Bugüne kadar zaman ve uzayın, başka hiçbir şey olmasa bile—ne güneş, ne dünya, ne yıldız—kendi başlarına var olduğu inanılmıştır; oysa şimdi biliyoruz ki zaman ve uzay evrenin kabı değildir, aslında hiçbir şey olmasa—yani güneş, dünya ve diğer gök cisimleri olmasa—hiç var olamazlardı.
Hendrik Antoon Lorentz, Pieter Zeeman ile birlikte Zeeman etkisinin keşfi ve teorik açıklaması için 1902 Nobel Fizik Ödülünü paylaşan Hollandalı bir fizikçiydi. Ayrıca Albert Einstein'ın özel görelilik teorisinin temelini oluşturan dönüşüm denklemlerini türetmiştir.
Nobel Vakfı tarafından yayınlanan biyografiye göre, "Lorentz'in bütün teorik fizikçiler tarafından dünyanın önde gelen ruhu olarak görüldüğü söylenebilir; o, öncüllerinin yarım bıraktıklarını tamamladı ve kuantum teorisine dayanan yeni fikirlerin verimli bir şekilde karşılanması için zeminini hazırladı." Kendisine birçok onur ve ayrıcalık verilmiş, bunun arasında 1925 ile 1928 arasında UNESCO'nun öncüsü olan Uluslararası Entelektüel İşbirliği Komitesi'nin başkanlığını yürütmüştür.
Biyografi
Erken yaşam
Hendrik Lorentz, Hollanda'nın Gelderland bölgesindeki Arnhem'de doğdu; babası Gerrit Frederik Lorentz 1822–1893, zengin bir bahçıvan, annesi Geertruida van Ginkel 1826–1861 idi. 1862'de annesinin ölümünden sonra babası Luberta Hupkes ile evlendi. Protestan olarak yetiştirilen Lorentz, dini konularda özgür düşünür idi. 1866'dan 1869'a kadar Arnhem'deki "Hogere Burger School"da okudu; bu yeni tür bir kamusal lise, Johan Rudolph Thorbecke tarafından yakın zamanda kurulmuştu. Okulda başarısı olağanüstü idi; yalnız fizik ve matematikde değil, İngilizce, Fransızca ve Almanca'da da üstün başarı gösterdi. 1870'de üniversiteye giriş için o dönemde gerekli olan klasik dillerdeki sınavlarını geçti.
Lorentz, Leiden Üniversitesi'nde fizik ve matematik okudu; orada astronomi profesörü Frederik Kaiser'in öğretiminden güçlü bir şekilde etkilendi; onun etkisi Lorentz'in fizikçi olmasını sağladı. Lisans derecesini aldıktan sonra 1871'de Arnhem'e dönüp gece matematik dersleri vermeye başladı, ancak öğretmenlik yapmanın yanı sıra Leiden'de çalışmalarını devam ettirdi. 1875'te, Lorentz, Pieter Rijke'nin danışmanlığında "Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht" Işığın yansıması ve kırılması teorisi başlıklı tezle doktora derecesini aldı; bu tezde James Clerk Maxwell'in elektromanyetik teorisini geliştirdi.
Kariyer
Leiden'de Profesör
17 Kasım 1877'de, henüz 24 yaşında iken, Hendrik Antoon Lorentz, Leiden Üniversitesi'nde yeni kurulan teorik fizik kürsüsüne atandı. Pozisyon başlangıçta Johan van der Waals'a teklif edilmişti, ancak o Universiteit van Amsterdam'da bir pozisyon kabul etti. 25 Ocak 1878'de, Lorentz "De moleculaire theoriën in de natuurkunde" Fizikte moleküler teoriler başlıklı giriş dersini verdi. 1881'de Kraliyet Hollanda Sanatlar ve Bilimler Akademisi'nin üyesi oldu.
Leiden'deki ilk yirmi yıl boyunca, Lorentz birincil olarak elektrik, manyetizm ve ışığın elektromanyetik teorisiyle ilgilendi. Bundan sonra, hala teorik fiziğe odaklanırken araştırmasını çok daha geniş bir alana genişletti. Lorentz hidrodinamikten genel göreliliğe kadar değişen alanlara önemli katkılar sağladı. En önemli katkıları elektromagnetizm, elektron teorisi ve görelilik alanında oldu.
Lorentz, atomların yüklü parçacıklardan oluşabileceğini teorileştirdi ve bu yüklü parçacıkların salınımlarının ışığın kaynağı olduğunu öne sürdü. Lorentz'in meslektaşı ve eski öğrencisi olan Pieter Zeeman 1896'da Zeeman etkisini keşfettiğinde, Lorentz onun teorik açıklamasını sağladı. Deneysel ve teorik çalışma 1902'de fizik Nobel ödülüyle onurlandırıldı. Lorentz'in adı şimdi Lorentz–Lorenz denklemi, Lorentz kuvveti, Lorentzian dağılımı ve Lorentz dönüşümü ile ilişkilidir.
Elektrodinamik ve görelilik
1892 ve 1895'te, Lorentz, varsayılan ışınımsal eter içinde hareket eden referans çerçevelerde elektromanyetik olayları ve ışığın yayılmasını tanımlamak üzerinde çalıştı. Bir referans çerçeveden bir diğerine geçişin, yerel zaman adını verdiği ve evrensel zaman ile söz konusu konumun bulunduğu yere bağlı olan yeni bir zaman değişkeni kullanarak basitleştirilebileceğini keşfetti. Lorentz yerel zamanın fiziksel anlamını ayrıntılı bir şekilde açıklamamış olsa da, bunu kullanarak ışığın sapması ve Fizeau deneyi sonucunu açıklayabildi. 1900 ve 1904'te, Henri Poincaré yerel zamanı Lorentz'in "en zekice fikri" olarak adlandırdı ve hareketli çerçevelerdeki saatlerin, çerçevenin hareketi ile aynı hızda hareket ettiği varsayılan ışık sinyalleri değiş tokuş ederek senkronize edildiğini göstererek bunu açıkladı (bkz. Einstein senkronizasyonu ve Eşzamanlılığın Göreliliği). 1892'de, Michelson–Morley deneyini açıklamaya yönelik girişimle, Lorentz ayrıca hareketli cisimlerin hareket yönünde büzüldüğünü öne sürdü (bkz. uzunluk daralması); George FitzGerald 1889'da zaten bu sonuca ulaşmıştı.
1899'da ve tekrar 1904'te, Lorentz dönüşümlerine zaman dilatasyon ekledi ve Poincaré'nin 1905'te Lorentz dönüşümleri adını verdiği şeyi yayınladı. Lorentz'in, Joseph Larmor'un 1897'de yörüngede dönen elektronları tanımlamak için aynı dönüşümleri kullandığını bilememiş görünüyor. Larmor'un ve Lorentz'in denklemleri biraz farklı görünse de, Poincaré ve Einstein'ın 1905'te sunduğu denklemlere cebirsel olarak eşdeğerdirler. Lorentz'in 1904 makalesi, elektrodinamiksel olayların farklı referans çerçevelerde iyi tanımlanmış dönüşüm özellikleriyle özdeş denklemlerle tanımlandığı elektrodinamiğin değişmez formülasyonunu içerir. Makale, bu formülasyonun anlamını açıkça tanır; yani elektrodinamiksel deneylerin sonuçları referans çerçevesinin bağıl hareketine bağlı değildir. 1904 makalesi, hızlı hareket eden nesnelerin eylemsizlik kütlesindeki artışın ayrıntılı bir tartışmasını içerir ve momentum tamamen Newton momentumuna benzesin diye başarısız bir girişim yapıldı; bu aynı zamanda uzunluk daralmasını kütlenin üzerine "madde" birikimi olarak açıklamaya yönelik bir girişim idi ve bu da kütleyi yavaşlatıyor ve daraltıyordu.
Lorentz ve özel görelilik
1905'te, Einstein, Lorentz'in tartıştığı birçok kavramı, matematiksel araçları ve sonuçları kullanarak "Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine" başlıklı makalesini yazardı; buna bugün özel görelilik teorisi denir. Lorentz'in Einstein'ın çalışması için temelleri atması nedeniyle, bu teori başlangıçta Lorentz–Einstein teorisi olarak adlandırılmıştır.
1906'da, Lorentz'in elektron teorisi Columbia Üniversitesi'ndeki derslerinde tam olarak ele alınmış ve "Elektronlar Teorisi" başlığı altında yayınlanmıştır.
Kütlenin artması Lorentz ve Einstein'ın test edilen ilk tahmini idi, ancak Kaufmann tarafından yapılan bazı deneyler biraz farklı bir kütle artışı göstermiş gibi görünmüştü; bu Lorentz'i ünlü "au bout de mon latin" "benim Latincimin sonunda" = umutsuzluğa düştüğü remarkanın yapmasına yol açtı. Onun tahminin doğrulanması 1908'e ve daha sonraya kadar beklemek zorunda kaldı (bkz. Kaufmann–Bucherer–Neumann deneyleri).
Lorentz, onun "Einstein'ın görelilik ilkesi" diye adlandırdığı konuyla ilgili bir dizi makale yayınladı. Örneğin, 1909, 1910, 1914'te. 1906'da verilen ve 1909'da "Elektronlar teorisi" kitabı olarak "Einstein'ın görelilik ilkesine" 1915'te güncellenen derslerde, Einstein'ın teorisinden olumlu şekilde söz etti:
Söylenenlerin ışığında, iki gözlemci A0 ve A tarafından alınan izlenimlerin tüm yönleriyle aynı olacağı anlaşılacaktır. Hangisinin eter ile ilişkili olarak hareket ettiğini veya hareketsiz durduğunu belirlemek imkânsız olacaktır ve birinin ölçtüğü zamanları ve uzunlukları diğeri tarafından belirlenenlerine tercih etmek için hiçbir neden olmayacaktır, ya da hangisinin "gerçek" zamanları veya "gerçek" uzunlukları elinde tuttuğunu söylemek için. Bu, Einstein'ın özellikle vurgu yaptığı bir noktadır; bu ilkeden başladığı ve ona görelilik ilkesi adını verdiği bir teoride. Ben burada Einstein'ın bu ilkeden yaptığı birçok oldukça ilginç uygulamadan söz edemem. Elektromanyetik ve optik olaylarla ilgili onun sonuçları, büyük ölçüde önceki sayfalarımızda elde ettiğimiz sonuçlarla aynı olmakta; temel fark, Einstein'ın elektromanyetik alanın temel denklemlerinden, önemli zorlukla ve tamamen tatmin edici olmayan bir şekilde çıkardığımız şeyi basitçe postülâtlamasıdır. Bunu yaparak, o kesinlikle Michelson, Rayleigh ve Brace gibi deneylerin negatif sonucunu, karşıt etkilerin tesadüfi bir şekilde telafi edilmesi değil, genel ve temel bir ilkenin tezahürü olarak görmemizi sağlamaktan dolayı kredi alabilir. Eklemek adil olur ki, başlangıç noktasının büyüleyici cüretinin yanı sıra, Einstein'ın teorisinin benim teorimden başka belirgin bir avantajı var. Ben, hareketli eksenlere atıfta bulunulan denklemler için tam olarak sabit bir sisteme uygulanan denklemlerle aynı biçimi elde edemediyken, Einstein bunu kendisinin tanıttığı olanlara biraz farklı olan yeni bir değişken sistemi aracılığıyla başardı.
Lorentz yine de hareketsiz bir aether'in, hareketsiz saatlerin "gerçek zamanı" gösterdikleri yerde bir aether'in mevcut olduğunu iddia etmeye devam etse de:
1909: Yine de, düşünüyorum ki, teorinin sunuş biçimi lehinde bir şey de söylenebilir. Ben, elektromanyetik alan ve enerji ve titreşimler ile koltuk olabilecek ether'i, tüm sıradan madde'den farklı olmakla birlikte, belirli bir derecede somutlukla donatılmış olarak görmekten başka türlü yapamıyorum.
1910: Bir aether olması koşuluyla, o zaman, tüm x, y, z, t sistemleri altında, koordinat eksenleri ile saatlerin aether'de dinlenme gerçeği ile tercih edilir. Bununla birlikte, bu fikri (sadece isteksizlikle terk ederdim) ki uzay ve zaman tamamen farklı şeylerdir ve "gerçek bir zaman" vardır (dolayısıyla eşzamanlılık konumdan bağımsız olacaktır, sonsuz derecede büyük hızlar fikrinin bizde olabileceği durumla aynı şekilde), o zaman kolayca görülüyor ki bu gerçek zaman aether'de dinlenme saatleri tarafından gösterilmelidir. Ancak, görelilik ilkesi doğada genel geçerliliğe sahip olsaydı, yalnız kullanılan referans sisteminin tercih edilen bir olup olmadığını belirleyemezdik. O zaman, (Einstein ve Minkowski'yi takip ederek) aether'in ve gerçek zamanın varlığını inkâr etmekle ve tüm referans sistemlerini eşit olarak geçerli görmek ile aynı sonuçlara gelir. Bu iki düşünme yolundan hangisini takip ettiğinden, kesinlikle bireysel bırakılabilir.
Lorentz ayrıca Poincaré'nin göreliliğe olan katkılarını takdir etti.
Gerçekten, formüllere giren bazı fiziksel büyüklükler için, en uygun dönüşümü göstermedim. Bu, Poincaré tarafından ve sonra Mr. Einstein ve Minkowski tarafından yapıldı. Denklemlerin tam değişmezliğini elde etmeyi başaramadım. Poincaré, aksine, elektrodinamik denklemlerinin mükemmel değişmezliğini elde etti ve ilk olarak kullanmış olduğu terimler olan "görelilik postülatı"nı formüle etti. Şunu ekleyelim ki, benim çalışmamın kusurlarını düzelterek hiçbir zaman bana onlar için kızgınlık göstermedi.
Lorentz ve genel görelilik
Lorentz, başından beri Einstein'ın genel görelilik arayışını destekleyen az sayıdaki bilim insanlarından biriydi; birçok araştırma makalesi yazdı ve Einstein ile şahsen ve mektupla tartıştı. Örneğin, o Einstein'ın formalizmasini Hamilton ilkesiyle birleştirmeye çalıştı 1915, ve bunu koordinatsız bir şekilde yeniden formüle etmeye çalıştı 1916. Lorentz 1919'da yazdı:
29 Mayıs tarihli toplam güneş tutulması, Albert Einstein tarafından geliştirilen yeni evrensel çekici kuvvet (yerçekimi) teorisinin çarpıcı bir şekilde doğrulanması ile sonuçlanmış ve dolayısıyla bu teorinin tanımlanmasının doğal bilim alanında atılan en önemli adımlardan biri olduğu inancını güçlendirmiştir.
Lorentz ve kuantum mekaniği
Lorentz, 1926 Sonbaharında Cornell Üniversitesi'nde yeni kuantum mekaniği üzerine bir dizi ders verdi; bunlarda Erwin Schrödinger'in dalga mekaniğini sundu.
Değerlendirmeler
Einstein Lorentz hakkında yazdı:
1928: Onun çalışmasının muazzam önemi, atomlar teorisinin ve genel ve özel görelilik teorisinin temeli oluşturması gerçeğinde yatmaktaydı. Özel teori, Lorentz'in 1895'teki araştırmasında bulunan kavramların daha ayrıntılı bir açıklamasıydı.
1953: Benim için şahsen, hayat yolculuğumda tanıştığım tüm diğerlerinden daha fazla anlam taşıyordu.
Poincaré 1902'de Lorentz'in elektrodinamik teorisi hakkında şunları söyledi:
En tatmin edici teori Lorentz'inki; kuşkusuz bilinen gerçekleri en iyi açıklayan teori, aydınlatan teoridir
