с основами математики и физики. В 1866 году будущий учёный успешно сдал вступительные экзамены в только что открывшуюся в Арнеме высшую гражданскую школу (нидерл. Hogereburgerschool), которая примерно соответствовала гимназии. Учёба легко давалась Хендрику Антону, чему способствовал педагогический талант учителей, в первую очередь Х. Ван-дер-Стадта, автора нескольких известных учебников по физике, и Якоба Мартина ван Беммелена, преподававшего химию. Как признавал сам Лоренц, именно Ван-дер-Стадт привил ему любовь к физике. Другой важной встречей в жизни будущего учёного стало знакомство с Германом Хагой (нидерл. Herman Haga), который учился в том же классе и впоследствии также стал физиком; они оставались близкими друзьями на протяжении всей жизни. Кроме естественных наук, Хендрик Антон интересовался историей, прочёл ряд трудов по истории Нидерландов и Англии, увлекался историческими романами; в литературе его привлекало творчество английских писателей - Вальтера Скотта, Уильяма Теккерея и особенно Чарльза Диккенса. Отличаясь хорошей памятью, Лоренц изучил несколько иностранных языков (английский, французский и немецкий), а перед поступлением в университет самостоятельно овладел греческим и латынью. Несмотря на общительный характер, Хендрик Антон был человеком стеснительным и не любил говорить о своих переживаниях даже с близкими. Он был чужд всякого мистицизма и, по свидетельству дочери, «лишён был веры в божью благодать… Вера в высшую ценность разума… заменяла ему религиозные убеждения». Происхождение и детские годы 

4 слайд

Описание слайда:

Одно из зданий Лейденского университета (1875) В 1870 году Лоренц поступил в Лейденский университет, старейший университет Голландии. Здесь он посещал лекции физика Питера Рейке (нидерл. Pieter Rijke) и математика Питера ван Гера (Pieter van Geer), читавшего курс аналитической геометрии, однако ближе всего сошёлся с профессором астрономии Фредериком Кайзером, который узнал о новом талантливом студенте от своего бывшего ученика Ван-дер-Стадта. Именно во время учёбы в университете будущий учёный познакомился с основополагающими работами Джеймса Клерка Максвелла и не без труда смог разобраться в них, чему способствовало изучение трудов Германа Гельмгольца, Огюстена Френеля и Майкла Фарадея. В ноябре 1871 года Лоренц с отличием сдал экзамены на степень магистра и, решив готовиться к докторским экзаменам самостоятельно, в феврале 1872 года покинул Лейден. Вернувшись в Арнем, он стал учителем математики в вечерней школе и в школе Тиммера, где когда-то учился сам; эта работа оставляла ему достаточно свободного времени, чтобы заниматься наукой. Основным направлением исследований Лоренца стала электромагнитная теория Максвелла. Кроме того, в школьной лаборатории он ставил оптические и электрические опыты и даже безуспешно пытался доказать существование электромагнитных волн, изучая разряды лейденской банки. Впоследствии, касаясь знаменитого сочинения британского физика, Лоренц говорил: «Его „Трактат об электричестве и магнетизме“ произвёл на меня, пожалуй, одно из самых сильных впечатлений в жизни; толкование света как электромагнитного явления по своей смелости превзошло всё, что я до сих пор знал. Но книга Максвелла была не из лёгких! Написанная в годы, когда идеи учёного ещё не получили окончательной формулировки, она не представляла законченного целого и не давала ответа на многие вопросы». Учёба в университете. Первые шаги в науке 

5 слайд

Описание слайда:

Фотопортрет Лоренца 1902 года 25 января 1878 года Лоренц официально вступил в звание профессора, произнеся вступительную речь-доклад «Молекулярные теории в физике». По признанию одного из его бывших студентов, молодой профессор «обладал своеобразным даром, несмотря на всю свою доброту и простоту, сохранять определённую дистанцию между собой и своими студентами, нисколько не стремясь к тому и сам того не замечая». Лекции Лоренца пользовались среди студентов популярностью; ему нравилось преподавать, несмотря на то, что эта деятельность отнимала значительную часть времени. Более того, в 1883 году он взял на себя дополнительную нагрузку, заменив своего коллегу Хейке Камерлинг-Оннеса, который из-за болезни не мог читать курс общей физики на медицинском факультете; Лоренц продолжал читать эти лекции даже после выздоровления Оннеса, вплоть до 1906 года. По мотивам курсов его лекций была издана серия известных учебников, которые неоднократно переиздавались и были переведены на многие языки. В 1882 году профессор Лоренц начал популяризаторскую деятельность, его выступления перед широкой аудиторией пользовались успехом благодаря его таланту доступно и ясно излагать сложные научные вопросы. Летом 1880 года Лоренц познакомился с Алеттой Кайзер (Aletta Catharina Kaiser, 1858-1931), племянницей профессора Кайзера и дочерью известного гравёра Йоханна Вилхелма Кайзера (нидерл. Johann Wilhelm Kaiser), директора Государственного музея в Амстердаме. Тем же летом состоялась помолвка, а в начале следующего года молодые люди поженились. В 1885 году у них родилась дочь Гертруда Люберта (нидерл. Geertruida de Haas-Lorentz), получившая имена в честь матери и мачехи учёного. В том же году Лоренц купил дом на Хойграхт, 48, где семья вела тихую, размеренную Профессор в Лейдене 

6 слайд

Описание слайда:

жизнь. В 1889 году родилась вторая дочь - Йоханна Вилхелмина (Johanna Wilhelmina), в 1893 году - первый сын, проживший менее года, а в 1895 - второй сын, Рудольф. Старшая дочь впоследствии стала ученицей отца, занималась физикой и математикой и была замужем за известным учёным Вандером Йоханнесом де Хаазом, учеником Камерлинг-Оннеса. Первые годы в Лейдене Лоренц провёл в добровольной самоизоляции: он мало печатался за границей и практически избегал контактов с внешним миром (вероятно, это было связано с его стеснительностью). Его работы были мало известны за пределами Голландии вплоть до середины 1890-х годов. Лишь в 1897 году он впервые посетил съезд немецких естествоиспытателей и врачей, проходивший в Дюссельдорфе, и с тех пор стал постоянным участником крупных научных конференций. Он познакомился с такими известными европейскими физиками, как Людвиг Больцман, Вильгельм Вин, Анри Пуанкаре, Макс Планк, Вильгельм Рентген и другими. Росло и признание Лоренца как учёного, чему способствовал успех созданной им электронной теории, дополнявшей электродинамику Максвелла представлением об «атомах электричества», то есть о существовании заряженных частиц, из которых состоит вещество. Первая версия этой теории была опубликована в 1892 году; впоследствии она активно развивалась автором и использовалась для описания различных оптических явлений (дисперсия, свойства металлов, основы электродинамики движущихся сред и так далее). Одним из наиболее ярких достижений электронной теории стало предсказание и объяснение расщепления спектральных линий в магнитном поле, открытого Питером Зееманом в 1896 году. В 1902 году Зееман и Лоренц разделили Нобелевскую премию по физике; лейденский профессор стал, таким образом, первым теоретиком, удостоенным этой награды. Профессор в Лейдене (продолжение) 

7 слайд

Описание слайда:

Музей Тейлора в Харлеме (современный вид) В 1911 году Лоренц получил предложение занять пост куратора музея Тейлора, в котором имелся физический кабинет с лабораторией, и Голландского научного общества (нидерл. Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen) в Харлеме. Учёный согласился и принялся искать преемника на должность лейденского профессора. После отказа Эйнштейна, который к тому моменту уже принял приглашение из Цюриха, Лоренц обратился к работавшему в Санкт-Петербурге Паулю Эренфесту. Осенью 1912 года, когда кандидатура последнего была официально утверждена, Лоренц окончательно переехал в Харлем. В музее Тейлора он получил небольшую лабораторию в личное пользование; в его обязанности входила организация популярных лекций для учителей физики, которые он стал читать сам. Кроме того, он ещё на протяжении десяти лет оставался экстраординарным профессором Лейденского университета и каждый понедельник в 11 часов утра читал там специальные лекции, посвящённые новейшим физическим идеям. Этот ставший традиционным семинар получил широкую известность в научном мире, его посещали многие известные исследователи из различных стран мира. С возрастом Лоренц всё больше внимания уделял общественной деятельности, в особенности проблемам образования и международного научного сотрудничества. Так, он стал одним из основателей первого голландского лицея в Гааге и организатором первых бесплатных библиотек и читального зала в Лейдене. Он был одним из распорядителей Сольвеевского фонда, на средства которого был основан Международный физический институт, и возглавлял комитет, ведавший распределением пособий на проведение научных исследований учёными из различных стран. В одной из статей 1913 года Лоренц писал: «Все признают, что сотрудничество и преследование общей цели в конечном итоге порождает Харлем 

8 слайд

Описание слайда:

драгоценное чувство взаимного уважения, сплочённость и хорошие дружественные отношения, что в свою очередь укрепляет мир». Однако наступившая вскоре Первая мировая война надолго прервала связи между учёными враждовавших стран; Лоренц, как гражданин нейтральной страны, старался по мере своих сил сгладить эти противоречия и восстановить сотрудничество между отдельными исследователями и научными обществами. Так, войдя в руководство основанного после войны Международного исследовательского совета (предшественника Международного совета по науке), голландский физик и его единомышленники добились исключения из устава этой организации пунктов, дискриминирующих представителей побеждённых стран. В 1923 году Лоренц вошёл в состав Комитета по интеллектуальному сотрудничеству (англ. International Committee on Intellectual Cooperation), учреждённого Лигой наций для укрепления научных связей между европейскими государствами, а спустя некоторое время сменил философа Анри Бергсона на посту председателя этого учреждения. В 1918 году Лоренц был назначен председателем государственного комитета по осушению залива Зёйдерзе и до конца жизни уделял много времени этому проекту, осуществляя непосредственное руководство инженерными расчётами. Сложность задачи требовала учёта многочисленных факторов и разработки оригинальных математических методов; здесь пригодились познания учёного в различных областях теоретической физики. Сооружение первой дамбы началось в 1920 году; проект завершился много лет спустя, уже после смерти его первого руководителя. Глубокий интерес к проблемам педагогики привёл Лоренца в 1919 году в правление народного образования, а в 1921 году он возглавил департамент высшего образования Нидерландов. В следующем году по приглашению Калифорнийского технологического института учёный во второй раз посетил США и выступил с лекциями в ряде городов этой страны. Впоследствии он побывал за океаном ещё дважды: в 1924 году и осенью-зимой 1926/27 года, когда прочитал в Пасадене курс лекций. В 1923 году, по достижении предельного возраста, Лоренц официально ушёл в отставку, однако продолжал читать свои понедельничные лекции в качестве почётного профессора. В декабре 1925 года в Лейдене прошли торжества по случаю 50-летия со дня защиты Лоренцем докторской диссертации. На это празднество было приглашено около двух тысяч человек со всех концов мира, в том числе многие крупные физики, представители нидерландского государства, ученики и друзья юбиляра. 4 февраля 1928 года учёный скончался. Харлем (продолжение) 

9 слайд

Описание слайда:

Джеймс Клерк Максвелл К началу научной карьеры Лоренца электродинамика Максвелла смогла полностью описать лишь распространение световых волн в пустом пространстве, тогда как вопрос о взаимодействии света с веществом ещё ждал своего решения. Уже в первых работах голландского учёного были сделаны некоторые шаги к объяснению оптических свойств вещества в рамках электромагнитной теории света. Основываясь на этой теории (точнее, на её интерпретации в духе дальнодействия, предложенной Германом Гельмгольцем), в своей докторской диссертации (1875) Лоренц решил проблему отражения и преломления света на границе раздела двух прозрачных сред. Предшествующие попытки решить эту задачу в рамках упругой теории света, в которой свет трактуется как механическая волна, распространяющаяся в особом светоносном эфире, столкнулись с принципиальными трудностями. Метод устранения этих трудностей предложил Гельмгольц в 1870 году; математически строгое доказательство было дано Лоренцем, который показал, что процессы отражения и преломления света определяются четырьмя граничными условиями, налагаемыми на векторы электрического и магнитного поля на поверхности раздела сред, и вывел отсюда известные формулы Френеля. Далее в диссертации были рассмотрены полное внутреннее отражение и оптические свойства кристаллов и металлов. Таким образом, в работе Лоренца содержались основы современной электромагнитной оптики. Что не менее важно, здесь появились первые признаки той особенности творческого метода Лоренца, которую Пауль Эренфест выразил следующими словами: «чёткое разделение той роли, которую в каждом данном случае оптических или электромагнитных явлений, возникающих в куске стекла или металла, играют „эфир“, с одной стороны, и „весомая материя“ - с другой». Разграничение между эфиром и веществом способствовало Ранние работы по электромагнитной теории света 

10 слайд

Описание слайда:

11 слайд

Описание слайда:

Титульный лист первого издания «Теории электронов» (1909) К началу 1890-х годов Лоренц окончательно отказался от концепции дальнодействующих сил в электродинамике в пользу близкодействия, то есть представления о конечной скорости распространения электромагнитного взаимодействия. Этому, вероятно, способствовало открытие Генрихом Герцем электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом, а также чтение лекций Анри Пуанкаре (1890), содержавших глубокий анализ следствий теории электромагнитного поля Фарадея - Максвелла. А уже в 1892 году Лоренц дал первую формулировку своей электронной теории. Электронная теория Лоренца представляет собой максвелловскую теорию электромагнитного поля, дополненную представлением о дискретных электрических зарядах как основе строения вещества. Взаимодействие поля с движущимися зарядами является источником электрических, магнитных и оптических свойств тел. В металлах движение частиц порождает электрический ток, тогда как в диэлектриках смещение частиц из положения равновесия вызывает электрическую поляризацию, обуславливающую величину диэлектрической постоянной вещества. Первое последовательное изложение электронной теории появилось в большой работе «Электромагнитная теория Максвелла и её применение к движущимся телам» (фр. La théorie électromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants, 1892), в которой Лоренц, помимо прочего, в простой форме получил формулу для силы, с которой поле действует на заряды (сила Лоренца). Впоследствии учёный дорабатывал и совершенствовал свою теорию: в 1895 году вышла книга «Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах» (нем. Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern), а в 1909 году - известная монография «Теория электронов и её применение Электронная теория. Общая схема теории 

12 слайд

Описание слайда:

к явлениям света и теплового излучения» (англ. The theory of electrons and its applications to the phenomena of light and radiant heat), содержащая самое полное изложение вопроса. В отличие от первоначальных попыток (в работе 1892 года) получить основные соотношения теории из принципов механики, здесь Лоренц уже начинал с уравнений Максвелла для пустого пространства (эфира) и аналогичных феноменологических уравнений, справедливых для макроскопических тел, и далее ставил вопрос о микроскопическом механизме электромагнитных процессов в веществе. Такой механизм, на его взгляд, связан с движением малых заряженных частиц (электронов), входящих в состав всех тел. Предполагая конечные размеры электронов и неподвижность эфира, присутствующего как вне, так и внутри частиц, Лоренц внёс в вакуумные уравнения члены, отвечающие за распределение и перемещение (ток) электронов. Полученные микроскопические уравнения (уравнения Лоренца - Максвелла) дополняются выражением для силы Лоренца, действующей на частицы со стороны электромагнитного поля. Эти соотношения лежат в основе электронной теории и позволяют единым образом описывать широкий круг явлений. Хотя попытки построить теорию, объясняющую электродинамические явления взаимодействием электромагнитного поля с движущимися дискретными зарядами, предпринимались и ранее (в работах Вильгельма Вебера, Бернгарда Римана и Рудольфа Клаузиуса), теория Лоренца принципиально от них отличалась. Если ранее полагалось, что заряды действуют непосредственно друг на друга, то теперь считалось, что электроны взаимодействуют со средой, в которой они находятся - неподвижным электромагнитным эфиром, подчиняющимся уравнениям Максвелла. Такое представление об эфире близко современному понятию электромагнитного поля. Лоренц провёл чёткое различие между материей и эфиром: они не могут сообщать друг другу механическое движение («увлекаться»), их взаимодействие ограничено сферой электромагнетизма. Сила этого взаимодействия для случая точечного заряда носит имя Лоренца, хотя аналогичные выражения были ранее получены Клаузиусом и Хевисайдом из иных соображений. Одним из важных и много обсуждавшихся в своё время следствий немеханического характера воздействия, описываемого силой Лоренца, было нарушение ею ньютоновского принципа действия и противодействия. В теории Лоренца гипотеза увлечения эфира движущимся диэлектриком была заменена на предположение о поляризации молекул тела под действием электромагнитного поля (это осуществлялось введением соответствующей диэлектрической постоянной). Электронная теория. Общая схема (продолжение) 

13 слайд

Описание слайда:

Применяя свою теорию к различным физическим ситуациям, Лоренц получил ряд значительных частных результатов. Так, ещё в первой работе по электронной теории (1892) учёный вывел закон Кулона, выражение для силы, действующей на проводник с током, и закон электромагнитной индукции. Здесь же он получил формулу Лоренца - Лоренца с помощью приёма, известного под названием сферы Лоренца. Для этого было рассчитано по отдельности поле внутри и вне воображаемой сферы, описанной вокруг молекулы, и впервые явным образом введено так называемое локальное поле, связанное с величиной поляризации на границе сферы. В статье «Оптические явления, обусловленные зарядом и массой иона» (нидерл. Optische verschijnselen die met de lading en de massa der ionen in verband staan, 1898) была в полном виде, близком к современному, изложена классическая электронная теория дисперсии. Основная идея состояла в том, что дисперсия есть результат взаимодействия света с колеблющимися дискретными зарядами - электронами (по первоначальной терминологии Лоренца - «ионами»). Записав уравнение движения электрона, на который действуют вынуждающая сила со стороны электромагнитного поля, возвращающая упругая сила и сила трения, обуславливающая поглощение, учёный пришёл к известной формуле дисперсии, задающей так называемую лоренцеву форму зависимости диэлектрической постоянной от частоты. В серии работ, опубликованных в 1905 году, Лоренц развил электронную теорию проводимости металлов, основы которой были заложены в трудах Пауля Друде, Эдуарда Рикке и Дж. Дж. Томсона. Исходным пунктом было предположение о наличии большого количества свободных заряженных частиц (электронов), движущихся в промежутках между неподвижными атомами (ионами) металла. Голландский физик учёл распределение электронов в металле по скоростям (распределение Максвелла) и, применив статистические методы кинетической теории газов (кинетическое уравнение для функции распределения), вывел формулу для удельной электропроводности, а также дал анализ термоэлектрических явлений и получил отношение теплопроводности к электропроводности, согласующееся в целом с законом Видемана - Франца. Теория Лоренца имела большое историческое значение для развития теории металлов, а также для кинетической теории, представляя собой первое точное решение кинетической задачи такого рода. Вместе с тем она не могла обеспечить точное количественное согласие с экспериментальными данными, в частности не объясняла магнитные свойства металлов и малый вклад свободных электронов в удельную теплоёмкость металла. Электронная теория. Применения: оптическая дисперсия и проводимость металлов 

14 слайд

Описание слайда:

Электронная теория. Применения: магнитооптика, эффект Зеемана, открытие электрона 

15 слайд

Описание слайда:

16 слайд

Описание слайда:

17 слайд

Описание слайда:

электрические. Это означало, что теория и её преобразования применимы не только к заряженным частицам (электронам), но и к весомой материи любого рода. Таким образом, следствия из лоренцевской теории, построенной на синтезе представлений об электромагнитном поле и движении частиц, очевидно, выходили за пределы ньютоновской механики. В решении задач электродинамики движущихся сред вновь проявилось стремление Лоренца провести резкую границу между свойствами эфира и весомой материи, а значит отказаться от каких-либо спекуляций о механических свойствах эфира. В 1920 году Альберт Эйнштейн писал по этому поводу: «Что касается механической природы лоренцова эфира, то в шутку можно сказать, что Лоренц оставил ему лишь одно механическое свойство - неподвижность. К этому можно добавить, что всё изменение, которое внесла специальная теория относительности в концепцию эфира, состояло в лишении эфира и последнего его механического свойства». Последней работой Лоренца перед появлением специальной теории относительности (СТО) была статья «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света» (нидерл. Electromagnetische verschijnselen in een stelsel dat zich met wille-keurige snelheid, kleiner dan die van het licht, beweegt., 1904). Эта работа была нацелена на устранение недостатков, существовавших в теории на тот момент: требовалось дать единое обоснование отсутствия влияния движения Земли в экспериментах любого порядка относительно v/c и объяснить результаты новых экспериментов (таких, как опыты Траутона - Нобла и Релея - Брэйса (англ. Experiments of Rayleigh and Brace)). Отталкиваясь от основных уравнений электронной теории и вводя гипотезы сокращения длин и местного времени, учёный сформулировал требование сохранения формы уравнений при переходе между системами отсчёта, движущимися равномерно и прямолинейно друг относительно друга. Другими словами, речь шла об инвариантности теории относительно некоторых преобразований, которые были найдены Лоренцем и использованы для записи векторов электрического и магнитного полей в движущейся системе отсчёта. Однако полной инвариантности Лоренцу в этой работе добиться не удалось: в уравнениях электронной теории оставались лишние члены второго порядка. Этот недостаток был устранён в том же году Анри Пуанкаре, который дал итоговым преобразованиям имя преобразований Лоренца. В окончательном виде СТО была сформулирована в следующем году Эйнштейном. Электродинамика движущихся сред. Основные результаты (продолжение) 

18 слайд

Описание слайда:

Лоренц (примерно 1916 год) Следует особо остановиться на отличиях теории Лоренца от специальной теории относительности. Так, в электронной теории не уделялось никакого внимания принципу относительности и не содержалось никакой его формулировки, отсутствие же наблюдаемых свидетельств движения Земли относительно эфира (и постоянство скорости света) являлось лишь следствием взаимной компенсации нескольких эффектов. Преобразование времени выступает у Лоренца лишь в качестве удобного математического приёма, тогда как сокращение длин носит динамический (а не кинематический) характер и объясняется реальным изменением взаимодействия между молекулами вещества. Впоследствии голландский физик полностью усвоил формализм СТО и излагал его в своих лекциях, однако до конца жизни так и не принял его интерпретацию: он не собирался отказываться от представлений об эфире («лишней сущности», согласно Эйнштейну) и об «истинном» (абсолютном) времени, определяемом в системе отсчёта покоящегося эфира (пусть и необнаружимой экспериментально). Существование привилегированной системы отсчёта, связанной с эфиром, приводит к невзаимности преобразований координат и времени в теории Лоренца. Отказываться или нет от эфира, по мнению Лоренца, было вопросом личного вкуса. Существенно отличались и общие подходы к объединению механики и электродинамики, реализованные в работах Лоренца и Эйнштейна. С одной стороны, электронная теория находилась в центре «электромагнитной картины мира», исследовательской программы, предусматривавшей объединение всей физики на электромагнитной основе, откуда классическая механика должна была следовать в качестве частного случая. Лоренц и специальная теория относительности 

19 слайд

Описание слайда:

Эйнштейн и Лоренц у дверей дома Эренфеста в Лейдене (фото сделано хозяином дома, 1921) Первоначально проблема гравитации заинтересовала Лоренца в связи с попытками доказать электромагнитное происхождение массы («электромагнитная картина мира»), которым он уделял большое внимание. В 1900 году учёный предпринял собственную попытку объединить тяготение с электромагнетизмом. Отталкиваясь от идей Оттавиано Моссотти, Вильгельма Вебера и Иоганна Цёлльнера, Лоренц представил материальные частицы вещества состоящими из двух электронов (положительного и отрицательного). Согласно основной гипотезе теории, гравитационное взаимодействие частиц объясняется тем, что притяжение разноимённых зарядов несколько сильнее отталкивания одноимённых. Теория имела важные следствия: а) естественное объяснение равенства инертной и гравитационной масс как производных числа частиц (электронов); б) скорость распространения тяготения, интерпретируемого как состояние электромагнитного эфира, должна быть конечна и равна скорости света. Лоренц понимал, что построенный формализм можно трактовать не в смысле сведения гравитации к электромагнетизму, а в смысле создания теории тяготения по аналогии с электродинамикой. Полученные результаты и выводы из них были необычны для механической традиции, в которой гравитация представлялась дальнодействующей силой. Хотя расчёты векового движения перигелия Меркурия по теории Лоренца не давали удовлетворительного объяснения наблюдениям, эта концептуальная схема вызвала значительный интерес в научном мире. В 1910-е годы Лоренц с глубоким интересом следил за развитием общей теории относительности (ОТО), тщательно изучал её формализм и физические следствия и написал несколько важных работ на эту тему. Так, в 1913 году он Гравитация и общая теория относительности 

20 слайд

Описание слайда:

детально проработал раннюю версию ОТО, содержавшуюся в статье Эйнштейна и Гроссмана «Проект обобщённой теории относительности и теории тяготения» (нем. Entwurf einer verallgemeinerten Relativitatstheorie und Theorie der Gravitation), и обнаружил, что полевые уравнения этой теории ковариантны относительно произвольных преобразований координат только в случае симметричного тензора энергии-импульса. Этот результат он сообщил в письме Эйнштейну, который согласился с выводом голландского коллеги. Год спустя, в ноябре 1914 года, Лоренц вновь обратился к теории гравитации в связи с выходом работы Эйнштейна «Формальные основы общей теории относительности» (нем. Die formale Grundlage der allgemeinen Relativitatstheorie). Голландский физик провёл большой объём вычислений (несколько сотен страниц черновиков) и в начале следующего года опубликовал статью, в которой вывел полевые уравнения из вариационного принципа (принципа Гамильтона). Одновременно в переписке двух ученых дискутировалась проблема общей ковариантности: в то время как Эйнштейн пытался обосновать нековариантность полученных уравнений относительно произвольных преобразований координат при помощи так называемого «аргумента дырки» (hole argument, согласно которому нарушение ковариантности является следствием требования единственности решения), Лоренц не видел ничего страшного в существовании выделенных систем отсчёта. Гравитация и общая теория относительности (продолжение) 

21 слайд

Описание слайда:

Пауль Эренфест, Хендрик Антон Лоренц, Нильс Бор и Хейке Камерлинг-Оннес в лейденской криогенной лаборатории (1919) Проблемой теплового излучения Лоренц начал заниматься приблизительно с 1900 года. Его главной целью стало объяснение свойств этого излучения на основе электронных представлений, в частности получение из электронной теории формулы Планка для спектра равновесного теплового излучения. В статье «Об испускании и поглощении металлом тепловых лучей большой длины волны» (англ. On the emission and absorption by metals of rays of heat of great wave-lengths, 1903) Лоренц рассмотрел тепловое движение электронов в металле и получил выражение для распределения испускаемого ими излучения, которое совпало с длинноволновым пределом формулы Планка, известным ныне как закон Рэлея - Джинса. В этой же работе содержится, по-видимому, первый в научной литературе серьёзный анализ теории Планка, которая, по мнению Лоренца, не ответила на вопрос о механизме явлений и причине появления загадочных квантов энергии. В последующие годы учёный пытался обобщить свой подход на случай произвольных длин волн и найти такой механизм испускания и поглощения излучения электронами, который удовлетворял бы экспериментальным данным. Однако все попытки добиться этого оказались тщетными. В 1908 году в своём докладе «Распределение энергии между весомой материей и эфиром» (фр. Le partage de l’énergie entre la matière pondérable et l’éther), прочитанном на Международном математическом конгрессе в Риме, Лоренц показал, что классические механика и электродинамика приводят к теореме о равнораспределении энергии по степеням свободы, откуда можно получить лишь формулу Рэлея - Джинса. В качестве заключения он предположил, что будущие измерения помогут сделать выбор между теорией Планка и гипотезой Джинса, согласно которой отклонение от закона Рэлея - Джинса является следствием неспособности системы достигнуть равновесия. Это заключение вызвало критику со стороны Вильгельма Вина и других экспериментаторов, которые привели дополнительные аргументы против формулы Рэлея - Джинса. Позже в том же Тепловое излучение и кванты 

22 слайд

Описание слайда:

году Лоренц был вынужден признать: «Теперь мне стало ясно, с какими огромными трудностями мы встречаемся на этом пути; я могу заключить, что вывод законов излучения из электронной теории вряд ли возможен без глубоких изменений её основ, и я должен рассматривать теорию Планка как единственно возможную». Римская лекция голландского физика, содержавшая результаты большой общности, привлекла внимание научного сообщества к проблематике зарождавшейся квантовой теории. Этому способствовал и авторитет Лоренца как учёного. Подробный анализ возможностей, предоставляемых классической электродинамикой для описания теплового излучения, содержится в докладе «Применение теоремы о равномерном распределении энергии к излучению» (фр. Sur l’application au rayonnement du théorème de l’équipartition de l’énergie), с которым Лоренц выступил на первом Сольвеевском конгрессе (1911). Итог рассмотрения («все механизмы, которые можно придумать, привели бы к формуле Рэлея, если только их природа такова, что к ним применимы уравнения Гамильтона») указывал на необходимость пересмотра основных представлений о взаимодействии света и вещества. Хотя Лоренц принял гипотезу Планка о квантах энергии и в 1909 году предложил известный комбинаторный вывод формулы Планка, он не мог согласиться с более радикальным предположением Эйнштейна о существовании квантов света. Основное возражение, которое выдвигал голландский учёный, заключалось в трудности согласования этой гипотезы с интерференционными оптическими явлениями. В 1921 году в результате дискуссий с Эйнштейном он сформулировал идею, которую рассматривал в качестве возможного компромисса между квантовыми и волновыми свойствами света. Согласно этой идее, излучение состоит из двух частей - кванта энергии и волновой части, которая не переносит энергию, но участвует в создании интерференционной картины. Величина «интенсивности» волновой части определяет количество квантов энергии, попадающих в данную область пространства. Хотя эта идея не привлекла внимания научного сообщества, по содержанию она близка к так называемой теории волны-пилота, развитой несколько лет спустя Луи де Бройлем. Тепловое излучение и кванты (продолжение) 

23 слайд

Описание слайда:

Людвиг Больцман (1875) С самого начала своей научной карьеры Лоренц был убеждённым атомистом, что нашло отражение не только в построенной им электронной теории, но и в глубоком интересе к молекулярно-кинетической теории газов. Свои взгляды на атомистическое строение материи учёный выразил ещё в 1878 году, в своей речи «Молекулярные теории в физике» (нидерл. De moleculaire theorien in de natuurkunde), произнесённой при вступлении в должность профессора Лейденского университета. В дальнейшем он не раз обращался к решению конкретных задач кинетической теории газов, которая, по мнению Лоренца, способна не только обосновать результаты, полученные в рамках термодинамики, но и позволяет выйти за эти пределы. Первая работа Лоренца, посвящённая кинетической теории газов, вышла в 1880 году под названием «Уравнения движения газов и распространение звука в соответствии с кинетической теорией газов» (нидерл. De bewegingsvergelijkingen der gassen en de voortplanting van het geluid volgens de kinetische gastheorie). Рассмотрев газ молекул с внутренними степенями свободы (многоатомных молекул), учёный получил уравнение для одночастичной функции распределения, аналогичное кинетическому уравнению Больцмана (1872). Лоренц впервые показал, как из этого уравнения получить уравнения гидродинамики: в низшем приближении вывод даёт уравнение Эйлера, тогда как в высшем - уравнения Навье - Стокса. Представленный в статье метод, отличаясь большой общностью, позволил определить те минимальные предположения, которые требуются для вывода уравнений гидродинамики. Кроме того, в этой статье впервые на основе кинетической теории газов было получено лапласово выражение для скорости звука, а также введена новая величина, связанная с внутренними степенями свободы Термодинамика и кинетическая теория газов 

24 слайд

Описание слайда:

молекул и известная ныне как коэффициент объёмной вязкости. Полученные в этой работе результаты Лоренц вскоре применил к исследованию поведения газа при наличии градиента температуры и сил тяготения. В 1887 году голландский физик опубликовал статью, в которой подверг критике первоначальный вывод H-теоремы Больцмана (1872) и показал неприменимость этого вывода к случаю газа многоатомных (несферических) молекул. Больцман признал свою ошибку и вскоре представил улучшенный вариант своего доказательства. Кроме того, в той же статье Лоренц предложил упрощённый вывод H-теоремы для одноатомных газов, близкий к используемому в современных учебниках, и новое доказательство сохранения при столкновениях элементарного объёма в пространстве скоростей; эти результаты также получили одобрение со стороны Больцмана. Другая проблема кинетической теории, интересовавшая Лоренца, касалась применения теоремы вириала для получения уравнения состояния газа. В 1881 году он рассмотрел газ упругих шариков и с помощью теоремы вириала смог учесть силы отталкивания между частицами при столкновениях. Полученное уравнение состояния содержало член, отвечающий за эффект исключённого объёма в уравнении Ван-дер-Ваальса (этот член ранее вводился лишь из качественных соображений). В 1904 году Лоренц показал, что можно прийти к тому же уравнению состояния без использования теоремы вириала. В 1891 году он опубликовал работу, посвящённую молекулярной теории разбавленных растворов. В ней была предпринята попытка описать свойства растворов (включая осмотическое давление) с точки зрения баланса сил, действующих между различными компонентами раствора, а также указаны возражения против аналогичной попытки Больцмана применить кинетическую теорию для вычисления осмотического давления. Кроме того, начиная с 1885 года Лоренц написал несколько статей, посвящённых термоэлектрическим явлениям, а в 1900-е годы использовал методы кинетической теории газов для описания движения электронов в металлах. Термодинамика и кинетическая теория газов (продолжение) 

26 слайд

Описание слайда:

В 1925 году Нидерландская королевская академия наук учредила золотую медаль Лоренца, которая присуждается раз в четыре года за достижения в области теоретической физики. Имя Лоренца носит система шлюзов (Lorentzsluizen), которая входит в комплекс сооружений дамбы Афслёйтдейк, отделяющей залив Зёйдерзе от Северного моря. Именем Лоренца названы многочисленные объекты (улицы, площади, школы и так далее) в Нидерландах. В 1931 году в Арнеме, в парке Сонсбек (Sonsbeek), был открыт памятник Лоренцу работы скульптора Освальда Венкебаха (нидерл. Oswald Wenckebach). В Харлеме на площади Лоренца и в Лейдене у входа в Институт теоретической физики находятся бюсты учёного. На зданиях, связанных с его жизнью и деятельностью, расположены мемориальные доски. В 1953 году, к столетнему юбилею знаменитого физика, была учреждена стипендия Лоренца для студентов из Арнема, обучающихся в голландских университетах. В Лейденском университете имя Лоренца носят институт теоретической физики (Instituut-Lorentz), почётная кафедра (Lorentz Chair), которую каждый год занимает кто-либо из видных физиков-теоретиков, и международный центр по проведению научных конференций. Один из лунных кратеров назван именем Лоренца. Памятник Лоренцу в Арнеме Мемориальная доска в Эйндховене Память 

27 слайд

Описание слайда:

Книги H. A. Lorentz. Impressions of his Life and Work / ed. G. L. De Haas-Lorentz.. - Amsterdam, 1957. Франкфурт У. И. Специальная и общая теория относительности (исторические очерки). - М.: Наука, 1968. Кляус Е. М., Франкфурт У. И., Френк А. М. Гендрик Антон Лоренц. - М.: Наука, 1974. Darrigol O. Electrodynamics from Ampere to Einstein. - Oxford University Press, 2000. Уиттекер Э. История теории эфира и электричества. - Ижевск: НИЦ РХД, 2001. Статьи Де Бройль Л. Жизнь и труды Гендрика Антона Лорентца // Де Бройль Л. По тропам науки. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962. - С. 9-39. Hirosige T. Origins of Lorentz’ Theory of Electrons and the Concept of the Electromagnetic Field // Historical Studies in the Physical Sciences. - 1969. - Vol. 1. - P. 151-209. Schaffner K. F. The Lorentz Electron Theory of Relativity // American Journal of Physics. - 1969. - Vol. 37. - P. 498-513. Голдберг С. Электронная теория Лоренца и теория относительности Эйнштейна // УФН. - 1970. - Vol. 102. - P. 261-278. McCormmach R. H. A. Lorentz and the Electromagnetic View of Nature // Isis. - 1970. - Vol. 61. - P. 459-497. McCormmach R. Einstein, Lorentz, and the Electron Theory // Historical Studies in the Physical Sciences. - 1970. - Vol. 2. - P. 41-87. Литература 

28 слайд

Описание слайда:

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.

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.