亨得里克·安顿·洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz,1853~1928),荷兰物理学家、数学家,电子论的创立者,1902年与彼德·塞曼同共荣获诺贝尔物理学奖。
主要成就:
1.创立电子论
洛伦兹是经典电子论的创立者。他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。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。
2.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。1899年,他在发表的论文里,计论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 - Lorentz transformation)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,他还与其同胞塞曼一起,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。
在狭义相对论中,洛伦兹变换是最基本的关系式,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、时间延缓、速度变换公式、相对论多普勒效应等都可以从洛伦兹变换中直接得出。例如,狭义相对论关于不同惯性系之间物理事件时空坐标变换的基本关系式。设两个惯性系为S系和S′系,它们相应的笛卡尔坐标轴彼此平行,S′系相对于S系沿x方向运动,速度为v,且当t=t′=0时,S′系与S系的坐标原点重合,则事件在这两个惯性系的时空坐标之间的洛伦兹变换为x′=γ(x-vt),y′=y,z′=z,t′=γ(t-vx/c2),式中γ=(1-v2/c2)-1/2;c为真空中的光速 。不同惯性系中的物理定律必须在洛伦兹变换下保持形式不变。
在相对论以前,H.A.洛伦兹从存在绝对静止以太的观念出发,考虑物体运动发生收缩的物质过程得出洛伦兹变换。在洛伦兹理论中,变换所引入的量仅仅看作是数学上的辅助手段,并不包含相对论的时空观。爱因斯坦与洛伦兹不同,以观察到的事实为依据,立足于两条基本原理:相对性原理和光速不变原理,着眼于修改运动、时间、空间等基本概念,重新导出洛伦兹变换,并赋予洛伦兹变换崭新的物理内容。
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。