Сергей Мусский - 100 великих нобелевских лауреатов

В 1875 году Лоренц блестяще защитил докторскую диссертацию и в 1878 году становится профессором специально для него учрежденной кафедры теоретической физики (одной из первых в Европе) Лейденского университета. В 1881 году он был избран членом Королевской академии наук в Амстердаме. В том же году Лоренц женился на Алетте Катерине Кайзер, племяннице профессора астрономии Кайзера. У супругов Лоренц родилось четверо детей (один из них умер в младенческом возрасте).

Уже в докторской диссертации «Об отражении и преломлении лучей света» Лоренц пытался обосновать изменение в скорости распространения света в среде влиянием наэлектризованных частичек тела. Под действием световой волны заряды молекул приходят в колебательное движение и становятся источниками вторичных электромагнитных волн. Эти волны, интерферируя с первичными, и обусловливают преломление и отражение света. Здесь уже намечены те идеи, которые приведут к созданию электронной теории дисперсии света.

В следующей статье - «О соотношении между скоростью распространения света и плотностью и составом среды», опубликованной в 1878 году, Лоренц вывел знаменитое соотношение между показателем преломления и плотностью среды.

Как пишет М. Планк: «Если диэлектрическая постоянная прозрачного тела зависит от поляризуемости его молекул, то она всегда должна быть больше, чем у свободного эфира, что согласуется с действительностью. Указанное выше затруднение для теории Максвелла - то, что показатель преломления тела, определяемый его диэлектрической постоянной, изменяется с длиной волны, в лоренцовой теории устраняется, благодаря тому, что, согласно Лоренцу, диэлектрическая постоянная дает только показатель преломления для бесконечно длинных волн. Для волн конечной длины влияние проходящей через тело электромагнитной волны на движение содержащихся в теле, колеблющихся возле своих положений равновесия электронов существенно меняется с длиной волны и обусловливает, таким образом, явления нормальной и аномальной дисперсии в соответствии с тем, насколько частота волны отклоняется от собственной частоты электронов. И для зависимости показателя преломления от объемной плотности тела Лоренц смог вывести удовлетворительно согласующуюся с экспериментальными данным формулу, исходя из оценки числа поляризованных молекул в единице объема.

По случайному совпадению ту же формулу одновременно нашел его почти однофамилец, датский физик Людвиг Валентин Лоренц, и поэтому формула названа двумя именами: формула Лоренца-Лоренца».

В 1892 году Лоренц выступил с большой работой «Электромагнитная теория Максвелла и ее приложение к движущимся телам». В этой работе очерчены основные контуры электронной теории. Мир состоит из вещества и эфира, причем Лоренц называет веществом «все то, что может принимать участие в электрических токах, электрических смещениях и электромагнитных движениях». «Все весомые тела состоят из множества положительно и отрицательно заряженных частиц, и электрические явления порождаются смещением этих частиц».

Лоренц получил уравнение для определения силы, с которой электрическое поле действует на движущийся заряд. Лоренц сделал фундаментальное предположение - эфир в движении вещества участия не принимает (гипотеза неподвижного эфира). (Это предположение прямо противоположно гипотезе Герца о полностью увлекаемом движущимися телами эфире.)

В заметке 1892 года «Относительное движение Земли и эфира» ученый описывает единственный, по его мнению, способ согласовать результат опыта с теорией Френеля, т.е. с теорией неподвижного эфира. Этот способ состоит в предположении о сокращении размеров тел в направлении их движения (сокращение Лоренца-Фитцджеральда).

В 1895 году вышла фундаментальная работа Лоренца «Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах». В этой работе Лоренц дал систематическое изложение своей электронной теории. Правда, слово «электрон» в ней еще не встречается, хотя элементарное количество электричества было уже названо этим именем. Ученый просто говорит о заряженных положительно или отрицательно частичках материи - ионах и свою теорию соответственно называет «ионной теорией». «Я принимаю, - пишет Лоренц, - что во всех телах находятся маленькие заряженные электричеством материальные частицы, и что все электрические процессы основаны на конфигурации и движении этих "ионов"». Лоренц указывает, что такое представление общепринято для явлений в электролитах и что последние исследования электрических разрядов показывают, что «в электропроводности газов мы имеем дело с конвекцией ионов».

Другое предположение Лоренца заключается в том, что эфир не принимает участия в движении этих частиц и, следовательно, материальных тел, он неподвижен. Как отмечает М. Планк: «Наиболее характерны для лоренцовой теории покоящегося светового эфира вытекающие из нее уравнения распространения света в движущихся телах. Здесь эта теория на деле показала свое превосходство над теорией Максвелла-Герца, так как она непосредственно дает согласующееся с опытом выражение для френелевского коэффициента и так как она вообще в состоянии правильно учесть все эффекты, вызываемые движением тел, по крайней мере, пока отношение скорости тела к скорости света входит в формулу по существу только в первой степени».

Лоренц стал развивать идеи, изложенные им в «Опыте теории электрических и оптических явлений в движущихся телах», совершенствуя и углубляя свою теорию. В 1899 году он выступил со статьей «Упрощенная теория электрических и оптических явлений в движущихся телах», в которой упростил теорию, данную им в «Опыте».

В 1900 году на Международном конгрессе физиков в Париже Лоренц выступил с докладом о магнитооптических явлениях. Его друзьями стали Больцман, Вин, Пуанкаре, Рентген, Планк и другие знаменитые физики.

В 1902 году Лоренц и его ученик Питер Зееман удостоены Нобелевской премии «в знак признания выдающегося вклада, который они внесли своими исследованиями влияния магнетизма на излучения».

«Наиболее значительным вкладом в дальнейшее развитие электромагнитной теории света мы обязаны профессору Лоренцу, - заявил на церемонии вручения премии Я. Теель из Шведской королевской академии наук. - Если теория Максвелла свободна от каких бы то ни было допущений атомистического характера, то Лоренц начинает с гипотезы о том, что вещество состоит из микроскопических частиц, называемых электронами, которые являются носителями вполне определенных зарядов».

В своей речи при вручении премии ученый сказал: «…Мы надеемся, что электронная гипотеза, поскольку она принята в различных разделах физики, ведет к общей теории, которая охватит многие области физики и химии. Возможно, что на этом длинном пути сама она полностью перестроится».