Lorentz Hendrik Antoon

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Lorentz

[lọ:renc]

Hendrik Antoon, ur. 18 VII 1853, Arnhem, zm. 4 II 1928, Haarlem,

holenderski fizyk teoretyk.

Urodził się 18 VII 1853 w Arnhem. Hendrik w wieku trzech lat został półsierotą — zmarła jego matka. Podczas nauki w szkole podstawowej w Arnhem dał się poznać jako bardzo zdolne dziecko — był tam najlepszym uczniem. Już w gimnazjum bardzo interesował się chemią i fizyką. Skończywszy naukę w szkołach rodzinnego miasta, 1870 rozpoczął studia na uniwersytecie w Lejdzie. Po dwóch latach otrzymał dyplom (z najwyższym wyróżnieniem) z fizyki i matematyki. Po studiach dziewiętnastoletni Hendrik powrócił do Arnhem i podjął pracę jako nauczyciel fizyki. Pracując w szkole, przygotowywał swą rozprawę doktorską dotyczącą odbicia i załamania światła. Stopień doktora otrzymał 1875. W latach 1878–1923 był profesorem fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Lejdzie; od 1923 dyrektorem Instytutu Teylera w Haarlemie. Świetna pamięć pomagała mu w nauce języków. Opanował łacinę i grekę. Biegle znał języki: angielski, francuski i niemiecki; przewodnicząc pięciu Konferencjom Solvaya, był także tłumaczem z tych języków. Ze względu na ogromną wiedzę i wielką łatwość rozwiązywania problemów, na przełomie XIX i XX w. Lorentz był uważany za lidera wśród fizyków teoretyków. Był członkiem wielu towarzystw i akademii nauk, m.in. holenderskiej Akademii Nauk, Towarzystwa Królewskiego w Londynie (od 1905), Polskiej Akademii Umiejętności (od 1925).

Prace naukowe Lorentza obejmowały zagadnienia elektrodynamiki, optyki, termodynamiki, kinetycznej teorii materii, fizyki atomowej, teorii promieniowania, teorii kwantów. Był głównym twórcą elektronowej teorii materii oraz autorem fundamentalnych prac, w których dążył do połączenia w spójną całość zjawisk elektromagnetycznych i optycznych. W 1902 za wyjaśnienie zjawiska Zeemana, wspólnie z odkrywcą zjawiska — holenderskim fizykiem, Pieterem Zeemanem (1865–1943), otrzymał Nagrodę Nobla.

Ożenił się z Alettą C. Kayser, córką historyka sztuki. Miał troje dzieci (najstarsza córka, Geertruida, była podobnie jak ojciec profesorem fizyki teoretycznej). Oprócz fizyki teoretycznej Lorentz zajmował się też nauką praktyczną. Kilka lat wykonywał żmudne obliczenia podczas projektu budowy wielkiej tamy (długość 30 km, szerokość 90 m) odgradzającej zatokę Zuiderzee [‘morze południowe’] od Waddenzee, zalewu Morza Północnego. Tama ta pozwoliła na osuszenie terenów i uzyskanie polderów wykorzystanych głównie pod uprawę zbóż i roślin pastewnych.

Zmarł 4 II 1928 w mieście Haarlem.

Dokonania naukowe

W 1875 wyjaśnił na gruncie teorii Maxwella odbicie i załamanie światła w przypadku dielektryków i metali (w pracy The Theory of the Reflection and Refraction of Light). W 1880 podał związek między współczynnikiem załamania światła i gęstością ośrodka. Kontynuacją tych prac były dwa podstawowe dzieła Lorentza: La théorie électromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants (1892) i Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegtem Körpern (1895), zawierające teorię elektronową, wyjaśniającą wiele zjawisk, m.in. zjawisko dyspersji fal i przewodnictwa elektrycznego, oraz wzory, nazwane później przekształceniami Lorentza, które wykorzystuje się w szczególnej teorii względności.

Lorentz podał wzór na siłę, z jaką pole elektromagnetyczne działa na poruszającą się w nim cząstkę naładowaną (siła Lorentza), oraz określił związek między przewodnictwem elektrycznym i przewodnictwem cieplnym ciał.

W XIX w. istniała koncepcja eteru kosmicznego jako sprężystego ośrodka wypełniającego Wszechświat, ośrodka, w którym rozchodziły się fale elektromagnetyczne. Pojęcie eteru zawierało wiele sprzeczności. Między innymi powstał problem, czy materia będąca w ruchu unosi ze sobą eter, czy też przez niego przenika. Według jednych koncepcji eter był unoszony przez materię, wg innych — był nieruchomy. Zasadniczą zmianę wprowadził Lorentz, zakładając, że poruszające się cząstki materii nie mogą przekazywać ruchu eterowi. Eter według Lorentza był więc jednorodną przestrzenią, której żadna część nie mogła poruszać się w stosunku do innej, przestrzenią pośredniczącą w oddziaływaniach poruszających się ładunków elektrycznych, których nośnikiem była materia złożona z atomów.

Lorentz, rozważając negatywny wynik doświadczenia Michelsona–Morleya (doświadczenie mające na celu bezpośrednie sprawdzenie wpływu ruchu orbitalnego Ziemi na prędkość światła, a pośrednio sprawdzenie hipotezy istnienia eteru kosmicznego; 1887), w 1895 podał, niezależnie od irlandzkiego fizyka, G.F. Fitzgeralda (1851–1901), wzór na skrócenie ciała sztywnego w ruchu (Lorentza–Fitzgeralda kontrakcja). Skracanie się ciał w kierunku ich ruchu uczeni ci traktowali jako zjawisko rzeczywiste i uzasadniali zmianą oddziaływań międzycząsteczkowych wewnątrz poruszającego się ciała (pręta). Dopiero szczególna teoria względności wyjaśniła występowanie zjawiska jako wynik zmiany własności czasoprzestrzeni w poruszającym się układzie odniesienia.

W 1896 Lorentz wyjaśnił teoretycznie zjawisko Zeemana, tj. rozszczepienie poziomów energetycznych atomu (cząsteczki) pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego, przejawiające się rozszczepieniem linii widmowych emitowanego przez ten atom (cząsteczkę) promieniowania. Zjawisko to odkrył Zeeman w 1896 w widmie promieniowania sodu (wykorzystuje się je przy ustalaniu budowy atomów, do wyznaczania natężenia pól magnetycznych w atmosferze gwiazd i innych).

W 1904 Lorentz wyprowadził obecnie stosowany wzór na zależność masy elektronu od jego prędkości.