Hendrik Antoon Lorentz (18 de julio de 1853 ~ 4 de febrero de 1928), nombre en inglés: Hendrik Antoon Lorentz. Destacado físico teórico y matemático de los tiempos modernos y fundador de la teoría clásica del electrón.
Llenó el vacío entre la teoría clásica del campo electromagnético y la teoría de la relatividad, fue el vínculo entre la física clásica y la física moderna, y fue un líder de la primera generación de físicos teóricos. Compartió el Premio Nobel de Física de 1902 con su compatriota Zeeman * * *. También derivó las ecuaciones de transformación de la teoría especial de la relatividad de Einstein, ahora conocida como transformación de Lorentz. También es presidente del Comité de la Alianza Internacional para la Cooperación Científica.
Nombre chino: Hendrick Antoine Lorenz.
Mbth: HendrikAntoonLorentz
Alias: Lorenz
Nacionalidad: Holandesa
Lugar de nacimiento: Anan, Países Bajos.
Fecha de nacimiento: 18 de julio de 1853
Fecha de fallecimiento: 4 de febrero de 1928 (74 años)
Ocupación: Físico, Matemático
Escuela de posgrado: Universidad de Leiden
Creencia: materialismo dialéctico
Principales logros: teoría electrónica clásica, teoría del efecto Zeeman
Obras representativas: fórmula de transformación de Lorentz
Cargo: Universidad de Leiden
Premios: Premio Nobel de Física (1902)
Biografía
Nacido el 18 de julio de 1853 en Anan , Países Bajos. El padre de Lorenz, Park Jung Su Friedrich Lorenz, dirigía un centro de cuidado infantil cerca de Alem, en los Países Bajos. Su madre murió cuando él era muy pequeño. Cuando Lorenz tenía 9 años, su padre se volvió a casar. Allí destacó en la escuela primaria y secundaria. En ese momento, él siempre era el primero de la clase.
Lorenz se interesó por la física cuando era adolescente. Al mismo tiempo, leyó mucho sobre historia y novelas, y dominaba muchos idiomas extranjeros. Hendrick Antoine Lorenz tenía talento para los idiomas. Puede aprender rápidamente un idioma extranjero y deducir su gramática a partir del contexto. Para alguien que ha vivido toda su vida en varias ciudades cerradas de los Países Bajos y quiere hablar con el mundo, este talento es una gran ventaja. Aunque nació en una familia protestante, era muy liberal en asuntos religiosos y a menudo podía asistir a actividades para aprender francés en las iglesias francesas locales. Esto sentó las bases para que Lorenz se convirtiera en un líder en la comunidad científica.
En 1870, Lorenz fue admitido en la Universidad de Leiden, donde estudió matemáticas, física y astronomía, principalmente matemáticas y física. Se hizo amigo del profesor de astronomía Friedrich Kaiser, quien estaba muy interesado en sus cursos teóricos de astronomía. También estuvo profundamente influenciado por Reinhardt Rieck, el único profesor de física en la Universidad de Leiden en ese momento. Después de un año y medio, Lorenz aprobó sus exámenes de matemáticas y física y regresó a Anan para preparar su tesis doctoral. Durante este período compró "Selected Fresnel", que fue su primer material didáctico complementario. Admiraba mucho el trabajo de Fresnel y creía que Fresnel no tenía paralelo entre los físicos de esa generación. Hablando de los físicos contemporáneos, admiraba sobre todo a Hertz.
En 1873, Lorenz aprobó el examen de doctorado con matrícula de honor.
Se doctoró en 1875.
En 1877, la Universidad de Leiden lo contrató como profesor de física teórica. Este puesto se creó por primera vez para J.D. Van Walls y tiene un alto estatus académico. En ese momento, Lorenz tenía sólo 23 años. Enseñó en la Universidad de Leiden durante 35 años y todas sus contribuciones a la física se realizaron durante este período.
En 1881, Lorenz se casó con Aletta Caesar, sobrina de un profesor de astronomía de su universidad, y tuvieron dos hijas y dos hijos, el mayor de los cuales murió en la infancia. La hija mayor de Lorenz habla a menudo de la impresión que tiene de su padre: A menudo se dedica a investigaciones difíciles, pero no da la sensación de que está haciendo cálculos difíciles; no tiene el comportamiento excéntrico de un genio ni el sabor amargo de un genio; erudito. A los ojos de su hija, Lorenz es un erudito con buenas costumbres y una personalidad cautelosa; también es bueno socializando y siempre puede mostrar su sentido del humor y su talento conversacional cuando se mezclan puros y vino tinto. Quienes lo conocieron lo consideraron un hombre de corazón noble.
En 1895 propuso la famosa fórmula de la fuerza de Lorentz.
En 1896, Lorenz utilizó la teoría del electrón para explicar con éxito el fenómeno de división magnética de los espectros atómicos descubierto recientemente por Zeeman en la Universidad de Leiden. Lorenz concluyó que este fenómeno era causado por las vibraciones de los electrones negativos en los átomos. La relación carga-masa de los electrones negativos que dedujo teóricamente era consistente con los resultados que Thomson obtuvo de los experimentos con rayos catódicos el año siguiente. Por el descubrimiento y explicación del efecto Zeeman, Lorenz y Zeeman compartieron el Premio Nobel de 1902.
En 1912 Lorenz dimitió como profesor en la Universidad de Leiden y se fue a Harlem a trabajar como consultor para un museo y como profesor honorario en la Universidad de Leiden. Todos los lunes por la mañana da conferencias en la Universidad de Leiden sobre temas de actualidad en física. Posteriormente también sirvió en el gobierno holandés.
Trabajó en el departamento de educación de 1919 a 1926, durante el cual ocupó el cargo de Ministro de Educación Superior en 1921.
Se desempeñó como presidente fijo del Congreso de Física de Solvi desde 1911 hasta 1927. A menudo es un anfitrión muy popular en diversas reuniones de la comunidad física internacional.
Presidente del Comité de la Alianza Internacional para la Cooperación Científica. También es académico extranjero de muchas academias científicas y miembro extranjero de sociedades científicas mundiales.
Lorenz murió en Haboom, Países Bajos, el 4 de febrero de 1928, a la edad de 75 años. Para llorar a este gigante de la cultura holandesa moderna, el día del funeral se suspendieron las telecomunicaciones y las llamadas telefónicas en toda Holanda durante tres minutos. Al funeral asistieron destacadas figuras de la comunidad científica de todo el mundo. Einstein pronunció un discurso frente a la tumba de Lorenz y dijo que los logros de Lorenz "tuvieron el mayor impacto en mí" y que él era "el hombre más grande y noble de nuestro tiempo".
Logros científicos
La creación de la teoría de los electrones
La contribución más importante de Lorenz a la física es su teoría de los electrones. Mucho antes de escribir su tesis, estuvo profundamente influenciado por las obras completas de Fresnel. Posteriormente, inspirado por H. von Helmholtz, utilizó la teoría electromagnética de J. C. Maxwell para abordar la reflexión y refracción de la luz en la interfaz del medio como su tesis doctoral. Al final del artículo, mencionó la posibilidad de combinar la teoría magnetoóptica con la teoría molecular de la materia, que fue la raíz de su posterior creación de la teoría electrónica.
Lorentz creía que todas las moléculas materiales contienen electrones, y las partículas de rayos catódicos son electrones. La interacción entre el éter y la materia se reduce a la interacción entre el éter y los electrones. Esta teoría explicó con éxito el efecto Zeeman y ganó el Premio Nobel de Física en 1902 junto con Zeeman.
Lorentz es el fundador de la teoría clásica del electrón. Creía que la electricidad era "atómica" y que la electricidad misma estaba compuesta de entidades diminutas. Más tarde, estas diminutas entidades recibieron el nombre de electrones. Lorenz explicó las propiedades eléctricas de la materia en términos del concepto de electrones. De la teoría de los electrones se puede deducir que las cargas en movimiento experimentarán una fuerza en un campo magnético, concretamente la fuerza de Lorentz. Explicó la luminiscencia de los objetos como la vibración de los electrones dentro de los átomos. De esta manera, cuando la fuente de luz se coloca en un campo magnético, la vibración de los electrones en los átomos de la fuente de luz cambiará, aumentando o disminuyendo así la frecuencia de vibración de los electrones, provocando que las líneas espectrales se ensanchen o se dividan. En junio de 1896, Zeeman, alumno de Lorenz, descubrió que la línea D del espectro del sodio se ampliaba significativamente en un campo magnético fuerte, lo que producía el efecto Zeeman, confirmando la predicción de Lorenz. Zeeman y Lorenz ganaron el Premio Nobel de Física en 1902.
En 1904, Lorenz demostró que cuando las ecuaciones del campo electromagnético de Maxwell se transforman de un sistema de referencia a otro mediante la transformación de Galileo, la velocidad de la luz en el vacío no será una constante, lo que lleva a las ecuaciones de Maxwell y a varias Los efectos electromagnéticos pueden ser diferentes para observadores en diferentes marcos inerciales. Para solucionar este problema, Lorentz propuso otra fórmula de transformación, la transformación de Lorentz. Posteriormente, Einstein aplicó la transformación de Lorentz a las relaciones mecánicas y creó la teoría especial de la relatividad.
Fórmula de transformación de Lorentz
Antes de la teoría de la relatividad, H.A. Lorentz partió del concepto de éter absolutamente estacionario, consideró el proceso material de movimiento y contracción de los objetos y obtuvo la transformación de Lorentz. En la teoría de Lorentz, la cantidad introducida por transformación es sólo un medio auxiliar en matemáticas y no incluye la visión espacio-temporal de la relatividad. Einstein era diferente de Lorenz. A partir de los hechos observados y de dos principios básicos: el principio de la relatividad y el principio de invariancia de la velocidad de la luz, Einstein se centró en modificar conceptos básicos como el movimiento, el tiempo y el espacio, volvió a deducir la transformación de Lorentz y dio La transformación de Lorentz en un nuevo contenido físico.
En la relatividad especial, la transformación de Lorentz es la relación más básica. Se pueden obtener las conclusiones cinemáticas y las propiedades espacio-temporales de la relatividad especial, como la relatividad del tiempo, la contracción de la longitud, el retraso del tiempo, la fórmula de transformación de la velocidad y el efecto Doppler relativista. directamente de la transformación de Lorentz.
La expresión básica de la transformación de coordenadas espacio-temporales de eventos físicos entre diferentes sistemas inerciales en la teoría de la relatividad especial. Suponga que los dos sistemas inerciales son el sistema S y el sistema S', y sus correspondientes ejes de coordenadas cartesianas son paralelos entre sí. El sistema S' se mueve en la dirección X a una velocidad de V relativa al sistema S. Cuando t = t' = 0, los orígenes de coordenadas del sistema S' y el sistema S coinciden, entonces los eventos entre el espacio. -Las coordenadas temporales de los dos sistemas inerciales son La transformación de Lorentz es X' = γ (x-v * t), Y'. c es la velocidad de la luz en el vacío. Según la transformación de Lorentz, las leyes físicas en diferentes sistemas inerciales deben permanecer sin cambios.
Peducador en Física
Lorenz también es educador. Durante muchos años enseñó física general y teórica en la Universidad de Leiden y escribió libros de texto sobre cálculo y física general. En Harlem dio conferencias sobre física popular. Pasó gran parte de su vida probando las teorías de otras personas y ayudándolas. Era entusiasta y humilde, y era respetado por la generación más joven de físicos teóricos como Einstein y Schrödinger. Visitaron varias veces la Universidad de Leiden en busca de consejo. Einstein dijo una vez que Lorenz lo influyó más en su vida.
Como físico teórico de primera generación, una de las características distintivas de Lorenz fue su inusual apertura a una variedad de nuevas ideas. Después de su jubilación, dio conferencias todas las semanas en la Universidad de Leiden, de las que se beneficiaron muchos estudiantes. La influencia de Lorenz en la física teórica no se produjo sólo a través de sus obras sino también a través de sus contactos personales con jóvenes físicos de todo el mundo. Einstein, Schrödinger y otros teóricos lo visitaban a menudo en Leiden para conocer su opinión sobre algunas de sus últimas ideas. Uhlenbeck y Gudschmidt, los autores de "Spin", también se inspiraron en Lorenz en la etapa crítica de su investigación sobre el spin. Pero nunca interfiere con las ideas de otras personas. Su relación con los demás se mantiene gracias a su personalidad básica, amable y con los pies en la tierra. Sin embargo, la franqueza de Lorenz no se debió enteramente a su personalidad. Por su conferencia inaugural en la Universidad de Leiden sabemos que ésta era la opinión profesional de Lorenz como físico teórico. Lorenz dijo que el propósito de la investigación física es buscar principios básicos simples que puedan explicar todos los fenómenos. Sin embargo, advirtió que no se debía hacer demasiado hincapié en las conexiones intrínsecas de los principios básicos, ni esperar que los propios principios se desarrollaran más. Creía que debido a que la gente no puede comprender profundamente la naturaleza de las cosas, es imprudente afirmar que cualquier forma de comprensión existente es la única confiable. Lorenz cree que diferentes investigadores deberían explorar diferentes métodos teóricos básicos al mismo tiempo.
Otros logros
La disertación de Lorenz fue sobre óptica física, titulada "Teoría de la refracción y reflexión de la luz". Fresnel había tratado este tema, pero Lorenz lo volvió a abordar utilizando la teoría del campo electromagnético de Maxwell. Este estudio estableció casi de inmediato la posición académica de Lorenz en su país. Tres años más tarde, la Universidad de Leiden lo contrató como profesor para presidir la recién creada Cátedra de Física Teórica. Este escenario no sólo se encuentra en los Países Bajos, sino también el más antiguo de Europa. Lorenz aceptó el puesto, definiendo así su carrera en la física teórica.
En 1892, Lorenz publicó el primer artículo sobre la teoría clásica del electrón. En este artículo, Lorentz separó explícitamente el campo continuo de la materia que contiene electrones discretos y añadió una ecuación de fuerza de Lorentz a las ecuaciones de Maxwell. Por tanto, el campo continuo y los electrones discretos están conectados a través de esta fuerza de Lorentz. Sobre esta base, Lorenz reorganizó y formateó los diversos resultados de la óptica electromagnética obtenidos en ese momento, sentando las bases de la teoría clásica de los electrones. Muchos físicos teóricos que estudiaron la electrodinámica con él consideran que ésta es una de las mayores aportaciones de la vida de Lorenz.
Cuando comenzó a surgir una nueva física, Lorenz también derivó la fórmula para la distribución de energía de la radiación del cuerpo negro. Sólo podía utilizar su propia teoría para calcular el límite de longitud de onda larga del espectro de energía. Comprendió que la teoría cuántica de Planck de 1900 sobre la radiación del cuerpo negro abarcaba todo el espectro, y que la hipótesis cuántica de Planck era completamente diferente de su propia teoría del electrón. Pero en 1908, Lorenz expresó su apoyo a la teoría cuántica de Planck, creyendo que la teoría de Planck era la única teoría que podía explicar el espectro completo de la radiación del cuerpo negro. Lorenz fue uno de los primeros en señalar y enfatizar la profunda oposición entre la hipótesis cuántica y la hipótesis de la teoría electrónica.
Antes de 1875, no se había propuesto claramente la idea unificada de combinar la teoría electromagnética de la luz y la teoría molecular de la materia. Después de eso, Lorenz llevó a cabo una investigación en profundidad sobre este tema y escribió un artículo titulado "Teoría de la reflexión y refracción de la luz", que revisó exhaustivamente la antigua teoría ondulatoria de la luz y la nueva teoría electromagnética de la luz, y finalmente propuso claramente esta unificada. Esta idea no sólo dio a la teoría electromagnética de Maxwell una base física más sólida, sino que también estableció la teoría electrónica de la materia. Luego basándose en la teoría de los electrones, estableció el concepto de “fuerza de Lorentz”, que es la fuerza que experimentan los electrones en un campo magnético. Al mismo tiempo, descubrió y comprobó el efecto Zeeman junto con su compatriota Zeeman. El efecto Zeeman es una teoría que explica que varias líneas espectrales emitidas por una fuente de luz colocada en un campo magnético se dividen en varias líneas bajo la influencia del campo magnético. El intervalo entre cada línea espectral es proporcional a la fuerza del campo magnético. . Zeeman fue el primero en descubrir este fenómeno y estudiarlo, pero aunque pudo explicarlo teóricamente correctamente a través de su investigación, encontró dificultades en los experimentos. Lorenz experimentó repetidamente con esto, finalmente encontró el meollo del problema y utilizó experimentos para demostrar la exactitud de la teoría de Zeeman, haciendo que el efecto Zeeman ganara un punto de apoyo firme en la teoría y la experimentación, y se convirtiera en una ley clásica de la física.
En 1878, publicó un artículo sobre la interacción entre la luz y la materia, distinguiendo el éter de la materia ordinaria, creyendo que el éter es estático y ubicuo, mientras que las moléculas de la materia ordinaria contienen resonadores cargados sobre esta base; , derivó la fórmula del índice de refracción molecular (fórmula de Lorentz-Lorentz).
En 1892, estudió los efectos de la Tierra al atravesar el éter estático. Para explicar los resultados del experimento de Macpherson-Morley, propuso de forma independiente la hipótesis de la contracción de la longitud, según la cual la longitud de un objeto que se mueve con respecto al éter se acorta en la dirección del movimiento. Comenzó a publicar artículos sobre teoría de los electrones. Creía que todas las moléculas materiales contenían electrones y que las partículas de rayos catódicos eran electrones. Los electrones son esferas rígidas, muy pequeñas, con masa y completamente transparentes al éter. La interacción entre el éter y la materia se reduce a la interacción entre el éter y los electrones de la materia. Sobre esta base propuso en 1895 la famosa fórmula de la fuerza de Lorentz. En 1896, P. Zeeman descubrió que las líneas espectrales de una fuente de luz colocada en un campo magnético se dividían (el efecto Zeeman). Lorenz explicó inmediatamente este fenómeno de forma cuantitativa utilizando su teoría del electrón. Por esta contribución, él y Zeeman ganaron el Premio Nobel de Física en 1902.
En 1895 publicó la fórmula precisa de la contracción de la longitud, es decir, en la dirección del movimiento, el factor de contracción de la longitud es (1-V2/C2) 1/2.
En su artículo publicado en 1899, discutió la transformación de coordenadas y tiempo entre sistemas inerciales, y llegó a la conclusión de que los electrones están relacionados con su velocidad.
En 1904 publicó la famosa fórmula de transformación (llamada por primera vez transformación de Lorentz por J.-H. Poincaré) y la relación entre masa y velocidad, y señaló que la velocidad de la luz es la velocidad de un objeto relativo al límite de la velocidad del éter.
Además del Premio Nobel de Física, Lorenz fue galardonado con las Medallas Rumford y Copley de la Royal Society y recibió doctorados honoris causa de las Universidades de París y Cambridge, así como de la Sociedad Alemana de Física y Honoris Causa. título de miembro extranjero de la Royal Society.
Carisma
La teoría del electrón de Lorentz llevó a la física clásica a la máxima altura que podía alcanzar. El propio Lorenz estuvo a punto de convertirse en comandante en jefe de la física a finales del siglo XIX y principios del XX. Si Lorenz no hubiera sido tan ilustrado, este logro podría haberlo eliminado prematuramente de la historia. Cuando la revolución en física de principios de siglo trastocó las aulas de física clásica, Lorenz dijo que lamentaba no haber muerto antes de que se derrumbaran los viejos cimientos. Pero la personalidad de Lorenz era "transpersonal" y el arrepentimiento por los valores pasados fue rápidamente reemplazado por una alegre aceptación de los nuevos.
Como Lorenz gozaba de un gran prestigio en el mundo de la física teórica, dominaba múltiples idiomas y era bueno controlando los debates más desordenados, siempre fue invitado a asistir a los congresos internacionales de física más importantes durante su carrera. toda su vida y a menudo sirve como presidente de reuniones. En 1911, Lorenz presidió el primer Congreso Solvi. Esta conferencia permitió que el concepto de cuántica traspasara las fronteras del mundo de habla alemana desde todas las direcciones y se convirtiera en un tema interesante en Francia e Inglaterra.
Después de la Primera Guerra Mundial, el espíritu abierto de Lorenz se reflejó plenamente en su postura cosmopolita. Lorenz trabajó incansablemente para restaurar el internacionalismo científico.
En 1923, Lorenz fue elegido miembro del Comité de Cooperación Cultural Internacional y se convirtió en su presidente después de Bergson.
Este espíritu esencialmente grande y abierto permitió a Lorenz no sólo alcanzar el éxito académico, sino también ganarse el respeto de sus contemporáneos en términos de carácter. En junio de 1928+0, Lorenz enfermó gravemente; el 4 de febrero de 1928, este gran corazón dejó de latir. Tenía 75 años y la comunidad física perdió a un gran líder. El 10 de febrero, día de su entierro, los servicios telefónicos y telegráficos holandeses fueron suspendidos durante tres minutos en señal de luto. Al funeral asistieron representantes de la familia real holandesa, el gobierno y varias academias nacionales de ciencias. Rutherford, presidente de la Royal Society y famoso físico experimental, y Einstein, representante de la Academia de Ciencias de Prusia y líder de la segunda generación de físicos teóricos profesionales, pronunciaron panegíricos frente a su tumba. Einstein sintió profundamente la enorme influencia que Lorenz ejerció sobre él. Calificó a este mentor como "el hombre más grande y noble de nuestro tiempo".
Experiencia de actividad
Entre los físicos, Lorenz es el más internacional. Durante los primeros 20 años de su carrera, su producción internacional se limitó a libros. Más tarde empezó a abandonar la investigación y las aulas en Leiden y a tener amplios contactos personales con científicos extranjeros. Su teoría de los electrones lo convirtió en un líder en física.
En 1898, Lorenz aceptó la invitación de Boltzmann para dar una conferencia en el grupo de física de la reunión Dieseldover de la Sociedad Alemana de Ciencias Naturales y Medicina.
Del 65.438 al 09.00, dio una conferencia en París para el Congreso Internacional de Física (una reunión de físicos de todo el mundo).
La actividad internacional más importante de Lorenz en el campo de la física fue como presidente titular de la Conferencia de Física de Solvay (1911-1927), última reunión que presidió antes de su muerte.
Lorenz presidió estos encuentros internacionales y se convirtió en un líder reconocido. Todos admiraron su profundo conocimiento, su brillante técnica, su capacidad para resumir los argumentos más complejos y su lenguaje extremadamente refinado. Después de la Primera Guerra Mundial, las actividades científicas de Lorenz comenzaron a adquirir un color político: este anciano respetado en la comunidad científica, de unos sesenta años, hizo campaña por la paz y la ciencia sin fronteras y luchó por la restauración del verdadero internacionalismo científico.
De 1909 a 1921, mientras se desempeñaba como director de la Sección de Física de la Real Academia de Ciencias y Letras de los Países Bajos, utilizó su influencia para persuadir a la gente a unirse a la organización científica internacional fundada por los aliados después de la guerra. .
En 1923, se convirtió en uno de los siete miembros del Comité de Cooperación Cultural Internacional de la Sociedad de Naciones, sucediendo a H. Bergson como presidente.