Hendrik Lorentz – hollantilainen Nobel-voittaja ja Lorentz-muunnokset

Tutustu Hendrik Lorentziin — hollantilainen Nobel-palkittu fyysikko ja Lorentz-muunnosten kehittäjä, joka vaikutti Einsteinin suhteellisuusteoriaan.

Hendrik Antoon Lorentz (18. heinäkuuta 1853 – 4. helmikuuta 1928) oli hollantilainen fyysikko. Hän sai vuonna 1902 fysiikan Nobel-palkinnon yhdessä Pieter Zeemanin kanssa Zeemanin ilmiön löytämisestä ja teoreettisesta selityksestä. Hän myös johti muunnosyhtälöt, joita Albert Einstein käytti myöhemmin kuvaamaan avaruutta ja aikaa.

Elämä ja ura

Lorentz syntyi Arnhemissa ja kuului 1800-luvun loppupuolen ja 1900-luvun alun merkittävimpiin teoreetikkoihin. Hän toimi pitkään Leidenin yliopistossa teoreettisen fysiikan professorina ja oli keskeinen vaikuttaja eurooppalaisessa tiedeyhteisössä. Hän julkaisi laajasti sähkömagnetismista, aineen sähköisistä ja optisista ilmiöistä sekä elektroniteoriasta.

Tieteelliset saavutukset

Lorentzin tärkeimpiä ansioita ovat:

• Zeemanin ilmiön teoreettinen selitys: Lorentz antoi teoreettisen perustan Pieter Zeemanin havaitsemalle spektroskooppiselle viivan hajoamiselle magneettikentässä. Tämä työ oli keskeinen osa Nobel-palkintoon johtanutta tutkimusta.
• Lorentzin voima: Sähköisesti varatun hiukkasen liikkeeseen vaikuttava voima F = q(E + v × B) tunnetaan Lorentzin nimenä. Se on peruskaava klassisessa sähködynamiikassa.
• Lorentzin elektroniteoria ja eetteriteoria: Lorentz kehitti sähkömagneettiseen teoriaan perustuvan mallin varattujen hiukkasten (elektronien) käyttäytymisestä. Hän kehitti myös käsitteen paikallisesta ajasta ja ehdotti hiukkasten pituussuuntien supistumista liikkeen vaikutuksesta (FitzGerald–Lorentz-kontraktio), mikä oli tärkeä askel kohti suhteellisuusteoriaa.
• Lorentz-muunnokset: Lorentz johdatti matemaattiset muunnokset, jotka yhdistävät avaruuden ja ajan koordinaatit eri inertiaalikehikoissa siten, että Maxwellin yhtälöt säilyvät muodossaan. Muunnokset voidaan esittää yksinkertaistetusti seuraavasti:
  x' = γ (x − v t)
  t' = γ (t − v x / c²)
  missä γ = 1 / sqrt(1 − v² / c²) on niin sanottu Lorentz-kerroin. Nämä muunnokset olivat suora esikuva Einsteinin erityiselle suhteellisuusteorialle (1905).

Vaikutus ja perintö

Lorentzin työt sähkömagneettisuudesta ja jatkuvuudesta muodostivat perustan modernille teoreettiselle fysiikalle. Hänen muunnoksensa ja käsitteensä avaruuden ja ajan suhteellisuudesta olivat ratkaisevia, kun Einstein kehitti erityisen suhteellisuusteorian. Lorentz itse suhtautui pitkään ainakin osittain eetterikäsityksen kautta esitettyihin selityksiin, mutta hänen matemaattinen kehittelynsä oli suoraan hyödynnettävissä suhteellisuusteoriassa.

Lorentz sai urallaan lukuisia kunnianosoituksia, jäsenyyksiä ja kunniatohtorin arvoja eri akatemioista. Hänen työnsä vaikuttaa yhä nykyaikaisessa fysiikassa ja tekniikassa: Lorentz-muunnoksia käytetään esimerkiksi satelliittinavigaatiossa, hiukkasfysiikassa ja sähkömagneettisten ilmiöiden mallinnuksessa.

Luonteesta ja yhteistyöstä

Lorentz tunnettiin mietiskelevänä, mutta käytännönläheisenä teoreetikkona, joka arvosti tarkkaa matematiikkaa ja kokeellista havaintoa. Hän teki läheistä yhteistyötä muun muassa Pieter Zeemanin kanssa ja oli laajasti yhteydessä aikansa johtaviin tutkijoihin. Lorentz oli opettaja ja ohjaaja useille seuraavan sukupolven fyysikoille.

Kuolema: Hendrik Antoon Lorentz kuoli 4. helmikuuta 1928. Hänen työnsä ja nimensä elävät edelleen keskeisinä osina fysiikan historiaa ja nykykäytäntöjä.

Elämäkerta

Varhainen elämä

Hendrik Lorentz syntyi Arnhemissa, Gelderlandissa (Alankomaat) Gerrit Frederik Lorentzin (1822-1893) poikana. Vuonna 1862, äidin kuoleman jälkeen, hänen isänsä meni naimisiin Luberta Hupkesin kanssa.

Ura

Lorentz ja erityinen suhteellisuusteoria

Vuonna 1905 Einstein käytti monia näistä käsitteistä kirjoittaessaan artikkelin "Liikkuvien kappaleiden sähködynamiikasta", joka tunnetaan nykyään erityisenä suhteellisuusteoriana. Koska Lorentz loi perustan Einsteinin työlle, teoriaa kutsuttiin alun perin Lorentz-Einstein-teoriaksi.

Lorentz ja yleinen suhteellisuusteoria

Lorentz oli yksi niistä harvoista tutkijoista, jotka alusta alkaen tukivat Einsteinin pyrkimyksiä yleiseen suhteellisuusteoriaan - hän kirjoitti useita tutkimusartikkeleita ja keskusteli Einsteinin kanssa henkilökohtaisesti ja kirjeitse. Hän esimerkiksi yritti yhdistää Einsteinin formalismia Hamiltonin periaatteeseen (1915).

Kuolema

Tammikuussa 1928 Lorentz sairastui vakavasti ja kuoli pian sen jälkeen 4. helmikuuta.

 
Albert Einstein ja Hendrik Antoon Lorentz, Ehrenfestin kuvaamana kotinsa edessä Leidenissä vuonna 1921.  

Hae kirjaimella