亨德利克·洛伦兹(1853~1928),荷兰物理学家、数学家,1853年7月18日生于阿纳姆,并在该地上小学和中学,成绩优异,少年时就对物理学感兴趣,同时还广泛地阅读历史和小说,并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里,但却是一个自由思想家。1870年洛伦兹考入莱顿大学,学习数学、物理和天文。1875年获博士学位。1877年,莱顿大学聘请他为理论物理学教授,这个职位最早是为J.D.范瓦耳斯设的,其学术地位很高,而这时洛伦兹年仅23岁。在莱顿大学任教35年,他对物理学的贡献都是在这期间作出的。
1912年洛伦兹辞去莱顿大学教授职务,到哈勒姆担任一个博物馆的顾问,同时兼任莱顿大学的名誉教授,每星期一早晨到莱顿大学就物理学当前的一些问题作演讲。后来他还在荷兰政府中任职,1919~1926年在教育部门工作,其间在1921年担任高等教育部部长。1911~1927年担任索尔维物理学会议的固定主席。在国际物理学界的各种会议上,他经常是一位很受欢迎的主持人。1923年国际科学协作联盟委员会主席。他还是世界上许多科学院的外国院士和科学学会的外国会员。洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世,终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人,举行葬礼的那天,荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说:洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”,他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。
除了诺贝尔物理学奖,洛伦兹还获得过英国皇家学会的伦福特和科普利奖章,并且接受了巴黎大学和剑桥大学名誉博士、德国物理学会和英国皇家学会国外会员的光荣称号。
科学成就:
1.创立电子论
洛伦兹认为一切物质分子都含有电子,阴极射线的粒子就是电子。把以太与物质的相互作用归结为以太与电子的相互作用。这一理论成功地解释了塞曼效应,与塞曼一起获1902年诺贝尔物理学奖。洛伦兹是经典电子论的创立者,他认为电具有“原子性”,电的本身是由微小的实体组成的。后来这些微小实体被称为电子。洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质。从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用,即洛伦兹力。他把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生的,这样当光源放在磁场中时,光源的原子内电子的振动将发生改变,使电子的振动频率增大或减小,导致光谱线的增宽或分裂。1896年10月,洛伦兹的学生塞曼发现,在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽,即产生塞曼效应,证实了洛伦兹的预言。塞曼和洛伦兹共同获得1902年诺贝尔物理学奖.
1904年,洛伦兹证明,当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时,真空中的光速将不是一个不变的量,从而导致对不同惯性系的观察者来说,麦克斯韦方程及各种电磁效应可能是不同的。为了解决这个问题,洛伦兹提出了另一种变换公式,即洛伦兹变换。后来,爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式,创立了狭义相对论。
2.提出洛伦兹变换公式
1892年他研究过地球穿过静止以太所产生的效应,为了说明迈克孙-莫雷实验的结果,他独立地提出了长度收缩的假说,认为相对以太运动的物体,其运动方向上的长度缩短了。1895年,他发表了长度收缩的准确公式,即在运动方向上,长度收缩因子为(1-v2/c2)/2。1899年,他在发表的论文里,论述了惯性系之间坐标和时间的变换问题,并得出电子与速度有关的结论。1904年,他发表了著名的变换公式(J.-H.庞加莱首先称之为洛伦兹变换)和质量与速度的关系式,并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。
1875年前,光的电磁理论与物质分子理论相结合的统一设想,还没有被人明确提出。此后,洛伦兹对这一问题进行深入研究,写出了题为《光的反射与折射理论》论文,对光的旧波动理论与光的新电磁理论作了综合性评述,最后明确提出了这一统一设想,不仅使麦克斯韦的电磁理论有了更加坚实的物理基础,而且据此创立了物质的电子论。随后他又根据电子论,确立了电子在磁场中所受的力即“洛伦兹力”的概念。与此同时,他还与其学生塞曼一起,发现并验证了塞曼效应。塞曼效应是一种解释置于磁场中的光源发射的各种谱线,受磁场影响分裂成几条,各分谱线之间间隔的大小与磁场强度成正比的理论。塞曼最先发现这一现象并对其进行了研究,但他通过研究在理论上虽然可以正确解释这一现象,却在实验中遇到了难题。洛伦兹对此进行反复实验,终于找到了问题的症结所在,用实验证实了塞曼理论的正确,使塞曼效应在理论和实验上都站住了脚,成了物理学中的一个经典定律。
3.出色的物理教育家
洛伦兹还是一位教育家,他在莱顿大学从事普通物理和理论物理教学多年,写过微积分和普通物理等教科书。在哈勒姆他曾致力于通俗物理讲演。他一生中花了很大一部分时间和精力审查别人的理论并给予帮助。他为人热诚、谦虚,受到爱因斯坦、薛定谔和其他青年一代理论物理学家们的尊敬,他们多次到莱顿大学向他请教,爱因斯坦曾说过,他一生中受洛伦兹的影响最大。