Hendrik Anton Lorenc

Hendrik Anton Lorenc
Hendrik Anton Lorenc
Lični podaci
Datum rođenja	(1853-07-18)18. jul 1853.
Mesto rođenja	Arnhem, Holandija
Datum smrti	4. februar 1928.(1928-02-04) (74 god.)
Mesto smrti	Harlem, Holandija
Obrazovanje	Univerzitet u Lajdenu
Nagrade	Nobelova nagrada za fiziku (1902) Rumfordova medalja (1908) Koplijeva medalja (1918)

Hendrik Anton Lorenc (hol. Hendrik Antoon Lorentz; Arnhem, 18. jul 1853 — Harlem, 4. februar 1928) holandski je fizičar koji je razvio elektromagnetnu teoriju svetlosti. Proučavao difrakciju svetlosti u kristalima, binarne gasove i prvi proračunao cepanje u magnetskom polju singleta spektralnih linija u tri komponente (Lorencov princip).

Dobio je Nobelovu nagradu za fiziku 1902. „za otkriće uticaja magnetizma na pojave u vezi sa zračenjem”. Postao je strani član Kraljevskog društva 1905. godine, koje ga je nagradilo svojom Rumfordovom medaljom 1908. godine, kao i Koplijevom medaljom 1918. godine.

Prema biografiji koju je objavila Nobelova fondacija, „može se reći da su svi teorijski fizičari Lorenca smatrali vodećim svetskim duhom, koji je završio ono što su njegovi prethodnici ostavili nedovršenim i pripremio je teren za plodonosno primanje novih ideja zasnovanih na kvantnoj teoriji”. Dobio je mnoge druge počasti i odlikovanja, uključujući i mandat predsedavajućeg Međunarodnog komiteta za intelektualnu saradnju, preteče Uneska, između 1925. i 1928. godine.

Ajnštajn je opštom teorijom relativnosti bacio u senku Lorencove transformacije kojima se izražava odnos prostora i vremena pri relativističkim brzinama. Međutim, specijalna teorija relativnosti nastala je iz Lorencovih transformacija. Po njemu su nazvani i sledeći pojmovi iz fizike: Lorencova sila, Lorencova invarijantnost, Lorencova kovarijantnost.

Albert Ajnštajn i Hendrik Anton Lorenc

Lorencov faktor kao funkcija brzine (u prirodnim jedinicama gde je c = 1). Za male brzine (manje od 0,1) γ približno je jednak 1.

Prostorno-vremenske koordinate događaja, koje meri svaki promatrač u svom inercijalnom referentnom okviru (u standardnoj konfiguraciji), prikazane su u govornim oblacima.
Gore: okvir F se kreće brzinom v duž ose x okvira F' .
Dole: okvir F kreće se brzinom − v duž ose x okvira F' .

Lorencova sila: putanja čestice u magnetnom polju B u zavisnosti od predznaka električnog naboja q.

Atomi u kristalnoj rešetki otpuštaju 1, 2 ili 3 elektrona koji se kao slobodni elektroni kreću kroz rešetku metala.

Životopis

U svojim teorijskim radovima Lorenc je objasnio gotovo sve elektromagnetske pojave poznate u to doba. Izvorno je primenio Maksvelove jednačine na samo jedno elektromagnetno polje u praznome prostoru (eteru, kako se u to doba smatralo), što ga stvaraju takozvani atomski električni naboji (elektroni i joni). Izuzetak je bio slavni Majkelson—Morlijev eksperiment i njegov nulti rezultat (nepostojanje etra), koji se bez dodatnih pretpostavki (postulata) nije mogao objasniti. Lorencova teorija (model) elektronske strukture materije na nivou atomskih veličina urodila je elektrodinamičkim posledicama: Lorenc-Ficdžeraldovom kontrakcijom dužine tela u smeru kretanja za posmatrača u mirovanju. Maksvelove jednačine u praznom prostoru po Lorencu vrede za posebni koordinatni sistem koji se od ostalih razlikuje svojim stanjem mirovanja. Lorenc je takođe istraživao binarne smese plinova, kod kojih je masa molekula jednog mnogo veća od mase molekula drugog gasa. Rezultate je primenio na slobodne elektrone u metalu (Lorencov elektronski gas), što je preteča savršenijem Fermijevom modelu elektronskog gasa. On je prvi izračunao širenje interferencijskih maksimuma pri difrakciji svetlosti u kristalima (Lorencov faktor). Lorenc je takođe otkrio da je za mnoge metale odnos toplotne provodljivosti λ i električne provodljivosti σ približno isti i da se sporo menja s apsolutnom temperaturom T (Lorencov broj L = (λ/σ)· T).

Detinjstvo i mladost

H. A. Lorenc rođen je u Arnhemu, Gelderland (Holandija), kao sin Gerita Frederika Lorenca (1822–1893) i Gertruide van Ginkel (1826–1861). Nakon majčine smrti 1862, njegov se otac oženio Lubertom Hupkes. Iako je odgajen kao protestant, Hendrik Lorenc je po religijskom uverenju bio slobodni mislilac. Od 1866. do 1869. pohađao je školu „Hoger Berger” u Arnhemu, novi tip škole nedavno ustanovljen od strane J. R. Torbekeja. Njegovi su rezultati u školi bili izvrsni, a briljirao je u naučnim predmetima, engleskom, francuskom i nemačkom. Godine 1870, položio je klasične jezike, koji su bili preduslov za primanje na univerzitet.

Naučna karijera

Lorenc je studirao fiziku i matematiku na Univerzitetu u Lajdenu, gde je bio pod jakim uticajem njegovog profesora astronomije F. Kajzera, koji ga je usmerio na karijeru u fizici. Nakon diplomiranja, vratio se 1871. u Arnhem, gde je predavao matematiku u školi, i nastavio da studira u Leidenu. Godine 1875. Lorenc stiče doktorat pod mentorstvom P. Rijkea s radom „hol. Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht” (O teoriji o refleksiji i refrakciji svetlosti), u kojoj je preradio Maksvelovu elektromagnetnu teoriju.

Osim što je bio univerzitetski profesor u Lajdenu, bio je i direktor istraživačkog instituta u Harlemu. Svojim radovima mnogo je pridonio razvoju elektromagnetske teorije i poznavanju strukture materije. Proučavao je pojave kod naelektrisanih tela u kretanju i postavio osnovu za specijalnu teoriju relativnosti. Prvi je izračunao širenje interferencijskih maksimuma kod loma svetlosti u kristalima (Lorencov faktor). Proučavao je binarne plinove u kojih je masa molekula jednog plina mnogo veća od mase od mase molekula drugog plina (Lorencov plin) i rezultate primenio na teoriju elektrona u metalu. Godine 1902. dobio je Nobelovu nagradu za fiziku s P. Zemanom s kojim je otkrio i na osnovu klasične teorije prvi proračunao cepanje singletnih spektralnih linija u tri komponente (Lorencov triplet) u spoljnom magnetnom polju (normalni Zemanov efekat).

Lorencove transformacije

Glavni članak: Lorencove transformacije

Lorencove transformacije (po H. A. Lorencu) su algebarske linearne relacije koje povezuju koordinate (x, y, z, t) nekog fizičkog događaja u mirnome sistemu S (x, y, z, t) s pripadajućim koordinatama (x', y', z', t' ) u sistemu S' (x', y', z', t' ) koji se prema sistemu S kreće uzduž ose x stalnom brzinom v. One se danas izvode, dokazuju i tumače iz dva postulata Ajnštajnove posebne teorije relativnosti (1905):

1. postulata o konstantnosti brzine svetlosti c u svim inercijskim sistemima bez obzira na brzinu sistema, izvora ili detektora svetlosti, te
2. postulata kovarijantnosti da prirodni zakoni moraju imati isti oblik u svim inercijskim sistemima.

Polazeći od toga da svetlosni signali (fotoni) putuju brzinom c u oba sistema i da se pravolinijska kretanja iz jednoga, kao takva, vide i u drugom sistemu i obratno (x = c∙t i x' = c∙t' ), kao i od načela relativnosti (zamene uloge sistema S i S' i koordinata u njima), dobijaju se uz odgovarajući algebarski formalizam Lorencove transformacije u obliku:

$t'=\gamma \cdot (t-{\frac {v}{c^{2}}}\cdot x)$

$x'=\gamma \cdot (x-v\cdot t)$

$y'=y$

$z'=z$

gde je γ uobičajeno naziva Lorencovim faktorom i vredi:

$\gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}={\frac {1}{\sqrt {1-\beta ^{2}}}}$

Obratne (inverzne) transformacije dobijaju se zamenom v s –v u već napisanim odnosima, na primer: $x=\gamma \cdot (x'+v\cdot t')$ ili $y=y'$ … i tako dalje). Jedna je od temeljnih simetrija u fizici invarijantnost fizičkih zakona na Lorencove transformacije (relativistička invarijantnost): jednačine fizike u svakom teoretskom pokušaju trebaju da imaju isti oblik u svim inercijskim sistemima. U modernoj fizici elementarnih čestica, invarijantnost se generalno postiže zapisom veličina i jednačina u 4-vektorskoj formulaciji, po uzoru na 4 koordinate prostor–vremena u posebnoj teoriji relativnosti.

Literatura

• Many papers by Lorentz (mostly in English) are available for online viewing in the Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Science, Amsterdam.
• Lorentz, Hendrik Antoon (1900), „Considerations on Gravitation”, Proc. Acad. Science Amsterdam, 2: 559—74 
• Lorentz, Hendrik Antoon (1927—1931), Lectures on Theoretical Physics (vol. I–III), New York: Macmillan & Co. , (Vol. I online)
• Macrossan, Michael N. (1986), „A note on relativity before Einstein”, Br. J. Philos. Sci., 37 (2): 232—34, CiteSeerX 10.1.1.679.5898 , doi:10.1093/bjps/37.2.232 
• Przibram, Karl, ur. (1967), Letters of wave mechanics: Schrödinger, Planck, Einstein, Lorentz. Edited by Karl Przibram for the Austrian Academy of Sciences, Prevod: Klein, Martin J., New York: Philosophical Library 
• Richardson, O. W. (1929), „Hendrik Antoon Lorentz”, J. London Math. Soc., 4 (1): 183—92, doi:10.1112/jlms/s1-4.3.183 . The biography which refers to this article (but gives no pagination details other than those of the article itself) is O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. „Hendrik Anton Lorenc”. MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews. 
• de Haas-Lorentz, Geertruida L.; Fagginger Auer, Joh. C. (trans.) (1957), H.A. Lorentz: impressions of his life and work, Amsterdam: North-Holland Pub. Co. 
• Langevin, Paul (1911), „L'évolution de l'espace et du temps”, Scientia, X: 31—54 
• Poincaré, Henri (1900), „La théorie de Lorentz et le principe de réaction”, Archives Néerlandaises des Sciences Exactes et Naturelles, V: 253—78  See English translation.
• Poincaré, Henri (1902), La science et l'hypothèse, Paris: Ernest Flammarion  : n.p.. The quotation is from the English translation (Poincaré, Henri (1952), Science and hypothesis, New York: Dover Publications, str. 175 )
• Poincaré, Henri (1913), Dernières pensées, Paris: Ernest Flammarion  :n.p.. The quotation in the article is from the English translation: (Poincaré, Henri; Bolduc, John W. (trans.) (1963), Mathematics and science: last essays, New York: Dover Publications  :n.p.)
• Sri Kantha, S. Einstein and Lorentz. Nature, 13 July 1995; 376: 111. (Letter)

Spoljašnje veze

• Scanned publications of H. A. Lorentz
• Scanned Ph.D. theses of the students of Lorentz.
• Hendrik Anton Lorenc na sajtu Nobelprize.org
• Hendrik Antoon Lorentz na sajtu Projekat Gutenberg (jezik: engleski)
• Hendrik Anton Lorenc na sajtu Internet Archive (jezik: engleski)
• Hendrik Anton Lorenc na sajtu LibriVox (jezik: engleski)
• Beenakker, Carlo, Lorentz and the Zuiderzee project, Leiden, [The Netherlands]: Instituut Lorentz, University of Leiden 
• van Helden, Albert (1999), „Hendrik Antoon Lorentz 1853–1928”, Ur.: van Berkel, Klaas; van Helden, Albert; Palm, Lodewijk, A History of Science in The Netherlands: Survey, Themes and Reference, Leiden, [The Netherlands]: Brill, str. 514—518, ISBN 978-90-04-10006-0 
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., Hendrik Lorentz, MacTutor History of Mathematics archive, Pristupljeno 1. 5. 2008 CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Movie of Lorentz's funeral