Хендрик Антон Лоренц
Хендрик Антон Лоренц (нидер. Hendrik Antoon Lorentz; 18 шiлде 1853ж., Арнем, Нидерланд — 4 ақпан 1928ж., Харлем, Нидерланд) — Нидерландық (бұрын Голландиялық) теориялық физик, 1902 жылы Питер Зееманмен бірге Зееман әсерін ашқаны және оны теориялық тұрғыда дәлелдегені үшін Физика саласындағы Нобель сыйлығының және тағы басқа марапаттардың иегері, Нидерланд патшалық ғылым академиясының (1881ж.), шетелдік ғылым академияларының және шетелдік ғылыми қоғамның мүшесі.
| Хендрик Антон Лоренц | |
| нидер. Hendrik Antoon Lorentz | |
 | |
| Туған күні | |
|---|---|
| Туған жері | |
| Қайтыс болған күні | |
| Қайтыс болған жері | |
| Азаматтығы | |
| Ғылыми аясы | |
| Жұмыс орны |
Тиммер мектебі (Арнем), |
| Ғылыми дәрежесі |
Докторлық дәреже |
| Альма-матер | |
| Ғылыми жетекші | |
| Атақты шәкірттері | |
| Несімен белгілі |
Классикалық электронды теорияның негізін қалаушы |
| Марапаттары |
|
Ең әуелі Лоренц өзінің электродинамика мен оптикадағы жұмыстарымен әйгілі.Үздіксіз электрмагниттік өріс тұжырымдамасын заттың құрамына кіретін дискретті электр зарядтары туралы түсінікті біріктіре отырып, ол классикалық электронды теорияны құрды және оны көптеген нақты есептерді шешу үшін қолданды: электромагниттік өрістің қозғалмалы зарядына әсер ететін күш үшін өрнек алды (Лоренц күші), заттың сыну көрсеткішін оның тығыздығымен байланыстыратын формуланы шығарды (Лоренц — Лоренц формуласы), жарық дисперсиясының теориясын жасады, бірқатар магнит - оптикалық құбылыстар (атап айтқанда, Зееман әсері) мен металдардың кейбір қасиеттерін түсіндірді.Электрондық теорияға негізінде ғалым қозғалатын орталардың электродинамикасын дамытты, соның ішінде денелердің қозғалыс бағытында қысқаруы туралы гипотеза жасады (Фицджеральд — Лоренц жиырылуы - қысқаруы), "жергілікті уақыт" ұғымын енгізді, массаның жылдамдыққа тәуелділігі үшін релятивистік өрнек алды, бір-біріне қатысты қозғалатын инерциялық санақ жүйелерінде координаталар мен уақыт арасындағы қатынастарды қорытып шығарды (Лоренц түрлендірулері).Электрондық теорияға негізінде ғалым қозғалатын орталардың электродинамикасын дамытты, соның ішінде денелердің қозғалыс бағытында қысқаруы туралы гипотеза жасады (Фицджеральд — Лоренцтің қысқаруы), "жергілікті уақыт" ұғымын енгізді, массаның жылдамдыққа тәуелділігі үшін релятивистік өрнек алды, бір-біріне қатысты қозғалатын инерциялық анықтамалық жүйелерде координаттар мен уақыт арасындағы қатынастарды шығарды (Лоренц түрлендірулері). Лоренцтің жұмысы арнайы салыстырмалылық теория мен кванттық физика идеяларының қалыптасуы мен дамуына ықпал етті. Сонымен қатар, ол термодинамика мен газдардың кинетикалық теориясында, жалпы салыстырмалылық пен жылу сәулелену теорияларында бірқатар маңызды нәтижелер алды.
Өмірбаяны
өңдеуШығу тегі және балалық шағы (1853 — 1870)
өңдеуХендрик Антон Лоренц 1853 жылы 18 шілдеде Арнем қаласында дүниеге келген. Оның ата-бабалары Германияның прирейн аймағынан шыққан және егіншілікпен айналысқан. Болашақ ғалымның әкесі Геррит Фредерик Лоренц (Gerrit Frederik Lorentz, 1822 — 1893) Велптің маңындағы жеміс ағаштарының тәлімбағына иелік етті. Хендрик Антонның анасы Гертруда ван Гинкель (Geertruida van Ginkel, 1826 — 1861) Утрехт провинциясындағы Ренсваудта өсті, үйленді, ерте жесір қалды және жесірліктің үшінші жылында екінші рет — Геррит Фредерикке үйленді. Олардың екі ұлы болды, бірақ екіншісі нәресте кезінде қайтыс болды; Хендрик Антон Гертруданың бірінші некесінен шыққан ұлы Хендрик Ян Якобпен бірге тәрбиеленді. 1862 жылы, жұбайы ерте қайтыс болғаннан кейін, отбасының әкесі Люберта Хюпкеске үйленді (Luberta Hupkes, 1819/1820 — 1897), ол балаларға қамқор өгей ана болды.
Алты жасында Хендрик Антон Тиммер бастауыш мектебіне оқуға түсті. Мұнда физика бойынша оқулықтар мен ғылыми - танымал кітаптардың авторы Герт Корнелис Тиммердің сабақтарында жас Лоренц математика мен физика негіздерімен танысты. 1866 жылы болашақ ғалым Арнемде жаңадан ашылған шамамен гимназияға сәйкес келетін жоғары азаматтық мектепке (нидерл. Hogereburgerschool) түсу емтихандарын сәтті тапсырды. Оқу Хендрик Антонға оңай берілді, осы жағдай физика бойынша бірнеше танымал оқулықтардың авторы Х. Ван-дер-Стадт және химиядан сабақ берген Якоб Мартин Ван Беммеленнің педагогикалық таланттарына зор ықпалын тигізген. Лоренцтің өзі мойындағандай, оған физикаға деген сүйіспеншілікті Ван-дер-Стадт оятқан болатын. Болашақ ғалымның өміріндегі тағы бір маңызды кездесу сол сыныпта оқып, кейіннен физик болып кеткен Герман Хагамен (нидерл. Herman Haga) танысуы болған; олар өмір бойы жақын дос болып қала берді. Жаратылыстану ғылымдарынан басқа, Хендрик Антон тарихқа қызығушылық танытты, Нидерланд пен Англияның тарихы туралы бірқатар еңбектер оқыды, тарихи романдарға қызығушылық танытты; әдебиетте оны ағылшын жазушылары — Вальтер Скотт, Уильям Теккерей және әсіресе Чарльз Диккенстің шығармашылығы қызықтырған. Жақсы есте сақтау қабілетімен ерекшеленетін Лоренц бірнеше шет тілдерін (ағылшын, француз және неміс) оқыды және университетке түсер алдында грек және латын тілдерін өз бетінше игерген. Ашық мінезіне қарамастан, Хендрик Антон ұялшақ адам болды және өзінің тәжірибесі туралы тіпті жақын адамдарымен сөйлескенді ұнатпады. Ол барлық мистицизмге жат болды және қызының айтуы бойынша "Құдайдың рақымына сенуден айырылды... Ақыл-ойдың ең жоғары құндылығына үміт... оған діни сенімдерді алмастырды".
Университеттегі оқу. Ғылымдағы алғашқы қадамдар (1870 — 1877)
өңдеу1870 жылы Лоренц Нидерландтың (бұрын Голландияның) ең көне университеті — Лейден университетіне оқуға түсті. Мұнда ол физик Питер Рейкенің (нидерланд. Pieter Rijke) және аналитикалық геометрия курсын оқыған математик Питер Ван Гераның (Pieter van Geer) дәрістеріне қатысқан, бірақ ол өзінің бұрынғы шәкірті Ван-дер-Стадттан жаңа талантты студент туралы білген астрономия профессоры Фредерик Кайзермен жақын болған. Университетте оқып жүргенде болашақ ғалым Джеймс Клерк Максвеллдің іргелі жұмыстарымен танысып, оларды күш салусыз оңай анықтай алмағандықтан, уақыт өте келе Герман Гельмгольц, Огюстен Френель және Майкл Фарадейдің еңбектерін зерттеуге тура келді. 1871 жылы қарашада Лоренц магистратура емтихандарын үздік тапсырды және докторлық емтихандарға өз бетінше дайындалуға бел буып, 1872 жылы ақпанда Лейденнен кетті. Арнемге оралғаннан кейін ол кешкі мектепте және бір кездері өзі оқыған Тиммер мектебінде математика пәнінің мұғалімі болды; бұл жұмыс оған ғылыммен айналысуға жеткілікті бос уақытты қалдырған. Лоренцтің негізгі зерттеу бағыты Максвеллдің электромагниттік теориясы болды. Сонымен қатар, ол мектеп зертханасында оптикалық және электрлік тәжірибелер жасады, тіпті Лейден банкасының разрядтарын зерттеу арқылы электромагниттік толқындардың бар екендігін дәлелдеуге тырысты. Кейіннен Британдық физиктің әйгілі жазбасына тоқтала отырып, Лоренц: " оның" электр және магнетизм туралы трактаты" маған өмірдегі ең күшті әсерлердің бірін тигізген; жарықты электромагниттік құбылыс ретінде түсіндіру мен осы уақытқа дейін білгенімнің бәрінен асып түсті, бірақ Максвеллдің кітабы оңай болған жоқ! Ғалымның идеялары әлі түпкілікті тұжырымдалмаған жылдары жазылғандықтан, ол толық тұтастықты білдірмеді және көптеген сұрақтарға жауап бермеді ".
1873 жылы Лоренц докторлық емтихандарды тапсырды, ал 1875 жылы 11 желтоқсанда Лейденде (magna cum laude) "Жарықтың шағылысуы мен сыну теориясына" (нидерл. Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht) негізделген үдеріс - процестерге Максвелл теориясына негізделіп түсініктеме берген докторлық диссертацияны үздік қорғады. Қорғаудан кейін жас ғылым докторы Арнем мұғалімінің бұрынғы өміріне оралды. 1876 жылдың жазында ол достарымен бірге Швейцарияны аралап, жаяу жорық - сапар жасаған. Осы уақытқа дейін оның алдында математикаға толық ауысу туралы сұрақ туындады: дәл осы пәнді ол мектепте табысты оқытқандықтан, Утрехт университеті оған математика профессорынның лауазымын ұсынды. Алайда, Лоренц өзінің оқу орнына ораламын деп үміттеніп, бұл ұсыныстан бас тартты және уақытша лауазым ретінде Лейден классикалық гимназиясының мұғалімі ретінде орын алуға шешім қабылдады. Көп ұзамай, Лейден университетінде маңызды өзгеріс болды: физика кафедрасы — эксперименттік және теориялық болып екіге бөлінді. Теориялық физика профессоры ретінде жаңа лауазым алдымен Ян Дидерик Ван-дер-Ваальске ұсынылды, ал ол бас тартқан кезде Лоренц тағайындалды. Бұл Нидерландта бірінші және Еуропада алғашқылардың қатарына кірген теориялық физика кафедрасы болған; Лоренцтің осы саладағы табысты қызметі теориялық физиканың тәуелсіз ғылыми пән ретінде қалыптасуына ықпал етті.
Профессордың Лейденде болуы (1878—1911)
өңдеу1878 жылы 25 қаңтарда Лоренц "Физикадағы молекулалық теориялар" атты кіріспе сөз сөйлеп, ресми түрде профессор дәрежесін иеленді. Оның бұрынғы студенттерінің бірінің мойындауы бойынша, жас профессор "өзінің барлық мейірімділігі мен қарапайымдылығына қарамастан, өзі мен шәкірттері арасында, оған ұмтылмай және байқамай-ақ белгілі бір қашықтықты сақтады". Лоренцтің дәрістері шәкірттердің арасында танымал болды; ол көп уақытты қажет ететініне қарамастан сабақ беруді ұнататын. Сонымен қатар, 1883 жылы ол өзінің әріптесі Хейке Камерлинг-Оннестің ауруына байланысты медицина факультетінде жалпы физика курсын оқи алмағандықтан, қосымша жүктеме алып, оны алмастырды; Лоренц бұл дәрістерді Оннестің сауығып кетуінен кейін де 1906 жылға дейін оқуды жалғастырды. Оның дәрістерінің курстары негізінде бірнеше рет қайта басылып, көптеген тілдерге аударылған бірқатар танымал оқулықтар жарық көрді. 1882 жылы профессор Лоренц оның кең аудитория алдында сөйлеген сөздері күрделі ғылыми мәселелерді қол жетімді және анық көрсету деген талантының арқасында сәтті болды, нәтижесінде ол танымал бола бастады.
1880 жылдың жазында Лоренц профессор Кайзердің жиені және әйгілі баспагер және Амстердамдағы мемлекеттік мұражайдың директоры Йоханн Вилхелм Кайзердің (нидерл. Johann Wilhelm Kaiser) қызы Алетта Кайзермен (Aletta Catharina Kaiser, 1858-1931) кездесті. Сол жазда атастыру өтті, ал келесі жылдың басында жастар үйленді. 1885 жылы оларда ғалымның анасы мен өгей шешесінің атымен аталған Гертруда Люберта (нидерл. Geertruida de Haas-Lorentz) деген қызы туды. Сол жылы Лоренц Хойграхт 48 - де үй сатып алды. Онда отбасы тыныш, ырғақты өмір сүрді. 1889 жылы Йоханна Вильгельмина (Johanna Wilhelmina) атты екінші қызы дүниеге келді ,1893 жылы — бір жылдан аз өмір сүрген бірінші ұлы, ал 1895 жылы — Рудольф атты екінші ұлы. Үлкен қызы кейіннен әкесінің шәкірті болды, физика мен математикамен айналысты және Камерлинг-Оннестің шәкірті атақты ғалым Вандер Йоханнес де Хаазға үйленді.
Лейдендегі алғашқы жылдарды Лоренц ерікті түрде оқшауланумен өткізді: оның еңбектері шетелде аз мөлшерде басып шығарылды және сыртқы әлеммен байланыста болудан аулақ болды (бұл оның ұялшақтығына байланысты болуы мүмкін). Оның жұмыстары 1890 жылдардың ортасына дейін Нидерландтан тыс жерлерде де аз танымал болған. Тек 1897 жылы ол Дюссельдорфта өткен неміс натуралистері мен дәрігерлерінің съезіне алғаш рет қатысып, содан бері ірі ғылыми конференциялардың тұрақты қатысушысы болды. Ол Людвиг Больцман, Вильгельм Вин, Анри Пуанкаре, Макс Планк, Вильгельм Рентген және тағы басқалар сияқты танымал еуропалық физиктермен кездесті. Лоренцтің ғалым ретінде танылуы да өсті, оған Максвеллдің электродинамикасын "электр атомдары" идеясымен, яғни затты құрайтын зарядталған бөлшектердің болуымен өзі толықтырып жасаған электронды теорияның жетістігі ықпал етті. Бұл теорияның алғашқы нұсқасы 1892 жылы жарық көрді; кейіннен оны автор белсенді түрде дамытып, әртүрлі оптикалық құбылыстарды (дисперсия, металдардың қасиеттері, қозғалатын орталардың электродинамикасының негіздері және т.б.) сипаттау үшін қолданды. Электрондық теорияның ең маңызды жетістіктерінің бірі 1896 жылы Питер Зееман ашқан магнит өрісіндегі спектрлік сызықтардың бөлінуін болжау және түсіндіру болды. 1902 жылы Зееман мен Лоренц физика саласындағы Нобель сыйлығын бөлісті; Лейден профессоры осылайша осы марапатқа ие болған алғашқы теоретик болды. Электрондық теорияның жетістігі көбінесе автордың әртүрлі идеялар мен тәсілдерге бейімділігіне, әртүрлі теориялық жүйелердің элементтерін біріктіру қабілетіне байланысты болды. Тарихшы Оливье Дарриголь жазғандай,
Өз елінің ашықтығына сәйкес, ол неміс, ағылшын және француз дереккөздерін оқыды. Оның негізгі шеберлері Гельмгольц, Максвелл және Френель өте әртүрлі, кейде сәйкес келмейтін дәстүрлерге жататын. Кәдімгі ойда эклектизм шатасуды тудыруы мүмкін болса да, Лоренц одан пайда көрді.
As befitted his country's openness, he read indiscriminately from German, English, and French sources. His main inspirations, Helmholtz, Maxwell, and Fresnel, belonged to very distinct, sometimes conflicting, traditions. While in an average mind the eclecticism could have created confusion, Lorentz profited from it. — Darrigol O. Electrodynamics from Ampere to Einstein. — Oxford University Press, 2000. — P. 322.
Енді әлемнің әр түкпірінен Лоренцке арнайы баяндамалар жасауға шақырулар келді: ол Берлинге (1904) және Парижге (1905) барды және 1906 жылдың көктемінде Нью-Йорктегі Колумбия университетінде дәрістер оқыды. Көп ұзамай оны басқа университеттер өзіне тарта бастады; атап айтқанда, 1905 жылы Мюнхен университеті оған Лейденге қарағанда әлдеқайда жақсы шарттар ұсынды. Алайда, ғалым шағын қаладағы тыныш өмірден бас тартуға асықпады, ал Нидерланд Білім министрлігі оның жұмыс жағдайын едәуір жақсартқаннан кейін (дәріс жүктемесі қысқартылды, ассистент, жеке кабинет және жеке зертхана бөлінді), ол көшу туралы ойларды біржола тастады. 1909 жылы Лоренц Нидерланд патшалық ғылым академиясының физика бөлімінің төрағасы болып тағайындалды және он екі жыл бойы осы қызметті атқарды.
Салыстырмалылық теориясының пайда болуы және алғашқы кванттық идеялар Лоренцтің электронды теориясының және жалпы классикалық физиканың әділдігіне күмән келтірді. Нидерландық ғалым ескі физика пайда болған тығырықтан шығудың жолын соңына дейін табуға тырысты, бірақ ол сәтті болмады. Торичан Кравец Лоренцтің "электрондар теориясының" кеңестік басылымының алғысөзінде жазғандай,
Оның ілімі үшін күресі шынымен де керемет. Барлық қарсылықтарға, барлық қиындықтарға құрметпен қарайтын автордың ғылыми бейтараптығы да таңғаларлық. Оның кітабын оқығаннан кейін, ескі таныс көзқарастарды сақтау үшін бәрі жасалғанын өз көзіңізбен көресіз — және мұның бәрі оларды құтқармады. Классика идеалдарына берілгеніне және жаңа тұжырымдамаларға сақтықпен қарағанына қарамастан, Лоренц ескілердің жетілмегенін және жаңа ғылыми түсініктердің жемісті екенін анық білді.
1911 жылдың күзінде Брюссельде сәулеленудің кванттық теориясын талқылау үшін ең ірі еуропалық физиктерді жинаған алғашқы Сольвей конгресі өтті. Бұл съездің төрағасы Лоренц болды, оның кандидатурасы үлкен беделдің, бірнеше тілдерді білудің және пікірталастарды дұрыс бағыттай білудің арқасында өте сәтті болды. Әріптестері оның Конгрессті жоғары ғылыми деңгейде өткізудегі еңбегін мойындады; осылайша, хаттардың бірінде Альберт Эйнштейн Лоренцті "интеллект пен әдептіліктің кереметі" деп атады, бірақ Макс Борнға нидерландық ғалыммен қарым — қатынас қандай әсер қалдырды:
Оған қараған кезде ең таң қалдырғаны-оның көзін білдіру-терең мейірімділік пен ирониялық артықшылықтың таңғажайып үйлесімі. Оның сөйлеуі айқын, жұмсақ және сенімді, бірақ сонымен бірге ирониялық реңктері де болған. Лоренцтің мінез - құлқы баурайтын өте мейірімді болды.
1970 ж. ол Лейден Университетiне түседi. 1875 ж. Лоренц докторлық диссертацияны қорғап 1878 ж. Лейден Университетiнде оған арнайы ашқан теоретикалық физика кафедрасының профессоры болды. 1881 ж. Амстердамдағы Корольдiк ғылым академиясына мүше болады.
1878 ж. жарияланған «Ортаның құрамы мен тығыздығы мен жарықтың таралу жылдамдығының арасындағы байланыстары жөнiнде» еңбегiнде Лоренц сыну көрсеткiшi мен ортаның тығыздығы арасындағы байланысты қорытып шығарады, оны «Лоренц-Лоренц формуласы» деп атайды, себебi датчан ғалымы, Людвиг Лоренц бұл формуланы Гендрик Лоренцтен тәуелсiз жеке өзi шығарған болатын.
1892 ж. Лоренц «Максвеллдың электромагниттiк теориясы және оның қозғалыстағы денелерге қолданылуы» атты үлкен еңбегi жарық көрдi. Бұл еңбегiнде Лоренц электрондық теориясына жүйелi баяндама бередi. Ғалым оң немесе терiс зарядталған материяның бөлшектерi – ион деп айта кетiп өзiнiң теориясын «Иондық теория» деп атайды. 1899 ж. ол «Қозғалыстағы денелердегi оптикалық және электрлiк құбылыстарының қарапайым теориясы» еңбегiн шығарады, онда ғалым өзiнiң алғашында жарияланған теориясын қарапайымдылайды.
1902 ж. Лоренц және оның оқушысы Питер Зееман Нобель сыйлығының лауреаты болды.
1904 ж. Лоренц негiзге алынатын «Жарық жылдамдығынан төмен жылдамдықпен қозғалатын системадағы электромагниттiк құбылыстар» - атты еңбегiмен танылды. Лоренц екi әртүрлi инерциалды санақ жүйесiндегi уақыт моменттерi мен кеңiстiк координаталарын өзара қосатын формула қорытып шығарды. Лоренц ғалымға электрон массасының жылдамдыққа тәуелдiлiгiн көрсететiн формула қорытып алды.
Лоренц ғылыми академиялар мен ғылыми қоғамдардың көбiне мүше болған. 1925 оны КСРО ғылым академиясына шетел мүшесi болып сайланды. Лоренц физика ғылымының ақсақалы, теоретикалық физиканың ұлы классигi және жанәкесi болып танылды. 1928 ж. 4 қаңтар айында Лоренц дүниеден кетедi. Голландияда бұл күн ұлттық қаралы күн болып жарияланды.