Hendrik A. Lorentz

Hendrik Antoon Lorentz là một nhà vật lý người Hà Lan. Ông cùng với Pieter Zeeman đã đồng nhận giải thưởng Nobel Vật lý năm 1902 cho nghiên cứu về lý thuyết bức xạ điện từ. Ngoài ra, ông còn nổi tiếng bởi công trình suy ra các phương trình biến đổi, đặt nền tảng cho thuyết tương đối hẹp và tổng quát của Albert Einstein.

Hendrik Lorentz sinh ra tại Arnhem, Hà Lan, vào ngày 18 tháng 7 năm 1853, trong gia đình có cha là chủ vườn ươm cây cảnh giàu có. Ngay từ khi còn nhỏ, Hendrik đã luôn là một học sinh xuất sắc. Năm 9 tuổi, ông đã có thể sử dụng thành thạo bảng logarit. Tại trường trung học, Hendrik luôn đạt điểm tuyệt đối trong các môn khoa học tự nhiên, đồng thời còn giỏi cả lịch sử và ngôn ngữ. Năm 1870, sau khi vượt qua kỳ thi tuyển sinh, Lorentz vào học tại Đại học Leiden. Sau một năm, ông đã nhận bằng Cử nhân Khoa học Toán học và Vật lý và bắt đầu học lên tiến sĩ.

CON ĐƯỜNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Hành trình sự nghiệp

Năm 1872, Lorentz quyết định trở về quê hương Arnhem và dạy các lớp học buổi tối môn Vật lý và Toán học cấp trung học. Đồng thời, ông cũng tiếp tục nghiên cứu cho luận án tiến sĩ, và cải tiến lý thuyết điện từ của James Clerk Maxwell. Luận án của ông về lý thuyết phản xạ và khúc xạ ánh sáng được trình bày vào năm 1875 và ông nhận bằng tiến sĩ ở tuổi 22.

Ba năm sau, vào năm 1878, Lorentz được bổ nhiệm vào vị trí Giáo sư Vật lý Lý thuyết tại Đại học Leiden. Mặc dù nhận được nhiều lời mời làm việc ở nước ngoài, Hendrik vẫn kiên nghị ở lại ngôi trường cũ. Ông giữ chức Giáo sư tại Đại học Leiden cho đến khi nghỉ hưu vào năm 1912.

Đại học Leiden, Hà Lan (nguồn: Study in Europe)

Sau khi nghỉ hưu, Lorentz làm việc với vai trò Giám tuyển Phòng Vật lý Teyler tại Haarlem. Ông cũng là Thư ký của Hiệp hội Khoa học Hà Lan (Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen). Tuy nhiên, ông vẫn giữ một vị trí danh dự tại Đại học Leiden với tư cách Giáo sư Đặc biệt – nơi ông tiếp tục thực hiện các bài giảng nổi tiếng vào sáng thứ Hai trong suốt quãng đời còn lại.

Những đóng góp khoa học vĩ đại của Lorentz

Công thức Lorenz-Lorentz

Công thức Lorenz-Lorentz, hay còn được gọi là định luật Lorenz-Lorentz, có nguồn gốc từ năm 1869. Nhà vật lý học người Đan Mạch Ludvig Valentin Lorenz đã đề xuất công thức này dựa trên các thí nghiệm và lý thuyết quang học. Chín năm sau, Hendrik A. Lorentz đã độc lập xây dựng lại công thức này trên một nền tảng hoàn toàn khác, đánh dấu công trình khoa học lớn đầu tiên của ông.

Công thức Lorenz-Lorentz nhanh chóng được chấp nhận là một định luật quan trọng không chỉ trong lĩnh vực quang học và lý thuyết điện từ mà còn là một công cụ hữu ích trong lĩnh vực hóa học vật lý mới ra đời. Các nhà hóa học đã áp dụng công thức này theo nhiều cách khác nhau để xác định khúc xạ phân tử của các hợp chất hóa học và do đó thu thập thông tin về cấu trúc của chúng.

Kể từ những năm 1880, công thức Lorenz-Lorentz đã đóng một vai trò quan trọng trong các ngành khoa học vật lý và vẫn tiếp tục được sử dụng cho đến ngày nay. Ngay cả sau 150 năm kể từ khi được đề xuất lần đầu, công thức này vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu sôi động trong hóa học vật lý, hóa học tinh thể và khoa học vật liệu.

Thuyết tương đối

Trong khoảng thời gian từ năm 1892 đến 1895, Lorentz đã nghiên cứu mô tả các hiện tượng điện từ (sự lan truyền ánh sáng) trong các hệ quy chiếu chuyển động tương đối so với giả thuyết về Ête (vật liệu giả thuyết chứa ánh sáng). Ông phát hiện ra rằng quá trình chuyển đổi từ hệ quy chiếu này sang hệ quy chiếu khác có thể được đơn giản hóa bằng cách sử dụng một biến thời gian mới mà ông gọi là thời gian cục bộ, phụ thuộc vào thời gian toàn cầu và vị trí đang xét. Mặc dù Lorentz không đưa ra cách giải thích chi tiết về ý nghĩa vật lý của thời gian cục bộ, nhưng với nó, ông có thể giải thích được hiện tượng sai lệch của ánh sáng và kết quả của thí nghiệm Fizeau. Vào năm 1900 và năm 1904, Henri Poincaré gọi thời gian cục bộ là “ý tưởng tuyệt vời nhất” của Lorentz và minh họa nó bằng cách chỉ ra rằng các đồng hồ trong các khung chuyển động được đồng bộ hóa bằng cách trao đổi các tín hiệu ánh sáng được giả định là truyền đi với cùng tốc độ theo và ngược với chuyển động của khung. Năm 1892, với nỗ lực giải thích thí nghiệm Michelson-Morley, Lorentz cũng đề xuất rằng các vật thể chuyển động co lại theo hướng chuyển động (xem co rút chiều dài; George FitzGerald đã đi đến kết luận này vào năm 1889).

Vào năm 1899 và năm 1904, Lorentz bổ sung thêm giãn thời gian vào các phép biến đổi của mình và công bố những gì Poincaré đặt tên là phép biến đổi Lorentz vào năm 1905.

Mặc dù dường như Lorentz không biết rằng Joseph Larmor đã sử dụng các phép biến đổi giống hệt nhau để mô tả các electron quay quanh hạt nhân vào năm 1897. Các phương trình của Larmor và Lorentz trông có vẻ hơi khác nhau, nhưng về mặt đại số, chúng tương đương với các phương trình được Poincaré và Einstein đưa ra vào năm 1905. Bài báo năm 1904 của Lorentz bao gồm công thức hiệp biến của điện từ học, trong đó các hiện tượng điện từ trong các hệ quy chiếu khác nhau được mô tả bởi các phương trình giống hệt nhau với các tính chất biến đổi được xác định rõ ràng. Bài báo nhận ra rõ ràng tầm quan trọng của công thức này, cụ thể là kết quả của các thí nghiệm điện từ học không phụ thuộc vào chuyển động tương đối của hệ quy chiếu. Bài báo năm 1904 bao gồm một cuộc thảo luận chi tiết về sự gia tăng khối lượng quán tính của các vật thể chuyển động nhanh trong một nỗ lực vô ích để làm cho động lượng trông chính xác giống như động lượng Newton; nó cũng là một nỗ lực để giải thích sự co rút chiều dài như sự tích tụ “vật chất” lên khối lượng làm cho nó chậm lại và co lại.

Phép biến đổi Lorentz

(nguồn: Vật Lý Đại Cương)

Năm 1887, các nhà vật lý gồm Woldemar Voigt, George FitzGerald, Joseph Larmor, và Hendrik Lorentz đã thảo luận về ý nghĩa vật lý mà các phương trình biến đổi này. Đến đầu năm 1889, Oliver Heaviside đã chứng minh từ các phương trình Maxwell rằng điện trường xung quanh các điện tích phân bố hình cầu sẽ giảm đi đối với sự đối xứng cầu khi các điện tích này chuyển động tương đối với nhau. FitzGerald sau đó cho rằng sự biến dạng điện trường của Heaviside có thể được áp dụng vào lý thuyết về lực liên phân tử. Vài tháng sau, FitzGerald công bố giả thuyết cho rằng các vật thể chuyển động co lại kích thước khi ông muốn giải thích các kết quả kỳ lạ trong thí nghiệm ether của Michelson và Morley năm 1887. Năm 1892, Lorentz trình bày ý tưởng tương tự một cách độc lập nhưng chi tiết hơn. , được gọi là giả thuyết co độ dài FitzGerald–Lorentz. Lời giải thích của họ đã được nhiều nhà vật lý biết đến trước năm 1905.

Lorentz và Larmor, những người đề xuất giả thuyết ether siêu sáng, cũng tìm kiếm một phép biến đổi trong đó các phương trình Maxwell sẽ bất biến khi truyền từ ê te sang một hệ quy chiếu chuyển động. Họ mở rộng giả thuyết co chiều dài FitzGerald–Lorentz và nhận thấy rằng tọa độ thời gian phải được thay đổi thành giờ địa phương. Henri Poincaré đã đưa ra lời giải thích vật lý về giờ địa phương (theo giá trị gần đúng đầu tiên của là kết quả của sự đồng bộ hóa của đồng hồ, bởi vì ông cho rằng tốc độ ánh sáng là không đổi trong hệ quy chiếu chuyển động. Larmor được ghi nhận là người đầu tiên hiểu được tầm quan trọng của sự giãn nở thời gian do hệ quả của các phương trình của ông.

Năm 1905, Poincaré là người đầu tiên hiểu rằng phép biến đổi có đặc tính cấu trúc toán học của một nhóm và ông đặt tên cho nó là Lorentz. Cuối năm đó, Albert Einstein công bố cái mà ngày nay được gọi là thuyết tương đối đặc biệt, khi ông chỉ ra rằng phép biến đổi Lorentz là hệ quả của nguyên lý tương đối và sự bất biến của tốc độ ánh sáng trong mọi hệ quy chiếu. do đó bác bỏ sự tồn tại của ê te.

Vinh dự và giải thưởng

Năm 1902, ông cùng Pieter Zeeman đã được trao giải Nobel Vật lý “vì những đóng góp đặc biệt của họ trong nghiên cứu ảnh hưởng của từ tính đến các hiện tượng bức xạ”.

Lorentz được tôn vinh rộng rãi trên toàn thế giới. Ông chủ trì các hội nghị quốc tế với kỹ năng xuất sắc, điều này nhờ vào tính cách thân thiện, sáng suốt và khả năng ngôn ngữ tuyệt vời của ông. Cho đến cuối đời, ông vẫn là Chủ tịch của tất cả các Hội nghị Solvay. Năm 1923, ông được bầu làm thành viên của “Ủy ban Hợp tác Trí thức Quốc tế” thuộc Hội Quốc Liên. Ủy ban này chỉ gồm bảy học giả lỗi lạc nhất thế giới, và Lorentz đã trở thành Chủ tịch của ủy ban này vào năm 1925.

Với uy tín to lớn trong giới chính phủ Hà Lan, Lorentz đã thuyết phục được họ về tầm quan trọng của khoa học đối với sản xuất quốc gia. Do đó, ông đã khởi xướng các bước đi cuối cùng dẫn đến việc thành lập tổ chức hiện nay được biết đến rộng rãi với tên viết tắt T.N.O. (Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan).

Trụ sở chính của Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan (nguồn: wikipedia)

CUỘC SỐNG CÁ NHÂN VÀ NHỮNG NGÀY CUỐI ĐỜI

Lorentz được mọi người biết đến là người có sức hút cá nhân to lớn. Ông là hình ảnh tiêu biểu của lòng vị tha, luôn quan tâm chân thành đến bất kỳ ai có vinh dự gặp gỡ ông. Ông có được thiện cảm từ những nhà lãnh đạo và cả những người dân thường.

Năm 1881, Lorentz kết hôn với Aletta Catharina Kaiser. Họ có với nhau ba người con. Cô con gái lớn, Tiến sĩ Geertruida Luberta Lorentz, cũng là một nhà vật lý.

Ông qua đời vì bệnh nặng vào ngày 4 tháng 2 năm 1928 tại Haarlem, Hà Lan. Theo như Owen W. Richardson – một nhà Vật lý học, lễ tang của Hendrik diễn ra vào trưa ngày 10 tháng 2 tại Haarlem. Vào đúng 12 giờ trưa, dịch vụ điện báo nhà nước của Hà Lan tạm dừng hoạt động trong ba phút để tưởng nhớ “con người vĩ đại nhất mà Hà Lan từng sản sinh.” Buổi lễ tang có sự tham dự của một số đồng nghiệp của Lorentz và các nhà vật lý lỗi lạc trên thế giới, thậm chí cả Chủ tịch Sir Ernest Rutherford, đại diện cho Hội Hoàng gia Anh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

The Nopel Prize

Famous Scientists 

Wikipedia