Lorentz, Hendrik Antoon

ilustracija
LORENTZ, Hendrik Antoon

Lorentz [lo:'rənc], Hendrik Antoon, nizozemski teorijski fizičar (Arnhem, 18. VII. 1853Haarlem, 4. II. 1928). Diplomirao (1871) matematiku i fiziku i u 22. godini života doktorirao (1875) na Sveučilištu u Leidenu disertacijom o refleksiji i lomu svjetlosti. Sveučilišnu i istraživačku karijeru proveo je u Leidenu, a od 1923. vodio je i istraživački institut u Haarlemu. Izveo je transformacijske relacije koordinata između koordinatnih sustava koji se gibaju velikim brzinama (→ lorentzove transformacije). Primio drugu po redu Nobelovu nagradu iz fizike 1902 (s Pieterom Zeemanom) za otkriće i klasični izračun cijepanja singletnih spektralnih linija u tri linije (Lorentzov triplet) kada se atom nalazi u vanjskome magnetskom polju (tzv. normalni Zeemanov efekt). Po njem je nazvan krater na Mjesecu (Lorentz).

U svojim teorijskim radovima Lorentz je objasnio gotovo sve elektromagnetske pojave poznate u to doba. Izvorno je primijenio Maxwellove jednadžbe na samo jedno elektromagnetsko polje u praznome prostoru (eteru, kako se u to doba smatralo), što ga stvaraju tzv. atomski električni naboji (elektroni i ioni). Iznimka je bio slavni Michelson-Morleyev pokus i njegov nulti rezultat (nepostojanje etera), koji se bez dodatnih pretpostavki (postulata) nije mogao objasniti. Lorentzova teorija (model) elektronske strukture tvari na razini atomskih dimenzija urodila je elektrodinamičkim posljedicama: Lorentz-Fitzgeraldovom kontrakcijom duljine tijela u smjeru gibanja za opažača u mirovanju. Maxwellove jednadžbe u praznome prostoru po Lorentzu vrijede za posebni koordinatni sustav koji se od ostalih razlikuje svojim stanjem mirovanja. Lorentz je također istraživao binarne smjese plinova, kod kojih je masa molekule jednoga mnogo veća od mase molekule drugoga plina. Rezultate je primijenio na slobodne elektrone u metalu (Lorentzov elektronski plin), što je preteča savršenijemu Fermijevu modelu elektronskoga plina. Prvi je izračunao širenje interferencijskih maksimuma pri ogibu svjetlosti u kristalima (Lorentzov faktor). Lorentz je također otkrio da je za mnoge metale omjer toplinske provodnosti λ i električne provodnosti σ približno isti i da se sporo mijenja s apsolutnom temperaturom T (Lorentzov broj L = (λ/σ)· T).

Lorentzova sila, sila kojom električno i magnetsko polje djeluju na nabijenu česticu u gibanju. Kada se nabijena »točkasta« čestica (dimenzije čestica su male tako da su vanjska polja homogena kroz područje što ga čestica ispunjava) giba u navedenim poljima, na nju djeluje sila:

F = q · E + q v × B

gdje je q naboj čestice, E jakost električnoga polja, v brzina čestice, B magnetska indukcija. Vektori E i B neovisni su o brzini čestice v. Drugi član u Lorentzovoj sili opisuje silu kojom magnetsko polje indukcije B djeluje na električki nabijenu česticu u gibanju, što je ujedno i definicijska jednadžba za magnetsku indukciju B. Analogno, FE = qE definicijska je jednadžba za vektor električnog polja E. Lorentzova je sila ključna za opis i proračun gibanja nabijenih čestica u magnetskom polju (→ akcelerator čestica), za razdvajanje iona različitih masa u električnom i magnetskom polju (→ masena spektrometrija), te u modernoj akceleratorskoj tehnici linearnih ili sudarajućih snopova čestica gdje se primjenom supravodičkih tehnologija postižu vrlo homogena polja velike magnetske indukcije.

Lorentzov model, slika atomske građe tvari (metala, dielektričnih materijala izolatora) i klasični izračun doprinosa električnoga polja okolnih dipola u unutrašnjosti čvrste tvari. U modelu Lorentzova polja, tvar se oko zamišljenoga pokusnog dipola razdvaja u dva područja: sferu, u središtu koje je pokusni dipol i polumjer koje odgovara mnogostrukom atomskom razmaku, te ostatak dielektrika u kojem vlada električna polarizacija opisana vektorom P. Bilo koji kubični raspored atoma unutar sfere, kojim bi atomi djelovali na pokusni dipol, rezultira uvijek nultim električnim poljem u središtu. Međutim, polarizirani naboj na površini sfere daje u njezinu središtu električno polje nazvano Lorentzovim poljem EL koje je on prvi izračunao: EL = P/(3ε0), gdje je P električna polarizacija na promatranom mjestu, a ε0 dielektrična permitivnost vakuuma. Dakle, u nekom položaju u tvari, lokalno polje Elok iznosi: Elok = Ev + EL, gdje je Ev vanjsko električno polje, a EL Lorentzovo polje. To je temeljna relacija za proračun i povezivanje atomskih i makroskopskih veličina električnih svojstava tvari. Važni je dio Lorentzove teorije i model elektronskoga plina, zasnovan oko 1900. godine: atomi u kristalnoj rešetki otpuštaju 1, 2 ili 3 elektrona koji se kao slobodni elektroni gibaju kroz rešetku metala.

Lorentz, Hendrik Antoon. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 5.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=37155>.