Hasta ahora se creía que el tiempo y el espacio existían por sí solos, incluso si no había nada más--ni sol, ni tierra, ni estrellas--mientras que ahora sabemos que el tiempo y el espacio no son el recipiente del universo, sino que no podrían existir en absoluto si no hubiera contenido, es decir, sin sol, tierra y otros cuerpos celestes.
Hendrik Antoon Lorentz fue un físico neerlandés que compartió el Premio Nobel de Física de 1902 con Pieter Zeeman por el descubrimiento y la explicación teórica del efecto Zeeman. También derivó las ecuaciones de transformación que fundamentan la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein.
Según la biografía publicada por la Fundación Nobel, "Bien puede decirse que Lorentz fue considerado por todos los físicos teóricos como el espíritu líder mundial, quien completó lo que quedó inacabado por sus predecesores y preparó el terreno para la recepción fructífera de las nuevas ideas basadas en la teoría cuántica." Recibió muchos honores y distinciones, incluyendo un período como presidente del Comité Internacional de Cooperación Intelectual, el precursor de la UNESCO, entre 1925 y 1928.
Biografía
Primeros años
Hendrik Lorentz nació en Arnhem, Güeldres, Países Bajos, hijo de Gerrit Frederik Lorentz 1822–1893, un próspero horticultor, y Geertruida van Ginkel 1826–1861. En 1862, después de la muerte de su madre, su padre se casó con Luberta Hupkes. A pesar de haber sido criado como protestante, fue un librepensador en asuntos religiosos. De 1866 a 1869, asistió a la "Hogere Burger School" en Arnhem, un nuevo tipo de escuela secundaria pública recientemente establecida por Johan Rudolph Thorbecke. Sus resultados escolares fueron ejemplares; no solo sobresalió en las ciencias físicas y las matemáticas, sino también en inglés, francés y alemán. En 1870, aprobó los exámenes en lenguas clásicas que entonces eran obligatorios para la admisión a la Universidad.
Lorentz estudió física y matemáticas en la Universidad de Leiden, donde fue 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 enseñar clases nocturnas de matemáticas, pero continuó sus estudios en Leiden además de su posición docente. En 1875, Lorentz obtuvo un doctorado bajo la supervisión de 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.
Carrera
Profesor en Leiden
El 17 de noviembre de 1877, con solo 24 años de edad, Hendrik Antoon Lorentz fue nombrado para la recién establecida cátedra de física teórica en la Universidad de Leiden. La posición había sido ofrecida inicialmente a Johan van der Waals, pero él aceptó una posición en la Universiteit van Amsterdam. El 25 de enero de 1878, Lorentz pronunció su lección inaugural sobre "De moleculaire theoriën in de natuurkunde" Las teorías moleculares en la física. En 1881, se convirtió en miembro de la Real Academia Neerlandesa de Artes y Ciencias.
Durante los primeros veinte años en Leiden, Lorentz se interesó principalmente por la teoría electromagnética de la electricidad, el magnetismo y la luz. Después de eso, extendió su investigación a un área mucho más amplia mientras seguía enfocándose en la física teórica. Lorentz realizó contribuciones significativas a campos que van desde la hidrodinámica a la relatividad general. Sus contribuciones más importantes fueron en el área del electromagnetismo, la teoría del electrón y la relatividad.
Lorentz teorizó que los átomos podrían consistir en partículas cargadas y sugirió que las oscilaciones de estas partículas cargadas eran la fuente de la luz. Cuando un colega y antiguo estudiante de Lorentz, Pieter Zeeman, descubrió el efecto Zeeman en 1896, Lorentz proporcionó su interpretación teórica. El trabajo experimental y teórico fue honrado 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 Lorentzian y la transformación de Lorentz.
Electrodinámica y relatividad
En 1892 y 1895, Lorentz trabajó en la descripción de fenómenos electromagnéticos la propagación de la luz en marcos de referencia que se mueven relativamente al postulado éter luminífero. Descubrió que la transición de un marco de referencia a otro podría simplificarse utilizando una nueva variable de tiempo que llamó tiempo local y que dependía del tiempo universal y de la ubicación considerada. Aunque Lorentz no dio una interpretación detallada del significado físico del tiempo local, con él, pudo explicar la aberración de la luz y el resultado del experimento de Fizeau. En 1900 y 1904, Henri Poincaré llamó al tiempo local de Lorentz la "idea más ingeniosa" y la ilustró mostrando que los relojes en marcos móviles se sincronizan intercambiando señales de luz que se asume viajan a la misma velocidad contra y con el movimiento del marco 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 móviles se contraen en la dirección del movimiento ver contracción de longitud; George FitzGerald ya había llegado a esta conclusión en 1889.
En 1899 y nuevamente en 1904, Lorentz añadió dilatación del tiempo a sus transformaciones y publicó lo que Poincaré en 1905 llamó transformaciones de Lorentz. Aparentemente era desconocido para Lorentz que Joseph Larmor había utilizado transformaciones idénticas para describir electrones orbitales en 1897. Las ecuaciones de Larmor y Lorentz se ven algo diferentes, pero son algebraicamente equivalentes a las presentadas por Poincaré y Einstein en 1905. El artículo de Lorentz de 1904 incluye la formulación covariante de la electrodinámica, en la que los fenómenos electrodinámicos en diferentes marcos 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 marco 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 momento se vea exactamente como el momento newtoniano; también fue un intento de explicar la contracción de longitud como la acumulación de "materia" en la masa haciéndola lenta y contrayéndola.
Lorentz y la relatividad especial
En 1905, Einstein utilizaría muchos de los conceptos, herramientas matemáticas y resultados que Lorentz discutió para escribir su artículo titulado "Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento", conocido hoy como la teoría especial de la relatividad. Debido a que Lorentz sentó los fundamentos para el trabajo de Einstein, esta teoría fue llamada originalmente la teoría de Lorentz–Einstein.
En 1906, la teoría del electrón de Lorentz recibió un tratamiento completo en sus conferencias en la Universidad de Columbia, publicadas bajo el título La teoría de los electrones.
El aumento de masa fue la primera predicción de Lorentz y Einstein en ser probada, 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 latín" = sin ideas La confirmación de su predicción tuvo que esperar hasta 1908 y después ver experimentos de Kaufmann–Bucherer–Neumann.
Lorentz publicó una serie de artículos sobre lo que él llamó "el principio de relatividad de Einstein". Por ejemplo, en 1909, 1910, 1914. En sus conferencias de 1906 publicadas con adiciones en 1909 en el libro "La teoría de los electrones" actualizado en 1915, habló afirmativamente sobre la teoría de Einstein:
Quedará claro por lo que se ha dicho que las impresiones recibidas por los dos observadores A0 y A serían iguales en todos los aspectos. Sería imposible decidir cuál de ellos se mueve o permanece quieto 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 está en posesión de los "tiempos verdaderos" o las "longitudes verdaderas". Este es un punto al que Einstein ha puesto particular énfasis, en una teoría en la que comienza con lo que él llama el principio de relatividad, no puedo hablar aquí de las muchas aplicaciones altamente interesantes que Einstein ha hecho de este principio. Sus resultados concernientes a fenómenos electromagnéticos y ópticos están principalmente de acuerdo con aquellos que hemos obtenido en las páginas anteriores, siendo la diferencia principal que Einstein simplemente postula lo que nosotros hemos deducido, con alguna dificultad y no completamente satisfactoriamente, de las ecuaciones fundamentales del campo electromagnético. Al hacer esto, ciertamente puede reclamar 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 audacia fascinante de su punto de partida, la teoría de Einstein tiene otra ventaja marcada sobre la mía. Mientras que no he sido capaz de obtener para las ecuaciones referidas a ejes móviles exactamente la misma forma que para aquellas que se aplican a un sistema estacionario, Einstein ha logrado esto por medio de un sistema de nuevas variables ligeramente diferentes de las que he introducido.
Aunque Lorentz aún mantenía que hay un éter indetectable en el que los relojes en reposo indican el "tiempo verdadero":
1909: Sin embargo, creo que también se puede alegar algo a favor de la forma en que he presentado la teoría. No puedo sino considerar el éter, que puede ser la sede de un campo electromagnético con su energía y sus vibraciones, como dotado de cierto grado de sustancialidad, por muy diferente que sea de toda materia ordinaria.
1910: Siempre que haya un éter, entonces bajo todos los sistemas x, y, z, t, uno es preferido por el hecho de que los ejes de coordenadas así como los relojes están en reposo en el éter. Si se conecta esto con la idea (que abandonaría solo con reluctancia) de que el espacio y el tiempo son cosas completamente diferentes, y que hay un "tiempo verdadero" (la simultaneidad así sería independiente de la ubicación, en acuerdo con la circunstancia de que podemos tener la idea de velocidades infinitamente grandes), entonces se puede ver fácilmente que este tiempo verdadero debería ser indicado por relojes en reposo en el éter. Sin embargo, si el principio de relatividad tuviera validez general en la naturaleza, no se estaría en la posición de determinar si el sistema de referencia que se acaba de usar es el preferido. Entonces se llega a los mismos resultados que si uno (siguiendo a Einstein y Minkowski) niega la existencia del éter y del tiempo verdadero, y ve todos los sistemas de referencia como igualmente válidos. Cuál de estas dos formas de pensar se está siguiendo, ciertamente se puede dejar al individuo.
Lorentz también dio crédito a las contribuciones de Poincaré a la relatividad.
De hecho, para algunas de las cantidades físicas que entran en las fórmulas, no indiqué la transformación que mejor se adapta. Eso fue hecho por Poincaré y luego por el Sr. Einstein y Minkowski. No conseguí obtener la invariancia exacta de las ecuaciones. Poincaré, por el contrario, obtuvo una invariancia perfecta de las ecuaciones de la electrodinámica, y formuló el "postulado de relatividad", términos que fue el primero en emplear. Añadamos que al corregir las imperfecciones de mi trabajo nunca me reproché por ellas.
Lorentz y la relatividad general
Lorentz fue uno de los pocos científicos que apoyaron la búsqueda de Einstein por la relatividad general desde el principio – escribió varios artículos de investigación y discutió con Einstein personalmente y por carta. Por ejemplo, intentó combinar el formalismo de Einstein con el principio de Hamilton 1915, y reformularlo de una manera libre de coordenadas 1916. Lorentz escribió en 1919:
El eclipse total del sol del 29 de mayo resultó en una confirmación sorprendente de la nueva teoría de la atracción gravitatoria universal desarrollada por Albert Einstein, y así reforzó la convicción de que la definición de esta teoría es uno de los pasos más importantes jamás tomados en el dominio de la ciencia natural.
Lorentz y la mecánica cuántica
Lorentz dio una serie de conferencias en el otoño de 1926 en la Universidad de Cornell sobre la nueva mecánica cuántica; en estas presentó la mecánica ondulatoria de Erwin Schrödinger.
Evaluaciones
Einstein escribió sobre Lorentz:
1928: La enorme importancia de su trabajo consistía en que forma la base para la teoría de los átomos y para las teorías generales y especiales de la relatividad. La teoría especial fue una exposición más detallada de aquellos conceptos que se encuentran en la investigación de Lorentz de 1895.
1953: Para mí personalmente significó más que todos los demás que he conocido en el viaje de mi vida.
Poincaré 1902 dijo sobre la teoría de la electrodinámica de Lorentz:
La teoría más satisfactoria es la de Lorentz; es indiscutiblemente la teoría que mejor explica los hechos conocidos, la que arroja
