H.A.洛伦兹

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洛伦兹(HendrikAntoonLorentz,1853—1928)是荷兰物理学家、数学家.1853年7月18日生于阿纳姆。1870年入莱顿大学学习数学、物理学,1875年获博士学位.25岁起任莱顿大学理论物理学教授,达35年.他是一位全能物理学家,在物理学的许多领域中都做出了不可磨灭的贡献。他创立了经典电子论,使经典电磁学向前跃出了一大步。
中文名
H.A.洛伦兹
国    籍
荷兰
出生地
荷兰
职    业
物理学家

H.A.洛伦兹个人简介

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荷兰物理学家。1853年7月18日生于阿纳姆,1928年2月4日卒于哈勒姆。少年时就对物理学感兴趣,还广泛地阅读历史和小说,并熟练地掌握多门外语。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。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.范德瓦尔斯设的),在该校任教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1921年起担任高等教育部部长。1921年起任高等教育部部长。1911~1927年担任索尔维物理学会议的固定主席。洛伦兹除了获得诺贝尔物理学奖以外,还被英国皇家学会授予朗福德奖章和科普利奖章。法国巴黎大学和英国剑桥大学都曾授予他名誉教授称号,他还被选为德国物理学会会员和英国皇家学会会员。作为第一代理论物理学家,洛伦兹的显著特点之一是对于一套套的新思想表现出不同寻常的开放态度。洛伦兹对理论物理的影响不仅通过他的著作,而且也通过他同从世界各地慕名而来的青年物理学家的个人交往。爱因斯坦、薛定谔和其他理论工作者经常到莱顿去拜访他,听取他对于他们一些最新思想的意见。但他从不干扰别人的思想,他和他们的关系是靠和善而平淡的基本个性来维持的。不过,洛伦兹的开放态度不完全是出于他的性格。从他在莱顿大学的就职演说中可以了解到,这也是洛伦兹作为理论物理学家的专业见解。洛伦兹说过,物理学研究的目的就在于寻求简单的、可以说明所有现象
的基本原理。但他告诫不要过分看重对基本原理的内心联想,或者希望原理本身能够进一步发挥。他认为,由于人们不能深入地洞察事物的本性,因而把任何已有的认识途径作为唯一可靠的途径加以提倡是轻率的。按照洛伦兹的观点,各种基本的理论途径应该同时由不同的研究者加以探索。洛伦兹的电子论把经典物理学推上了它所能达到的最后高度。洛伦兹本人几乎成了19世纪末、20世纪初物理学界的统帅。如果洛伦兹不那么具有开放精神,这种成就本来可能使他过早地退出历史舞台。当世纪之交的物理学革命打破了古典物理学时,洛伦兹说过,他感到遗憾的是,他为什么不在旧的基础崩溃之前死去。但是洛伦兹的个性是“超个人”的,他对过去价值的惋惜很快就由愉快地接受新事物所取代了。由于洛伦兹在理论物理方面享有很高的威望、通晓多种语言并善于驾驭最为紊乱的辩论,所以他生前每次都被邀请参加物理学界最重要的国际会议,而且经常担任大会的主席。1911年洛伦兹主持了第一届索尔维会议。这次会议使量子概念从四面八方突破了德语世界的边境,成为一个在法国和英国同样使人感兴趣的论题。第一次世界大战后,洛伦兹的开放精神在他的世界主义立场中也得到了充分的体现。为恢复科学国际主义,洛伦兹作了持续的努力。1923年洛伦兹被选为国际文化协作委员会委员,并继柏格森之后担任了该委员会主席。这种本质上的伟大开放精神,使洛伦兹不仅在学术上富有成就,而且在人品上也赢得了同时代人的敬重。1928年2月4日,洛伦兹去世,终年75岁。在他下葬那天,荷兰的电报、电话服务暂停3分钟以示哀悼。出席葬礼的有荷兰王室、政府以及来自世界各国科学院的代表。英国皇家学会会长、著名的实验物理学家卢瑟福,普鲁士科学院代表、第二代职业理论物理学家的领导人爱因斯坦都在他的墓旁致了悼词。

H.A.洛伦兹辉煌人生

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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。用洛伦兹变换,将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变。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。1880年他以很高的精确度测定热功当量,得出其值为426.2千克米每千卡(合4.179J/cal)。1881年他根据霍耳(E.H.Hall1855~1938)效应解释磁致旋光现象,推导出罗兰磁致旋光方程与麦克斯韦旋光方程等价。1882年研制衍射光栅,他研制的光栅刻线机,可在25平方英寸的金属片上刻出每英寸43000条线的光栅,摄得的太阳光谱极为精细,光谱底片展开可达50英尺,波长范围2152.91埃~7714.68埃,精确度小于0.01埃。他还发明凹球面衍射光栅,编制出太阳光谱照相图册,在1890年巴黎博览会获金质奖章。1876年他自欧洲访问回国时,购回大批仪器设
备,在约翰·霍普金斯大学装备起当时美国最好的实验室,他十分重视基础研究工作,为美国物理学发展作出重大贡献。如何解释1887年完成的迈克耳孙-莫雷实验,是当时摆在物理学家面前的一大难题。为了解释事实,洛伦兹大胆提出高速运动物体沿运动方向会发生收缩的假设,即洛伦兹-斐兹杰惹收缩。3年后,作为辅助的数学手段又引人“地方时间”的假设,实质上洛伦兹已经建立了相对运动的两坐标系间的时空变化关系。1904年他发表了著名的变换公式(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的极限速度。可以说,洛伦兹已经接近相对论的边缘,遗憾的是未能迈出最后的一步。然而,这对于后来的爱因斯坦创立狭义相对论提供了一定的启示。此外,洛伦兹在当时物理学各个领域里都有很深的造诣,他在热力学、分子动理论和引力理论等方面都有贡献。洛伦兹还是一位优秀的教育家。在任教期间,他工作认真,治学严谨,讲授深刻,深受学生们的爱戴,培养了包括塞曼在内的一大批优秀人才。洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天,荷兰全国的电讯、电话中止3分钟,以示哀悼。当时,爱因斯坦作为新一代理论物理学家的领袖和普鲁士科学院的代表在悼词中称他是“我们时代最伟大、最高尚的人。”

H.A.洛伦兹洛伦兹变换

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狭义相对论中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。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。

H.A.洛伦兹洛伦兹力

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洛伦兹力是磁场对运动点电荷的作用力。1895年荷兰物理学家H.A.洛伦兹建立经典电子论时,作为基本假设提出来的,现已为大量实验证实。洛伦兹力的公式是f=q·v×B。式中q、v分别是点电荷的电量和速度;B是点电荷所在处的磁感应强度。洛伦兹力的大小是f=|q|vBsinθ,其中θ是v和B的夹角。洛伦兹力的方向循右手螺旋定则垂直于v和B构成的平面,为由v转向B的右手螺旋的前进方向(若q为负电荷,则反向)。由于洛伦兹力始终垂直于电荷的运动方向,所以它对电荷不作功,不改变运动电荷的速率和动能,只能改变电荷的运动方向使之偏转。洛伦兹力既适用于宏观电荷,也适用于微观荷电粒子。电流元在磁场中所受安培力就是其中运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。导体回路在恒定磁场中运动,使其中磁通量变化而产生的动生电动势也是洛伦兹力的结果,洛伦兹力是产生动生电动势的非静电力。如果电场E和磁场B并存,则运动点电荷受力为电场力和磁场力之和,为f=q(E+v×B),左式一般也称为洛伦兹力公式。洛伦兹力公式和麦克斯韦方程组以及介质方程一起构成了经典电动力学的基础。在许多科学仪器和工业设备,例如β谱仪、质谱仪、粒子加速器、电子显微镜、磁镜装置、霍耳器件中,洛伦兹力都有广泛应用。值得指出的是,既然安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力对运动电荷不作功,何以安培力能对载流导线作功呢?实际上洛伦兹力起了传递能量的作用,它的一部分阻碍电荷运动作负功,另一部分构成安培力对载流导线作正功,结果仍是由维持电流的电源提供了能量。

H.A.洛伦兹名人轶事

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在物理学家中,洛伦兹是最富有国际性的。在他事业的最初20年中,他的国际性工作仅限于著作。后来,他开始离开莱顿书房和教室,广泛地与国外科学家进行个人接触。他的电子理论使他在物理学界获得领导地位。1898年,洛伦兹接受玻尔兹曼的邀请,为德国的自然科学与医学学会的迪塞尔多夫会议物理组做演讲。1900年在巴黎,为国际物理代表会(世界性物理学家集会)做演讲。洛伦兹在物理方面最重要的国际性活动是担任物理学的索尔维会议的定期主席(1911—1927年),他在临终前还主持了最后一次会议。洛伦兹在这些国际性的集会中主持会议并成为公认的领袖。大家对他渊博的学问、高明的技术、善于总结最复杂的争论以及无比精炼的语方都非常佩服。第一次世界大战后,洛伦兹的国际主义活动带有若干政治色彩。1909年至1921年,他担任荷兰皇家科学与文学研究院物理组的主任时,以自己的影响来说服人们参加战后盟国创立的国际性科学组织。1923年,他成为国联文化协作国际委员会的七个委员之一,并继承伯格森(H.Bergson)担任主席。洛伦兹在物理学上最重要的贡献是他的电子论。早在他作学位论文之前,由于读过菲涅耳文集而深受其影响;后来受到H亥姆霍兹的启发,他用J.C.麦克斯韦的电磁理论来处理光在电介质交界面上的反射和折射问题作为他的博士论文,在论文的末尾,他提到把光磁理论与物质的分子理论结合起来的前景,这就是他后来创立电子论的根源。1878年,他发表了光与物质相互作用的论文,把以太与普通的物质区别开来,认为以太是静止的,无所不在,而普通物质的分子则都含有带电的谐振子;在这个基础上,他导出了分子折射率的公式(即洛伦兹-洛伦茨公式)1892年,他开始发表电子论的文章,他认为一切物质的分子都含有电子,阴极射线的粒子就是电子,电子是很小的有质量的钢球,电子对于以太是完全透明的,以太与物质的相互作用归结为以太与物质中的电子的相互作用。这在个基础上,1895年他提出了著名的洛伦兹力公式。1896年,P.塞曼发现放在磁场中的光源,其光谱线发生分裂(塞曼效应)。洛伦兹立即用他的电子论对这一现象作了定量的解释。由于这一贡献,他和塞曼共同获得1902年的诺贝尔物理学奖。
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