حتى الآن كان يُعتقد أن الزمان والمكان كانا موجودين بأنفسهما، حتى لو لم يكن هناك شيء آخر -- لا شمس، لا أرض، لا نجوم -- بينما نحن الآن نعلم أن الزمان والمكان ليسا وعاءً للكون، بل لا يمكن أن يكونا موجودين على الإطلاق إذا لم يكن هناك محتوى، أي لا شمس ولا أرض وأجرام سماوية أخرى.
Hendrik Antoon Lorentz كان عالم فيزياء هولندياً تقاسم جائزة نوبل للفيزياء عام 1902 مع Pieter Zeeman لاكتشافهما والتفسير النظري لتأثير Zeeman. كما اشتق معادلات التحويل الكامنة وراء نظرية النسبية الخاصة لـ Albert Einstein.
وفقاً للسيرة الذاتية التي نشرتها مؤسسة نوبل، "يمكن القول بكل تأكيد أن Lorentz كان يُعتبر من قبل جميع الفيزيائيين النظريين الروح الرائدة في العالم، الذي أكمل ما تركه أسلافه غير مكتمل وأعد الأرضية لاستقبال فعّال للأفكار الجديدة المبنية على نظرية الكم." تلقى العديد من الأوسمة والتكريمات، بما في ذلك منصب رئيس اللجنة الدولية للتعاون الفكري، السلف المباشر لليونسكو، بين عامي 1925 و1928.
السيرة الذاتية
الحياة المبكرة
وُلد Hendrik Lorentz في Arnhem بمقاطعة Gelderland في هولندا، وهو ابن Gerrit Frederik Lorentz (1822–1893)، وهو بستاني ثري الحال، و Geertruida van Ginkel (1826–1861). في عام 1862، بعد وفاة والدته، تزوج والده Luberta Hupkes. على الرغم من تربيته على البروتستانتية، كان حراً في تفكيره في الأمور الدينية. من عام 1866 إلى 1869، التحق بمدرسة "Hogere Burger School" في Arnhem، وهي نوع جديد من المدارس الثانوية العامة أنشأها مؤخراً Johan Rudolph Thorbecke. كانت نتائجه في المدرسة نموذجية؛ لم يتفوق فقط في العلوم الفيزيائية والرياضيات، بل أيضاً في اللغة الإنجليزية والفرنسية والألمانية. في عام 1870، نجح في امتحانات اللغات الكلاسيكية التي كانت مطلوبة آنذاك للقبول في الجامعة.
درس Lorentz الفيزياء والرياضيات في جامعة Leiden، حيث تأثر بشدة بتدريس أستاذ الفلك Frederik Kaiser؛ كان تأثيره هو الذي دفعه ليصبح فيزيائياً. بعد حصوله على درجة البكالوريوس، عاد إلى Arnhem عام 1871 ليدرّس دروس الليل في الرياضيات، لكنه واصل دراسته في Leiden بالإضافة إلى منصبه التدريسي. في عام 1875، حصل Lorentz على درجة الدكتوراه تحت إشراف Pieter Rijke برسالة بعنوان "Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht" (حول نظرية انعكاس وانكسار الضوء)، حيث طوّر نظرية الكهرومغناطيسية لـ James Clerk Maxwell.
المسيرة الوظيفية
أستاذ في Leiden
في 17 نوفمبر 1877، وفي عمر يبلغ 24 سنة فقط، تم تعيين Hendrik Antoon Lorentz في منصب الفيزياء النظرية المنشأ حديثاً في جامعة Leiden. كان قد تم عرض المنصب في البداية على Johan van der Waals، لكنه قبل منصباً في Universiteit van Amsterdam. في 25 يناير 1878، ألقى Lorentz محاضرته الافتتاحية عن "De moleculaire theoriën in de natuurkunde" (النظريات الجزيئية في الفيزياء). في عام 1881، أصبح عضواً في الأكاديمية الملكية الهولندية للفنون والعلوم.
خلال السنوات العشرين الأولى في Leiden، كان Lorentz مهتماً بشكل أساسي بنظرية الكهرومغناطيسية للكهرباء والمغناطيسية والضوء. بعد ذلك، وسّع بحثه ليشمل مساحة أوسع بكثير مع التركيز المستمر على الفيزياء النظرية. قدم Lorentz مساهمات كبيرة في مجالات تتراوح من الديناميكا المائية إلى النسبية العامة. كانت أهم مساهماته في مجالات الكهرومغناطيسية ونظرية الإلكترون والنسبية.
افترض Lorentz أن الذرات قد تتكون من جزيئات مشحونة واقترح أن تذبذبات هذه الجزيئات المشحونة كانت مصدر الضوء. عندما اكتشف زميل ودارس سابق لـ Lorentz، Pieter Zeeman، تأثير Zeeman عام 1896، قدم Lorentz تفسيره النظري. تم تكريم العمل التجريبي والنظري بجائزة نوبل للفيزياء عام 1902. اسم Lorentz الآن مرتبط بمعادلة Lorentz–Lorenz، وقوة Lorentz، وتوزيع Lorentzian، وتحويل Lorentz.
الديناميكا الكهربائية والنسبية
في عامي 1892 و1895، عمل Lorentz على وصف الظواهر الكهرومغناطيسية وانتشار الضوء في أطر مرجعية تتحرك بالنسبة للأثير المضيء المفترض. اكتشف أنه يمكن تبسيط الانتقال من إطار مرجعي إلى آخر باستخدام متغير زمني جديد أطلق عليه الوقت المحلي والذي يعتمد على الوقت العالمي والموقع قيد النظر. على الرغم من أن Lorentz لم يقدم تفسيراً مفصلاً للأهمية الفيزيائية للوقت المحلي، إلا أنه من خلاله استطاع شرح انحراف الضوء ونتيجة تجربة Fizeau. في عامي 1900 و1904، أطلق Henri Poincaré على الوقت المحلي لـ Lorentz "الفكرة الأكثر براعة" وأوضحها بإظهار أن الساعات في الأطر المتحركة تتزامن من خلال تبديل إشارات ضوئية يُفترض أن تنتقل بنفس السرعة مع وضد حركة الإطار (انظر مزامنة Einstein والنسبية المتزامنة). في عام 1892، ومع محاولة شرح تجربة Michelson–Morley، افترض Lorentz أيضاً أن الأجسام المتحركة تنقبض في اتجاه الحركة (انظر تقلص الطول)؛ كان George FitzGerald قد توصل بالفعل إلى هذا الاستنتاج عام 1889.
في عامي 1899 و1904، أضاف Lorentz تمدد الزمن إلى تحويلاته ونشر ما أطلق عليه Poincaré اسم تحويلات Lorentz عام 1905. يبدو أنه كان غير معروف لـ Lorentz أن Joseph Larmor قد استخدم تحويلات متطابقة لوصف الإلكترونات المدارية عام 1897. معادلات Larmor و Lorentz تبدو مختلفة نوعاً ما، لكنها معادلة جبرياً لتلك المقدمة من قبل Poincaré و Einstein عام 1905. تتضمن ورقة Lorentz لعام 1904 الصيغة المتغيرة المشتركة للديناميكا الكهربائية، والتي توصف فيها الظواهر الكهرومغناطيسية في أطر مرجعية مختلفة بمعادلات متطابقة مع خصائص تحويل محددة جيداً. تعترف الورقة بوضوح بأهمية هذه الصيغة، وهي أن نتائج التجارب الكهرومغناطيسية لا تعتمد على الحركة النسبية للإطار المرجعي. تتضمن ورقة 1904 مناقشة مفصلة لزيادة الكتلة الخاملة للأجسام سريعة الحركة في محاولة عقيمة لجعل الزخم يبدو تماماً مثل الزخم النيوتوني؛ كانت أيضاً محاولة لشرح تقلص الطول كتراكم "المادة" على الكتلة مما يجعلها تبطئ وتنقبض.
Lorentz والنسبية الخاصة
في عام 1905، استخدم Einstein الكثير من المفاهيم والأدوات الرياضية والنتائج التي ناقشها Lorentz لكتابة ورقته البعنوان "On the Electrodynamics of Moving Bodies" (حول ديناميكا الأجسام المتحركة الكهرومغناطيسية)، المعروفة اليوم باسم نظرية النسبية الخاصة. لأن Lorentz وضع الأساس للعمل الذي قام به Einstein، سُميت هذه النظرية في الأصل نظرية Lorentz–Einstein.
في عام 1906، تلقت نظرية الإلكترون لـ Lorentz معاملة كاملة في محاضراته في جامعة Columbia، نُشرت تحت عنوان "The Theory of Electrons" (نظرية الإلكترون).
كانت زيادة الكتلة أول تنبؤ من قبل Lorentz و Einstein تم اختباره، لكن بعض التجارب التي أجراها Kaufmann بدت تظهر زيادة كتلة مختلفة قليلاً؛ هذا أدى Lorentz إلى الملاحظة الشهيرة بأنه كان "au bout de mon latin" (في نهاية علمي اللاتيني) = في حيرة من أمره. كان يجب الانتظار حتى عام 1908 وما بعده لتأكيد تنبؤه (انظر تجارب Kaufmann–Bucherer–Neumann).
نشر Lorentz سلسلة من الأوراق تتعامل مع ما أطلق عليه "مبدأ النسبية لـ Einstein". على سبيل المثال، في عامي 1909 و1910 و1914. في محاضراته لعام 1906 نُشرت مع إضافات عام 1909 في الكتاب "The theory of electrons" (نظرية الإلكترون) محدثة عام 1915، تحدث بإيجابية عن نظرية Einstein:
سيكون من الواضح بناءً على ما قيل أن الانطباعات التي تلقاها المراقبان A0 و A ستكون متشابهة في جميع الجوانب. سيكون من المستحيل تحديد أيهما يتحرك أو يقف ثابتاً بالنسبة للأثير، ولن يكون هناك سبب لتفضيل الأوقات والأطوال المقاسة من قبل أحدهما على تلك التي حددها الآخر، أو للقول بأن أحدهما يمتلك الأوقات "الحقيقية" أو الأطوال "الحقيقية". هذه نقطة شدد عليها Einstein بشكل خاص في نظرية يبدأ فيها بما يسميه مبدأ النسبية. لا يمكنني أن أتحدث هنا عن العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام التي أجراها Einstein لهذا المبدأ. نتائجه بشأن الظواهر الكهرومغناطيسية والبصرية تتفق بشكل أساسي مع تلك التي حصلنا عليها في الصفحات السابقة، والفرق الرئيسي هو أن Einstein يفترض ببساطة ما استنتجناه بصعوبة وليس بشكل مرضٍ تماماً من المعادلات الأساسية للحقل الكهرومغناطيسي. بفعله ذلك، يمكنه بالتأكيد أن يستحق الفضل لجعلنا نرى في النتيجة السلبية للتجارب مثل تلك الخاصة بـ Michelson و Rayleigh و Brace، ليس تعويضاً عرضياً للتأثيرات المتعارضة، بل مظهراً لمبدأ عام وأساسي. سيكون من الجائر عدم الإضافة بأنه، بالإضافة إلى الجرأة الساحرة لنقطة انطلاقه، تتمتع نظرية Einstein بميزة ملحوظة أخرى على الخاصة بي. في حين أنني لم أتمكن من الحصول على المعادلات المشار إليها للمحاور المتحركة بالشكل الدقيق نفسه كما هو الحال بالنسبة لتلك المعادلات التي تنطبق على نظام ثابت، حقق Einstein هذا من خلال نظام متغيرات جديدة مختلفة قليلاً عن تلك التي قدمتها.
على الرغم من أن Lorentz لا يزال يحتفظ بفكرة أن هناك أثيراً غير قابل للكشف تشير فيه الساعات الثابتة إلى "الوقت الحقيقي":
1909: ومع ذلك، أعتقد أنه يمكن أيضاً المطالبة بشيء لصالح الشكل الذي قدمت به النظرية. لا يسعني إلا أن أعتبر الأثير، الذي يمكن أن يكون مقر الحقل الكهرومغناطيسي بطاقته وذبذباته، موهوباً بدرجة معينة من الواقعية، مهما اختلف عن كل المادة العادية.
1910: على افتراض وجود أثير، إذن في جميع الأنظمة x، y، z، t، يفضل أحدها بحقيقة أن المحاور الإحداثية وكذلك الساعات تكون ثابتة في الأثير. إذا ربط أحد هذا بالفكرة (التي لا أود التخلي عنها إلا بشدة) بأن المكان والزمان أشياء مختلفة تماماً، وأن هناك "وقتاً حقيقياً" (بحيث يكون التزامن مستقلاً عن الموقع، بما يتفق مع حقيقة أنه يمكن لنا أن نكون لدينا فكرة عن سرعات كبيرة بلا حدود)، فيمكن بسهولة أن نرى أن هذا الوقت الحقيقي يجب أن تشير إليه الساعات الثابتة في الأثير. ومع ذلك، إذا كان مبدأ النسبية ذا صلاحية عامة في الطبيعة، فلن يكون لدينا موقف نتمكن فيه من تحديد ما إذا كان النظام المرجعي المستخدم فقط هو الفضل. ثم نصل إلى نفس النتائج، كما لو أن أحداً (متابعاً Einstein و Minkowski) ينكر وجود الأثير والوقت الحقيقي، وينظر إلى جميع الأنظمة المرجعية على أنها صحيحة بالتساوي. أي من هاتين طريقتي التفكير التي يتابعها المرء يمكن بالتأكيد أن ترك للفرد.
أعطى Lorentz أيضاً الفضل لمساهمات Poincaré في النسبية.
في الواقع، بالنسبة لبعض الكميات الفيزيائية التي تدخل الصيغ، لم أشير إلى التحويل الذي يناسب بشكل أفضل. تم ذلك بواسطة Poincaré ثم من قبل السيد Einstein و Minkowski. لم أنجح في الحصول على الثبات الدقيق للمعادلات. Poincaré، على النقيض من ذلك، حصل على ثبات كامل لمعادلات الديناميكا الكهربائية، وصاغ "مسلمة النسبية"، وهي المصطلحات التي كان أول من استخدمها. دعنا نضيف أنه بتصحيح أوجه القصور في عملي
