我們一起認識下這個20世紀物理學界最重要的科學家,他就是來自荷蘭的韓德瑞克·安通·洛倫茲。你可能沒怎麼聽說過洛倫茲的大名,也可能隻是知道一個公式叫“洛倫茲變換”,那就一起看下他和相對論有着怎樣的關系!
巨人的肩膀—洛倫茲
還記得你們讀中學的時候,老師讓我們用手握住一個線圈,然後通過大拇指的方向來判斷受力方向嗎?你們都還記得“左手定則”和“右手定則”嗎?什麼,你們恨死他了?哦,可以理解,我那個時候也跟你們一樣,都快分不清自己的左右手了。電子在磁場中受到的力就是以洛倫茲先生命名的,叫做“洛倫茲力”,什麼,我又勾起了你們痛苦的回憶?放輕松,放輕松,我們今天不考試。
洛倫茲在那個年代的物理學界有多出名,有兩個事情可以說明。第一件事情,洛倫茲是索爾維會議的定期主席(1911-1927),一直擔任到臨終前一年。可能你不知道索爾維會議有多牛,那你總知道體育盛會裡奧運會最牛,财主盛會裡500強财富論壇最牛吧。物理學家的會議裡就是索爾維會議最牛了(當然是在20世紀早期)。無圖無真相,現在上圖:
1927年,第五屆索爾維會議
這張圖片有很多别名,列舉一二:物理學全明星夢之隊合影、科學史上最珍貴照片、地球上1/3最具智慧的大腦合影。看到沒,愛因斯坦居中而坐,他的旁邊就是洛倫茲,其他人的名字我就不多說了。無數學校大樓的走廊上、教室裡,都挂着這些人的頭像,對這些名字你多多少少都會看着
眼熟的。第二件事情,洛倫茲于1928年2月4日在荷蘭哈勃姆去世,終年75歲。舉行葬禮那天,荷蘭全國電信、電話中止三分鐘,全世界的科學大師齊聚荷蘭,愛因斯坦在他的墓前緻悼詞。愛因斯坦的悼詞中有這樣一句話:“洛倫茲先生對我産生了最偉大的影響,他是我們這個時代最偉大、最高尚的人。”
看到此處,相信你對洛倫茲的敬仰已經如滔滔江水了,我也一樣。洛倫茲是電磁理論方面的大師級人物,麥克斯韋的電磁方程組在洛倫茲眼裡美得不可思議,多少次在夢中都驚歎它的簡潔、深刻和美。但是,洛倫茲在研究電子運動的時候,驚訝地發現,伽利略變換和麥克斯韋方程組不可能同時正确,這件事情讓洛倫茲非常郁悶,伽利略變換似乎是天經地義的,但是麥克斯韋的方程組更是神聖的。
經過一番痛苦的糾結,洛倫茲決定放棄伽利略變換式,麥克斯韋的電磁方程組是神聖不可侵犯的,既然伽 利略變換式沒法運用到電子的運動上,那什麼樣的坐标系變換勢能呢?洛倫茲用他高超的數學技巧,通過微積分推出了一個變換式,如果用這個坐标變換式取代伽利略的變換式,就和麥克斯韋的電磁方程組不矛盾了。洛倫茲在1904年正式發表了這個著名的變換公式:
這個式子被人們稱為“洛倫茲變換”,在這個式子裡面我們看到了熟悉的1/√1-v²/c²,這就是為什麼把它叫做洛倫茲因子,而不是相對論因子!(狹義相對論時間膨脹數學推導公式看這篇文章癢,快點我)(洛倫茲因子在時間膨脹公式中的作用看這篇文章還癢,點點)
科學家的經曆告訴我們,年輕能成事,所以少年們,加油!洛倫茲變換式發表的時候已經51歲了,人年紀一大,往往就容易失去勇氣和豐富的想象力,這導緻洛倫茲與偉大的相對論失之交臂。曆史有時候真是很有戲劇性,雖然洛倫茲先于愛因斯坦寫出了流芳千古的公式,但是,雖是同工但實屬異曲,洛倫茲看不穿皇帝的新衣,沒有大膽地抛棄以太,也沒有大膽地突破牛頓的絕對時空觀,在回答時間t為什麼會跟速度相關時,含含糊糊,連自己都說服不了自己。在洛倫茲的腦子裡,絕對時空觀是神聖不可侵犯的,他一直到死都沒有放棄證實以太的存在。一個不可否認的事實是,近100年以來,物理學上取得的幾乎所有重大突破,都是傑出的科學家們在30歲左右的時候取得的,量子力學更是被戲稱為“男孩物理學”,連愛因斯坦這樣偉大的天才,在他人生中的後30年中也沒有取得什麼重大成就。有一句流傳很廣的話是這麼說的:“如果愛因斯坦在他38歲的時候死了,那麼今天這個世界不會有什麼不同。
如果你現在正值20來歲的大好青春年華,請接受我對你的羨慕,你很有可能跨入“男孩”們的行列。
歡迎關注物質和意識!後面講狹義相對論尺縮效應!
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