Até agora acreditava-se que o tempo e o espaço existiam por si mesmos, mesmo que não houvesse mais nada — sem sol, sem terra, sem estrelas — enquanto agora sabemos que o tempo e o espaço não são o recipiente do universo, mas não poderiam existir de forma alguma se não houvesse conteúdo, ou seja, sem sol, terra e outros corpos celestes.
Hendrik Antoon Lorentz foi um físico holandês que compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 1902 com Pieter Zeeman pela descoberta e explicação teórica do efeito Zeeman. Ele também derivou as equações de transformação que fundamentam a teoria da relatividade especial de Albert Einstein.
De acordo com a biografia publicada pela Fundação Nobel, "Pode-se bem dizer que Lorentz era considerado por todos os físicos teóricos como o líder espiritual do mundo, que completou o que foi deixado inacabado por seus predecessores e preparou o terreno para a recepção frutífera das novas ideias baseadas na teoria quântica." Ele recebeu muitas honrarias e distinções, incluindo um mandato como presidente do Comitê Internacional de Cooperação Intelectual, precursor da UNESCO, entre 1925 e 1928.
Biografia
Primeiros anos
Hendrik Lorentz nasceu em Arnhem, Gelderland, Países Baixos, filho de Gerrit Frederik Lorentz 1822–1893, um horticultor abastado, e Geertruida van Ginkel 1826–1861. Em 1862, após a morte de sua mãe, seu pai casou-se com Luberta Hupkes. Apesar de ser criado como protestante, era livre-pensador em assuntos religiosos. De 1866 a 1869, frequentou a "Hogere Burger School" em Arnhem, um novo tipo de escola pública de ensino médio recentemente estabelecida por Johan Rudolph Thorbecke. Seus resultados na escola foram exemplares; não apenas se destacou nas ciências físicas e matemática, mas também em inglês, francês e alemão. Em 1870, passou nos exames de línguas clássicas que eram então necessários para a admissão na Universidade.
Lorentz estudou física e matemática na Universidade de Leiden, onde foi fortemente influenciado pelo ensino do professor de astronomia Frederik Kaiser; foi sua influência que o levou a tornar-se físico. Após obter seu bacharelado, retornou a Arnhem em 1871 para lecionar aulas de matemática à noite, mas continuou seus estudos em Leiden além de sua posição de docente. Em 1875, Lorentz obteve seu doutorado sob Pieter Rijke com uma tese intitulada "Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht" Sobre a teoria da reflexão e refração da luz, na qual refinou a teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell.
Carreira
Professor em Leiden
Em 17 de novembro de 1877, com apenas 24 anos de idade, Hendrik Antoon Lorentz foi nomeado para a recém-estabelecida cátedra de física teórica da Universidade de Leiden. A posição havia sido inicialmente oferecida a Johan van der Waals, mas ele aceitou uma posição na Universiteit van Amsterdam. Em 25 de janeiro de 1878, Lorentz proferiu sua aula inaugural sobre "De moleculaire theoriën in de natuurkunde" As teorias moleculares na física. Em 1881, tornou-se membro da Real Academia Holandesa de Artes e Ciências.
Durante os primeiros vinte anos em Leiden, Lorentz estava principalmente interessado na teoria eletromagnética da eletricidade, magnetismo e luz. Depois disso, estendeu sua pesquisa para uma área muito mais ampla, enquanto ainda se concentrava em física teórica. Lorentz fez contribuições significativas em campos que variam de hidrodinâmica a relatividade geral. Suas contribuições mais importantes foram na área de eletromagnetismo, teoria do elétron e relatividade.
Lorentz teorizou que os átomos poderiam consistir em partículas carregadas e sugeriu que as oscilações dessas partículas carregadas eram a fonte da luz. Quando um colega e ex-aluno de Lorentz, Pieter Zeeman, descobriu o efeito Zeeman em 1896, Lorentz forneceu sua interpretação teórica. O trabalho experimental e teórico foi honrado com o prêmio Nobel de física em 1902. O nome de Lorentz agora está associado à equação de Lorentz–Lorenz, à força de Lorentz, à distribuição lorentziana e à transformação de Lorentz.
Eletrodinâmica e relatividade
Em 1892 e 1895, Lorentz trabalhou na descrição de fenômenos eletromagnéticos a propagação da luz em referenciais que se movem em relação ao postulado do éter luminífero. Ele descobriu que a transição de um para outro referencial poderia ser simplificada usando uma nova variável de tempo que ele chamou de tempo local e que dependia do tempo universal e da localização em questão. Embora Lorentz não tivesse dado uma interpretação detalhada do significado físico do tempo local, com ele, poderia explicar a aberração da luz e o resultado do experimento de Fizeau. Em 1900 e 1904, Henri Poincaré chamou o tempo local de Lorentz de "ideia mais engenhosa" e a ilustrou mostrando que os relógios em referenciais em movimento são sincronizados pela troca de sinais de luz que se assume viajar na mesma velocidade contra e com o movimento do referencial veja sincronização de Einstein e relatividade da simultaneidade. Em 1892, na tentativa de explicar o experimento de Michelson–Morley, Lorentz também propôs que corpos em movimento contraem na direção do movimento veja contração do comprimento; George FitzGerald já havia chegado a essa conclusão em 1889.
Em 1899 e novamente em 1904, Lorentz adicionou dilatação do tempo às suas transformações e publicou o que Poincaré em 1905 nomeou transformações de Lorentz. Aparentemente era desconhecido para Lorentz que Joseph Larmor havia usado transformações idênticas para descrever elétrons em órbita em 1897. As equações de Larmor e Lorentz parecem um tanto dissimilares, mas são algebricamente equivalentes às apresentadas por Poincaré e Einstein em 1905. O artigo de 1904 de Lorentz inclui a formulação covariante da eletrodinâmica, na qual os fenômenos eletrodinâmicos em diferentes referenciais são descritos por equações idênticas com propriedades de transformação bem definidas. O artigo reconhece claramente o significado desta formulação, a saber, que os resultados dos experimentos eletrodinâmicos não dependem do movimento relativo do referencial. O artigo de 1904 inclui uma discussão detalhada do aumento da massa inercial de objetos em movimento rápido em uma tentativa fútil de fazer o momento parecer exatamente como o momento newtoniano; foi também uma tentativa de explicar a contração do comprimento como o acúmulo de "material" na massa tornando-a lenta e contraída.
Lorentz e relatividade especial
Em 1905, Einstein usaria muitos dos conceitos, ferramentas matemáticas e resultados que Lorentz discutiu para escrever seu artigo intitulado "Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento", conhecido hoje como a teoria da relatividade especial. Porque Lorentz estabeleceu os fundamentos para o trabalho de Einstein, esta teoria foi originalmente chamada de teoria de Lorentz–Einstein.
Em 1906, a teoria do elétron de Lorentz recebeu um tratamento completo em suas aulas na Universidade de Columbia, publicadas sob o título A Teoria dos Elétrons.
O aumento de massa foi a primeira previsão de Lorentz e Einstein a ser testada, mas alguns experimentos de Kaufmann pareciam mostrar um aumento de massa ligeiramente diferente; isso levou Lorentz ao famoso comentário de que estava "au bout de mon latin" "no fim do meu latim" = sem recursos. A confirmação de sua previsão teve que esperar até 1908 e depois veja experimentos de Kaufmann–Bucherer–Neumann.
Lorentz publicou uma série de artigos tratando do que ele chamou de "princípio de relatividade de Einstein". Por exemplo, em 1909, 1910, 1914. Em suas palestras de 1906 publicadas com adições em 1909 no livro "A teoria dos elétrons" atualizado em 1915, ele falou afirmativamente da teoria de Einstein:
Ficará claro pelo que foi dito que as impressões recebidas pelos dois observadores A0 e A seriam iguais em todos os aspectos. Seria impossível decidir qual deles se move ou permanece imóvel em relação ao éter, e não haveria razão para preferir os tempos e comprimentos medidos por um aos determinados pelo outro, nem para dizer que um deles está em posse dos "tempos verdadeiros" ou dos "comprimentos verdadeiros". Este é um ponto que Einstein enfatizou particularmente, em uma teoria na qual ele parte do que chama de princípio da relatividade. Não posso falar aqui das muitas aplicações altamente interessantes que Einstein fez deste princípio. Seus resultados relativos aos fenômenos eletromagnéticos e ópticos concordam principalmente com aqueles que obtivemos nas páginas anteriores, sendo a principal diferença que Einstein simplesmente postula o que deduzimos, com alguma dificuldade e não totalmente satisfatoriamente, das equações fundamentais do campo eletromagnético. Fazendo isso, ele certamente pode reivindicar o crédito de nos fazer ver no resultado negativo de experimentos como os de Michelson, Rayleigh e Brace, não uma compensação fortuita de efeitos opostos, mas a manifestação de um princípio geral e fundamental. Seria injusto não acrescentar que, além da ousadia fascinante de seu ponto de partida, a teoria de Einstein tem outra vantagem marcante sobre a minha. Enquanto não consegui obter para as equações referidas a eixos em movimento exatamente a mesma forma que para aquelas que se aplicam a um sistema estacionário, Einstein conseguiu isso por meio de um sistema de novas variáveis ligeiramente diferentes daquelas que introduzi.
Embora Lorentz ainda mantivesse que há um éter indetectável no qual relógios em repouso indicam o "tempo verdadeiro":
1909: Ainda assim, penso que algo também pode ser reivindicado a favor da forma em que apresentei a teoria. Não posso deixar de considerar o éter, que pode ser a sede de um campo eletromagnético com sua energia e suas vibrações, como dotado de um certo grau de substancialidade, por mais diferente que seja de toda matéria ordinária.
1910: Desde que haja um éter, então sob todos os sistemas x, y, z, t, um é preferido pelo fato de que os eixos coordenados bem como os relógios estão em repouso no éter. Se se conectar isto com a ideia (que abandonaria apenas com relutância) de que espaço e tempo são coisas completamente diferentes, e que há um "tempo verdadeiro" (a simultaneidade assim seria independente da localização, de acordo com a circunstância de que podemos ter a ideia de velocidades infinitamente grandes), então pode ser facilmente visto que este tempo verdadeiro deveria ser indicado por relógios em repouso no éter. Porém, se o princípio da relatividade tivesse validade geral na natureza, não se estaria na posição de determinar se o referencial que se acabou de usar é o preferido. Então chega-se aos mesmos resultados, como se (seguindo Einstein e Minkowski) negássemos a existência do éter e do tempo verdadeiro, e víssemos todos os referenciais como igualmente válidos. Qual destas duas maneiras de pensar um está seguindo, pode certamente ser deixado ao indivíduo.
Lorentz também deu crédito às contribuições de Poincaré para a relatividade.
De fato, para algumas das quantidades físicas que entram nas fórmulas, não indiquei a transformação que melhor convém. Isso foi feito por Poincaré e depois pelo Sr. Einstein e Minkowski. Não consegui obter a invariância exata das equações. Poincaré, ao contrário, obteve uma invariância perfeita das equações da eletrodinâmica, e ele formulou o "postulado da relatividade", termos que foi o primeiro a empregar. Acrescente-se que, ao corrigir as imperfeições do meu trabalho, ele nunca me repreendeu por elas.
Lorentz e relatividade geral
Lorentz foi um dos poucos cientistas que apoiaram a busca de Einstein pela relatividade geral desde o início — ele escreveu vários artigos de pesquisa e discutiu com Einstein pessoalmente e por carta. Por exemplo, ele tentou combinar o formalismo de Einstein com o princípio de Hamilton 1915, e reformulá-lo de forma independente de coordenadas 1916. Lorentz escreveu em 1919:
O eclipse total do sol de 29 de maio resultou em uma confirmação impressionante da nova teoria do poder atrativo universal da gravitação desenvolvida por Albert Einstein, e assim reforçou a convicção de que a definição desta teoria é um dos passos mais importantes jamais dados no domínio da ciência natural.
Lorentz e mecânica quântica
Lorentz proferiu uma série de palestras no outono de 1926 na Universidade de Cornell sobre a nova mecânica quântica; nelas apresentou a mecânica ondulatória de Erwin Schrödinger.
Avaliações
Einstein escreveu sobre Lorentz:
1928: A enorme significância de seu trabalho consistiu em que forma a base para a teoria dos átomos e para as teorias geral e especial da relatividade. A teoria especial foi uma exposição mais detalhada daqueles conceitos que se encontram na pesquisa de Lorentz de 1895.
1953: Para mim pessoalmente, ele significou mais do que todos os outros que encontrei em minha jornada pela vida.
Poincaré 1902 disse da teoria da eletrodinâmica de Lorentz:
A teoria mais satisfatória é a de Lorentz; é inquestionavelmente a teoria que melhor explica os fatos conhecidos, a que ilumina
