经典电子论的创立者——洛伦兹

张旭

洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，1870年入莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位，25岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35年。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是由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”。用洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变。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。

1880年他以很高的精确度测定热功当量，得出其值为426.2千克米每千卡（合4.179J/cal）。1881年他根据霍耳效应解释磁致旋光现象，推导出罗兰磁致旋光方程与麦克斯韦旋光方程等价。

1882年研制衍射光栅，他研制的光栅刻线机，可在25平方英寸（161.29平方厘米）的金属片上刻出每英寸（2.54厘米）43 000条线的光栅，摄得的太阳光谱极为精细，光谱底片展开可达50英尺（15.24米），波长范围2 152.91埃-7 714.68埃，精确度小于0.01埃。他还发明凹球面衍射光栅，编制出太阳光谱照相图册，在1890年巴黎博览会获金质奖章。

1876年他自欧洲访问回国时，购回大批仪器设备，在约翰·霍普金斯大学装备起当时美国最好的实验室，他十分重视基础研究工作，为美国物理学发展做出重大贡献。

如何解释1887年完成的迈克耳孙-莫雷实验，是当时摆在物理学家面前的一大难题。为了解释事实，洛伦兹大胆提出高速运动物体沿运动方向会发生收缩的假设，即洛伦兹-斐兹杰惹收缩。3年后，作为辅助的数学手段又引入“地方时间”的假设，实质上洛伦兹已经建立了相对运动的两坐标系间的时空变化关系。1904年他发表了著名的变换公式（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的极限速度。可以说，洛伦兹已经接近相对论的边缘，遗憾的是未能迈出最后的一步。然而，这为后来的爱因斯坦创立狭义相对论提供了一定的启示。

此外，洛伦兹在当时物理学各个领域里都有很深的造诣，他在热力学、分子动理论和引力理论等方面都有贡献。洛伦兹还是一位优秀的教育家。在任教期间，他工作认真、治学严谨、讲授深刻，深受学生们的爱戴，培养了包括塞曼在内的一大批优秀人才。

洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的电讯、电话中止3分钟，以示哀悼。当时，爱因斯坦作为新一代理论物理学家的领袖和普鲁士科学院的代表在悼词中称他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。