洛伦茨是谁?
HendrikAntoonLorentz(1853 7月18 ~ 1928 2月4日),英文名:HendrikAntoonLorentz。近代杰出的理论物理学家和数学家,经典电子理论的奠基人。
他填补了经典电磁场理论和相对论之间的空白,是经典物理和现代物理的承上启下者,是第一代理论物理学家的领军人物。他和他的同胞塞曼* * *分享了1902诺贝尔物理学奖。他还导出了爱因斯坦狭义相对论的变换方程,也就是现在所知的洛伦兹变换。他也是国际科学合作联盟委员会的主席。
中文名:亨德里克·安托万·洛伦兹。
Mbth: HendrikAntoonLorentz
别名:洛伦茨
国籍:荷兰
出生地:荷兰阿南。
出生日期:1853七月18
死亡日期:1928年2月4日(74岁)
职业:物理学家、数学家
毕业学校:莱顿大学
信仰:辩证唯物主义
主要成就:经典电子理论、塞曼效应理论
代表作:洛伦兹变换公式
职位:莱顿大学
奖项:诺贝尔物理学奖(1902)
传记
1853七月18出生于荷兰阿南。洛伦茨的父亲朴正苏弗里德里希·洛伦茨(Park Jung Su Friedrich Lorenz)是荷兰阿莱姆附近一家婴儿护理中心的经营者,他的母亲在他很小的时候就去世了。洛伦茨9岁时,父亲再婚。他在那里的小学和中学成绩优异。那时,他总是班上的第一名。
洛伦茨十几岁时就对物理感兴趣。同时,他广泛阅读历史和小说,熟练掌握多门外语。亨德里克·安托万·洛伦兹在语言方面很有天赋。他能很快掌握一门外语,并从上下文中推断出它的语法。对于一个一辈子生活在荷兰几个封闭城市,想要与世界对话的人来说,这种天赋是一笔巨大的财富。虽然出生在新教家庭,但他在宗教事务上非常自由,可以经常参加法国当地教堂学习法语的活动。这为洛伦茨成为科学界的领袖奠定了基础。
1870年,洛伦茨被莱顿大学录取,在那里学习数学、物理和天文学,主要是数学和物理。他和天文学教授弗里德里希·凯泽成了朋友,他对自己的理论天文学课程极其感兴趣。他也深受当时莱顿大学唯一的物理学教授莱恩哈特·里克的影响。一年半后,洛伦茨通过了数学和物理考试,然后回到阿南准备他的博士论文。这期间,他买了《菲涅耳选集》,这是他的第一本补充教材。他非常推崇菲涅耳的作品,认为菲涅耳在那一代物理学家中是无与伦比的。说到当代物理学家,他最崇拜赫兹。
1873年,洛伦茨以优异的成绩通过了博士考试。
1875获得博士学位。
1877年,莱顿大学聘请他为理论物理教授。这个职位最早是为J.D. Van Walls设置的,学术地位很高。那时,洛伦茨只有23岁。他在莱顿大学任教35年,他对物理学的所有贡献都是在这个时期做出的。
1881年,洛伦茨与他所在大学的一位天文学教授的侄女阿莱塔·凯撒结婚,育有两个女儿和两个儿子,其中最大的一个夭折了。洛伦茨的大女儿经常说起他对父亲的印象:他经常从事高难度的研究,但不会让你觉得他在做高难度的计算;他没有天才的古怪行为,也没有学者的酸味。在女儿心目中,洛伦茨是一个习气良好、性格谨慎的学者;而且他还擅长社交,在雪茄和红酒交织的时候总能展现出他的幽默感和对话天赋。认识他的人都认为他是一个心地高尚的人。
1895年,他提出了著名的洛伦兹力公式。
1896年,洛伦茨用电子理论成功解释了莱顿大学塞曼最近发现的原子光谱磁分裂现象。洛伦茨得出结论,这种现象是由原子中的负电子振动引起的。他从理论上推导出的负电子荷质比与汤姆逊次年从阴极射线实验中得到的结果是一致的。由于塞曼效应的发现和解释,洛伦茨和塞曼分享了1902的诺贝尔奖。
1912洛伦茨辞去莱顿大学教授职务,前往哈莱姆区担任一家博物馆的顾问,并在莱顿大学担任名誉教授。每周一上午,他在莱顿大学就物理学中的一些时事问题讲课。后来,他还在荷兰政府任职。
1919 ~ 1926在教育部门工作,期间在1921任高教部长。
1911 ~ 1927担任Solvi物理大会固定主席。他经常是国际物理学界各种聚会上非常受欢迎的主持人。
国际科学合作联盟委员会主席。他还是许多科学院的外籍院士和世界科学学会的外籍成员。
洛伦茨于1928年2月4日在荷兰哈布姆去世,享年75岁。为了悼念这位荷兰现代文化的巨人,葬礼当天,全荷兰的电信和电话暂停三分钟。来自世界各地科学界的知名人士参加了葬礼。爱因斯坦在洛伦茨墓前发表演讲,称:洛伦茨的成就“对我产生了最大的影响”,他是“我们这个时代最伟大、最高尚的人”。
科学成就
电子理论的创立
洛伦茨对物理学最重要的贡献是他的电子理论。早在他写论文之前,他就深受菲涅尔文集的影响。后来受H. von Helmholtz的启发,他用J. C. Maxwell的电磁理论处理光在介质界面的反射和折射,作为自己的博士论文。在论文的最后,他提到了磁光理论与物质分子理论相结合的前景,这是他后来创立电子理论的根源。
洛伦兹认为所有的物质分子都含有电子,阴极射线粒子就是电子。以太和物质的相互作用归结为以太和电子的相互作用。这一理论成功解释了塞曼效应,与塞曼一起获得了1902诺贝尔物理学奖。
洛伦兹是经典电子理论的创始人。他认为电是“原子的”,电本身是由微小的实体组成的。后来,这些微小的实体被称为电子。洛伦兹根据电子的概念解释了物质的电学性质。从电子理论推导出,运动的电荷在磁场中会受到一个力的作用,即洛伦兹力。他把物体的发光解释为原子内部电子的振动。这样,当光源置于磁场中时,光源原子中电子的振动就会发生变化,从而使电子的振动频率增大或减小,导致谱线变宽或分裂。1896年6月,洛伦兹的学生塞曼发现钠光谱的D线在强磁场中明显增宽,即产生塞曼效应,证实了洛伦兹的预言。塞曼和洛伦茨都获得了1902诺贝尔物理学奖。
1904年,洛伦兹证明了当麦克斯韦电磁场方程通过伽利略变换从一个参照系变换到另一个参照系时,真空中的光速不会是一个常数,这就导致了麦克斯韦方程和各种电磁效应对于不同惯性系中的观测者可能是不同的。为了解决这个问题,洛伦兹提出了另一个变换公式,即洛伦兹变换。后来,爱因斯坦将洛仑兹变换应用于力学关系,创立了狭义相对论。
洛伦兹变换公式
在相对论之前,H.A .洛伦兹从绝对静止以太的概念出发,考虑物体运动收缩的物质过程,得到洛伦兹变换。在洛伦兹理论中,变换引入的量只是作为数学中的一种辅助手段,并不包括相对论的时空观。爱因斯坦不同于洛伦兹。爱因斯坦以观测到的事实为基础,基于两个基本原理:相对性原理和光速不变原理,着力修改运动、时间、空间等基本概念,重新推导洛伦兹变换,赋予洛伦兹变换全新的物理内容。在狭义相对论中,洛伦兹变换是最基本的关系,狭义相对论的运动学结论和时空性质,如同时性的相对性、长度收缩、时间延迟、速度变换公式和相对论多普勒效应,都可以从洛伦兹变换中直接得到。
狭义相对论中不同惯性系间物理事件时空坐标变换的基本表达式。设两个惯性系为S系和S '系,它们对应的笛卡尔坐标轴相互平行。S '系相对于S-系以V的速度向X方向运动,当t=t'=0时,S '系与S-系的坐标原点重合,则这两个惯性系的时空坐标间事件的洛伦兹变换为X' = γ (x-v * t),Y '。c是真空中的光速。在洛仑兹变换下,不同惯性系中的物理定律必须保持不变。
物理教育家
洛伦茨也是一名教育家。多年来,他一直在莱顿大学教授普通物理和理论物理,并撰写了微积分和普通物理的教科书。在哈莱姆区,他致力于大众物理学的讲座。他一生中的大部分时间都在检验别人的理论并给予帮助。他热情谦虚,受到爱因斯坦、薛定谔等年轻一代理论物理学家的尊敬。他们曾多次访问莱顿大学寻求建议。爱因斯坦曾说,他一生中受洛伦兹影响最大。
作为第一代理论物理学家,洛伦茨的一个显著特点是他对一系列新思想不同寻常的开放态度。退休后,他每周都在莱顿大学做演讲,让很多学生受益匪浅。洛伦茨对理论物理的影响不仅是通过他的作品,还通过他与来自世界各地的年轻物理学家的个人接触。爱因斯坦、薛定谔和其他理论工作者经常在莱顿拜访他,听取他对他们一些最新想法的意见。《自旋》的作者乌伦贝克和古德施密特在研究自旋的关键阶段也受到了洛伦兹的启发。但他从不干涉别人的想法,他和别人的关系是靠他善良平实的基本人格维持的。然而,洛伦茨的开放并不完全是因为他的个性。从他在莱顿大学的就职演说可以知道,这是洛伦茨作为理论物理学家的专业意见。洛伦茨说,物理学研究的目的是寻求能够解释所有现象的简单的基本原理。然而,他告诫不要过分重视基本原则的内在联系,或希望原则本身能够得到进一步发展。他认为,由于人们不能深刻理解事物的本质,所以主张任何现有的理解方式是唯一可靠的方式都是轻率的。洛伦茨认为,不同的研究者应该同时探索不同的基础理论方法。
其他成就
洛伦茨的学位论文是关于物理光学的,题目是“光的折射和反射理论”。菲涅尔做过这个课题,但洛伦兹用麦克斯韦电磁场理论重新处理了。这项研究几乎立即确立了洛伦茨在他的国家的学术地位。三年后,莱顿大学聘请他为教授,主持新成立的理论物理讲座。这种设定不仅在荷兰,在欧洲也是最早的。洛伦茨接受了这个职位,从而确定了他在理论物理领域的职业生涯。
1892年,洛伦兹发表了第一篇关于经典电子理论的论文。洛伦兹在这篇论文中明确地把连续场从含有离散电子的物质中分离出来,并在麦克斯韦方程组中增加了一个洛伦兹力方程。因此,连续场和离散电子通过这个洛伦兹力联系在一起。在此基础上,洛伦兹对当时获得的电磁光学的各种结果进行了重新整理和格式化,奠定了经典电子理论的基础。很多从他那里学习电动力学的理论物理学家认为,这是洛伦茨一生中最伟大的贡献之一。
新物理学开始兴起的时候,洛伦茨也推导出了黑体辐射能量分布的公式。他只能用自己的理论计算能谱的长波极限。他明白普朗克1900的黑体辐射量子理论包含了整个光谱,普朗克的量子假说与他自己的电子理论完全不同。但在1908年,洛伦茨表示赞成普朗克的量子理论,认为普朗克的理论是唯一能解释黑体辐射全光谱的理论。洛伦茨是最早能够指出并强调量子假说和电子理论假说之间深刻对立的人之一。
1875之前,光的电磁理论和物质的分子理论相结合的统一思想还没有明确提出。此后,洛伦茨对此问题进行了深入研究,撰写了题为《光的反射和折射理论》的论文,全面评述了旧的光的波动理论和新的光的电磁理论,并最终明确提出了这一统一的思想,不仅使麦克斯韦的电磁理论有了更加坚实的物理基础,而且建立了物质的电子理论。然后根据电子的理论,他建立了“洛伦兹力”的概念,洛伦兹力是电子在磁场中受到的力。同时,他和他的同胞塞曼一起发现并验证了塞曼效应。塞曼效应是解释放置在磁场中的光源发出的各种谱线在磁场的影响下分裂成几条线,每条谱线之间的间隔与磁场强度成正比的理论。塞曼首先发现了这一现象并对其进行了研究,但尽管他通过研究可以在理论上正确解释这一现象,但在实验中却遇到了困难。洛伦茨对此反复实验,终于找到了问题的症结所在,并用实验证明了塞曼理论的正确性,使塞曼效应在理论和实验上站稳了脚跟,成为物理学中的经典定律。
1878年,他发表了一篇关于光与物质相互作用的论文,将以太与普通物质区分开来,认为以太是静止的、无处不在的,而普通物质的分子都含有带电的谐振子;在此基础上,他推导出了分子折射率的公式(洛伦兹-洛伦兹公式)。
1892年,他研究了地球穿过静态以太的效应。为了解释麦克弗森-莫雷实验的结果,他独立提出了长度收缩假说,认为相对于以太运动的物体的长度在运动方向上是缩短的。他开始发表关于电子理论的文章。他认为所有的物质分子都含有电子,而阴极射线粒子就是电子。电子是非常小的有质量的刚性球体,电子对以太是完全透明的。以太与物质的相互作用归结为以太与物质中电子的相互作用。在此基础上,他在1895年提出了著名的洛伦兹力公式。1896年,p .塞曼发现置于磁场中的光源的谱线分裂(塞曼效应)。洛伦茨立即用他的电子理论定量地解释了这一现象。因为这个贡献,他和塞曼获得了1902诺贝尔物理学奖。
1895年,他发表了长度收缩的精确公式,即在运动方向上,长度收缩因子为(1-V2/C2) 1/2。
1899年,他在发表的论文中讨论了惯性系之间的坐标和时间的变换,得出了电子与速度有关的结论。
1904年,他发表了著名的变换公式(最早由J.-H .庞加莱称为洛伦兹变换)和质量与速度的关系,并指出光速是物体速度相对于以太速度的极限。
除了诺贝尔物理学奖,洛伦茨还获得了英国皇家学会的伦福德和科普利奖章,并接受了巴黎大学和剑桥大学的荣誉博士学位,以及德国物理学会和英国皇家学会外籍会员的荣誉称号。
人格魅力
洛伦兹的电子理论将经典物理学推向了它所能达到的最终高度。洛伦茨本人在19年末和20世纪初差点成为物理学的总司令。如果洛伦茨没有那么开明,这个成就可能会让他过早地退出历史舞台。当世纪之交的物理革命打破了经典物理课堂的时候,洛伦茨说,他后悔为什么不在旧的基础崩溃之前死去。但洛伦茨的个性是“超个人的”,对过去价值的遗憾很快被对新事物的愉快接受所取代。
由于洛伦茨在理论物理界享有很高的威望,通晓多国语言,擅长驾驭最无序的辩论,所以他生前每次都受邀出席物理学最重要的国际会议,并经常担任会议主席。1911年,洛伦茨主持了第一届Solvi大会。这次会议让量子的概念从四面八方突破了德语世界的边界,成为法国和英国同样有趣的话题。
第一次世界大战后,洛伦茨的开放精神充分体现在他的世界主义立场上。洛伦茨为恢复科学国际主义进行了不懈的努力。1923年,洛伦茨当选为国际文化合作委员会委员,成为继柏格森之后的委员会主席。
这种本质上伟大而开放的精神,让洛伦茨不仅在学术上获得了成功,在性格上也赢得了同时代人的尊重。1928+0年6月,洛伦茨病重;1928年2月4日,这颗伟大的心停止了跳动。他75岁了,物理学界失去了一位伟大的领袖。2月10日,在他下葬的那天,荷兰的电报和电话服务暂停3分钟以示哀悼。荷兰王室、政府和各个国家科学院的代表参加了葬礼。英国皇家学会主席、著名实验物理学家卢瑟福,普鲁士科学院代表人物、第二代职业理论物理学家领袖爱因斯坦,都在他的墓前作了悼词。爱因斯坦深深感受到了洛伦茨对他的巨大影响。他用“我们这个时代最伟大最高尚的人”来评价这位导师。
活动体验
在物理学家中,洛伦茨是最国际化的。在他职业生涯的前20年,他的国际作品仅限于书籍。后来,他开始离开莱顿的研究和教室,与外国科学家进行广泛的个人接触。他的电子理论使他成为物理学的领导者。
1898年,洛伦茨接受玻尔兹曼的邀请,到德国自然科学和医学学会迪塞尔多佛会议的物理组发表演讲。
从65438到0900,他在巴黎为国际物理大会(世界物理学家的聚会)做了一次演讲。
洛伦茨在物理学领域最重要的国际活动是担任索尔维物理学会议(1911-1927)的常规主席,他主持了去世前的最后一次会议。
洛伦茨主持了这些国际集会,并成为公认的领袖。每个人都钦佩他渊博的知识,辉煌的技术,善于总结最复杂的论点和极其精炼的语言。第一次世界大战后,洛伦茨的科学活动开始增添政治色彩——这位科学界德高望重的老人,六十多岁,为和平和无国界的科学奔走,为恢复真正的科学国际主义而奋斗。
从1909到1921,他在担任荷兰皇家科学与文学研究院物理组主任时,利用自己的影响力说服人们加入战后同盟国创立的国际科学组织。
1923年成为国际联盟国际文化合作委员会七名成员之一,接替H.Bergson担任主席。