Hendrik Antoon Lorentz ( / ˈl ɒr ən ts / ; 18 de julio de 1853 – 4 de febrero de 1928) fue un físico holandés que compartió el Premio Nobel de Física de 1902 con Pieter Zeeman por el descubrimiento y explicación teórica del efecto Zeeman . Derivó la transformación de Lorentz de la teoría especial de la relatividad , así como la fuerza de Lorentz , que describe las fuerzas eléctricas y magnéticas combinadas que actúan sobre una partícula cargada en un campo electromagnético . Lorentz también fue responsable del modelo del oscilador de Lorentz , un modelo clásico utilizado para describir la dispersión anómala observada en materiales dieléctricos cuando la frecuencia de conducción del campo eléctrico estaba cerca de la frecuencia de resonancia, lo que resultaba en índices de refracción anormales.
Según la biografía publicada por la Fundación Nobel , "bien se puede decir que Lorentz fue considerado por todos los físicos teóricos como el espíritu líder del mundo, que completó lo que sus predecesores dejaron inconcluso y preparó el terreno para la recepción fructífera de los nuevos Ideas basadas en la teoría cuántica ". [2] Recibió muchos otros honores y distinciones, incluido un mandato como presidente del Comité Internacional de Cooperación Intelectual , [3] precursor de la UNESCO , entre 1925 y 1928.
Hendrik Lorentz nació en Arnhem , Gelderland , Países Bajos , hijo de Gerrit Frederik Lorentz (1822–1893), un horticultor acomodado, y Geertruida van Ginkel (1826–1861). En 1862, tras la muerte de su madre, su padre se casó con Luberta Hupkes. A pesar de haber sido criado como protestante, era un librepensador en asuntos religiosos y asistía regularmente a misa católica en su iglesia local francesa. [B 1] De 1866 a 1869, asistió a la " Hogere Burgerschool " en Arnhem, un nuevo tipo de escuela secundaria pública recientemente establecida por Johan Rudolph Thorbecke . Sus resultados en la escuela fueron ejemplares; no sólo destacó en ciencias físicas y matemáticas, sino también en inglés, francés y alemán. En 1870 aprobó los exámenes de lenguas clásicas que entonces eran exigidos para la admisión a la Universidad. [B2]
Lorentz estudió física y matemáticas en la Universidad de Leiden , donde estuvo fuertemente influenciado por la enseñanza del profesor de astronomía Frederik Kaiser ; fue su influencia la que lo llevó a convertirse en físico. Después de obtener una licenciatura , regresó a Arnhem en 1871 para impartir clases nocturnas de matemáticas, pero continuó sus estudios en Leiden además de su puesto docente. En 1875, Lorentz obtuvo un doctorado con Pieter Rijke con una tesis titulada " Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht " (Sobre la teoría de la reflexión y refracción de la luz), en la que refinó la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell. . [B 2] [4]
El 17 de noviembre de 1877, con sólo 24 años de edad, Lorentz fue designado para la recién creada cátedra de física teórica en la Universidad de Leiden . Inicialmente, el puesto se le había ofrecido a Johan van der Waals , pero él aceptó un puesto en la Universiteit van Amsterdam . [B 2] El 25 de enero de 1878, Lorentz pronunció su conferencia inaugural sobre " De moleculaire theoriën in de natuurkunde " (Las teorías moleculares en física). En 1881, se convirtió en miembro de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos . [5]
Durante los primeros veinte años en Leiden, Lorentz estuvo interesado principalmente en la teoría electromagnética de la electricidad, el magnetismo y la luz. Después de eso, amplió su investigación a un área mucho más amplia, sin dejar de centrarse en la física teórica. Lorentz hizo importantes contribuciones en campos que van desde la hidrodinámica hasta la relatividad general . Sus contribuciones más importantes se produjeron en el área del electromagnetismo, la teoría del electrón y la relatividad. [B2]
Lorentz teorizó que los átomos podrían consistir en partículas cargadas y sugirió que las oscilaciones de estas partículas cargadas eran la fuente de luz. Cuando un colega y antiguo alumno de Lorentz, Pieter Zeeman , descubrió el efecto Zeeman en 1896, Lorentz aportó su interpretación teórica. El trabajo experimental y teórico fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1902. El nombre de Lorentz ahora se asocia con la ecuación de Lorentz-Lorenz , la fuerza de Lorentz , la distribución de Lorentz , el modelo del oscilador de Lorentz y la transformación de Lorentz .
En 1892 y 1895, Lorentz trabajó en la descripción de fenómenos electromagnéticos (la propagación de la luz) en sistemas de referencia que se mueven con respecto al postulado éter luminífero . [6] [7] Descubrió que la transición de un sistema de referencia a otro podía simplificarse utilizando una nueva variable de tiempo a la que llamó hora local y que dependía del tiempo universal y de la ubicación considerada. Aunque Lorentz no dio una interpretación detallada del significado físico de la hora local, con ella pudo explicar la aberración de la luz y el resultado del experimento de Fizeau . En 1900 y 1904, Henri Poincaré llamó a la hora local la "idea más ingeniosa" de Lorentz y la ilustró mostrando que los relojes en marcos en movimiento se sincronizan mediante el intercambio de señales luminosas que se supone viajan a la misma velocidad en contra y con el movimiento del marco . 8] [9] (ver Sincronización de Einstein y Relatividad de la simultaneidad ). En 1892, con el intento de explicar el experimento de Michelson-Morley , Lorentz también propuso que los cuerpos en movimiento se contraen en la dirección del movimiento (ver contracción de longitud ; George FitzGerald ya había llegado a esta conclusión en 1889). [10]
En 1899 y nuevamente en 1904, Lorentz añadió la dilatación del tiempo a sus transformaciones y publicó lo que Poincaré en 1905 denominó transformaciones de Lorentz . [11] [12]
Al parecer, Lorentz desconocía que Joseph Larmor había utilizado transformaciones idénticas para describir electrones en órbita en 1897. Las ecuaciones de Larmor y Lorentz parecen algo diferentes, pero son algebraicamente equivalentes a las presentadas por Poincaré y Einstein en 1905. [B 3] Artículo de Lorentz de 1904 incluye la formulación covariante de la electrodinámica, en la que los fenómenos electrodinámicos en diferentes sistemas de referencia se describen mediante ecuaciones idénticas con propiedades de transformación bien definidas. El artículo reconoce claramente la importancia de esta formulación, es decir, que los resultados de los experimentos electrodinámicos no dependen del movimiento relativo del sistema de referencia. El artículo de 1904 incluye una discusión detallada del aumento de la masa inercial de objetos que se mueven rápidamente en un intento inútil de hacer que el impulso se parezca exactamente al impulso newtoniano; También fue un intento de explicar la contracción de la longitud como la acumulación de "cosas" en la masa, haciéndola lenta y contrayéndose.
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En 1905, Einstein utilizaría muchos de los conceptos, herramientas matemáticas y resultados discutidos por Lorentz para escribir su artículo titulado " Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento ", [13] conocido hoy como la teoría especial de la relatividad. Debido a que Lorentz sentó las bases del trabajo de Einstein, esta teoría se llamó originalmente teoría de Lorentz-Einstein . [B 4]
En 1906, la teoría del electrón de Lorentz recibió un tratamiento completo en sus conferencias en la Universidad de Columbia , publicadas con el título La teoría de los electrones.
El aumento de masa fue la primera predicción de Lorentz y Einstein que se puso a prueba, pero algunos experimentos de Kaufmann parecieron mostrar un aumento de masa ligeramente diferente; esto llevó a Lorentz a la famosa observación de que estaba "au bout de mon latin" ("al final de mi [conocimiento del] latín" = al final de su ingenio) [14] La confirmación de su predicción tuvo que esperar hasta 1908 y más tarde (ver Experimentos de Kaufmann-Bucherer-Neumann ).
Lorentz publicó una serie de artículos sobre lo que llamó "el principio de relatividad de Einstein". Por ejemplo, en 1909, [15] [ verificación fallida ] 1910, [16] [17] 1914. [18] En sus conferencias de 1906 publicadas con adiciones en 1909 en el libro "La teoría de los electrones" (actualizado en 1915), habló afirmativamente de la teoría de Einstein: [15]
Por lo dicho quedará claro que las impresiones recibidas por los dos observadores A0 y A serían similares en todos los aspectos. Sería imposible decidir cuál de ellos se mueve o se detiene con respecto al éter, y no habría razón para preferir los tiempos y longitudes medidos por uno a los determinados por el otro, ni para decir que cualquiera de ellos es en posesión de los tiempos "verdaderos" o de las longitudes "verdaderas". Este es un punto en el que Einstein ha hecho especial hincapié, en una teoría en la que parte de lo que llama el principio de la relatividad; no puedo hablar aquí de las muchas aplicaciones muy interesantes que Einstein ha hecho de este principio. Sus resultados sobre los fenómenos electromagnéticos y ópticos concuerdan en lo principal con los que hemos obtenido en las páginas anteriores, siendo la principal diferencia que Einstein simplemente postula lo que hemos deducido, con cierta dificultad y no del todo satisfactoriamente, de las ecuaciones fundamentales del sistema electromagnético. campo. Al hacerlo, ciertamente puede atribuirse el mérito de hacernos ver en el resultado negativo de experimentos como los de Michelson, Rayleigh y Brace, no una compensación fortuita de efectos opuestos, sino la manifestación de un principio general y fundamental. Sería injusto no añadir que, además de la fascinante audacia de su punto de partida, la teoría de Einstein tiene otra marcada ventaja sobre la mía. Mientras que no he podido obtener para las ecuaciones referidas a ejes móviles exactamente la misma forma que para las que se aplican a un sistema estacionario, Einstein lo ha logrado por medio de un sistema de nuevas variables ligeramente diferentes de las que he introducido.
Aunque Lorentz todavía sostenía que existe un éter (indetectable) en el que los relojes en reposo indican el "tiempo verdadero":
1909: Sin embargo, creo que también se puede afirmar algo a favor de la forma en que he presentado la teoría. No puedo dejar de considerar el éter, que puede ser la sede de un campo electromagnético con su energía y sus vibraciones, como dotado de un cierto grado de sustancialidad, por muy diferente que sea de toda la materia ordinaria. [15]
1910: Siempre que exista éter, en todos los sistemas x, y, z, t se prefiere uno porque los ejes de coordenadas y los relojes descansan en el éter. Si se relaciona con esto la idea (que abandonaría a regañadientes) de que el espacio y el tiempo son cosas completamente diferentes y que existe un "tiempo verdadero" (la simultaneidad sería entonces independiente del lugar, de acuerdo con la circunstancia de que podemos tener la idea de velocidades infinitamente grandes), entonces se puede ver fácilmente que este tiempo verdadero debería indicarse mediante relojes en reposo en el éter. Sin embargo, si el principio de relatividad tuviera validez general en la naturaleza, no estaríamos en condiciones de determinar si el sistema de referencia que acabamos de utilizar es el preferido. Entonces se llega a los mismos resultados, como si (siguiendo a Einstein y Minkowski) se negara la existencia del éter y del tiempo verdadero y se consideraran igualmente válidos todos los sistemas de referencia. Cuál de estas dos formas de pensar se sigue, seguramente puede dejarse al criterio del individuo. [dieciséis]
Lorentz también dio crédito a las contribuciones de Poincaré a la relatividad. [19]
De hecho, para algunas de las cantidades físicas que entran en las fórmulas, no indiqué la transformación que más conviene. Eso lo hicieron Poincaré y luego Einstein y Minkowski. No logré obtener la invariancia exacta de las ecuaciones. Poincaré, por el contrario, obtuvo una perfecta invariancia de las ecuaciones de la electrodinámica y formuló el "postulado de la relatividad", términos que fue el primero en emplear. Añadamos que al corregir las imperfecciones de mi trabajo nunca me las reprochó.
Lorentz fue uno de los pocos científicos que apoyó la búsqueda de Einstein de la relatividad general desde el principio: escribió varios artículos de investigación y discutió con Einstein personalmente y por carta. [B 5] Por ejemplo, intentó combinar el formalismo de Einstein con el principio de Hamilton (1915), [20] y reformularlo sin coordenadas (1916). [21] [B 6] Lorentz escribió en 1919: [22]
El eclipse total de sol del 29 de mayo supuso una sorprendente confirmación de la nueva teoría del poder de atracción universal de la gravitación desarrollada por Albert Einstein, y reforzó así la convicción de que la definición de esta teoría es uno de los pasos más importantes jamás realizados. tomado en el ámbito de las ciencias naturales.
Lorentz dio una serie de conferencias en el otoño de 1926 en la Universidad de Cornell sobre la nueva mecánica cuántica ; en ellos presentó la mecánica ondulatoria de Erwin Schrödinger . [23]
Einstein escribió sobre Lorentz:
1928: La enorme importancia de su obra radica en que constituye la base de la teoría de los átomos y de las teorías general y especial de la relatividad. La teoría especial fue una exposición más detallada de aquellos conceptos que se encuentran en las investigaciones de Lorentz de 1895. [B 7]
1953: Para mí personalmente significó más que todos los demás que he conocido en el camino de mi vida. [B 8]
Poincaré (1902) dijo de la teoría de la electrodinámica de Lorentz: [24]
La teoría más satisfactoria es la de Lorentz; es indiscutiblemente la teoría que mejor explica los hechos conocidos, la que pone de relieve el mayor número de relaciones conocidas. Se debe a Lorentz que los resultados de Fizeau sobre la óptica de los cuerpos en movimiento, las leyes de dispersión normal y anormal y de absorción estén relacionados entre sí. Observemos la facilidad con la que el nuevo fenómeno de Zeeman encontró su lugar e incluso ayudó a clasificar la rotación magnética de Faraday, que había desafiado todos los esfuerzos de Maxwell .
Paul Langevin (1911) dijo de Lorentz: [B 9]
La principal fama de Lorentz será haber demostrado que las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo también permiten un grupo de transformaciones que les permite retomar la misma forma cuando se realiza una transición de un sistema de referencia a otro. Este grupo se diferencia fundamentalmente del grupo anterior en lo que respecta a las transformaciones del espacio y del tiempo.''
Lorentz y Emil Wiechert mantuvieron una interesante correspondencia sobre los temas del electromagnetismo y la teoría de la relatividad, y Lorentz explicó sus ideas en cartas a Wiechert. [B 10]
Lorentz fue presidente de la primera Conferencia Solvay celebrada en Bruselas en el otoño de 1911. Poco después de la conferencia, Poincaré escribió un ensayo sobre física cuántica que da una idea del estatus de Lorentz en ese momento: [25]
En todo momento se podía oír a los veinte físicos de diferentes países hablar de la [mecánica cuántica] que contrastaban con la antigua mecánica. Ahora bien, ¿cuál era la vieja mecánica? ¿Fue el de Newton, el que todavía reinaba sin oposición a finales del siglo XIX? No, fue la mecánica de Lorentz, la que trataba del principio de relatividad; el que, hace apenas cinco años, parecía el colmo de la audacia.
En 1910, Lorentz decidió reorganizar su vida. Sus tareas docentes y administrativas en la Universidad de Leiden le ocupaban demasiado tiempo, dejándole poco tiempo para la investigación. En 1912, renunció a su cátedra de física teórica para convertirse en curador del "Gabinete de Física" del Museo Teylers en Haarlem . Siguió vinculado a la Universidad de Leiden como profesor externo, y sus "conferencias de los lunes por la mañana" sobre los nuevos avances en física teórica pronto se volvieron legendarias. [B2]
Lorentz inicialmente pidió a Einstein que lo sucediera como profesor de física teórica en Leiden. Sin embargo, Einstein no pudo aceptar porque acababa de aceptar un puesto en ETH Zurich . Einstein no se arrepentía de ello, ya que la perspectiva de tener que ocupar el lugar de Lorentz le hacía temblar. En cambio, Lorentz nombró a Paul Ehrenfest como su sucesor en la cátedra de física teórica de la Universidad de Leiden, quien fundaría el Instituto de Física Teórica que pasaría a ser conocido como Instituto Lorentz . [B2]
Después de la Primera Guerra Mundial, Lorentz fue uno de los impulsores de la fundación de la "Wetenschappelijke Commissie van Advies en Onderzoek in het Belang van Volkswelvaart en Weerbaarheid", un comité que debía aprovechar el potencial científico unido en la Real Academia de las Artes de los Países Bajos. y Ciencias (KNAW) para resolver problemas civiles como la escasez de alimentos resultante de la guerra. Lorentz fue nombrado presidente del comité. Sin embargo, a pesar de los mejores esfuerzos de muchos de los participantes, el comité obtuvo poco éxito. Con la única excepción de que finalmente dio lugar a la fundación de TNO, la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada . [B2]
El gobierno holandés también pidió a Lorentz que presidiera un comité para calcular algunos de los efectos de la propuesta presa de control de inundaciones Afsluitdijk (Enclosure Dam) sobre los niveles de agua en Waddenzee . La ingeniería hidráulica era principalmente una ciencia empírica en ese momento, pero la perturbación del flujo de marea causada por el Afsluitdijk no tenía precedentes que no se podía confiar en las reglas empíricas. Originalmente se suponía que Lorentz sólo tendría un papel de coordinación en el comité, pero rápidamente se hizo evidente que Lorentz era el único físico que tenía alguna influencia fundamental en el problema. Entre 1918 y 1926, Lorentz invirtió gran parte de su tiempo en el problema. [26] Lorentz propuso partir de las ecuaciones hidrodinámicas básicas de movimiento y resolver el problema numéricamente. Esto era factible para una " computadora humana " debido a la naturaleza casi unidimensional del flujo de agua en el Waddenzee . El Afsluitdijk se completó en 1932 y las predicciones de Lorentz y su comité resultaron ser notablemente precisas. [B 11] [B 2] Uno de los dos juegos de esclusas del Afsluitdijk lleva su nombre.
En 1881, Lorentz se casó con Aletta Catharina Kaiser. Su padre era JW Kaiser, profesor de la Academia de Bellas Artes. Fue el director del museo que más tarde se convirtió en el conocido Rijksmuseum (Galería Nacional). También fue el diseñador de los primeros sellos postales de los Países Bajos.
De este matrimonio hubo dos hijas y un hijo.
La Dra. Geertruida Luberta Lorentz , la hija mayor, era física. Se casó con el profesor Wander Johannes de Haas , director del laboratorio criogénico de la Universidad de Leiden. [27]
En enero de 1928, Lorentz enfermó gravemente y murió poco después, el 4 de febrero. [B 2] El respeto con el que fue tenido en los Países Bajos se desprende de la descripción que hace Owen Willans Richardson de su funeral:
El funeral tuvo lugar en Haarlem el viernes 10 de febrero al mediodía. A las doce en punto, los servicios estatales de telégrafo y teléfono de Holanda fueron suspendidos durante tres minutos como venerado homenaje al hombre más grande que los Países Bajos han producido en nuestros tiempos. Asistieron muchos colegas y físicos distinguidos de países extranjeros. El presidente, Sir Ernest Rutherford , representó a la Royal Society y pronunció un discurso de agradecimiento junto a la tumba.
- OW Richardson [B 12]
Imágenes únicas de 1928 de la procesión fúnebre con un carruaje principal seguido por diez dolientes, seguido de un carruaje con el ataúd, seguido a su vez por al menos cuatro carruajes más, pasando por una multitud en Grote Markt, Haarlem , desde Zijlstraat hasta Smedestraat y luego de regreso por Grote Houtstraat hacia Barteljorisstraat, de camino a "Algemene Begraafplaats" en Kleverlaan (cementerio del norte de Haarlem), está digitalizado en YouTube . [B 13] Al funeral asistieron, entre otros, Albert Einstein y Marie Curie . [28]
Lorentz es considerado uno de los principales representantes de la "Segunda Edad de Oro holandesa", un período de varias décadas alrededor de 1900 en el que las ciencias naturales florecieron en los Países Bajos. [B2]
Richardson describe a Lorentz como:
Un hombre de notables capacidades intelectuales. Aunque inmerso en su propia investigación del momento, siempre parecía tener a su alcance sus ramificaciones en todos los rincones del universo. La singular claridad de sus escritos proporciona un sorprendente reflejo de sus maravillosos poderes a este respecto. Poseía y empleó con éxito la vivacidad mental necesaria para seguir la interacción de la discusión, la perspicacia necesaria para extraer declaraciones que iluminen las dificultades reales y la sabiduría para conducir la discusión por canales fructíferos, y lo hizo con tanta habilidad. que el proceso era apenas perceptible. [B 12]
MJ Klein (1967) escribió sobre la reputación de Lorentz en la década de 1920:
Durante muchos años, los físicos siempre habían estado ansiosos por "escuchar lo que Lorentz diría al respecto" cuando se proponía una nueva teoría y, incluso a los setenta y dos años, él no los decepcionó. [B 14]
Además del Premio Nobel , Lorentz recibió numerosos honores por su destacado trabajo. Fue elegido miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1905 . [1] La Sociedad le otorgó la Medalla Rumford en 1908 y la Medalla Copley en 1918. Fue elegido miembro honorario de la Sociedad Química de los Países Bajos en 1912. [29] Fue miembro internacional de la Sociedad Filosófica Estadounidense , Estados Unidos. Academia Nacional de Ciencias y Academia Estadounidense de Artes y Ciencias . [30] [31] [32]
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Curie uit París;
...profe.
dr.
A. Einstein en Berlín;
Aunque creció en círculos protestantes, fue un librepensador en materia religiosa;
Asistía regularmente a la iglesia francesa local para mejorar su francés.
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