(1853-1928) Fisikawan teoretis Belanda, pencipta teori elektron klasik

Hendrik Anton Lorenz lahir di kota kecil Arnhem di Belanda dalam keluarga seorang tukang kebun dan petani. Orang tuanya bukanlah orang-orang terpelajar, namun tertarik pada budaya dan buku. Pada tahun 1859, pada usia enam tahun, Hendrik Anton dikirim ke sekolah swasta milik seorang guru berprestasi, penulis buku sains populer dan buku teks fisika Timmer. Di sini anak laki-laki itu menemukan kemampuan luar biasa dan lulus sekolah sebagai siswa terbaik.

Pada tahun 1866, H. Lorenz memasuki kelas tiga Sekolah Tinggi Sipil yang baru dibentuk, kira-kira setara dengan gimnasium. Mata pelajaran favoritnya adalah fisika dan matematika, serta bahasa. Lorenz juga tertarik pada sastra, sejarah, dan filsafat. Fisika di sekolah tersebut diajarkan oleh dosen brilian Van der Stadt. Selama perkuliahan yang diadakan di pangkuan alam, siswa mendiskusikan berbagai topik ilmiah. Lorenz bukanlah seorang yang beriman, tetapi untuk belajar bahasa Prancis dan Jerman, dia pergi ke gereja dan mendengarkan khotbah dalam bahasa-bahasa tersebut.

Pada tahun 1870, Hendrik Anton masuk Universitas Leiden, tempat dia belajar selama kurang lebih satu tahun. Saya mendengarkan ceramah para profesor universitas dengan penuh minat, tetapi peristiwa penting yang menentukan jalan masa depan ilmuwan tersebut adalah pengenalannya dengan karya fisikawan Inggris James Clerk Maxwell. Para guru tidak dapat membantunya menguasai teori Maxwell, namun kuncinya, menurut Lorenz, terbantu oleh artikel ilmiah fisikawan Jerman Helmholtz, fisikawan Inggris Faraday, dan fisikawan Prancis Fresnel. Pada tahun 1871, Lorenz dengan cemerlang lulus ujian gelar masternya, dan pada tahun 1872 ia meninggalkan Universitas Leiden dan kembali ke Arnhem. Di sini dia secara mandiri mempersiapkan ujian doktoral dan mulai bekerja sebagai guru sekolah malam. Namun meski usianya belum genap 20 tahun dan terhambat oleh rasa malu bawaan, ia memikat siswa dengan kecerdasannya yang kuat dan segera menjadi guru yang baik. Lorenz terus mempelajari karya Maxwell dan Faraday, menciptakan laboratorium kecil di rumah, melakukan eksperimen dan mencari jalannya dalam fisika. Pada saat yang sama, Risalah Maxwell tentang Listrik dan Magnetisme diterbitkan, yang memberikan salah satu kesan terkuat pada Lorenz dalam hidupnya.

Dia adalah salah satu dari sedikit orang yang memahami isi “Alkitab Listrik” dan melihat kelemahan teori baru tersebut. Ia menguraikan cara-cara perkembangannya dan merumuskan programnya dalam disertasi doktoralnya dengan topik “Menuju teori pemantulan dan pembiasan cahaya”. Pada tahun 1875, Lorenz dengan cemerlang mempertahankan disertasinya, namun karena kerendahan hati yang besar, ia bahkan tidak mengirimkan karyanya ke jurnal ilmiah pusat. Baru pada tahun 1877 terjemahan ringkasan disertasinya muncul di jurnal Jerman. Setelah pembelaannya, dokter muda tersebut terus mengajar di negara asalnya Arnhem dan melakukan karya kreatif yang intensif.

Pada tahun 1878, Hendrik Anton Lorenz menjadi profesor di Departemen Fisika Teoritis di Universitas Leiden - salah satu yang pertama di Eropa. Setelah terbitnya karya-karya yang memuat ide-ide elektrodinamika baru, nama guru besar berusia 25 tahun itu mulai dikenal luas. Pada tahun 1881, Lorenz menjadi anggota Royal Academy of Sciences di Amsterdam. Pada tahun 1897, ia pertama kali mengikuti Kongres Internasional Naturalis dan Dokter Jerman, dan pada tahun 1900 di Paris ia memberikan laporan tentang fenomena magneto-optik. Di antara fisikawan terkenal dunia, teman Lorentz adalah Wien, Boltzmann, Poincaré, Planck, Roentgen, fisikawan Rusia P. N. Lebedev dan lain-lain.

Selama 29 tahun (1880-1909), Lorentz mengembangkan dan menyempurnakan teori elektronik klasik sebagai teori sifat listrik, magnet, dan optik materi serta fenomena elektromagnetik berdasarkan analisis pergerakan muatan listrik. Ini adalah gagasan utama ilmuwan. Dia memberikan presentasi sistematis pertama dari teori ini pada tahun 1895 dalam karya fundamentalnya “An Experience in the Theory of Electrical and Optical Phenomena in Moving Bodies.” Kemudian pada tahun 1903 ia menuliskan persamaannya dalam bentuk modern, dan pada tahun 1909, dalam buku “The Theory of Electrons and Its Application to the Phenomena of Light and Thermal Radiation,” diberikan pemaparan terlengkap tentang teori elektronik Lorentz. Berdasarkan hal tersebut, ia menjelaskan sejumlah faktor dan fenomena fisik serta meramalkan hal-hal baru.

Ilmuwan memberikan ekspresi gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan elektromagnetik, yang disebut gaya Lorentz.

Pada tahun 1896, muridnya Peter Zeeman (1865-1943) menemukan fenomena terbelahnya garis spektrum dalam medan magnet kuat yang diprediksikan oleh gurunya. Pada tahun 1897, Lorenz mengembangkan teori tentang fenomena ini. Lima tahun kemudian (1902), dia dan Zeeman menjadi peraih Nobel.

Pada tahun 1904, Hendrik Lorentz menurunkan rumus yang menghubungkan momen waktu dari peristiwa yang sama dan koordinat spasial dalam dua sistem referensi inersia yang berbeda - yang disebut transformasi Lorentz, dari mana semua efek kinematik dari teori relativitas khusus diperoleh. Pada tahun yang sama, ia memperoleh rumus ketergantungan massa elektron pada kecepatan, mempersiapkan transisi ke teori relativitas dan mekanika kuantum.

Penelitian Lorentz juga dikhususkan untuk teori kinetik gas, kinetika zat padat dan teori elektronik logam, yang diciptakan bersama dengan fisikawan Jerman P. Drude (1863-1906) pada awal abad ke-20.

Ketenaran H. A. Lorenz terus berkembang. Dia mengepalai forum internasional para fisikawan terkemuka. Sejak berdirinya Solvay Foundation, dia selalu menjadi ketua Kongres Solvay. Pada tahun 1911 di Brussel, pada Kongres Fisikawan Solvay Internasional Pertama, yang didedikasikan untuk masalah "Radiasi dan Kuanta", ia menetapkan tugas untuk menciptakan mekanika baru kepada 23 pesertanya.

Pada tahun 1913, Lorenz meninggalkan departemen di Universitas Leiden, mengambil posisi profesor luar biasa, dan mengabdikan dirinya pada kegiatan sosial: penciptaan metode pengajaran dan reformasi pendidikan. Sebagai seorang guru yang brilian, ilmuwan tersebut memiliki pengaruh yang signifikan terhadap generasi fisikawan muda. Lorenz memiliki bakat diplomatik dan objektivitas yang langka, dan fasih berbicara dalam beberapa bahasa. Dia selalu menjadi orang yang ramah dan sangat teliti, dan memiliki selera humor yang halus, yang tercermin dalam senyumannya. Lorentz mengendalikan dirinya dengan tenang dan percaya diri, sama seperti dia menguasai fisika dan matematika.

Hendrik Anton Lorenz berhubungan dengan fisikawan terkemuka Rusia dan sangat tertarik dengan perkembangan fisika di Rusia, terutama setelah Revolusi Oktober 1917. Pada tahun 1923 ia menjabat sebagai direktur lembaga ilmiah di Haarlem.

Pada tahun 1925, perayaan besar diadakan di Belanda yang didedikasikan untuk peringatan 50 tahun kegiatan ilmiah Hendrik Lorenz, yang menurut Akademisi P. Lazarev, menjadi kongres internasional. Akademi Ilmu Pengetahuan Belanda mendirikan Medali Emas Lorenz. Dalam pidato tanggapannya, pahlawan hari ini, seorang tokoh klasik fisika teoretis dan bapak spiritualnya, mengatakan: “Saya sangat bahagia karena dapat memberikan kontribusi sederhana bagi perkembangan fisika. Waktu kita telah berlalu, namun kita telah menyerahkan tongkat estafet ke tangan yang cakap.” Lorentz diakui sebagai sesepuh ilmu fisika, teori fisika klasik terbesar dan bapak spiritualnya. Pada tahun yang sama ia terpilih sebagai anggota asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet.

Pada tahun 1927, Lorentz memimpin Kongres V Solvay tentang masalah “Elektron, foton, dan mekanika kuantum” untuk terakhir kalinya.

Pada bulan Februari 1928, dalam usia 75 tahun, Hendrik Anton Lorenz meninggal dunia. Berkabung nasional diumumkan di Belanda. Ilmuwan Jerman Albert Einstein berkata: “Pikirannya yang brilian menunjukkan kepada kita jalan dari teori Maxwell hingga pencapaian fisika pada zaman kita. Citra dan karya-karyanya akan memberikan manfaat dan pencerahan bagi banyak generasi mendatang.”

(Belanda Hendrik Antoon Lorentz, 18 Juli 1853, Arnhem - 4 Februari 1928, Haarlem, Belanda) - fisikawan Belanda. Dia menciptakan teori elektronik klasik, yang dengannya dia menjelaskan banyak fenomena listrik dan optik, termasuk efek Zeeman. Mengembangkan elektrodinamika media bergerak. Dia mengembangkan transformasi yang dinamai menurut namanya. G. Lorentz nyaris menciptakan teori relativitas. Pemenang Hadiah Nobel Fisika (1902, bersama P. Zeeman)
Fisikawan Belanda ini lahir pada tanggal 18 Juli 1853 di kota Arnhem, dalam keluarga seorang pengusaha kecil yang mengelola taman kanak-kanak. seorang pengusaha yang menjalankan penitipan anak. Hendrik mengenyam pendidikan dasar dan menengah di sekolah setempat. Pada tahun 1857, Hendrik dan kakak laki-lakinya, setelah kehilangan ibu mereka, ditinggalkan dalam perawatan ayah tirinya, dan 4 tahun kemudian seorang ibu tiri muncul di rumah tersebut. Hendrik menyimpan perasaan terhangat terhadap wanita ini sepanjang hidupnya. Lorenz kecil tampaknya mengalami keterlambatan perkembangan. Saat saudara tirinya bersekolah, Hendrik hanya bisa mengucapkan “selamat tinggal”.
Pada usia enam tahun, Hendrik dikirim ke sekolah yang dianggap terbaik di Arnhem, dan dia segera menjadi yang pertama di kelasnya. Pada tahun 1866 ia dipindahkan ke Sekolah Tinggi Sipil yang baru saja dibuka. Dan di sini dia belajar dengan cemerlang. Ketertarikan terhadap sains sangat menarik dan kesuksesan yang dihasilkan mendukungnya sepanjang hidupnya dengan rasa percaya diri. Memiliki ingatan yang luar biasa, Hendrik Lorenz, di samping semua tugas sekolahnya, berhasil belajar bahasa Inggris, Prancis, dan Jerman, dan sebelum masuk universitas, juga bahasa Yunani dan Latin (sampai tua, ia bisa menulis puisi dalam bahasa Latin).
Sejak tahun 1870, ia melanjutkan studinya di Universitas Leiden, mengikuti kuliah profesor astronomi terkenal Frederick Kaiser. Dan kemudian terjadi peristiwa yang menentukan seluruh jalur masa depan Lorentz dalam sains: ia berkenalan dengan karya James Clerk Maxwell. Pada saat ini, Risalah tentang Listrik hanya dipahami oleh segelintir fisikawan. Terlebih lagi, ketika Hendrik muda meminta penerjemah Risalah Paris untuk menjelaskan kepadanya arti fisik persamaan Maxwell, dia mendengar jawaban bahwa “... persamaan ini tidak memiliki arti fisik dan tidak dapat dipahami; mereka harus dianggap sebagai abstraksi matematis murni."
Dalam 2 tahun, Lorenz menerima gelar Bachelor of Science di bidang fisika dan matematika dan kembali ke Arnhem sebagai guru di sekolah menengah setempat. Tahun 1873 berhasil lulus ujian doktor dan mempelajari teori pemantulan dan pembiasan cahaya, dan pada tahun 1875 mempertahankan disertasi doktoralnya tentang masalah ini di Universitas Leiden. 1878 Lorentz pindah dari Arnhem ke Leiden dan bekerja di departemen fisika teoretis universitas, salah satu yang pertama di Eropa, terus mempelajari fenomena optik.
Pada tahun 1881, ia menikah dengan keponakan profesor astronomi Kaiser, Alletta Kaiser. Mereka mempunyai empat anak, tetapi satu anak meninggal saat masih bayi.
Melanjutkan bekerja di universitas, Lorenz merumuskan teori elektron pada tahun 1892 dan menerbitkan karya tentang pemisahan garis spektral dalam medan magnet. 1896 Rekan Hendrik Lorentz, Peter Zeeman, menegaskan posisi teoritisnya tentang polarisasi cahaya. Pada tahun 1900, pada Kongres Fisika Internasional di Paris, Lorentz membuat laporan tentang fenomena magneto-optik. Boltzmann, He, Poincaré, Roentgen, Planck dan fisikawan terkenal lainnya menjadi temannya. Pada tahun 1902, Lorenz dan rekannya Peter Zeeman menjadi peraih Nobel.
.
Empat tahun kemudian, dia menerbitkan artikel penting, “Fenomena elektromagnetik dalam suatu sistem yang bergerak dengan kecepatan kurang dari kecepatan cahaya.” Rumus turunan Lorentz yang menghubungkan koordinat spasial dan momen waktu dalam dua sistem acuan inersia yang berbeda (Transformasi Lorentz). Ilmuwan berhasil memperoleh rumus ketergantungan massa elektron pada kecepatan.
Yang perlu diperhatikan secara khusus adalah partisipasi Hendrik Lorentz dalam persiapan dan penyelenggaraan “Kongres Internasional Fisikawan Solvay I”. Itu terjadi pada tahun 1911 di Brussels, dan didedikasikan untuk masalah “Radiasi dan Quanta”. 23 fisikawan mengambil bagian dalam pekerjaannya, dipimpin oleh Lorentz.
Dia menetapkan tugas bagi fisikawan untuk menciptakan mekanika baru: “Kami akan sangat senang jika kami berhasil lebih dekat lagi dengan mekanika masa depan yang dimaksud.”
Pada tahun 1912, Lorenz mengundurkan diri dari Universitas Leiden, tetapi mengajar seminggu sekali dan menjabat sebagai sekretaris Masyarakat Ilmiah Belanda. Setahun kemudian dia pindah ke Harlem, di mana dia bekerja sebagai direktur ruang fisika di Museum Teiler. Sejak tahun 1923 ia menjadi anggota komisi internasional untuk kerja sama intelektual Liga Bangsa-Bangsa, dan sejak tahun 1925 ia memimpinnya.
Lorenz mencintai negaranya dan menulis:
Dia menikmati rasa hormat dan cinta yang besar, baik di tanah airnya maupun di mana pun dia dikenal. Perayaan lima puluh tahun pembelaan disertasi doktornya yang dimulai pada tanggal 11 Desember 1925 berujung pada hari libur nasional.
Pada tahun 1927, Hendrik Lorenz menulis kepada putrinya bahwa dia berharap untuk “menyelesaikan beberapa tugas ilmiah lagi,” tetapi segera menambahkan: “Namun, apa yang saya miliki juga bagus: saya memiliki kehidupan yang besar dan indah di belakang saya.” Ilmuwan tersebut tetap aktif secara intelektual sampai kematiannya. Dia meninggal pada tanggal 4 Februari 1928 pada usia 75 tahun di Harlem.
Hendrik Lorentz mengembangkan teori elektromagnetik tentang cahaya dan teori materi elektronik, dan juga merumuskan teori listrik, magnet, dan cahaya yang konsisten. Nama ilmuwan ini dikaitkan dengan gaya Lorentz, yang diketahui dari kursus fisika sekolah (ia mengembangkan konsep ini pada tahun 1895), yaitu gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnet.
Ia mengembangkan teori tentang transformasi keadaan benda bergerak, salah satu akibatnya adalah apa yang disebut kontraksi Lorentz-Fitzgerald (George Fitzgerald - fisikawan Irlandia), yang menggambarkan pengurangan panjang suatu benda selama translasi. gerakan. Transformasi Lorentz yang diperoleh dalam kerangka teori ini merupakan kontribusi terpenting bagi perkembangan teori relativitas.
Menjelaskan fenomena yang dikenal sebagai efek Zeeman, sehingga ia menerima Hadiah Nobel.
Hendrik Lorenz adalah seorang doktor kehormatan Universitas Paris dan Cambridge, anggota Royal and German Physical Societies of London.

Lorenz Hendrik Anton
Lahir: 18 Juli 1853.
Meninggal : 4 Februari 1928 (umur 74).

Biografi

Hendrik (sering dieja Hendrik) Anton Lorentz (Belanda Hendrik Antoon Lorentz; 18 Juli 1853, Arnhem, Belanda - 4 Februari 1928, Haarlem, Belanda) - fisikawan teoretis Belanda, pemenang Hadiah Nobel Fisika (1902, bersama-sama dengan Pieter Zeeman) dan penghargaan lainnya, anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Belanda (1881), sejumlah akademi sains dan perkumpulan ilmiah asing.

Lorentz terkenal karena karyanya di bidang elektrodinamika dan optik. Menggabungkan konsep medan elektromagnetik kontinu dengan gagasan muatan listrik diskrit yang menyusun materi, ia menciptakan teori elektronik klasik dan menerapkannya untuk memecahkan banyak masalah tertentu: ia memperoleh ekspresi gaya yang bekerja pada muatan bergerak dari medan elektromagnetik (gaya Lorentz), dan rumus turunan yang menghubungkan indeks bias suatu zat dengan massa jenisnya (rumus Lorentz-Lorentz), mengembangkan teori dispersi cahaya, menjelaskan sejumlah fenomena magneto-optik (khususnya, efek Zeeman ) dan beberapa sifat logam. Berdasarkan teori elektronik, ilmuwan mengembangkan elektrodinamika media bergerak, termasuk mengajukan hipotesis tentang kontraksi benda searah geraknya (kontraksi Fitzgerald - Lorentz), memperkenalkan konsep “waktu lokal”, memperoleh ekspresi relativistik untuk ketergantungan massa pada kecepatan, dan hubungan turunan antara koordinat dan waktu dalam kerangka acuan inersia yang bergerak relatif satu sama lain (transformasi Lorentz). Karya Lorentz berkontribusi pada pembentukan dan pengembangan gagasan teori relativitas khusus dan fisika kuantum. Selain itu, ia memperoleh sejumlah hasil signifikan dalam teori termodinamika dan kinetik gas, teori relativitas umum, dan teori radiasi termal.

Asal dan masa kecil (1853-1870)

Hendrik Anton Lorenz lahir pada tanggal 15 Juli 1853 di Arnhem. Nenek moyangnya berasal dari wilayah Rhine di Jerman dan sebagian besar bergerak di bidang pertanian. Ayah dari ilmuwan masa depan, Gerrit Frederik Lorentz (1822-1893), memiliki pembibitan pohon buah-buahan di dekat Velp. Ibu Hendrik Anton, Gertrude van Ginkel (Geertruida van Ginkel, 1826-1861), dibesarkan di Renswoude di provinsi Utrecht, menikah, menjadi janda dini, dan pada tahun ketiga menjanda ia menikah untuk kedua kalinya - dengan Gerrit Frederick. Mereka mempunyai dua anak laki-laki, tetapi yang kedua meninggal saat masih bayi; Hendrik Anton dibesarkan bersama Hendrik Jan Jakob, putra Gertrude dari pernikahan pertamanya. Pada tahun 1862, setelah istrinya meninggal dini, ayah keluarga tersebut menikah dengan Luberta Hupkes (1819/1820-1897), yang menjadi ibu tiri yang mengasuh anak-anak.

Pada usia enam tahun, Hendrik Anton masuk Sekolah Dasar Timmer. Di sini, dalam pelajaran Gert Cornelis Timmer, penulis buku teks dan buku sains populer tentang fisika, Lorenz muda berkenalan dengan dasar-dasar matematika dan fisika. Pada tahun 1866, ilmuwan masa depan berhasil lulus ujian masuk ke Sekolah Tinggi Sipil yang baru dibuka (Dutch Hogereburgerschool) di Arnhem, yang kira-kira setara dengan gimnasium. Belajar menjadi mudah bagi Hendrik Anton, yang difasilitasi oleh bakat pedagogi para guru, terutama H. Van der Stadt, penulis beberapa buku teks terkenal tentang fisika, dan Jacob Martin van Bemmelen, yang mengajar kimia. Seperti yang diakui Lorenz sendiri, Van der Stadt-lah yang menanamkan dalam dirinya kecintaan terhadap fisika. Pertemuan penting lainnya dalam kehidupan ilmuwan masa depan adalah perkenalannya dengan Herman Haga, yang belajar di kelas yang sama dan kemudian juga menjadi fisikawan; mereka tetap berteman dekat sepanjang hidup mereka. Selain ilmu pengetahuan alam, Hendrik Anton juga tertarik pada sejarah, membaca sejumlah karya tentang sejarah Belanda dan Inggris, serta menyukai novel sejarah; dalam sastra ia tertarik dengan karya penulis Inggris - Walter Scott, William Thackeray dan khususnya Charles Dickens. Dibedakan oleh ingatannya yang baik, Lorenz mempelajari beberapa bahasa asing (Inggris, Prancis, dan Jerman), dan sebelum masuk universitas ia secara mandiri menguasai bahasa Yunani dan Latin. Meski berwatak supel, Hendrik Anton adalah sosok yang pemalu dan tidak suka menceritakan pengalamannya bahkan kepada orang yang dicintainya. Dia asing dengan mistisisme apa pun dan, menurut putrinya, “keyakinannya terhadap anugerah Tuhan telah hilang... Kepercayaan pada nilai tertinggi dari akal budi... menggantikan keyakinan agamanya.”

Belajar di universitas. Langkah pertama dalam sains (1870-1877)

Pada tahun 1870, Lorenz masuk Universitas Leiden, universitas tertua di Belanda. Di sini ia menghadiri kuliah fisikawan Pieter Rijke dan matematikawan Pieter van Geer, yang mengajar mata kuliah geometri analitik, tetapi menjadi paling dekat dengan profesor astronomi Frederick Kaiser, yang mengetahui tentang siswa baru yang berbakat dari mantan muridnya Van der Stadt. Saat belajar di universitas, ilmuwan masa depan berkenalan dengan karya-karya mendasar James Clerk Maxwell dan, dengan sedikit kesulitan, dapat memahaminya, yang difasilitasi oleh studi tentang karya-karya Hermann Helmholtz, Augustin Fresnel dan Michael Faraday. Pada bulan November 1871, Lorenz lulus ujian gelar masternya dengan pujian dan, memutuskan untuk mempersiapkan ujian doktoralnya sendiri, meninggalkan Leiden pada bulan Februari 1872. Kembali ke Arnhem, dia menjadi guru matematika di sekolah malam dan di sekolah Timmer, tempat dia pernah belajar; pekerjaan ini memberinya cukup waktu luang untuk melakukan sains. Arah utama penelitian Lorentz adalah teori elektromagnetik Maxwell. Selain itu, di laboratorium sekolah ia melakukan eksperimen optik dan listrik dan bahkan gagal membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik dengan mempelajari pelepasan tabung Leyden. Selanjutnya, menyinggung karya terkenal fisikawan Inggris, Lorentz berkata: “Risalah tentang Listrik dan Magnetisme” yang ditulisnya mungkin memberi saya salah satu kesan terkuat dalam hidup saya; penafsiran cahaya sebagai fenomena elektromagnetik melampaui semua yang saya ketahui sejauh ini dalam keberaniannya. Namun buku Maxwell bukanlah buku yang mudah! Ditulis pada tahun-tahun ketika gagasan ilmuwan belum mendapat rumusan akhir, buku tersebut tidak mewakili keseluruhan yang utuh dan tidak menjawab banyak pertanyaan.”

Pada tahun 1873, Lorenz lulus ujian doktoralnya, dan pada tanggal 11 Desember 1875 di Leiden, dengan predikat sangat memuaskan (magna cum laude), ia mempertahankan disertasi doktoralnya “Tentang Teori Pemantulan dan Pembiasan Cahaya” (Belanda: Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht), yang di dalamnya memberikan penjelasan tentang proses-proses tersebut berdasarkan teori Maxwellian. Setelah pembelaannya, doktor sains muda itu kembali ke kehidupan sebelumnya sebagai guru di Arnhem. Pada musim panas tahun 1876, bersama teman-temannya, dia mendaki melalui Swiss. Pada saat ini, ia dihadapkan pada pertanyaan untuk sepenuhnya beralih ke matematika: disiplin inilah yang berhasil ia ajarkan di sekolah, dan oleh karena itu Universitas Utrecht menawarinya posisi profesor matematika. Namun, Lorenz, yang berharap bisa kembali ke almamaternya, menolak tawaran tersebut dan memutuskan untuk mengambil posisi sementara sebagai guru di gimnasium klasik Leiden. Perubahan penting segera terjadi di Universitas Leiden: departemen fisika dibagi menjadi dua bagian - eksperimental dan teoretis. Jabatan baru profesor fisika teoretis pertama kali ditawarkan kepada Jan Diederik van der Waals, dan ketika dia menolak, Lorentz diangkat ke posisi tersebut. Itu adalah departemen fisika teoretis pertama di Belanda dan salah satu yang pertama di Eropa; Keberhasilan kerja Lorentz di bidang ini berkontribusi pada pembentukan fisika teoretis sebagai disiplin ilmu independen.

Profesor di Leiden (1878-1911)

Pada tanggal 25 Januari 1878, Lorenz secara resmi menyandang gelar profesor dengan menyampaikan pidato pengukuhan dan laporan “Teori Molekuler dalam Fisika”. Menurut salah satu mantan muridnya, profesor muda tersebut “memiliki bakat yang aneh, terlepas dari segala kebaikan dan kesederhanaannya, yaitu menjaga jarak tertentu antara dirinya dan murid-muridnya, tanpa berusaha atau menyadarinya sama sekali.” Ceramah Lorenz populer di kalangan mahasiswa; Ia senang mengajar, padahal kegiatan ini menyita sebagian besar waktunya. Selain itu, pada tahun 1883 ia mengambil beban tambahan dengan menggantikan rekannya Heike Kamerlingh Onnes, yang karena sakit, tidak dapat mengajar mata kuliah fisika umum di Fakultas Kedokteran; Lorenz terus memberikan ceramah ini bahkan setelah Onnes sembuh, hingga tahun 1906. Berdasarkan mata kuliahnya, serangkaian buku teks terkenal diterbitkan, yang dicetak ulang beberapa kali dan diterjemahkan ke dalam banyak bahasa. Pada tahun 1882, Profesor Lorenz memulai kegiatan mempopulerkannya, pidatonya kepada khalayak luas sukses karena bakatnya menyajikan isu-isu ilmiah yang kompleks dengan cara yang mudah diakses dan jelas.

Pada musim panas tahun 1880, Lorenz bertemu Aletta Catharina Kaiser (1858-1931), keponakan Profesor Kaiser dan putri pengukir terkenal Johann Wilhelm Kaiser, direktur Rijksmuseum di Amsterdam. Pertunangan itu terjadi pada musim panas yang sama, dan awal tahun depan orang-orang muda itu menikah. Pada tahun 1885, putri mereka Gertrude Luberta (Belanda: Geertruida de Haas-Lorentz) lahir, yang menerima nama untuk menghormati ibu dan ibu tiri ilmuwan tersebut. Pada tahun yang sama, Lorenz membeli sebuah rumah di 48 Heugracht, tempat keluarganya menjalani kehidupan yang tenang dan terukur. Pada tahun 1889, putri kedua, Johanna Wilhelmina, lahir, pada tahun 1893, putra pertama, yang hidup kurang dari setahun, dan pada tahun 1895, putra kedua, Rudolf. Putri tertua kemudian menjadi murid ayahnya, belajar fisika dan matematika dan menikah dengan ilmuwan terkenal Vander Johannes de Haas, murid Kamerlingh Onnes.

Lorenz menghabiskan tahun-tahun pertamanya di Leiden dalam isolasi diri secara sukarela: dia sedikit menerbitkan buku di luar negeri dan praktis menghindari kontak dengan dunia luar (ini mungkin karena rasa malunya). Karyanya kurang dikenal di luar Belanda hingga pertengahan tahun 1890-an. Baru pada tahun 1897 ia pertama kali menghadiri kongres naturalis dan dokter Jerman, yang diadakan di Düsseldorf, dan sejak itu ia menjadi peserta tetap dalam konferensi ilmiah besar. Ia bertemu dengan fisikawan terkenal Eropa seperti Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wien, Henri Poincaré, Max Planck, Wilhelm Roentgen dan lain-lain. Pengakuan Lorentz sebagai ilmuwan pun semakin berkembang, hal ini difasilitasi oleh keberhasilan teori elektronik yang diciptakannya, yang melengkapi elektrodinamika Maxwell dengan gagasan “atom listrik”, yaitu keberadaan partikel bermuatan yang menyusun materi. Versi pertama teori ini diterbitkan pada tahun 1892; selanjutnya dikembangkan secara aktif oleh penulis dan digunakan untuk menggambarkan berbagai fenomena optik (dispersi, sifat logam, dasar-dasar elektrodinamika media bergerak, dan sebagainya). Salah satu pencapaian paling mencolok dalam teori elektronik adalah prediksi dan penjelasan pemisahan garis spektrum dalam medan magnet, yang ditemukan oleh Pieter Zeeman pada tahun 1896. Pada tahun 1902, Zeeman dan Lorentz berbagi Hadiah Nobel Fisika; Profesor Leiden menjadi ahli teori pertama yang menerima penghargaan ini. Keberhasilan teori elektronik sebagian besar disebabkan oleh kepekaan penulisnya terhadap berbagai ide dan pendekatan, dan kemampuannya untuk menggabungkan unsur-unsur sistem teoritis yang berbeda. Seperti yang ditulis sejarawan Olivier Darrigol,

Sesuai dengan keterbukaan negaranya, ia membaca tanpa pandang bulu dari sumber-sumber Jerman, Inggris, dan Prancis. Inspirasi utamanya, Helmholtz, Maxwell dan Fresnel, berasal dari tradisi yang sangat berbeda, terkadang tidak sejalan. Meskipun dalam pikiran awam eklektisisme mungkin menimbulkan kebingungan, Lorenz mendapat manfaat darinya.

Kini Lorenz menerima undangan dari berbagai belahan dunia untuk memberikan laporan khusus: ia mengunjungi Berlin (1904) dan Paris (1905), dan pada musim semi tahun 1906 ia memberikan serangkaian ceramah di Universitas Columbia di New York. Tak lama kemudian, universitas-universitas lain mulai membujuknya untuk pergi; khususnya, Universitas Munich pada tahun 1905 menawarkan kondisi yang jauh lebih menguntungkan daripada di Leiden. Namun, ilmuwan tersebut tidak terburu-buru untuk lepas landas dan meninggalkan kehidupan yang tenang di kota kecil, dan setelah Kementerian Pendidikan Belanda secara signifikan meningkatkan kondisi kerjanya (beban kuliah dikurangi, seorang asisten dialokasikan, kantor terpisah dan laboratorium pribadi), dia akhirnya meninggalkan pikiran untuk pindah. Pada tahun 1909, Lorentz diangkat sebagai ketua departemen fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Belanda, posisi yang dipegangnya selama dua belas tahun.

Munculnya teori relativitas dan gagasan kuantum pertama mempertanyakan validitas teori elektron Lorentz dan fisika klasik secara umum. Ilmuwan Belanda itu berusaha sampai akhir untuk menemukan jalan keluar dari kebuntuan yang dihadapi fisika lama, tetapi tidak berhasil. Seperti yang ditulis Torichan Kravets dalam kata pengantar “Teori Elektron” Lorentz edisi Soviet, “perjuangannya untuk pengajarannya sungguh luar biasa. Ketidakberpihakan ilmiah penulisnya, yang dengan hormat menjawab semua keberatan dan kesulitan, juga mencolok. Setelah membaca bukunya, Anda melihat dengan mata kepala sendiri bahwa segala sesuatu telah dilakukan untuk menyelamatkan pandangan-pandangan lama - dan semua ini tidak membawa keselamatan bagi mereka.” Terlepas dari komitmennya terhadap cita-cita klasik dan pendekatan hati-hati terhadap konsep-konsep baru, Lorenz jelas menyadari ketidaksempurnaan konsep-konsep lama dan keberhasilan konsep-konsep ilmiah baru. Pada musim gugur 1911, Kongres Solvay pertama diadakan di Brussel, mempertemukan fisikawan terkemuka Eropa untuk membahas teori radiasi kuantum. Ketua kongres ini adalah Lorenz, yang pencalonannya ternyata sangat sukses karena kewibawaannya yang besar, pengetahuannya dalam beberapa bahasa dan kemampuannya mengarahkan diskusi ke arah yang benar. Rekan-rekan kerja mengakui jasanya dalam menyelenggarakan kongres pada tingkat ilmiah yang tinggi; Oleh karena itu, dalam salah satu suratnya, Albert Einstein menyebut Lorentz sebagai “keajaiban kecerdasan dan kebijaksanaan”. Namun apa kesan komunikasi dengan ilmuwan Belanda tersebut terhadap Max Born: “Yang paling mengejutkan saya saat melihatnya adalah ekspresi matanya - kombinasi luar biasa antara kebaikan yang dalam dan superioritas yang ironis. Pidatonya sesuai dengan ini - jelas, lembut dan meyakinkan, tetapi pada saat yang sama dengan nuansa ironis. Perilaku Lorenz sangat baik..."

Haarlem (1912-1928)

Pada tahun 1911, Lorenz menerima tawaran untuk menjadi kurator Museum Taylor, yang memiliki ruang fisika dengan laboratorium, dan Masyarakat Ilmiah Belanda (Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen) di Haarlem. Ilmuwan tersebut setuju dan mulai mencari pengganti posisi profesor Leiden. Setelah penolakan Einstein yang saat itu sudah menerima undangan dari Zurich, Lorentz beralih ke Paul Ehrenfest yang sedang bekerja di St. Pada musim gugur tahun 1912, ketika pencalonan terakhir secara resmi disetujui, Lorenz akhirnya pindah ke Haarlem. Di Museum Taylor dia menerima laboratorium kecil untuk keperluan pribadinya; Tugasnya termasuk mengorganisir ceramah populer untuk guru fisika, yang mulai ia berikan sendiri. Selain itu, selama sepuluh tahun berikutnya ia tetap menjadi profesor luar biasa di Universitas Leiden dan setiap hari Senin pukul 11.00 ia memberikan kuliah khusus di sana tentang ide-ide fisika terkini. Seminar tradisional ini menjadi dikenal luas di dunia ilmiah; dihadiri oleh banyak peneliti terkenal dari berbagai negara di dunia.

Seiring bertambahnya usia Lorenz, ia semakin menaruh perhatian pada kegiatan sosial, khususnya masalah pendidikan dan kerjasama ilmiah internasional. Oleh karena itu, ia menjadi salah satu pendiri bacaan Belanda pertama di Den Haag dan penyelenggara perpustakaan dan ruang baca gratis pertama di Leiden. Dia adalah salah satu manajer Solvay Fund, yang dananya mendirikan Institut Fisika Internasional, dan mengepalai komite yang bertugas mendistribusikan manfaat untuk penelitian ilmiah oleh para ilmuwan dari berbagai negara. Dalam sebuah artikel tahun 1913, Lorenz menulis: “Secara umum diakui bahwa kerja sama dan upaya mencapai tujuan bersama pada akhirnya menghasilkan rasa saling menghormati, kekompakan, dan persahabatan yang baik, yang pada gilirannya memperkuat perdamaian.” Namun, Perang Dunia Pertama, yang segera terjadi, memutuskan hubungan antara ilmuwan dari negara-negara yang bertikai untuk waktu yang lama; Lorenz, sebagai warga negara netral, berusaha semaksimal mungkin untuk memuluskan kontradiksi ini dan memulihkan kerja sama antara peneliti individu dan masyarakat ilmiah. Dengan demikian, setelah memasuki kepemimpinan Dewan Riset Internasional yang didirikan setelah perang (pendahulu Dewan Sains Internasional), fisikawan Belanda dan orang-orang yang berpikiran sama berhasil mengecualikan klausul-klausul yang mendiskriminasi perwakilan dari piagam organisasi ini. dari negara-negara yang kalah. Pada tahun 1923, Lorenz menjadi anggota Komite Internasional Kerja Sama Intelektual, yang didirikan oleh Liga Bangsa-Bangsa untuk memperkuat hubungan ilmiah antar negara-negara Eropa, dan beberapa waktu kemudian menggantikan filsuf Henri Bergson sebagai ketua lembaga ini.

Pada tahun 1918, Lorenz diangkat sebagai ketua komite negara untuk mengeringkan Teluk Zuiderzee dan hingga akhir hayatnya ia mencurahkan banyak waktunya untuk proyek ini, secara langsung mengawasi perhitungan teknik. Kompleksitas masalah memerlukan pertimbangan berbagai faktor dan pengembangan metode matematika asli; di sini pengetahuan ilmuwan di berbagai bidang fisika teoretis berguna. Pembangunan bendungan pertama dimulai pada tahun 1920; proyek tersebut berakhir beberapa tahun kemudian, setelah kematian pemimpin pertamanya. Ketertarikannya yang mendalam terhadap masalah pedagogi membawa Lorenz menjadi dewan pendidikan umum pada tahun 1919, dan pada tahun 1921 ia mengepalai departemen pendidikan tinggi di Belanda. Tahun berikutnya, atas undangan California Institute of Technology, ilmuwan tersebut mengunjungi Amerika Serikat untuk kedua kalinya dan memberikan ceramah di sejumlah kota di negara tersebut. Selanjutnya, ia melakukan perjalanan ke luar negeri dua kali lagi: pada tahun 1924 dan pada musim gugur-musim dingin tahun 1926/27, ketika ia memberikan kuliah di Pasadena. Pada tahun 1923, setelah mencapai batas usia, Lorenz resmi pensiun, namun tetap memberikan kuliah hari Senin sebagai profesor emeritus. Pada bulan Desember 1925, perayaan diadakan di Leiden untuk menandai peringatan 50 tahun pembelaan disertasi doktoral Lorenz. Sekitar dua ribu orang dari seluruh dunia diundang ke perayaan ini, termasuk banyak fisikawan terkemuka, perwakilan negara Belanda, pelajar dan sahabat pahlawan hari itu. Pangeran Hendrik menghadiahkan ilmuwan itu penghargaan tertinggi Belanda, Salib Agung Orde Oranye-Nassau, dan Royal Academy of Sciences mengumumkan pembentukan Medali Lorentz untuk pencapaian di bidang fisika teoretis.

Meski produktivitas ilmiahnya menurun drastis, Lorentz tetap tertarik pada pengembangan fisika dan melakukan penelitian sendiri hingga hari-hari terakhir hidupnya. Pengakuan atas posisi istimewanya di dunia ilmiah - posisi "penatua ilmu fisika", seperti yang dikatakan Ehrenfest - adalah ketua kongres Solvay pascaperang, yang berperan peran besar dalam mengklarifikasi masalah kompleks fisika baru. Menurut Joseph Larmore, "dia adalah pemimpin ideal dari kongres internasional mana pun, karena dia adalah orang yang paling berpengetahuan dan paling cepat memahami esensi permasalahan di antara semua fisikawan modern." Menurut Arnold Sommerfeld, Lorenz “adalah yang tertua dalam usianya dan paling fleksibel serta memiliki pemikiran yang serba bisa.” Pada bulan Oktober 1927, ilmuwan Belanda itu memimpin Kongres Solvay kelima yang terakhir, yang membahas masalah mekanika kuantum baru. Pada tahun yang sama, perhitungan Zuiderzee selesai, dan Lorenz, yang meninggalkan departemen pendidikan tinggi, berharap dapat mencurahkan lebih banyak waktunya untuk sains. Namun, pada pertengahan Januari 1928, ia terserang penyakit erisipelas, dan kondisinya semakin memburuk setiap harinya. Pada tanggal 4 Februari, ilmuwan tersebut meninggal. Pemakaman berlangsung di Haarlem pada tanggal 9 Februari dengan banyak orang; Sebagai tanda berkabung nasional di seluruh negeri, komunikasi telegraf dihentikan selama tiga menit pada siang hari. Paul Ehrenfest, Ernest Rutherford, Paul Langevin dan Albert Einstein memberikan orasi pemakaman sebagai perwakilan negaranya. Dalam pidatonya, beliau menyatakan:

Dia [Lorenz] menciptakan kehidupannya hingga ke detail terkecil, seperti seseorang menciptakan sebuah karya seni yang berharga. Kebaikan, kemurahan hati, dan rasa keadilannya yang tidak pernah hilang, serta pemahaman intuitif dan mendalam terhadap orang dan situasi, menjadikan beliau seorang pemimpin di mana pun dia bekerja. Semua orang mengikutinya dengan gembira, merasa bahwa dia tidak berusaha untuk memerintah orang, tetapi untuk melayani mereka.

Kreativitas ilmiah

Karya awal tentang teori elektromagnetik cahaya

Pada awal karir ilmiah Lorentz, elektrodinamika Maxwell hanya mampu menggambarkan sepenuhnya perambatan gelombang cahaya di ruang kosong, sementara pertanyaan tentang interaksi cahaya dengan materi masih menunggu solusinya. Sudah dalam karya pertama ilmuwan Belanda, beberapa langkah telah diambil untuk menjelaskan sifat optik materi dalam kerangka teori elektromagnetik cahaya. Berdasarkan teori ini (lebih tepatnya interpretasinya dalam semangat aksi jarak jauh yang dikemukakan oleh Hermann Helmholtz), dalam disertasi doktoralnya (1875) Lorentz memecahkan masalah pemantulan dan pembiasan cahaya pada antarmuka antara dua media transparan. Upaya sebelumnya untuk memecahkan masalah ini dalam kerangka teori elastis cahaya, di mana cahaya diperlakukan sebagai gelombang mekanis yang merambat dalam eter bercahaya khusus, menemui kesulitan mendasar. Sebuah metode untuk menghilangkan kesulitan-kesulitan ini diusulkan oleh Helmholtz pada tahun 1870; bukti yang kuat secara matematis diberikan oleh Lorentz, yang menunjukkan bahwa proses pemantulan dan pembiasan cahaya ditentukan oleh empat kondisi batas yang dikenakan pada vektor medan listrik dan magnet pada antarmuka media, dan dari sini diperoleh rumus Fresnel yang terkenal. Lebih lanjut dalam disertasi ini, refleksi internal total dan sifat optik kristal dan logam dipertimbangkan. Dengan demikian, karya Lorentz memuat dasar-dasar optik elektromagnetik modern. Yang sama pentingnya, di sini muncul tanda-tanda pertama dari kekhasan metode kreatif Lorenz, yang diungkapkan oleh Paul Ehrenfest dengan kata-kata berikut: “pembagian peran yang jelas dalam setiap dalam hal ini fenomena optik atau elektromagnetik yang muncul pada sepotong kaca atau logam dimainkan oleh “eter”, di satu sisi, dan “materi berbobot”, di sisi lain.” Perbedaan antara eter dan materi berkontribusi pada pembentukan gagasan tentang medan elektromagnetik sebagai bentuk materi yang independen, berbeda dengan penafsiran sebelumnya tentang medan sebagai keadaan mekanis materi.

Hasil sebelumnya berkaitan dengan hukum umum perambatan cahaya. Untuk menarik kesimpulan yang lebih spesifik tentang sifat optik benda, Lorentz beralih ke gagasan tentang struktur molekul materi. Hasil pertama analisisnya ia publikasikan pada tahun 1879 dalam karyanya “Tentang hubungan antara kecepatan rambat cahaya dan kerapatan serta komposisi medium” (Belanda. Over het verband tusschen de voortplantingssnelheid van het licht en de dichtheid en samenstelling der middenstoffen, versi singkatnya diterbitkan pada tahun berikutnya di jurnal Jerman Annalen der Physik). Dengan asumsi bahwa eter di dalam suatu zat memiliki sifat yang sama seperti di ruang bebas, dan bahwa dalam setiap molekul, di bawah pengaruh gaya listrik eksternal, momen listrik yang sebanding dengannya tereksitasi, Lorentz memperoleh hubungan antara indeks bias n dan massa jenis zat \rho dalam bentuk \frac( n^2-1)((n^2+2) \rho)=\mathrm(const). Rumus ini diperoleh pada tahun 1869 oleh fisikawan Denmark Ludwig Valentin Lorentz berdasarkan teori elastis cahaya dan sekarang dikenal dengan rumus Lorentz-Lorentz. Hal penting dalam penurunan hubungan ini oleh ilmuwan Belanda juga memperhitungkan (selain medan listrik gelombang cahaya eksternal) medan lokal yang disebabkan oleh polarisasi zat. Untuk melakukan ini, diasumsikan bahwa setiap molekul terletak di rongga yang berisi eter dan dipengaruhi oleh rongga lain. Konstanta di sisi kanan rumus ditentukan oleh polarisasi molekul dan bergantung pada panjang gelombang, yaitu mencirikan sifat dispersi medium. Ketergantungan ini sebenarnya bertepatan dengan hubungan dispersi Selmayer (1872), yang diperoleh dalam kerangka teori eter elastis. Itu dihitung oleh Lorentz berdasarkan gagasan adanya muatan listrik dalam suatu molekul, yang berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan di bawah pengaruh medan listrik. Dengan demikian, karya ini sudah memuat model dasar teori elektronik - osilator harmonik bermuatan.

Teori elektronik

Skema umum teori

Pada awal tahun 1890-an Lorenz akhirnya meninggalkan konsep gaya jarak jauh dalam elektrodinamika dan memilih aksi jarak pendek, yaitu gagasan tentang kecepatan rambat interaksi elektromagnetik yang terbatas. Hal ini mungkin difasilitasi oleh penemuan gelombang elektromagnetik yang diprediksi oleh Maxwell oleh Heinrich Hertz, serta ceramah Henri Poincaré (1890), yang berisi analisis mendalam tentang konsekuensi teori medan elektromagnetik Faraday-Maxwell. Dan sudah pada tahun 1892, Lorentz memberikan rumusan pertama teori elektroniknya.

Teori elektronik Lorentz merupakan teori Maxwellian tentang medan elektromagnetik, yang dilengkapi dengan gagasan muatan listrik diskrit sebagai dasar struktur materi. Interaksi medan dengan muatan yang bergerak merupakan sumber sifat listrik, magnet, dan optik suatu benda. Pada logam, pergerakan partikel menghasilkan arus listrik, sedangkan pada dielektrik, perpindahan partikel dari posisi setimbang menyebabkan polarisasi listrik, yang menentukan nilai konstanta dielektrik zat. Presentasi pertama yang konsisten dari teori elektronik muncul dalam karya besar “Teori elektromagnetik Maxwell dan penerapannya pada benda bergerak” (Perancis: La théorie électromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants, 1892), di mana Lorentz, antara lain, memperoleh rumus dalam bentuk sederhana untuk gaya yang bekerja pada muatan (gaya Lorentz). Selanjutnya, ilmuwan menyempurnakan dan meningkatkan teorinya: pada tahun 1895 buku “An Experience in the Theory of Electrical and Optical Phenomena in Moving Bodies” (Jerman: Versuch einer Theorie der electrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Körpern) diterbitkan, dan pada tahun 1909 diterbitkan monografi terkenal “The Theory of Electrons” dan penerapannya pada fenomena cahaya dan radiasi panas” (Bahasa Inggris: The theory of electrons and its application to the fenomena of light and heat radiasi), berisi pemaparan terlengkap tentang masalah. Berbeda dengan upaya awal (dalam karya tahun 1892) untuk memperoleh hubungan dasar teori dari prinsip mekanika, di sini Lorentz sudah memulai dengan persamaan Maxwell untuk ruang kosong (eter) dan persamaan fenomenologis serupa yang berlaku untuk benda makroskopis, dan kemudian memunculkan pertanyaan tentang mekanisme mikroskopis proses elektromagnetik dalam materi. Mekanisme seperti itu, menurutnya, terkait dengan pergerakan partikel bermuatan kecil (elektron) yang menjadi bagian dari seluruh benda. Dengan asumsi ukuran elektron terbatas dan imobilitas eter ada baik di luar maupun di dalam partikel, Lorentz memperkenalkan istilah-istilah ke dalam persamaan vakum yang bertanggung jawab atas distribusi dan pergerakan (arus) elektron. Persamaan mikroskopis yang dihasilkan (persamaan Lorentz-Maxwell) dilengkapi dengan ekspresi gaya Lorentz yang bekerja pada partikel dari medan elektromagnetik. Hubungan-hubungan ini mendasari teori elektronik dan memungkinkan untuk menggambarkan berbagai fenomena secara terpadu.

Meskipun upaya untuk membangun teori yang menjelaskan fenomena elektrodinamik melalui interaksi medan elektromagnetik dengan muatan diskrit yang bergerak telah dilakukan sebelumnya (dalam karya Wilhelm Weber, Bernhard Riemann, dan Rudolf Clausius), teori Lorentz pada dasarnya berbeda dari teori tersebut. Jika sebelumnya diyakini bahwa muatan bertindak langsung satu sama lain, sekarang diyakini bahwa elektron berinteraksi dengan media di mana mereka berada - eter elektromagnetik stasioner, mengikuti persamaan Maxwell. Gagasan tentang eter ini dekat dengan konsep modern tentang medan elektromagnetik. Lorentz membuat perbedaan yang jelas antara materi dan eter: mereka tidak dapat mengkomunikasikan gerak mekanis satu sama lain (“terhanyut”), interaksi mereka terbatas pada bidang elektromagnetisme. Kekuatan interaksi ini untuk kasus muatan titik disebut Lorentz, meskipun ungkapan serupa sebelumnya diperoleh oleh Clausius dan Heaviside dari pertimbangan lain. Salah satu konsekuensi penting dan banyak dibahas dari sifat non-mekanis dari pengaruh yang dijelaskan oleh gaya Lorentz adalah pelanggaran terhadap prinsip aksi dan reaksi Newton. Dalam teori Lorentz, hipotesis tarikan eter oleh dielektrik yang bergerak digantikan oleh asumsi polarisasi molekul benda di bawah pengaruh medan elektromagnetik (ini dilakukan dengan memperkenalkan konstanta dielektrik yang sesuai). Keadaan terpolarisasi inilah yang ditransfer ketika suatu benda bergerak, yang memungkinkan untuk menjelaskan kemunculan apa yang disebut koefisien drag Fresnel, yang terungkap, misalnya, dalam eksperimen Fizeau yang terkenal. Selain itu, karya Lorentz (1904, 1909) memuat rumusan pertama yang jelas dan tidak ambigu (sebagaimana diterapkan pada elektrodinamika klasik) dari posisi umum yang sekarang dikenal sebagai invarian pengukur dan yang memainkan peran penting dalam teori fisika modern.

Detail mengenai munculnya teori elektronik Lorentz, evolusinya dan perbedaannya dengan teori yang dikemukakan peneliti lain (misalnya Larmor) dapat ditemukan dalam sejumlah karya khusus.

Aplikasi: dispersi optik dan konduktivitas logam

Menerapkan teorinya pada berbagai situasi fisik, Lorentz memperoleh sejumlah hasil parsial yang signifikan. Jadi, dalam karya pertamanya tentang teori elektronik (1892), ilmuwan tersebut menurunkan hukum Coulomb, sebuah ekspresi untuk gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus, dan hukum induksi elektromagnetik. Di sini ia memperoleh rumus Lorentz-Lorentz dengan menggunakan teknik yang dikenal sebagai bola Lorentz. Untuk melakukan hal ini, medan dihitung secara terpisah di dalam dan di luar bola imajiner yang dijelaskan di sekitar molekul, dan untuk pertama kalinya apa yang disebut medan lokal yang terkait dengan besarnya polarisasi pada batas bola diperkenalkan secara eksplisit. Artikel “Fenomena optik akibat muatan dan massa ion” (Belanda Optische verschijnselen die met de lading en de massa der ionen in verband staan, 1898) menyajikan teori dispersi elektronik klasik dalam bentuk lengkap yang mendekati teori modern . Ide utamanya adalah bahwa dispersi adalah hasil interaksi cahaya dengan muatan diskrit yang berosilasi - elektron (dalam terminologi asli Lorentz - "ion"). Setelah menuliskan persamaan gerak elektron, yang dipengaruhi oleh gaya penggerak dari medan elektromagnetik, gaya elastis pemulih, dan gaya gesekan yang menyebabkan penyerapan, ilmuwan tersebut sampai pada rumus dispersi yang terkenal, yang menentukan apa- ditelepon Bentuk Lorentzian dari ketergantungan konstanta dielektrik pada frekuensi.

Dalam serangkaian makalah yang diterbitkan pada tahun 1905, Lorentz mengembangkan teori elektronik tentang konduktivitas logam, yang fondasinya diletakkan dalam karya Paul Drude, Eduard Riecke, dan J. J. Thomson. Titik awalnya adalah asumsi adanya sejumlah besar partikel bermuatan bebas (elektron) yang bergerak di ruang antara atom (ion) logam yang tidak bergerak. Belanda ahli fisika memperhitungkan distribusi kecepatan elektron dalam logam (distribusi Maxwell) dan, dengan menggunakan metode statistik teori kinetik gas (persamaan kinetik untuk fungsi distribusi), memperoleh rumus konduktivitas listrik spesifik, dan juga memberikan analisis termoelektrik fenomena dan diperoleh rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik, yang umumnya sesuai dengan hukum Wiedemann-Franz. Teori Lorentz memiliki sejarah yang sangat penting bagi perkembangan teori logam, serta teori kinetik, yang mewakili solusi eksak pertama untuk masalah kinetik semacam ini. Pada saat yang sama, teori ini tidak dapat memberikan kesesuaian kuantitatif yang tepat dengan data eksperimen; khususnya, teori ini tidak menjelaskan sifat magnetik logam dan kontribusi kecil elektron bebas terhadap panas spesifik logam. Alasannya bukan hanya pengabaian getaran ion-ion kisi kristal, tetapi juga kelemahan mendasar teori tersebut, yang baru diatasi setelah penciptaan mekanika kuantum.

Aplikasi: Magneto-optik, efek Zeeman dan penemuan elektron

Bidang lain di mana teori elektronik berhasil diterapkan adalah magnetooptik. Lorentz memberikan interpretasi terhadap fenomena seperti efek Faraday (rotasi bidang polarisasi dalam medan magnet) dan efek magneto-optik Kerr (perubahan polarisasi cahaya yang dipantulkan dari media magnet). Namun, bukti paling meyakinkan yang mendukung teori elektron adalah penjelasan pemisahan garis spektrum secara magnetis, yang dikenal sebagai efek Zeeman. Hasil percobaan pertama Pieter Zeeman, yang mengamati perluasan garis D spektrum natrium dalam medan magnet, dilaporkan ke Akademi Ilmu Pengetahuan Belanda pada tanggal 31 Oktober 1896. Beberapa hari kemudian, Lorentz yang hadir dalam pertemuan tersebut memberikan penjelasan atas fenomena baru tersebut dan memperkirakan sejumlah cirinya. Dia menunjukkan sifat polarisasi tepi garis yang melebar ketika diamati sepanjang dan melintasi medan magnet, yang dikonfirmasi oleh Zeeman pada bulan berikutnya. Prediksi lain berkaitan dengan struktur garis yang melebar, yang seharusnya berupa doublet (dua garis) jika diamati secara membujur dan triplet (tiga garis) jika diamati secara melintang. Dengan menggunakan peralatan yang lebih canggih, pada tahun berikutnya Zeeman mengkonfirmasi kesimpulan teori ini. Alasan Lorentz didasarkan pada penguraian osilasi partikel bermuatan ("ion" dalam terminologi ilmuwan saat itu) di dekat posisi setimbang menjadi gerak sepanjang arah medan dan gerak pada bidang tegak lurus. Osilasi memanjang yang tidak dipengaruhi oleh medan magnet menyebabkan munculnya garis emisi yang tidak bergeser jika dilihat secara melintang, sedangkan osilasi pada bidang tegak lurus menghasilkan dua garis yang bergeser sebesar eH/2mc, dimana H adalah kuat medan magnet, e dan m adalah muatan dan massa “ion”, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Dari datanya, Zeeman dapat memperoleh tanda muatan “ion” (negatif) dan rasio e/m, yang ternyata sangat besar dan tidak memungkinkan “ion” tersebut berasosiasi dengan ion biasa, yaitu sifat-sifatnya diketahui dari percobaan elektrolisis. Ternyata setelah percobaan J.J. Thomson (1897), rasio ini bertepatan dengan rasio partikel dalam sinar katoda. Karena partikel-partikel terakhir ini segera dikenal sebagai elektron, Lorentz mulai menggunakan istilah ini sebagai pengganti kata “ion” dalam penelitiannya pada tahun 1899. Selain itu, dialah orang pertama yang memperkirakan muatan dan massa elektron secara terpisah. Dengan demikian, hasil pengukuran pemisahan garis spektral dan interpretasi teoretisnya memberikan perkiraan pertama parameter dasar elektron dan berkontribusi pada penerimaan gagasan tentang partikel baru ini oleh komunitas ilmiah. Terkadang ada argumen, bukan tanpa alasan, bahwa Lorentz meramalkan keberadaan elektron. Meskipun penemuan efek Zeeman merupakan salah satu pencapaian tertinggi teori elektronik, penemuan ini segera menunjukkan keterbatasannya. Sudah pada tahun 1898, penyimpangan dari gambaran sederhana tentang fenomena yang dibangun oleh Lorenz ditemukan; situasi baru ini disebut efek Zeeman yang anomali (kompleks). Ilmuwan tersebut mencoba selama bertahun-tahun untuk menyempurnakan teorinya guna menjelaskan data baru, namun gagal. Misteri efek Zeeman yang anomali terpecahkan hanya setelah penemuan spin elektron dan penciptaan mekanika kuantum.

Penghargaan dan Keanggotaan

Hadiah Nobel Fisika (1902)
Medali Rumford (1908)
Medali Franklin (1917)
Medali Copley (1918)
Ordo Legiun Kehormatan (1923)
Ordo Oranye-Nassau (1925)
Anggota asing Royal Society of London (1905), Paris Academy of Sciences (1910), Royal Society of Edinburgh (1920), USSR Academy of Sciences (1925), dll.
Gelar doktor kehormatan dari Sekolah Menengah Teknik Delft (1918), Universitas Cambridge (1923) dan Universitas Paris, gelar Doktor Kedokteran dari Universitas Leiden (1925), dll.

Ingatan

Pada tahun 1925, Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Belanda menetapkan Medali Emas Lorentz, yang diberikan setiap empat tahun atas prestasi di bidang fisika teoretis.
Sistem kunci (Lorentzsluizen), yang merupakan bagian dari kompleks struktur bendungan Afsluitdijk, yang memisahkan Teluk Zuiderzee dari Laut Utara, menyandang nama Lorentz.
Banyak objek (jalan, alun-alun, sekolah, dll.) di Belanda diberi nama Lorenz. Pada tahun 1931, di Arnhem, di taman Sonsbeek, sebuah monumen Lorenz karya pematung Oswald Wenckebach diresmikan. Di Haarlem di Lorenz Square dan di Leiden di pintu masuk Institut Fisika Teoritis terdapat patung ilmuwan. Terdapat plakat peringatan di bangunan yang berhubungan dengan kehidupan dan karyanya.
Pada tahun 1953, dalam rangka peringatan seratus tahun fisikawan terkenal itu, Beasiswa Lorenz didirikan untuk mahasiswa dari Arnhem yang belajar di universitas-universitas Belanda. Di Universitas Leiden, Institut Fisika Teoritis (Instituut-Lorentz), ketua kehormatan (Lorentz Chair), yang setiap tahun ditempati oleh salah satu fisikawan teoretis terkemuka, dan pusat internasional untuk mengadakan konferensi ilmiah, dinamai menurut nama Lorentz.
Salah satu kawah bulan dinamai Lorentz.

LORENZ(Lorentz) ( Lorentz) Hendrik Anton (1853-1928), fisikawan Belanda, anggota koresponden asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan St. Petersburg (1910) dan anggota kehormatan asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, (1925). Bekerja pada fisika teoretis. Dia menciptakan teori elektronik klasik, yang dengannya dia menjelaskan banyak fenomena listrik dan optik, termasuk efek Zeeman. Mengembangkan elektrodinamika media bergerak. Dia mengembangkan transformasi yang dinamai menurut namanya. Dia nyaris menciptakan teori relativitas. Hadiah Nobel (1902, bersama dengan P. Zeeman).

LORENZ (Lorentz) Hendrik Anton (18 Juli 1853, Arnhem, Belanda - 4 Februari 1928, Haarlem), seorang ahli fisika teoretis Belanda terkemuka, pencipta teori elektronik klasik, anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Belanda dan banyak akademi dan perkumpulan ilmiah asing, asing anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (1925), penyelenggara dan ketua banyak kongres Solvay tentang fisika teoretis (1911-27). Peraih Nobel bidang fisika tahun 1902

Masa kecil

Pada tahun 1857, Hendrik dan kakak laki-lakinya, setelah kehilangan ibu mereka, ditinggalkan dalam perawatan ayah tirinya, dan 4 tahun kemudian seorang ibu tiri muncul di rumah tersebut. Hendrik menyimpan perasaan terhangat terhadap wanita ini sepanjang hidupnya. Lorenz kecil tampaknya mengalami keterlambatan perkembangan. Saat saudara tirinya bersekolah, Hendrik hanya bisa mengucapkan “selamat tinggal”. Anak laki-laki itu, yang rapuh dan kesehatannya tidak baik, tidak tertarik pada permainan yang lincah, meskipun dia tidak menghindar dari teman-temannya. Pada usia enam tahun, Hendrik dikirim ke sekolah yang dianggap terbaik di Arnhem, dan tak lama kemudian ia menjadi yang pertama di kelasnya. Pada tahun 1866 ia pindah ke Sekolah Tinggi Sipil yang baru dibuka. Dan di sini dia belajar dengan cemerlang. Perkenalannya dengan sains sangat menarik, dan kesuksesannya membangkitkan rasa percaya diri yang menopangnya sepanjang hidupnya. Memiliki ingatan yang luar biasa, Hendrik, di samping semua tugas sekolahnya, berhasil belajar bahasa Inggris, Prancis, dan Jerman, dan sebelum masuk universitas, juga bahasa Yunani dan Latin (sampai tua, ia bisa menulis puisi dalam bahasa Latin).

Namun demikian, sains berada di urutan pertama - matematika dan, khususnya, fisika. Pada tahun 1870 Lorenz masuk Universitas Leiden. Dan di sini terjadi peristiwa yang sangat menentukan seluruh jalur masa depan Lorentz dalam sains: ia berkenalan dengan karya James Clerk Maxwell. Pada saat ini, Risalah tentang Listrik hanya dipahami oleh segelintir fisikawan. Terlebih lagi, ketika Hendrik muda meminta penerjemah Risalah Paris... untuk menjelaskan kepadanya arti fisik dari persamaan Maxwell, dia mendengar jawaban bahwa "... persamaan ini tidak memiliki arti fisik dan tidak dapat dipahami; mereka harus dipertimbangkan sebagai abstraksi matematis murni."

Lorentz tidak hanya mempelajari secara menyeluruh, tetapi juga mengembangkan teori Maxwell. Faktanya adalah teori ini sepertinya terbagi menjadi dua bagian. Salah satunya adalah apa yang disebut persamaan medan; mereka memungkinkan untuk menghitung kekuatan medan listrik dan magnet berdasarkan distribusi sumber tertentu, yaitu muatan dan arus. Namun ada bagian kedua: Anda perlu mencari tahu apa sumbernya, yaitu. pembawa muatan dan bagaimana medan ini bertindak terhadapnya. Lorentz mengemukakan gagasan bahwa pengaruh utama pada sifat listrik dan magnet media diberikan oleh pembawa muatan listrik terkecil - elektron. Ini mungkin tampak luar biasa: Lorentz mempertahankan disertasinya, yang untuk pertama kalinya menguraikan program megah untuk menjelaskan semua sifat listrik dan magnet media, di mana peran sentral diberikan kepada elektron, pada 11 Desember 1875, yaitu. dua puluh tahun sebelum “kelahiran resmi” elektron! Dugaan tentang struktur diskrit listrik, tentang pembawa muatan terkecil sudah diungkapkan pada awal abad ke-19, tetapi pada saat fisikawan, pada dasarnya, hampir tidak tahu apa-apa tentang struktur atom (dan bahkan belum memilikinya). bukti nyata keberadaan mereka), diperlukan keberanian dan keyakinan ilmiah yang besar untuk mengajukan program semacam itu. Terlebih lagi, “gambaran” elektron itu sendiri sama sekali tidak jelas.

Lorentz memulai dengan pertanyaan ini, menerima bahwa elektron adalah partikel yang memiliki massa dan muatan listrik tertentu serta mematuhi hukum mekanika klasik Newton. Karena massa elektronnya yang kecil, ia bereaksi lebih kuat daripada semua partikel lainnya terhadap aksi gaya listrik dan magnet dan oleh karena itu menjadi peserta paling aktif dalam semua proses elektromagnetik dalam zat. Gagasan kita saat ini tentang elektron sangat berbeda dengan gagasan Lorentz; kini diterima bahwa elektron “hidup” menurut hukum kuantum, bukan fisika klasik, namun gagasan terdalam Lorentz masih tetap relevan hingga saat ini.

Lorenz - Profesor di Universitas Leiden

Universitas Utrecht menawarkan Lorenz posisi sebagai profesor matematika, tetapi dia lebih memilih posisi sebagai guru di gimnasium klasik Leiden, dengan harapan mendapatkan jabatan profesor di Universitas Leiden. Harapan-harapan ini segera ditakdirkan untuk menjadi kenyataan, dan pada tanggal 25 Januari 1878, Lorenz yang berusia dua puluh lima tahun, profesor dari departemen fisika teoretis pertama dalam sejarah semua universitas, memberikan pidato pengantar “Teori Molekuler dalam Fisika. ” Pada awal tahun 1881, Lorenz menikah, dan Aletta Lorenz berhasil melakukan segalanya untuk membuat hidupnya tenang, aktif dan bahagia. Dia menjalani kehidupan yang terukur, diisi dengan karya kreatif sehari-hari yang intens dan membahagiakan, tidak kaya akan peristiwa eksternal. Ia pertama kali berangkat ke luar negeri dengan membawa laporan ilmiah (ke Paris, ke Kongres Fisika Internasional) pada tahun 1900. Saat itu dia sudah menjadi ilmuwan terkenal. Pada tahun 1895 bukunya “An Experience in the Theory of Electrical and Magnetic Phenomena in Moving Bodies” diterbitkan. Penulisnya menulis tentang bagaimana, berdasarkan gagasan tentang elektron, banyak efek dapat dijelaskan - dari fenomena dispersi, mis. ketergantungan indeks bias zat pada frekuensi, terhadap fenomena konduktivitas. Dan dia juga menulis di sana tentang apa yang segera menjadi paling relevan dan menarik dalam elektrodinamika, tentang fenomena elektromagnetik pada media bergerak.

Teori Maxwell didasarkan pada persamaan yang menentukan ketergantungan kekuatan medan listrik dan magnet pada koordinat titik-titik di ruang angkasa. Namun sejak zaman Newton dan bahkan Galileo, diketahui bahwa besaran-besaran tersebut bersifat relatif, berubah ketika berpindah dari satu kerangka acuan ke kerangka acuan lain, bergerak relatif terhadap kerangka acuan pertama. Dalam sistem referensi manakah persamaan Maxwell ditulis? Mungkin di tempat tubuh yang dimaksud sedang istirahat? Namun gerak itu relatif, setidaknya seperti yang dibahas dalam mekanika. Bagaimana dengan elektrodinamika?

Lorentz, seperti banyak pendahulunya, termasuk para pendahulunya, percaya bahwa seluruh ruang diisi dengan media khusus - eter, ketegangan yang memanifestasikan dirinya sebagai intensitas medan elektromagnetik. Jika eter secara keseluruhan tidak terbawa oleh benda material dalam geraknya, maka terjadilah gerak mutlak – gerak terhadap eter. Solusi akhir dari masalah ini terletak pada eksperimen. Eksperimen serupa dilakukan pada akhir abad ke-19 oleh Michelson dan Morley, yang mencoba mendeteksi pergerakan bumi relatif terhadap eter. Namun “angin halus” tidak dapat dideteksi, dan hal ini menimbulkan masalah mendasar dalam elektrodinamika media bergerak. Upaya untuk menyelamatkan keadaan dilakukan pada tahun 1892 oleh George Fitzgerald (1851-1901), yang menunjukkan bahwa hasil negatif percobaan Michelson dapat dijelaskan jika kita berasumsi bahwa ukuran benda yang bergerak dengan kecepatan V diperkecil ke arahnya. pergerakan dalam waktu (akar kuadrat (1- b2)), dimana b= V / C, (C adalah kecepatan cahaya). Ia berangkat dari fakta bahwa semua posisi atom dan molekul dalam garis apa pun hampir seluruhnya ditentukan oleh gaya elektrostatis; Lorentz (pertanyaan-pertanyaan ini dipelajari secara rinci dalam karyanya) sudah mengetahui bahwa medan muatan bergerak Coulomb mengalami kontraksi yang persis sama, yang seharusnya menjelaskan kontraksi Fitzgerald (sekarang semua orang menyebutnya Lorentzian).

Selanjutnya, kritik muncul terhadap interpretasi ini (peran "penguasa" tidak dapat dimainkan oleh benda padat, tetapi oleh gelombang elektromagnetik itu sendiri, dan mereka tidak terdiri dari atom sama sekali). Analisis terhadap seluruh kompleks masalah yang muncul di sini menyebabkan revisi banyak gagasan klasik tentang ruang dan waktu, hingga munculnya salah satu teori besar abad ke-20 - teori relativitas. Dibesarkan dalam tradisi teori klasik dan telah melakukan banyak hal untuk memperdalam dan mengembangkannya, Lorentz tidak dapat dengan mudah dan cepat menerima semua perubahan besar yang terjadi pada fisika dengan dimulainya abad baru. Namun ia tidak hanya tidak menghalangi penyebaran ide-ide baru, tetapi juga selalu berusaha untuk memahaminya lebih dalam dan mempopulerkannya. Bukan suatu kebetulan bahwa di mata banyak orang dia layak menyandang gelar kehormatan “Penatua Ilmu Fisika”. Pada tahun 1902, bersama Zeeman, ia dianugerahi Hadiah Nobel, dan berulang kali diundang untuk memberikan ceramah di universitas-universitas di Eropa dan Amerika.

Yang perlu mendapat perhatian khusus adalah partisipasinya dalam persiapan dan penyelenggaraan kongres Solvay. Sudah pada pertemuan pertama para fisikawan terkemuka yang paling otoritatif ini, yang diadakan pada tahun 1911, serta pada empat pertemuan berikutnya, hingga tahun 1927, Lorentz selalu terpilih sebagai ketua dan dengan cemerlang mengatasi peran ini. Yang tidak kalah pentingnya di sini adalah ciri-ciri manusia dari kepribadian Lorenz - kompetensi ilmiah tertinggi dan kualitas moralnya yang luar biasa. Dapat dikatakan bahwa di kongres inilah pembentukan fisika kuantum dan relativistik baru terjadi.

Hendrik(sering ditulis Hendrik) Anton Lorenz(Belanda Hendrik Antoon Lorentz; 18 Juli 1853, Arnhem, Belanda - 4 Februari 1928, Haarlem, Belanda) - fisikawan teoretis Belanda, pemenang Hadiah Nobel Fisika (1902, bersama dengan Pieter Zeeman) dan penghargaan lainnya, anggota Akademi Sains Kerajaan Belanda (1881), sejumlah akademi sains dan perkumpulan ilmiah asing.