荷兰物理学家、数学家洛伦兹生平简介洛伦兹 ,H.A.(Hendrik Antoon Lorentz,1853~1928),荷兰物理学家 、数学家,1853年7月18日生于阿纳姆,并在该地上小学和中学 ,成绩优异,少年时就对物理学感兴趣,同时还广泛地阅读历史和小说 ,并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里,但却是一个自由思想家 。 1870年洛伦兹考入莱顿大学,学习数学、物理和天文。1875年获博士学位。1877年 ,莱顿大学聘请他为理论物理学教授,这个职位最早是为J.D.范瓦耳斯设 洛伦兹的,其学术地位很高 ,而这时洛伦兹年仅23岁。在莱顿大学任教35年,他对物理学的贡献都是在这期间作出的 。 1912年洛伦兹辞去莱顿大学教授职务,到哈勒姆担任一个博物馆的顾问 ,同时兼任莱顿大学的名誉教授,每星期一早晨到莱顿大学就物理学当前的一些问题作演讲。后来他还在荷兰政府中任职,1919~1926年在教育部门工作,其间1921年起担任高等教育部部长。 1911~1927年担任索尔维物理学会议的固定主席 。在国际物理学界的各种集会上 ,他经常是一位很受欢迎的主持人。1923年国际科学协作联盟委员会主席。他还是世界上许多科学院的外国院士和科学学会的外国会员 。 洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世,终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人,举行葬礼的那天 ,荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼 。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说:洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响 ”,他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。 科学成就1.创立电子论洛伦兹 认为一切物质分子都含有电子,阴极射线的粒子就是电子。把以太与物质的相互 洛伦兹作用归结为以太与电子的相互作用 。这一理论成功地解释了塞曼效应 ,与塞曼一起获1902年诺贝尔物理学奖。 洛伦兹是经典电子论的创立者.他认为电具有“原子性”,电的本身是由微小的实体组成的.后来这些微小实体被称为电子.洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质.从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用,即洛伦兹力.他把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生的.这样当光源放在磁场中时 ,光源的原子内电子的振动将发生改变,使电子的振动频率增大或减小,导致光谱线的增宽或分裂.1896年10月 ,洛伦兹的学生塞曼发现,在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽,即产生塞曼效应,证实了洛伦兹的预言.塞曼和洛伦兹共同获得1902年诺贝尔物理学奖. 1904年 ,洛伦兹证明,当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时,真空中的光速将不是一个不变的量 ,从而导致对不同惯性系的观察者来说,麦克斯韦方程及各种电磁效应可能是不同的.为了解决这个问题,洛伦兹提出了另一种变换公式 ,即洛伦兹变换。后来,爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式,创立了狭义相对论. 2.提出洛伦兹变换公式 1892年他研究过地球穿过静止以太所产生的效应 ,为了说明迈克孙-莫雷实验的结果,他独立地提出了长度收缩的假说,认为相对以太运动的物体 ,其运动方向上的长度缩短了。1895年,他发表了长度收缩的准确公式,即在运动方向上,长度收缩因子为(1-v2/c2)1/2 。1899年 ,他在发表的论文里,计论了惯性系之间坐标和时间的变换问题,并得出电子与速度有关的结论。1904年 ,他发表了著名的变换公式(J.-H.庞加莱首先称之为洛伦兹变换)和质量与速度的关系式,并指出光速是物体相对于以太运动速 洛伦兹度的极限。 1875年前,光的电磁理论与物质分子理论相结合的统一设想 ,还没有被人明确提出 。此后,洛伦兹对这一问题进行深入研究,写出了题为《光的反射与折射理论》论文 ,对光的旧波动理论与光的新电磁理论作了综合性评述,最后明确提出了这一统一设想,不仅使麦克斯韦的电磁理论有了更加坚实的物理基础 ,而且据此创立了物质的电子论。随后他又根据电子论,确立了电子在磁场中所受的力即“洛伦兹力”的概念。与此同时,他还与其同胞塞曼一起,发现并验证了塞曼效应 。塞曼效应是一种解释置于磁场中的光源发射的各种谱线 ,受磁场影响分裂成几条,各分谱线之间间隔的大小与磁场强度成正比的理论。塞曼最先发现这一现象并对其进行了研究,但他通过研究在理论上虽然可以正确解释这一现象 ,却在实验中遇到了难题。洛伦兹对此进行反复实验,终于找到了问题的症结所在,用实验证实了塞曼理论的正确 ,使塞曼效应在理论和实验上都站住了脚,成了物理学中的一个经典定律 。 3.出色的物理教育家 洛伦兹还是一位教育家,他在莱顿大学从事普通物理和理论物理教学多年 ,写过微积分和普通物理等教科书。在哈勒姆他曾致力于通俗物理讲演。他一生中花了很大一部分时间和精力审查别人的理论并给予帮助 。他为人热诚 、谦虚,受到爱因斯坦、薛定谔和其他青年一代理论物理学家们的尊敬,他们多次到莱顿大学向他请教 ,爱因斯坦曾说过,他一生中受洛伦兹的影响最大。 趣闻轶事在物理学家中,洛伦兹是最富有国际性的。在他事业的最初20年中,他的国际性工作仅限于著作。后来 ,他开始离开莱顿书房和教室,广泛地与国外科学家进行个人接触 。他的电子理论使他在物理学界获得领导地位。1898年,洛伦兹接受玻尔兹曼的邀请 ,为德国的自然科学与医学学会的迪塞尔多夫会议物理组做演讲。1900年在巴黎,为国际物理代表会(世界性物理学家集会)做演讲 。洛伦兹在物理方面最重要的国际性活动是担任物理学的索尔维会议的定期主席(1911—1927年),他在临终前还主持了最后一次会议。洛伦兹在这些国际性的集会中主持会议并成为公认的领袖。大家对他渊博的学问、高明的技术 、善于总结最复杂的争论以及无比精炼的语方都非常佩服 。第一次大战后 ,洛伦兹的国际主义活动带有若干政治色彩。1909年至1921年,他担任荷兰皇家科学与文学研究院物理组的主任时,以自己的影响来说服人们参加战后盟国创立的国际性科学组织。1923年 ,他成为国联文化协作国际委员会的七个委员之一,并继承伯格森(H.Bergson)担任主席 。 洛伦兹在物理学上最重要的贡献是他的电子论。早在他作学位论文之前,由于读过菲涅耳文集而深受其影响;后来受到H.von亥姆霍兹的启发 ,他用J.C.麦克斯韦的电磁理论来处理光在电介质交界面上的反射和折射问题作为他的博士论文,在论文的末尾,他提到把光磁理论与物质的分子理论结合起来的前景,这就是他后来创立电子论的根源。1878年 ,他发表了光与物质相互作用的论文,把以太与普通的物质区别开来,认为以太是静止的 ,无所不在,而普通物质的分子则都含有带电的谐振子;在这个基础上,他导出了分子折射率的公式(即洛伦兹-洛伦茨公式)1892年 ,他开始发表电子论的文章,他认为一切物质的分子都含有电子,阴极射线的粒子就是电子 ,电子是很小的有质量的刚球,电子对于以太是完全透明的,以太与物质的相互作用归结为以太与物质中的电子的相互作用 。这在个基础上 ,1895年他提出了著名的洛伦兹力公式。1896年,P.塞曼发现放在磁场中的光源,其光谱线发生分裂(塞曼效应)。洛伦兹立即用他的电子论对这一现象作了定量的解释。由于这一贡献,他和塞曼共同获得1902年的诺贝尔物理学奖 。
一、少年时光:
1642年的圣诞节前夜 ,在英格兰林肯郡沃尔斯索浦的一个农民家庭里,牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿,出生时只有3磅重。接生婆和他的双亲都担心他能否活下来 。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人 ,并且活到了竟活到了85岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时,母亲改嫁 。从此牛顿便由外祖母抚养。11岁时,母亲的后夫去世 ,牛顿才回到了母亲身边。大约从5岁开始,牛顿被送到公立学校读书,12岁时进入中学 。
少年时的牛顿并不是神童 ,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书 ,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟 、折叠式提灯等等。
药剂师的房子附近正建造风车 ,小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己也制造了一架小风车。推动他的风车转动的,不是风 ,而是动物 。他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米 ,就不断的跑动,于是轮子不停的转动。他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水种会自动滴水到他的脸上 ,催他起床 。
后来,迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农。但牛顿对务农并不感兴趣 ,一有机会便埋首书卷。每次,母亲叫他同她的佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街 ,自己则躲在树丛后看书 。
有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去 ,他发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父 ,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养 。
二、求学岁月
牛顿19岁时进入剑桥大学,成为三一学院的减费生 ,靠为学院做杂务的收入支付学费。在这里,牛顿开始接触到大量自然科学著作,经常参加学院举办的各类讲座 ,包括地理、物理 、天文和数学。牛顿的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学多才的学者 。
这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿 ,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题 。 ”
当时 ,牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里德的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》 、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿——解析几何与微积分。1664年 ,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定 。
正当牛顿准备留校继续深造时 ,严重的鼠疫席卷了英国,剑桥大学因此而关闭,牛顿离校返乡。家乡安静的环境使得他的思想展翅飞翔 ,以整个宇宙作为其藩篱。这短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想就是在这时孕育成形的 。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表 。作为国会议员 ,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克 、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上 。
三、晚年时光:
晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有 ,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会 。没有他的同意 ,任何人都不能被选举。
晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝 ,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他” 。
1727年3月20日 ,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着: 让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在 。
四 、趣闻轶事一
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月被选为三一学院初级院委 ,翌年获得硕士学位,同时成为高级院委。1669年,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职 ,26岁的牛顿晋升为数学教授。巴罗让贤,在科学史上一直被传为佳话 。
牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时 ,学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人。还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法 。他用这个秘密的方法 ,算出了双曲面积到二百五十位数。
他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光。开始 ,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷 。他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来,在好友哈雷的竭力劝说下 ,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。
五、趣闻轶事二、
作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅 ,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣 ,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理 。他抓住姑娘的手指 ,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫 ,离他而去。牛顿也因此终生未娶。
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现 。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书 ,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。
还有一次 ,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题 ,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了 ,鸡骨头留在盘子,不告而别了 。等牛顿想起,出来后 ,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。
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