Основные направления научной революции в физике ХХ в.

Гендрик Антон Лоренц родился 18 июля 1853 г. в небольшом голландском городе Арнхеме. Он учился в Лейденском университете, где и получил докторскую степень. Здесь он занимал пост профессора кафедры теоретической физики. В 1923 г. Лоренц занял должность директора научного института в Гарлеме.

В историю физики Лоренц вошел как создатель электронной теории, в которой синтезировал идеи теории поля и атомистики. Идея атома электричества начинается с Фарадея, с его законов электролиза.

Максвелл полагал, что в будущем полевые представления сделают излишними представления о дискретности заряда. Он ошибся. Наука сохранила и развила представление об атомности электричества. В 1874 г ирландский физик Джонсон Стоней  самым решительным образом высказался об элементарном заряде. Позднее Стоней ввел название «электрон» для величины Е .

В 1881г. Гельмгольц высказал идею Фарадея об атомности электричества в четко определенной форме: «Если мы допускаем существование химических атомов, то мы принуждены заключить отсюда далее, что также и электричество, как положительное, так и отрицательное, разделяется на определенные элементарные количества, которые играют роль атомов электричества». Это элементарное количество электричества Гельмгольц назвал электрическим зарядом иона.

Лоренц начал вводить в теорию электричества атомистику еще в ранних своих работах. В теории Максвелла свойства среды, в которой разыгрываются электромагнитные и оптические явления, описываются феноменологическими коэффициентами, определяемыми из опыта. Лоренц уже в докторской диссертации «Об отражении и преломлении лучей света» пытается обосновать изменение в скорости распространения света в среде влиянием наэлектризованных частичек тела.

В следующей статье- «О соотношении между скоростью распространения света и плотностью и составом среды» Лоренц выводит знаменитое соотношение между показателем преломления и плотностью среды, известное под названием «формулы Лорен-Лоренца», поскольку датчанин Л.Лоренц независимо от Гендрика Лоренца пришел к тому же результату. В этой работе Лоренц развивает электромагнитную теорию дисперсии света с учетом того, что на молекулярный заряд, кроме поля волны, действует поле поляризованных частиц среды.

В 1892 г. Лоренц выступил с большой работой «Электромагнитная теория Максвелла и ее приложение к движущимся телам». Лоренц выписывает далее выражение силы, с которой электрическое поле действует на электрический заряд. Он делает фундаментальное предположение – эфир в движении вещества участия не принимает (гипотеза неподвижного эфира).

В конце ХIХ в. были получены важнейшие результаты специальной теории относительности: сокращение длин, зависимость массы от скорости, связь массы и энергии (с точностью до постоянного множителя), предельное значение скорости света. Но эти результаты были получены в предположении электромагнитной картины мира. Мир – это эфир, в котором плавают заряженные частицы. Законы мира: законы электродинамики Максвелла и механики Ньютона.

Следовательно, электродинамика движущихся сред не вела с необходимостью к теории относительности, хотя исторически так и произошло. Опыт Майкельсона и релятивистские эффекты были следствием законов электродинамики Максвелла-Лоренца. Более того, сами релятивистские преобразования, из которых вытекали все релятивистские эффекты, были получены в электродинамике за несколько лет до Эйнштейна.

В 1895 г. вышла фундаментальная работа Лоренца «Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах», в которой Лоренц дает систематическое изложение своей электронной теории.

Заметим, что в работах Лоренца никакого принципа относительности не встречается. Позже, уже после создания теории относительности, он в своих лекциях о принципе относительности писал после описания результата Майкельсона: «Все нулевые эффекты таких экспериментов могут быть объяснены из основных уравнений теории электронов, но для некоторых из них нужно прибегнуть к помощи дополнительных гипотез». Это Лоренц и сделал в своей работе 1904 г. и более ранних работах.

Знаменитый французский математик и астроном Анри Пуанкаре в 1900 г на Парижском конгрессе физиков порицал Лоренца за пренебрежение принципом относительности. Сам он в статье «К динамике электрона» указывает, что нулевой результат опыта по обнаружению движения Земли «представляет, по-видимому, общий закон природы».

Пуанкаре доказывает, что преобразования Лоренца образуют группу, при этом  l оказывается равным 1. Пуанкаре принадлежит и само название «преобразования Лоренца». Изучая следствия из этих преобразований, Пуанкаре находит формулу сложения скоростей, формулу преобразований напряженностей электрического и магнитного полей, плотности заряда, плотности тока и по существу уже получает четырехмерную релятивистскую электродинамику.

Важно подчеркнуть, что Лоренц, Лармор, Пуанкаре развили сои теории на базе классической электродинамики, опираясь на концепцию эфира. Их интересовало объяснение на этой основе фундаментальных опытов оптики и электродинамики движущихся сред. Им удалось найти такое объяснение и подходящий математический аппарат. Но будет ли пригодно это объяснение для неэлектромагнитных сил, этого они не знали. До понимания принципа относительности как всеобщего закона природы они еще не дошли. Вопрос о постоянстве и особенно предельном значении скорости света, имеющий фундаментальное значение для разработки новых представлений о пространстве и времени, ими не поднимался. Глубокое понимание принципа относительности и выработка в связи с этим новых представлений о пространстве и времени принадлежит Эйнштейну, который и является подлинным создателем теории относительности.