Хендрик Антоон Лорентз

Хендрик Антоон Лорентз
Рођење	18. српња 1853. Арнхем, Гелдерланд, Низоземска
Смрт	4. вељаче 1928. Хаарлем, Сјеверна Низоземска, Низоземска
Држављанство	Низоземац
Поље	Физика
Институција	Свеучилиште у Леидену
Алма матер	Свеучилиште у Леидену
Академски ментор	Пиетер Ријке
Познат по	Лорентзове трансформације, Лорентзов фактор, Лорентзов плин, Лорентзов триплет, Лорентзова сила, Лорентзов број Лорентзов модел
Истакнуте награде	Нобелова награда за физику (1902.) Цоплеyева медаља (1918.)

Хендрик Антоон Лорентз (Арнхеим, 18.7. 1853. - Хаарлем, 4.2. 1928.), низоземски теоријски физичар. У својим радовима објаснио је готово све електромагнетске појаве познате у то доба.

Проучавао је појаве код наелектризираних тијела у гибању и поставио основу за теорију релативности. Први је израчунао ширење интерференцијских максимума код дифракције свјетлости у кристалима (Лорентзов фактор). Проучавао је бинарне плинове у којих је маса молекула једног плина много већа од масе од масе молекула другог плина (Лорентзов плин) и резултате примјенио на теорију електрона у металу. Године 1902. добио је Нобелову награду за физику с Пиетером Зееманом с којим је открио и на основи класичне теорије први прорачунао цијепање синглетних спектралних линија у три компоненете (Лорентзов триплет) у вањском магнетском пољу (нормални Зееманов ефект).

Био је свеучилишни професор у Леидену те директор истраживачког института у Хаарлему.

Животопис

Рани живот

Х. А. Лорентз рођен је у Арнхему, Гелдерланд (Низоземска), као син Геррита Фредерика Лорентза (1822.– 1893.) и Геертруиде ван Гинкел (1826.– 1861.). Након мајчине смрти 1862., његов се отац оженио Лубертом Хупкес. Иако је одгојен као протестант, Хендрик Лорентз је по религијском увјерењу био слободни мислиоц. Од 1866. до 1869. похађао је школу "Хогере Бургер" у Арнхему, нови тип школе недавно установљен од стране Ј. Р. Тхорбецкеја. Његови су резултати у школи били изврсни, а бриљирао је у знанственим предметима, енглеском, француском и њемачком. Године 1870., положио је класичне језике, који су били предувјет за примање на свеучилиште.

Знанствена каријера

Лорентз је студирао физику и математику на Свеучилишту у Леидену, гдје је био под јаким утјецајем његовог професора астрономије Ф. Каисера, који га је усмјерио на каријеру у физици. Након дипломе, вратио се 1871. у Арнхем, гдје је предавао математику у школи, но наставио је и студиј у Леидену. Године 1875. Лорентз стјече докторат под менторством П. Ријкеа с радом Овер де тхеорие дер теругкаатсинг ен брекинг ван хет лицхт (О теорији о рефлексији и рефракцији свјетлости), у којој је прерадио Маxwеллову електромагнетску теорију .

Осим што је био свеучилишни професор у Леидену, био је и директор истраживачког института у Хаарлему. Својим радовима много је придонио развоју електромагнетске теорије и познавању структуре материје. Проучавао је појаве код наелектризираних тијела у гибању и поставио основу за специјалну теорију релативности. Први је израчунао ширење интерференцијских максимума код лома свјетлости у кристалима (Лорентзов фактор). Проучавао је бинарне плинове у којих је маса молекула једног плина много већа од масе од масе молекула другог плина (Лорентзов плин) и резултате примјенио на теорију електрона у металу. Године 1902. добио је Нобелову награду за физику с П. Зееманом с којим је открио и на основи класичне теорије први прорачунао цијепање синглетних спектралних линија у три компоненете (Лорентзов триплет) у вањском магнетском пољу (нормални Зееманов учинак).

Научни рад

Лорентзове трансформације

Лорентзове трансформације (по Х. А. Лорентзу) су алгебарске линеарне релације које повезују координате (x, y, з, т) некога физичког догађаја у мирноме суставу С (x, y, з, т) с припадајућим координатама (x', y', з', т' ) у суставу С' (x', y', з', т' ) који се према суставу С гиба уздуж оси x сталном брзином в. Оне се данас изводе, доказују и тумаче из два постулата Еинстеинове посебне теорије релативности (1905.):

1. постулата о константности брзине свјетлости ц у свим инерцијским суставима без обзира на брзину сустава, извора или детектора свјетлости, те
2. постулата коваријантности да природни закони морају имати исти облик у свим инерцијским суставима.

Полазећи од тога да свјетлосни сигнали (фотони) путују брзином ц у оба сустава и да се правоцртна гибања из једнога, као таква, виде и у другом суставу и обратно (x = ц∙т и x' = ц∙т' ), као и од начела релативности (замјене улоге сустава С и С' и координата у њима), добивају се уз одговарајући алгебарски формализам Лорентзове трансформације у облику:

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

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

$y'=y$

$z'=z$

гдје се γ уобичајено назива Лорентзовим фактором и вриједи:

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

Обратне (инверзне) трансформације добивају се замјеном в с –в у већ написаним односима, на примјер: $x=\gamma \cdot (x'+v\cdot t')$ или $y=y'$ … и тако даље). Једна је од темељних симетрија у физици инваријантност физичких закона на Лорентзове трансформације (релативистичка инваријантност): једнаџбе физике у сваком теоретском покушају требају имати исти облик у свим инерцијским суставима. У модерној физици елементарних честица, инваријантност се опћенито постиже записом величина и једнаџби у 4-векторској формулацији, по узору на 4 координате простор–времена у посебној теорији релативности.

Лорентзова сила

Лорентзова сила је сила којом електрично и магнетско поље дјелују на набијену честицу у гибању. Када се набијена "точкаста" честица (мјере честица су мале тако да су вањска поља хомогена кроз подручје што га честица испуњава) гиба у наведеним пољима, на њу дјелује сила:

$\mathbf {F} =q\cdot \mathbf {E} +q\cdot \mathbf {v} \times \mathbf {B}$

гдје је: q - електрични набој честице, Е - јакост електричнога поља, в - брзина честице, Б - магнетска индукција. Вектори Е и Б неовисни су о брзини честице в. Други члан у Лорентзовој сили описује силу којом магнетско поље индукције Б дјелује на електрички набијену честицу у гибању, што је уједно и дефиницијска једнаџба за магнетску индукцију Б. Аналогно, Ф_Е = q∙Е дефиницијска је једнаџба за вектор електричног поља Е. Лорентзова је сила кључна за опис и прорачун гибања набијених честица у магнетском пољу (убрзивач честица), за раздвајање иона различитих маса у електричном и магнетском пољу (масена спектрометрија), те у модерној акцелераторској техници линеарних или сударајућих снопова честица гдје се примјеном суправодичких технологија постижу врло хомогена поља велике магнетске индукције.

Лорентзов модел

Лорентзов модел је слика атомске грађе твари (метала, диелектричних материјала изолатора) и класични израчун доприноса електричнога поља околних дипола у унутрашњости чврсте твари. У моделу Лорентзова поља, твар се око замишљенога покусног дипола раздваја у два подручја: сферу, у средишту које је покусни дипол и полумјер које одговара многоструком атомском размаку, те остатак диелектрика у којем влада електрична поларизација описана вектором ${\vec {P}}$. Било који кубични распоред атома унутар сфере, којим би атоми дјеловали на покусни дипол, резултира увијек нултим електричним пољем у средишту. Међутим, поларизирани набој на површини сфере даје у њезину средишту електрично поље названо Лорентзовим пољем $\mathbf {E_{L}}$ које је он први израчунао:

$\mathbf {E_{L}} ={\frac {\mathbf {P} }{3\cdot \varepsilon _{0}}}$

гдје је: $\mathbf {P}$ - електрична поларизација на проматраном мјесту, а ε₀ диелектрична пермитивност вакуума. Дакле, у неком положају у твари, локално поље $\mathbf {E_{lok}}$ износи:

$\mathbf {E_{lok}} =\mathbf {E_{v}} +\mathbf {E_{L}}$

гдје је: Е_в - вањско електрично поље, а Е_L - Лорентзово поље. То је темељни однос за прорачун и повезивање атомских и макроскопских величина електричних својстава твари. Важни је дио Лорентзове теорије и модел електронскога плина, заснован око 1900.: атоми у кристалној решетки отпуштају 1, 2 или 3 електрона који се као слободни електрони гибају кроз решетку метала.

Вањске повезнице

Хендрик Антоон Лорентз на Wикимедијиној остави