Hendrik Lorentz

Van Wikipedia

Hendrik Antoon Lorentz, in 1916 geschilderd door Menso Kamerlingh Onnes.

Inhoud

1 Biografie
2 Licht en elektromagnetisme
3 Elektronentheorie
4 Lorentzcontractie
5 Nestor
6 Prijzen
7 Publicaties
8 Bronnen en referenties
9 Uitgave correspondentie en biografie
10 Zie ook
11 Externe links

Hendrik Antoon Lorentz (Arnhem, 18 juli 1853 - Haarlem, 4 februari 1928) was een van Nederlands grootste natuurkundigen.

[bewerk] Biografie

[bewerk] Jonge jaren

Lorentz kwam uit een familie van tuinders in Arnhem. Zijn vader was Gerrit Frederik Lorentz (1822 – 1893) en zijn moeder Geertruida van Ginkel (1826 – 1861). Na de dood van zijn moeder in 1861 hertrouwde zijn vader met Luberta Hupkes. Na afloop van de lagere school ging hij in 1866 meteen naar de derde klas van de nieuwe HBS aldaar. Hij had hoge cijfers, niet alleen voor exacte vakken, maar ook voor talen. Lorentz sprak vloeiend Engels, Frans en Duits, wat hem bij zijn vele internationale contacten goed van pas kwam. Met een HBS-diploma kon Lorentz niet naar de universiteit, dus deed hij staatsexamen gymnasium, alvorens in 1870 aan de Rijksuniversiteit Leiden wis-, natuur- en sterrekunde te gaan studeren bij onder meer de hoogleraren P. van Geer, P.L. Rijke en Frederik Kaiser. Al in 1872 keerde Lorentz naar zijn geboorteplaats terug om thuis verder te studeren. Tot 1878 gaf hij in Arnhem les aan de plaatselijke avondschool. Op 11 december 1875 promoveerde Lorentz op het proefschrift "Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht". Hierin verklaarde hij deze verschijnselen voor het eerst vanuit de elektromagnetische theorie van Maxwell in de interpretatie van Helmholtz. In 1881 trouwde Lorentz met Aletta Kaiser, een nicht van wijlen professor Kaiser.

[bewerk] Hoogleraar in Leiden

In 1877 beriep de Universiteit Utrecht hem als hoogleraar wiskunde, maar Lorentz sloeg dit aanbod af: hij dacht privaatdocent aan de universiteit van Leiden te kunnen worden. Door de nieuwe Wet op het Hoger Onderwijs werd naast de leerstoel van professor Rijke een tweede in de natuurkunde ingesteld. Omdat J.D. van der Waals zijn benoeming aan de Gemeente Universiteit van Amsterdam aannam, kwam Lorentz in aanmerking. Zo werd hij in 1878, als een van de eersten in Europa, tot hoogleraar in het nieuwe afzonderlijke vak theoretische natuurkunde benoemd aan de Rijksuniversiteit Leiden. Op 25 januari 1878 hield hij zijn inaugurele rede: "De moleculaire theoriën in de natuurkunde". Hij was toen pas 24 jaar oud. De rest van zijn leven zou hij aan deze universiteit verbonden blijven. Hij gaf colleges natuurkunde aan onder meer natuur- en geneeskundestudenten en schreef een aantal leerboeken. Ook richtte hij een laboratorium voor studenten in. Toen zijn collega experimentele natuurkunde Kamerlingh Onnes door zwakke gezondheid colleges moest opgeven, nam Lorentz die van hem over.

Van zijn vijfentwintig promovendi werden vooral Leonard Ornstein (promotie 1908 over Gibbs' statistische fysica) en Adriaan Fokker (promotie 1913 over Brownse beweging) bekend.

Einstein en Lorentz

[bewerk] Internationaal toonaangevend geleerde

Vanaf 1900 werd hij internationaal bekend in de wetenschappelijke wereld. In 1902 won hij met Pieter Zeeman de Nobelprijs voor natuurkunde - zie onder. In 1906 gaf hij gastcolleges aan de Columbia University te New York, die in druk zeer bekend werden als The theory of Electrons and its applications to the problems of light and radiant heat. Later, in de jaren '20, deed hij op drie tournees diverse Amerikaanse universiteiten aan als gastdocent. Vanaf 1910 was hij organisator en voorzitter van baanbrekende Conseil de Physique Solvay conferenties over onder meer vroege kwantummechanica met madame Curie, Einstein, Planck, Rutherford en vele anderen. In 1923 aanvaardde hij de benoeming door de Volkenbond tot secretaris van de Commission internationale de cooperation intellectuelle, onder voorzitterschap van de Franse filosoof Henri Bergson. In 1925 werd Lorentz voorzitter. Hij zette zich in als verzoener voor het samenbrengen van onderzoekers uit de landen die elkaar na de Eerste Wereldoorlog boycotten. In Nederland werkte Lorentz in 1918 mee aan de oprichting van een voorloper van TNO.

[bewerk] Maatschappelijk actief

Politiek was Lorentz actief binnen de Vrijzinnig-Democratische Bond, terwijl de sociale kwestie en de volksopvoeding zijn levendige belangstelling hadden: in 1910 werd op zijn initiatief de eerste openbare bibliotheek van Leiden gesticht. Hij was voorzitter van de Onderwijsraad, afdeling hoger onderwijs van 1921 tot 1926, en drukte zijn stempel op verdeling van leerstoelen en het nieuwe Academisch Statuut. Voor zijn internationale rol als verzoener was het voorzitterschap (1906-1921) van de sectie natuurkunde van de Akademie van Wetenschappen van belang. Lorentz gaf graag populaire lezingen over natuurkunde voor belangstellenden.

[bewerk] Buitengewoon hoogleraar en curator

In 1912 ging Lorentz vervroegd met pensioen als gewoon hoogleraar. Hij werd curator bij Teylers Stichting in Haarlem. Wel bleef hij, nu als buitengewoon hoogleraar, zijn "maandagochtendcolleges" geven in Leiden. Paul Ehrenfest volgde hem op als gewoon hoogleraar theoretische natuurkunde, en stichtte het instituut voor theoretische natuurkunde, dat nu het Instituut-Lorentz heet.

Vanaf 1920 trad Lorentz ook op als secretaris van de Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen te Haarlem.

[bewerk] Staatscommissie Zuiderzee

Na zijn emeritaat werkte hij van 1918 tot 1926 mee aan plannen voor de drooglegging van de Zuiderzee. Hij stelde de belangrijke golfvergelijking op, waarmee de waterhoogtes - en daarmee benodigde dijkhoogtes - na afsluiting door de Afsluitdijk voorspeld konden worden. Hij leidde de Staatscommissie Zuiderzee (ook wel "Commissie Lorentz" genoemd). Lorentz stelde voor het probleem van de waterhoogten op te lossen met numerieke wiskunde. De bewegingsvergelijkingen voor water moesten opgelost worden voor de geulen. Het werk van deze commissie is van grote betekenis geweest voor het waterloopkundig onderzoek in Nederland. Na voltooiing van de Afsluitdijk in 1933 bleken de voorspellingen van de commissie juist.

Hendrik Antoon Lorentz.

[bewerk] Laatste jaren

Tot op het eind van zijn leven stelde Lorentz collega's niet teleur als deze benieuwd waren "wat Lorentz er van vond". Op 4 februari 1928 overleed hij op 75-jarige leeftijd aan een belroosinfectie met koortsaanvallen.

[bewerk] Licht en elektromagnetisme

In zijn promotie-onderzoek toonde Lorentz voor het eerst aan dat de elektromagnetische theorie van Maxwell de regels van lichtbreking en -terugkaatsing minstens zo goed kon verklaren als de rivaliserende theorie van Fresnel. Bovendien had de theorie van Maxwell het voordeel dat deze transversale golven toestond. Lorentz kon in 1875 de kleurschifting van het licht verklaren en in 1878 het verband tussen dichtheid van een stof en zijn brekingsindex: de Lorentz-Lorenz-formule.

[bewerk] Elektronentheorie

De oorspronkelijke theorie van Maxwell kon niet verklaren waarom stoffen zo sterk verschillen in hun optisch gedrag. Lorentz wel, door combinatie van zijn expertise in de Maxwelltheorie en de moleculaire theorie van Boltzmann. Optische eigenschappen van stoffen voerde hij terug op elektrische eigenschappen van atomen en moleculen. Deze bevatten volgens Lorentz gelijke ladingsdragers, de elektronen, die harmonisch trillen door invallende straling. Aanvankelijk noemde Lorentz ze in aansluiting op de toen nieuwe scheikundige terminologie nog "ioonen". Lorentz omschreef ze als "uiterst kleine deeltjes, geladen met elektriciteit, die in geweldige aantallen binnen alle ponderabele stof aanwezig zijn, en door welker verdeling en beweging wij alle elektrische en optische verschijnselen die niet beperkt zijn tot de vrije ether trachten te verklaren."

In de theorie van Lorentz bevonden de elektronen en andere ladingsdragers zich in de overal eendere ether die in absolute rust verkeert. Voor de lichtvoortplanting door de ether gelden de wetten van Maxwell, en de ether en de geladen deeltjes werken op elkaar in via de Lorentzkracht.

Een van de voorspellingen van Lorentz was dat in een magnetisch veld de spectraallijnen van atomen zich zouden moeten splitsen. Deze splitsing werd in experimenteel werk van Pieter Zeeman inderdaad aangetroffen, en voor deze ontdekking ontvingen Lorentz en Zeeman in 1902 gezamenlijk de Nobelprijs "in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of magnetism upon radiation phenomena" (vertaling: als blijk van erkenning voor de buitengewone dienst die zij verleenden door hun onderzoek naar de invloed van magnetisme op stralingsverschijnselen).

[bewerk] Lorentzcontractie

De manier waarop licht zich voorplant door de ether stond eind 19e eeuw zeer in de belangstelling. Men dacht dat de snelheid van het licht, als dat reist door dit veronderstelde medium, op de snel door de ether bewegende aarde in verschillende richtingen een verschillende waarde zou hebben. Zoals bleek uit het interferometer-experiment van Albert Michelson en Edward Morley, was dit echter niet het geval. De lichtsnelheid bleek in alle richtingen precies gelijk te zijn. Dit betekende een wetenschappelijke revolutie, omdat daaruit bleek dat licht zich heel anders gedroeg dan geluid, waarover in die tijd al veel meer bekend was. Nog steeds is het gegeven dat de lichtsnelheid altijd constant is moeilijk te begrijpen en leidt het ogenschijnlijk tot de vreemdste paradoxen.

Lorentz ontwikkelde om dit experiment te begrijpen het begrip van lokale tijd. Hij stelde ook voor dat lichamen die de snelheid van het licht benaderen, zich samentrekken (korter worden). Dit wordt aangeduid met de term Lorentzcontractie. In de vergelijkingen van Maxwell diende op bepaalde plaatsen een factor $\alpha=\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$ te worden toegevoegd, waarbij v de snelheid van het voorwerp is, en c de lichtsnelheid.

Lorentz zag de lokale tijd die hij ontwikkelde als een puur wiskundige manier om de natuurkundige experimenten te beschrijven. Met deze inzichten stond Lorentz echter aan de basis van de relativiteitstheorie, die ten volle door Albert Einstein werd ontwikkeld.

[bewerk] Nestor

Lorentz wordt vaak de nestor van de Nederlandse natuurkunde genoemd. Het respect dat Lorentz genoot wordt treffend tot uitdrukking gebracht door O.W. Richardson's beschrijving van Lorentz' begrafenis in 1928: "De begrafenis vond plaats op vrijdag, 10 februari, in Haarlem. Klokslag 12 uur werden bij wijze van eerbetoon de telegraaf- en telefoondiensten in Nederland drie minuten stilgelegd. Sir Ernest Rutherford hield een toespraak namens de British Royal Society. Lorentz was een vaderfiguur voor Albert Einstein. Deze verklaarde de later relatief beperkte roem van Lorentz als volgt: "De natuurkundigen van de jongere generatie zijn zich meestal niet meer ten volle bewust van de beslissende rol, die H.A. Lorentz speelde bij de vorming van de fundamentele ideeën van de theoretische natuurkunde. Dit wonderlijke feit berust hierop, dat de grondslag van Lorentz' ideeën hun zozeer vlees en bloed geworden is, dat zij nauwelijks nog in staat zijn zich voor te stellen hoe vermetel deze ideeën waren en hoever ze het natuurkundig fundament vereenvoudigden".

[bewerk] Prijzen

Nobelprijs-medaille

Lorentz heeft zeer veel prijzen ontvangen voor zijn belangrijke werk. Met Pieter Zeeman ontving hij in 1902 de Nobelprijs voor natuurkunde. Hij werd in 1905 gekozen tot lid van de Royal Society, en hij ontving van dit geleerde genootschap de Rumford medaille in 1908 en de Copley medaille in 1918.

De KNAW Lorentzmedaille wordt sinds 1927 om de vier jaar uitgereikt aan onderzoekers die uitzonderlijke prestaties hebben geleverd op het gebied van de natuurkunde. De Akademie heeft de Lorentzmedaille in 1925 ingesteld, bij gelegenheid van het gouden jubileum van de promotie van Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). Lorentz was lid van de Akademie en vervulde er diverse bestuursfuncties.

[bewerk] Publicaties

1875: Over de theorie der terugkaatsing en breking van het licht/Sur la theorie de la reflexion et de la refraction de la lumiere (proefschrift Universiteit Leiden)
1878: De moleculaire theoriën in de natuurkunde (inaugurele rede)
1882: Leerboek der differentiaal- en integraalrekening en van de eerste beginselen der analytische meetkunde met het oog op de toepassingen in de natuurwetenschap
1886 De l'influence du mouvement de la terre sur les phénomènes lumineux
1892: La théorie electromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants
1893 Beginselen der natuurkunde, Brill, Leiden, 1893 en vele latere drukken (leerboek)
1895: Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Korpern
1899: Theorie simplifiée des phénomènes électricques et optiques dans des corps en mouvement
1904: Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light
1909: The theory of electrons and its applications to the phenomena of light and radiant heat
1910: Sichtbare und Unsichtbare Bewegungen
1918: Beginselen der natuurkunde, 2 delen
1919: De zwaartekracht en het licht. Een bevestiging van Einsteins Gravitatietheorie, Nieuwe Rotterdamsche Courant, 13 november 1919
1919-1925: Lessen over theoretische natuurkunde aan de Rijks-Universiteit te Leiden gegeven door H.A. Lorentz, 8 delen
1922: Problems of modern physics. Lecture notes California Institute of Technology
1926: The quantum theory. Present day problems and outstanding questions of the quantum theory. Notes accompanying lectures delivered by Professor H.A. Lorentz at Cornell University, fall term 1926
1926: Verslag Staatscommissie Zuiderzee 1918 - 1926
1935-1939: Collected Papers, ed. P. Zeeman and A.D. Fokker, 9 volumes

[bewerk] Bronnen en referenties

Bronnen en referenties:

Albert Einstein: H.A. Lorentz als Schopfer und als Personlichkeit, Leiden 1953
G.L. de Haas-Lorentz (ed.): H.A. Lorentz. Impressions of his life and work, Amsterdam, 1957
Kox, A.J. & M. Chamalaun [eds.]. Van Stevin tot Lorentz. Portretten van Nederlandse natuurwetenschappers.

Amsterdam, Intermediair, 1980

Fritz Krafft (ed.): Lexikon großer Naturwissenschaftler
R. McCormmach:H.A. Lorentz in: Dictionary of Scientific Biography, ed. Ch. C. Gillespie, New York 1970-1976
J.M. Muller: Inventaris van het archief van prof. dr. H.A. Lorentz (1853-1928) 1866-1930, Algemeen Rijksarchief, Den Haag 1982

[bewerk] Uitgave correspondentie en biografie

Prof. Dr. A.J. Kox (Universiteit van Amsterdam) werkt aan een wetenschappelijke biografie van Lorentz en een uitgave van diens correspondentie.

[bewerk] Zie ook

[bewerk] Externe links

Beelden van de begrafenis van Lorentz
Instituut-Lorentz voor theoretische natuurkunde, Universiteit Leiden
Lorentz' grafsteen met biografie
Biografie door H.A.M. Snelders in het Biografisch Woordenboek.

Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen kunt u vinden op de pagina Hendrik Antoon Lorentz op Wikimedia Commons.

Winnaars van de Nobelprijs voor de Natuurkunde (1901-1925)