지금까지는 다른 것이 아무것도 없더라도(태양, 지구, 별이 없더라도) 시간과 공간이 스스로 존재한다고 믿어졌습니다. 하지만 이제 우리는 시간과 공간이 우주의 그릇이 아니며, 내용물, 즉 태양, 지구 및 다른 천체가 없다면 전혀 존재할 수 없다는 것을 알고 있습니다.
Hendrik Antoon Lorentz는 Zeeman 효과의 발견과 이론적 설명으로 Pieter Zeeman과 함께 1902년 노벨 물리학상을 공유한 네덜란드 물리학자입니다. 그는 또한 Albert Einstein의 특수 상대성 이론의 기초가 되는 변환 방정식을 유도했습니다.
노벨상 재단에서 발표한 전기에 따르면, "Lorentz는 모든 이론 물리학자들로부터 세계의 주도적 정신으로 간주되었으며, 그의 선임자들이 미처 마치지 못한 것을 완성하고 양자 이론에 기초한 새로운 아이디어의 실질적 수용을 위한 토대를 마련했다고 말할 수 있습니다." 그는 1925년부터 1928년 사이에 UNESCO의 전신인 국제지적협력위원회 위원장을 역임하는 등 많은 영예와 구별을 받았습니다.
전기
초기 삶
Hendrik Lorentz는 네덜란드 Gelderland의 Arnhem에서 태어났으며, 부유한 원예가인 Gerrit Frederik Lorentz(1822–1893)와 Geertruida van Ginkel(1826–1861)의 아들입니다. 1862년 어머니가 사망한 후, 그의 아버지는 Luberta Hupkes와 재혼했습니다. 개신교로 양육되었음에도 불구하고, 그는 종교 문제에 있어서 자유로운 사상가였습니다. 1866년부터 1869년까지 그는 Johan Rudolph Thorbecke가 최근에 설립한 새로운 유형의 공립 고등학교인 Arnhem의 "Hogere Burger School"에 다녔습니다. 학교에서의 그의 성적은 모범적이었습니다. 물리 과학과 수학뿐만 아니라 영어, 프랑스어 및 독일어에서도 뛰어났습니다. 1870년에 그는 당시 대학 입학에 필요했던 고전 언어 시험에 합격했습니다.
Lorentz는 Leiden 대학교에서 물리학과 수학을 공부했으며, 천문학 교수 Frederik Kaiser의 교육에 크게 영향을 받았습니다. 그의 영향으로 Lorentz는 물리학자가 되었습니다. 학사 학위를 취득한 후, 그는 1871년 Arnhem으로 돌아와 수학 야간 수업을 가르쳤지만, 교직과 함께 Leiden에서 계속 공부했습니다. 1875년 Lorentz는 Pieter Rijke 지도 아래 "Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht"(광의 반사 및 굴절 이론에 관하여)라는 제목의 논문으로 박사 학위를 취득했으며, 이 논문에서 그는 James Clerk Maxwell의 전자기 이론을 정교하게 다듬었습니다.
경력
Leiden의 교수
1877년 11월 17일, 겨우 24세의 나이에 Hendrik Antoon Lorentz는 Leiden 대학교에 새로 설립된 이론 물리학 의장으로 임명되었습니다. 이 직책은 처음에 Johan van der Waals에게 제안되었지만, 그는 Universiteit van Amsterdam의 직책을 받아들였습니다. 1878년 1월 25일, Lorentz는 "De moleculaire theoriën in de natuurkunde"(물리학의 분자 이론)라는 제목의 취임 강연을 했습니다. 1881년에 그는 네덜란드 왕립 예술과학 아카데미의 회원이 되었습니다.
Leiden에서의 처음 20년 동안 Lorentz는 주로 전기, 자기 및 빛의 전자기 이론에 관심을 가졌습니다. 그 후 그는 이론 물리학에 계속 초점을 맞추면서 훨씬 더 넓은 분야로 연구를 확장했습니다. Lorentz는 유체역학에서 일반 상대성 이론에 이르기까지 다양한 분야에 중요한 기여를 했습니다. 그의 가장 중요한 기여는 전자기학, 전자 이론 및 상대성 이론 분야에 있었습니다.
Lorentz는 원자가 대전된 입자로 구성될 수 있다고 이론화했으며, 이러한 대전된 입자의 진동이 빛의 근원이라고 제안했습니다. Lorentz의 동료이자 전 학생인 Pieter Zeeman이 1896년 Zeeman 효과를 발견했을 때, Lorentz는 그 이론적 해석을 제공했습니다. 실험적이고 이론적인 작업은 1902년 노벨 물리학상으로 영예를 받았습니다. Lorentz의 이름은 이제 Lorentz–Lorenz 방정식, Lorentz 힘, Lorentzian 분포 및 Lorentz 변환과 관련이 있습니다.
전자역학 및 상대성
1892년과 1895년에 Lorentz는 가정된 광의 에테르에 상대적으로 움직이는 참조 프레임에서 전자기 현상의 전파를 설명하는 작업을 했습니다. 그는 한 참조 프레임에서 다른 참조 프레임으로의 전환이 지역 시간이라고 부르는 새로운 시간 변수를 사용하여 단순화될 수 있다는 것을 발견했으며, 이는 보편 시간과 고려 중인 위치에 따라 달라졌습니다. Lorentz는 지역 시간의 물리적 의미에 대한 자세한 해석을 하지 않았지만, 그것으로 그는 광의 수차와 Fizeau 실험의 결과를 설명할 수 있었습니다. 1900년과 1904년에 Henri Poincaré는 지역 시간을 Lorentz의 "가장 독창적인 아이디어"라고 불렀으며, 움직이는 프레임의 시계가 프레임의 움직임에 대해 동일한 속도로 이동한다고 가정되는 광 신호를 교환하여 동기화된다는 것을 보여줌으로써 이를 설명했습니다(Einstein 동기화 및 동시성의 상대성 참조). 1892년 Michelson–Morley 실험을 설명하려는 시도로 Lorentz는 또한 움직이는 물체가 운동 방향으로 축소된다고 제안했습니다(길이 축소 참조). George FitzGerald는 이미 1889년에 이 결론에 도달했습니다.
1899년 그리고 다시 1904년에 Lorentz는 시간 팽창을 그의 변환에 추가했으며, Poincaré가 1905년에 Lorentz 변환이라고 명명한 것을 발표했습니다. Lorentz는 Joseph Larmor가 1897년 궤도를 도는 전자를 설명하기 위해 동일한 변환을 사용했다는 것을 알지 못했던 것으로 보입니다. Larmor와 Lorentz의 방정식은 다소 다르게 보이지만, 1905년 Poincaré와 Einstein이 제시한 방정식과 대수적으로 동등합니다. Lorentz의 1904년 논문에는 전자역학의 공변 공식화가 포함되어 있으며, 서로 다른 참조 프레임에서의 전자역학적 현상은 잘 정의된 변환 특성을 가진 동일한 방정식으로 설명됩니다. 이 논문은 명확하게 이 공식화의 의의를 인식합니다. 즉, 전자역학적 실험의 결과는 참조 프레임의 상대 운동에 의존하지 않습니다. 1904년 논문에는 빠르게 움직이는 물체의 관성 질량 증가에 대한 자세한 논의가 포함되어 있으며, 이는 운동량을 정확히 Newton 운동량처럼 보이게 하려는 무용한 시도였습니다. 또한 길이 축소를 질량으로 축적된 "물질"로 설명하려는 시도이기도 했습니다.
Lorentz와 특수 상대성
1905년 Einstein은 Lorentz가 논의한 많은 개념, 수학적 도구 및 결과를 사용하여 "On the Electrodynamics of Moving Bodies"라는 제목의 논문을 작성했으며, 이는 오늘날 특수 상대성 이론으로 알려져 있습니다. Lorentz가 Einstein의 작업을 위한 기초를 마련했기 때문에, 이 이론은 원래 Lorentz–Einstein 이론이라고 불렸습니다.
1906년, Lorentz의 전자 이론은 Columbia 대학교에서의 강연에서 완전한 처리를 받았으며, "The Theory of Electrons"이라는 제목으로 출판되었습니다.
질량의 증가는 Lorentz와 Einstein이 처음으로 테스트하려는 예측이었지만, Kaufmann의 일부 실험은 약간 다른 질량 증가를 보여주는 것 같았습니다. 이것은 Lorentz를 "au bout de mon latin"(내 라틴어의 끝 = 내 지혜의 끝)이라는 유명한 발언으로 이끌었습니다. 그의 예측의 확인은 1908년 이후에 기다려야 했습니다(Kaufmann–Bucherer–Neumann 실험 참조).
Lorentz는 그가 "Einstein의 상대성 원리"라고 부르는 것을 다루는 일련의 논문을 발표했습니다. 예를 들어, 1909년, 1910년, 1914년. 1906년에 작성한 강연에서 1909년에 추가되어 "The theory of electrons"라는 책으로 출판되었으며 1915년에 업데이트되었으며, 그는 Einstein의 이론에 대해 긍정적으로 말했습니다:
지금까지 말해진 것으로부터 명백해질 것은 두 관찰자 A0와 A가 받은 인상이 모든 면에서 유사할 것이라는 점입니다. 그들 중 누가 에테르에 대해 움직이거나 정지하는지 결정하는 것은 불가능할 것이며, 한 사람이 측정한 시간과 길이를 다른 사람이 결정한 시간과 길이보다 선호할 이유가 없을 것이며, 그들 중 한 사람이 "참된" 시간이나 "참된" 길이를 소유하고 있다고 말할 이유도 없을 것입니다. 이는 Einstein이 특히 강조한 점입니다. 그는 그가 상대성 원리라고 부르는 것으로부터 시작하는 이론에서요. 저는 여기서 Einstein이 이 원리를 적용한 많은 흥미로운 응용에 대해 말할 수 없습니다. 그의 전자기 및 광학 현상에 관한 결과는 주로 앞의 페이지에서 우리가 얻은 결과와 일치합니다. 주된 차이점은 Einstein이 단순히 가정하는 것을 우리는 전자기장의 기본 방정식에서 어느 정도의 어려움과 완전히 만족스럽지 못한 방식으로 연역했다는 것입니다. 그렇게 함으로써 그는 확실히 Michelson, Rayleigh 및 Brace의 실험과 같은 음의 결과에서 대립하는 효과의 우연한 보상이 아니라 일반적이고 기본적인 원리의 징후를 보도록 우리를 도왔다는 점에서 인정받을 수 있습니다. 또한 그의 시작점의 매혹적인 대담함 외에도, Einstein의 이론이 내 것보다 또 다른 뚜렷한 장점이 있다는 점을 지적하지 않는 것은 부당할 것입니다. 반면 나는 움직이는 축으로 표현된 방정식에 대해 정지된 시스템에 적용되는 방정식과 정확히 동일한 형태를 얻을 수 없었던 반면, Einstein은 내가 도입한 것과 약간 다른 새로운 변수 시스템의 수단으로 이를 달성했습니다.
Lorentz는 여전히 정지된 시계가 "참된 시간"을 나타내는 감지할 수 없는 에테르가 존재한다고 주장했음에도 불구하고:
1909: 그러나 나는 내가 이론을 제시한 형태가 유리하게 작용할 수도 있다고 생각합니다. 나는 전자기장과 그 에너지 및 진동의 자리가 될 수 있는 에테르를 어느 정도의 실질성을 부여하는 것 외에는 할 수 없으며, 그것이 모든 일반적인 물질과 얼마나 다를 수 있는지는 다른 문제입니다.
1910: 에테르가 있다면, 모든 시스템 x, y, z, t 아래에서 하나는 좌표축과 시계가 에테르 내에서 정지한다는 사실로 선호됩니다. 만약 이것을 공간과 시간이 완전히 다른 것이라는 생각(나는 이것을 기꺼이만 포기하고 싶음)과 "참된 시간"이 있다는 생각과 연결한다면(따라서 동시성은 위치에 무관할 것이며, 무한히 큰 속도를 생각할 수 있다는 상황과 일치함), 이 참된 시간이 에테르 내에서 정지한 시계로 표시되어야 한다는 것을 쉽게 볼 수 있습니다. 그러나 상대성 원리가 자연에서 일반적인 타당성을 가진다면, 방금 사용된 참조 시스템이 선호되는 시스템인지 결정할 수 없을 것입니다. 그러면 (Einstein과 Minkowski를 따르는) 에테르와 참된 시간의 존재를 부인하고 모든 참조 시스템을 동등하게 유효한 것으로 보는 것처럼 같은 결과에 도달합니다. 이 두 가지 사고 방식 중 어느 것을 따를지는 확실히 개인에게 맡길 수 있습니다.
Lorentz는 또한 Poincaré의 상대성에 대한 기여에 인정을 주었습니다.
실제로, 공식에 들어가는 물리량 중 일부에 대해 나는 가장 적합한 변환을 지적하지 않았습니다. 그것은 Poincaré에 의해 그리고 나중에 Einstein과 Minkowski 씨에 의해 수행되었습니다. 나는 방정식의 정확한 불변성을 얻는 데 성공하지 못했습니다. 반면 Poincaré는 전자역학 방정식의 완벽한 불변성을 얻었으며, 그는 "상대성의 공준"을 공식화했으며, 이는 그가 처음 사용한 용어입니다. 그의 내 작업의 불완전함을 수정함으로써 절대 나를 꾸짖지 않았다는 점을 추가해 봅시다.
Lorentz와 일반 상대성
Lorentz는 처음부터 Einstein의 일반 상대성 검색을 지지한 몇몇 과학자 중 한 사람이었습니다. 그는 여러 연구 논문을 작성했고 개인적으로 그리고 편지로 Einstein과 논의했습니다. 예를 들어, 1915년 Einstein의 형식주의를 Hamilton의 원리와 결합하려고 시도했으며, 1916년 좌표 없는 방식으로 재구성하려고 했습니다. Lorentz는 1919년에 다음과 같이 썼습니다:
5월 29일의 태양의 완전한 일식은 Albert Einstein에 의해 개발된 새로운 보편적 중력의 이론을 놀랍게 확인했으며, 따라서 이 이론의 정의가 자연 과학 분야에서 이루어진 가장 중요한 단계 중 하나라는 확신을 강화했습니다.
