Hendrik Lorentz - Hendrik Lorentz

Hendrik Lorentz
Hendrik Antoon Lorentz.jpg
na frente de um quadro-negro com suas fórmulas da teoria geral da relatividade de Einstein
Nascer ( 1853-07-18 )18 de julho de 1853
Arnhem , Holanda
Faleceu 4 de fevereiro de 1928 (04/02/1928)(com 74 anos)
Haarlem , Holanda
Nacionalidade holandês
Alma mater Universidade de Leiden
Conhecido por
Prêmios
Carreira científica
Campos Física
Instituições Universidade de Leiden
Orientador de doutorado Pieter Rijke
Alunos de doutorado
Pintura de Hendrik Lorentz de Menso Kamerlingh Onnes, 1916.
Retrato de Jan Veth .
Teoria dos elétrons de Lorentz. Fórmulas para a força de Lorentz (I) e as equações de Maxwell para a divergência do campo elétrico E (II) e do campo magnético B (III), La théorie electromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants , 1892, p. 451. V é a velocidade da luz.
Teoria dos elétrons de Lorentz. Fórmulas para a ondulação do campo magnético (IV) e do campo elétrico E (V), La théorie electromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants , 1892, p. 452.

Hendrik Antoon Lorentz ( / l ɒr ən t s / ; 18 de julho de 1853 - 4 de fevereiro 1928) era um pintor holandês físico que dividiu o 1902 Prêmio Nobel de Física com Pieter Zeeman para a descoberta e explicação teórica do efeito Zeeman . Ele também derivada das equações de transformação subjacentes Albert Einstein 's teoria da relatividade especial .

De acordo com a biografia publicada pela Fundação Nobel , “bem se pode dizer que Lorentz era considerado por todos os físicos teóricos como o principal espírito do mundo, que completou o que ficou inacabado por seus predecessores e preparou o terreno para a frutífera recepção do novo ideias baseadas na teoria quântica . " Ele recebeu muitas outras honras e distinções, incluindo um mandato como presidente do Comitê Internacional de Cooperação Intelectual , o precursor da UNESCO , entre 1925 e 1928.

Biografia

Vida pregressa

Hendrik Lorentz nasceu em Arnhem , Gelderland , Holanda , filho de Gerrit Frederik Lorentz (1822–1893), um horticultor abastado e Geertruida van Ginkel (1826–1861). Em 1862, após a morte de sua mãe, seu pai se casou com Luberta Hupkes. Apesar de ter sido criado como protestante, ele era um livre pensador em questões religiosas. De 1866 a 1869, ele frequentou a " Hogere Burgerschool " em Arnhem, um novo tipo de escola pública recém-criada por Johan Rudolph Thorbecke . Seus resultados na escola foram exemplares; não só se destacou nas ciências físicas e matemáticas, mas também em inglês, francês e alemão. Em 1870, ele foi aprovado nos exames de línguas clássicas que eram então exigidos para o ingresso na universidade.

Lorentz estudou física e matemática na Universidade de Leiden , onde foi fortemente influenciado pelo ensino do professor de astronomia Frederik Kaiser ; foi sua influência que o levou a se tornar um físico. Depois de obter o diploma de bacharel , ele retornou a Arnhem em 1871 para dar aulas de matemática na escola noturna, mas continuou seus estudos em Leiden , além de sua posição de professor. Em 1875, Lorentz obteve um doutorado com Pieter Rijke em uma tese intitulada " Over de theory der terugkaatsing en breking van het licht " (Sobre a teoria da reflexão e refração da luz), na qual ele refinou a teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell .

Carreira

Professor em leiden

Em 17 de novembro de 1877, com apenas 24 anos de idade, Hendrik Antoon Lorentz foi nomeado para a recém-criada cadeira de física teórica na Universidade de Leiden . A posição havia sido inicialmente oferecida a Johan van der Waals , mas ele aceitou uma posição na Universiteit van Amsterdam . Em 25 de janeiro de 1878, Lorentz proferiu sua palestra inaugural sobre " De moleculaire theoriën in de natuurkunde " (As teorias moleculares na física). Em 1881, ele se tornou membro da Academia Real Holandesa de Artes e Ciências .

Durante os primeiros vinte anos em Leiden, Lorentz se interessou principalmente pela teoria eletromagnética da eletricidade, magnetismo e luz. Depois disso, ele estendeu sua pesquisa para uma área muito mais ampla, enquanto ainda se concentrava na física teórica. Lorentz fez contribuições significativas para campos que vão da hidrodinâmica à relatividade geral . Suas contribuições mais importantes foram na área de eletromagnetismo, teoria do elétron e relatividade.

Lorentz teorizou que os átomos podem consistir em partículas carregadas e sugeriu que as oscilações dessas partículas carregadas eram a fonte de luz. Quando um colega e ex-aluno de Lorentz, Pieter Zeeman , descobriu o efeito Zeeman em 1896, Lorentz forneceu sua interpretação teórica. O trabalho experimental e teórico foi homenageado com o prêmio Nobel de física em 1902. O nome de Lorentz agora está associado à equação de Lorentz-Lorenz , à força de Lorentz , à distribuição de Lorentz e à transformação de Lorentz .

Eletrodinâmica e relatividade

Em 1892 e 1895, Lorentz trabalhou na descrição de fenômenos eletromagnéticos (a propagação da luz) em referenciais que se movem em relação ao éter luminífero postulado . Ele descobriu que a transição de um para outro referencial poderia ser simplificada usando uma nova variável de tempo que ele chamou de hora local e que dependia da hora universal e do local em consideração. Embora Lorentz não tenha dado uma interpretação detalhada do significado físico da hora local, com ela, ele poderia explicar a aberração da luz e o resultado do experimento de Fizeau . Em 1900 e 1904, Henri Poincaré chamou a hora local de "ideia mais engenhosa" de Lorentz e a ilustrou mostrando que os relógios em quadros em movimento são sincronizados pela troca de sinais de luz que se supõe que viajam na mesma velocidade contra e com o movimento do quadro ( ver sincronização de Einstein e Relatividade da simultaneidade ). Em 1892, com a tentativa de explicar o experimento de Michelson-Morley , Lorentz também propôs que os corpos em movimento se contraiam na direção do movimento (veja a contração do comprimento ; George FitzGerald já havia chegado a essa conclusão em 1889).

Em 1899 e novamente em 1904, Lorentz acrescentou a dilatação do tempo às suas transformações e publicou o que Poincaré em 1905 chamou de transformações de Lorentz .

Era aparentemente desconhecido para Lorentz que Joseph Larmor tinha usado transformações idênticas para descrever elétrons em órbita em 1897. As equações de Larmor e Lorentz parecem um tanto diferentes, mas são algébricamente equivalentes às apresentadas por Poincaré e Einstein em 1905. O artigo de Lorentz de 1904 inclui a formulação covariante da eletrodinâmica, em que fenômenos eletrodinâmicos em diferentes referenciais são descritos por equações idênticas com propriedades de transformação bem definidas. O artigo reconhece claramente o significado desta formulação, ou seja, que os resultados dos experimentos eletrodinâmicos não dependem do movimento relativo do referencial. O artigo de 1904 inclui uma discussão detalhada do aumento da massa inercial de objetos que se movem rapidamente em uma tentativa inútil de fazer o momentum parecer exatamente como o momentum newtoniano; foi também uma tentativa de explicar a contração do comprimento como o acúmulo de "coisas" na massa, tornando-a lenta e contraída.

Lorentz e a relatividade especial

Albert Einstein e Hendrik Antoon Lorentz, fotografado por Ehrenfest na frente de sua casa em Leiden em 1921.
Suas conferências universitárias publicadas em física teórica. Parte 1. Stralingstheorie (1910-1911, teoria da radiação ) em holandês, editado por seu aluno AD Fokker , 1919.

Em 1905, Einstein usaria muitos dos conceitos, ferramentas matemáticas e resultados que Lorentz discutiu para escrever seu artigo intitulado " On the Electrodynamics of Moving Bodies ", conhecido hoje como a teoria da relatividade especial. Como Lorentz estabeleceu os fundamentos para o trabalho de Einstein, essa teoria foi originalmente chamada de teoria de Lorentz-Einstein .

Em 1906, a teoria do elétron de Lorentz recebeu um tratamento completo em suas palestras na Columbia University , publicadas sob o título The Theory of Electrons.

O aumento de massa foi a primeira previsão de Lorentz e Einstein a ser testada, mas alguns experimentos de Kaufmann pareceram mostrar um aumento de massa ligeiramente diferente; isso levou Lorentz à famosa observação de que ele estava "au bout de mon latin" ("no final do meu [conhecimento de] latim" = no fim de sua inteligência) A confirmação de sua previsão teve que esperar até 1908 e mais tarde (ver Experimentos de Kaufmann – Bucherer – Neumann ).

Lorentz publicou uma série de artigos que tratam do que chamou de "princípio da relatividade de Einstein". Por exemplo, em 1909, 1910, 1914. Em suas palestras de 1906 publicadas com acréscimos em 1909 no livro "A teoria dos elétrons" (atualizado em 1915), ele falou afirmativamente da teoria de Einstein:

Ficará claro pelo que foi dito que as impressões recebidas pelos dois observadores A0 e A seriam semelhantes em todos os aspectos. Seria impossível decidir qual deles se move ou pára em relação ao éter, e não haveria razão para preferir os tempos e durações medidos por um àqueles determinados pelo outro, nem para dizer que qualquer um deles é na posse dos tempos "verdadeiros" ou dos comprimentos "verdadeiros". Este é um ponto que Einstein enfatizou particularmente, em uma teoria na qual ele parte do que ele chama de princípio da relatividade. Não posso falar aqui das muitas aplicações altamente interessantes que Einstein fez desse princípio. Seus resultados relativos aos fenômenos eletromagnéticos e ópticos concordam em geral com aqueles que obtivemos nas páginas anteriores, a principal diferença é que Einstein simplesmente postula o que deduzimos, com alguma dificuldade e não totalmente satisfatória, das equações fundamentais do eletromagnético campo. Ao fazer isso, ele pode certamente levar o crédito por nos fazer ver no resultado negativo de experimentos como os de Michelson, Rayleigh e Brace, não uma compensação fortuita de efeitos opostos, mas a manifestação de um princípio geral e fundamental. Seria injusto não acrescentar que, além da ousadia fascinante de seu ponto de partida, a teoria de Einstein tem outra vantagem marcante sobre a minha. Embora eu não tenha conseguido obter para as equações referentes aos eixos móveis exatamente a mesma forma que para as que se aplicam a um sistema estacionário, Einstein conseguiu isso por meio de um sistema de novas variáveis ​​ligeiramente diferentes daquelas que introduzi.

Embora Lorentz ainda sustentasse que há um éter (indetectável) em que os relógios em repouso indicam o "tempo verdadeiro":

1909: Ainda assim, eu acho, algo também pode ser reivindicado em favor da forma em que apresentei a teoria. Não posso deixar de considerar o éter, que pode ser a sede de um campo eletromagnético com sua energia e suas vibrações, como dotado de um certo grau de substancialidade, por mais diferente que seja de toda a matéria comum.
1910: Contanto que haja um éter, então em todos os sistemas x, y, z, t, um é preferido pelo fato de que os eixos de coordenadas, bem como os relógios, estão parados no éter. Se conectarmos com isso a ideia (que eu abandonaria apenas com relutância) de que espaço e tempo são coisas completamente diferentes, e que existe um "tempo verdadeiro" (a simultaneidade, portanto, seria independente do local, de acordo com a circunstância de que nós pode ter a ideia de velocidades infinitamente grandes), então pode-se ver facilmente que esse tempo verdadeiro deve ser indicado por relógios em repouso no éter. No entanto, se o princípio da relatividade tivesse validade geral na natureza, não estaríamos em condições de determinar se o sistema de referência que acabamos de usar é o preferido. Então, chegamos aos mesmos resultados, como se (seguindo Einstein e Minkowski) negássemos a existência do éter e do tempo verdadeiro, e víssemos todos os sistemas de referência como igualmente válidos. Qual dessas duas maneiras de pensar alguém está seguindo, certamente pode ser deixada para o indivíduo.

Lorentz também deu crédito às contribuições de Poincaré para a relatividade.

Na verdade, para algumas das quantidades físicas que entram nas fórmulas, não indiquei a transformação que melhor se adequa. Isso foi feito por Poincaré e depois pelo Sr. Einstein e Minkowski. Não consegui obter a invariância exata das equações. Poincaré, ao contrário, obteve uma invariância perfeita das equações da eletrodinâmica, e formulou o "postulado da relatividade", termos que foi o primeiro a empregar. Acrescentemos que, corrigindo as imperfeições de meu trabalho, ele nunca me censurou por elas.

Lorentz e a relatividade geral

Lorentz foi um dos poucos cientistas que apoiaram a busca de Einstein pela relatividade geral desde o início - ele escreveu vários artigos de pesquisa e discutiu com Einstein pessoalmente e por carta. Por exemplo, ele tentou combinar o formalismo de Einstein com o princípio de Hamilton (1915) e reformulá-lo de uma forma livre de coordenadas (1916). Lorentz escreveu em 1919:

O eclipse total do sol em 29 de maio, resultou em uma surpreendente confirmação da nova teoria do poder de atração universal da gravitação desenvolvida por Albert Einstein, e assim reforçou a convicção de que a definição desta teoria é um dos passos mais importantes de todos os tempos tomadas no domínio das ciências naturais.

Lorentz e a mecânica quântica

Lorentz deu uma série de palestras no outono de 1926 na Cornell University sobre a nova mecânica quântica ; Nestes ele apresentou Erwin Schrödinger s' onda mecânica .

Assessments

Lorentz-monument Park Sonsbeek em Arnhem , Holanda

Einstein escreveu sobre Lorentz:

1928: O enorme significado de seu trabalho consistia nisso, que forma a base para a teoria dos átomos e para as teorias da relatividade geral e especial. A teoria especial foi uma exposição mais detalhada dos conceitos encontrados na pesquisa de Lorentz de 1895.
1953: Para mim, pessoalmente, ele significava mais do que todos os outros que conheci em minha jornada de vida.

Poincaré (1902) disse sobre a teoria da eletrodinâmica de Lorentz:

A teoria mais satisfatória é a de Lorentz; é indiscutivelmente a teoria que melhor explica os fatos conhecidos, aquela que evidencia o maior número de relações conhecidas. É devido a Lorentz que os resultados de Fizeau na ótica dos corpos em movimento, as leis da dispersão normal e anormal e da absorção estão conectadas entre si. Veja a facilidade com que o novo fenômeno Zeeman encontrou seu lugar, e até ajudou na classificação da rotação magnética de Faraday, que desafiou todos os esforços de Maxwell .

Paul Langevin (1911) disse sobre Lorentz:

A principal reivindicação de Lorentz à fama será o fato de ter demonstrado que as equações fundamentais do eletromagnetismo também permitem um conjunto de transformações que lhes permite retomar a mesma forma quando uma transição é feita de um sistema de referência para outro. Este grupo difere fundamentalmente do grupo acima no que diz respeito às transformações de espaço e tempo. ''

Lorentz e Emil Wiechert tiveram uma correspondência interessante sobre os tópicos do eletromagnetismo e a teoria da relatividade, e Lorentz explicou suas idéias em cartas a Wiechert.

Lorentz foi o presidente da primeira Conferência Solvay realizada em Bruxelas no outono de 1911. Pouco depois da conferência, Poincaré escreveu um ensaio sobre física quântica que dá uma indicação do status de Lorentz na época:

A cada momento, os vinte físicos de diferentes países podiam ser ouvidos falando da [mecânica quântica] que eles contrastavam com a velha mecânica. Agora, qual era a velha mecânica? Seria o de Newton, aquele que ainda reinava incontestado no final do século XIX? Não, era a mecânica de Lorentz, aquela que lida com o princípio da relatividade; aquele que, há apenas cinco anos, parecia ser o cúmulo da ousadia.

Mudança de prioridades

Em 1910, Lorentz decidiu reorganizar sua vida. Seus deveres de ensino e gerenciamento na Universidade de Leiden estavam ocupando muito de seu tempo, deixando-o pouco tempo para pesquisas. Em 1912, ele se demitiu de sua cadeira de física teórica para se tornar curador do "Gabinete de Física" no Museu Teylers em Haarlem . Ele permaneceu conectado à Universidade de Leiden como professor externo, e suas "aulas de segunda-feira de manhã" sobre novos desenvolvimentos na física teórica logo se tornaram lendárias.

Lorentz inicialmente pediu a Einstein para sucedê-lo como professor de física teórica em Leiden. No entanto, Einstein não pôde aceitar porque tinha acabado de aceitar um cargo na ETH Zurique . Einstein não se arrependia dessa questão, pois a perspectiva de ter de ocupar o lugar de Lorentz o fazia estremecer. Em vez disso, Lorentz nomeou Paul Ehrenfest como seu sucessor na cadeira de física teórica na Universidade de Leiden, que fundaria o Instituto de Física Teórica, que se tornaria conhecido como Instituto Lorentz .

Trabalho Civil

Após a Primeira Guerra Mundial, Lorentz foi uma das forças motrizes por trás da fundação da "Wetenschappelijke Commissie van Advies en Onderzoek in het Belang van Volkswelvaart en Weerbaarheid", um comitê que deveria aproveitar o potencial científico unido na Royal Netherlands Academy of Arts e Ciências (KNAW) para resolver problemas civis, como a escassez de alimentos que resultou da guerra. Lorentz foi nomeado presidente do comitê. No entanto, apesar dos melhores esforços de muitos dos participantes, o comitê obteve pouco sucesso. A única exceção é que acabou resultando na fundação da TNO, a Organização Holandesa de Pesquisa Científica Aplicada .

Lorentz também foi convidado pelo governo holandês a presidir um comitê para calcular alguns dos efeitos da barragem de controle de inundação de Afsluitdijk (Represa) sobre os níveis de água em Waddenzee . A engenharia hidráulica era principalmente uma ciência empírica naquela época, mas a perturbação do fluxo das marés causada pelo Afsluitdijk era tão sem precedentes que as regras empíricas não eram confiáveis. Originalmente, Lorentz deveria ter apenas uma função de coordenação no comitê, mas rapidamente se tornou aparente que Lorentz era o único físico a ter alguma influência fundamental sobre o problema. No período de 1918 a 1926, Lorentz investiu grande parte de seu tempo no problema. Lorentz propôs partir das equações hidrodinâmicas básicas de movimento e resolver o problema numericamente. Isso era viável para um " computador humano ", devido à natureza quase unidimensional do fluxo de água no Waddenzee . O Afsluitdijk foi concluído em 1932, e as previsões de Lorentz e seu comitê revelaram-se notavelmente precisas. Um dos dois conjuntos de eclusas no Afsluitdijk foi nomeado em sua homenagem.

Vida familiar

Em 1881, Lorentz casou-se com Aletta Catharina Kaiser. Seu pai era JW Kaiser, professor da Academia de Belas Artes. Ele era o diretor do museu que mais tarde se tornou o conhecido Rijksmuseum (National Gallery). Ele também foi o designer dos primeiros selos postais da Holanda.

Havia duas filhas e um filho deste casamento.

A Dra. Geertruida Luberta Lorentz , filha mais velha, era física. Ela se casou com o professor Wander Johannes de Haas , que era o diretor do Laboratório Criogênico da Universidade de Leiden.

Morte

Em janeiro de 1928, Lorentz adoeceu gravemente e morreu pouco depois, em 4 de fevereiro. O respeito pelo qual ele foi mantido na Holanda é evidente a partir da descrição de Owen Willans Richardson de seu funeral:

O funeral aconteceu em Haarlem ao meio-dia de sexta-feira, 10 de fevereiro. Às 12 horas, os serviços telegráficos e telefônicos estatais da Holanda foram suspensos por três minutos como uma homenagem reverenciada ao maior homem que a Holanda já produziu em nosso tempo. Estiveram presentes muitos colegas e físicos ilustres de países estrangeiros. O presidente, Sir Ernest Rutherford , representou a Royal Society e fez um discurso de agradecimento ao lado do túmulo.

-  OW Richardson

Imagens únicas do filme de 1928 do cortejo fúnebre com uma carruagem seguida por dez enlutados, seguida por uma carruagem com o caixão, seguida por sua vez por pelo menos mais quatro carruagens, passando por uma multidão no Grote Markt, Haarlem de Zijlstraat ao Smedestraat, e depois de volta pela Grote Houtstraat em direção a Barteljorisstraat, no caminho para "Algemene Begraafplaats" em Kleverlaan (cemitério ao norte de Haarlem) foi digitalizado no YouTube . Entre outros, o funeral contou com a presença de Albert Einstein e Marie Curie . Einstein fez um elogio em um funeral na Universidade de Leiden.

Legado

Lorentz é considerado um dos principais representantes da "Segunda Idade de Ouro Holandesa", um período de várias décadas em torno de 1900 em que as ciências naturais floresceram na Holanda.

Richardson descreve Lorentz como:

Um homem de notáveis ​​poderes intelectuais. Embora mergulhado em sua própria investigação do momento, ele sempre parecia ter em seu alcance imediato suas ramificações em todos os cantos do universo. A clareza singular de seus escritos fornece um reflexo notável de seus maravilhosos poderes a esse respeito. Ele possuía e empregou com sucesso a vivacidade mental necessária para acompanhar a interação da discussão, o insight necessário para extrair aquelas declarações que iluminam as reais dificuldades e a sabedoria para conduzir a discussão entre canais frutíferos, e ele fez isso com tanta habilidade que o processo dificilmente era perceptível.

MJ Klein (1967) escreveu sobre a reputação de Lorentz na década de 1920:

Por muitos anos, os físicos sempre estiveram ansiosos "para ouvir o que Lorentz diria sobre isso" quando uma nova teoria foi apresentada e, mesmo aos setenta e dois anos, ele não os desapontou.

Além do prêmio Nobel , Lorentz recebeu muitas homenagens por seu excelente trabalho. Ele foi eleito membro estrangeiro da Royal Society (ForMemRS) em 1905 . A Sociedade concedeu-lhe a Medalha Rumford em 1908 e a Medalha Copley em 1918. Ele foi eleito Membro Honorário da Sociedade Química Holandesa em 1912.

Veja também

Referências

Fontes primárias

Fontes secundárias

  • de Haas-Lorentz, Geertruida L .; Fagginger Auer, Joh. C. (trad.) (1957), HA Lorentz: impressões de sua vida e obra , 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 : 253–78Veja a tradução em inglês .
  • Poincaré, Henri (1902), La science et l'hypothèse , Paris: Ernest Flammarion : np. A citação é da tradução inglesa ( Poincaré, Henri (1952), Ciência e hipótese , Nova York: Dover Publications, p. 175)
  • Poincaré, Henri (1913), Dernières pensées , Paris: Ernest Flammarion: np. A citação no artigo é da tradução inglesa: ( Poincaré, Henri ; Bolduc, John W. (trad.) (1963), Mathematics and science: last essays , New York: Dover Publications : np)
  • Sri Kantha, S. Einstein e Lorentz. Nature , 13 de julho de 1995; 376: 111. (Carta)

links externos