Файл: Кляус, Е. М. Гендрик Антон Лоренц, 1853-1928.pdf

Студенты, которые собирались получить степень ма­ гистра, должны были изучать еще и философию, точнее, посещать лекции по философии, ибо экзамена не было. Если студент посещал лекции, зачет был ему обеспечен. Неудивительно, что на этих лекциях занимались кто чем хотел, к большому огорчению Лоренца, любившего в де­ лах порядок и четкость.

Лоренц уже был студентом второго курса, когда в университете появился Герман Хага. Их разделял целый год, но они остались друзьями. На правах старшего Ло­ ренц помогал Хаге войти в новую для него колею. Чему посвятить себя — физике или математике — вопрос, ко­ торый их больше всего в то время волновал. Помимо Хаги, у Лоренца было еще несколько друзей. Общался он с ними преимущественно на прогулках, являвшихся, соб­ ственно, его единственным отдыхом. Но зачастую он и гу­ лять предпочитал в одиночестве, чтобы поразмыслить над занимавшими его проблемами.

Гендрик Антон, юноша веселый и общительный, не из­ бегал своих сверстников. Он даже стал членом студенче­ ской корпорации.'Однажды в большой компании студен­ тов, с которыми его только что познакомили, он немало всех изумил тем, что тут же стал называть новых товари­ щей по именам и фамилиям, ни разу не ошибившись. Од­ нако из студенческой корпорации Лоренц вышел, не про­ быв в ней и года. Луи де Бройль отмечает: «...ему казалось, что у него не хватает вкуса к работе в коллективе и пре­ обладает влечение к размышлениям в одиночестве, ко­ торое, впрочем, сохранилось у него иа всю жизнь» 4. Лоренц же утверждал, что сборища его размагничивают, мешают сосредоточиться. И это была не пустая отговорка. Произошло событие, определившее его судьбу как ученого: он познакомился со статьями Максвелла. Джемс Клерк Максвелл писал .очень трудно. Даже много позже о его сочинениях отзывались как об «интеллектуальных джунг­ лях, почти непроходимых в своем буйном нетронутом ве­ ликолепии». Лоренц был одним из немногих, кто стал по­ нимать Максвелла. Подобрать к нему ключ помог Гельм­ гольц, опубликовавший несколько статей по тем же

4 Л. де Бройль. Жизнь и труды Гендрика Антона Лоренца (доклад, прочитанный на открытом ежегодном заседании Академии наук 10 декабря 1951 г.).— В кн.: Л. де Бройль. По тропам науки. М., 1962, стр. 14.

19

вопросам, а также статьи Френеля и «Эксперименталь­ ные исследования» Фарадея. «Тогда еще хватало времени на чтение объемистых трудов»,— иронически замечает Лоренц.

В ноябре 1871 г. он с отличием сдал экзамены на сте­ пень магистра. Правда, профессор ван Геер, экзаменовав­ ший его по математике, был несколько разочарован. Но вскоре выяснилось, что он по рассеянности экзаменовал Лоренца на степень доктора! Получал он зачет и у профес­ сора Кейзера. «Однако,— вспоминал потом Лореиц,— я не очень преуспел в элементарной астрономии и па зачете часто отклонялся от темы. Несмотря на это, Кейзер ободрил меня, тогда еще молодого и робкого студента, о чем я вспоминаю всегда с благодарностью».

Из-за плохого здоровья профессор Кейзер перестал читать теоретическую астрономию. Это обстоятельство, видимо, оказалось главным в решении Лоренца уехать из Лейдена, поскольку к докторским экзаменам можно было готовиться и самостоятельно. В феврале 1872 г. ои поки­ нул Лейденский университет, чтобы в качестве студента туда уже не возвращаться. То был шаг глубоко продуман­ ный, свидетельствовавший как о большой самостоятельно­ сти Лоренца, так и о его дальновидности.

3

Он вернулся в Арнем и стал учителем вечерней школы. , Дело для него не совсем легкое — учить почти что своих ровесников, не проявлявших притом к математике осо­ бого интереса. Трудпости неопытного педагога усугубля­ лись врожденной стеснительностью. Однако довольно скоро Гендрик Антон все это преодолел. Его репутация укреплялась, ученики его любили. С особенным удоволь­ ствием он преподавал в школе Тиммера, где около года заменял больного коллегу. Ученики здесь интересовались математикой больше, а это для Лоренца было главным.

Работа в вечерией школе оставляла много свободного времени. Лоренц этим дорожил и не искал места более выгодного. Ои не только зарабатывал свой хлеб, но и по­ могал отцу, а поэтому со спокойной совестью отдавал весь досуг науке. Он знал, что ему нужно и знал себя. За дело он взялся без спешки, но и не теряя времени допусту.

20

Гендрик Антон никак не мог свыкнуться с мыслью, что он равноправный коллега своих бывших учителей — Ван Беммелена и Ван-дер-Стадта. Между тем их отношения ста­ новились все более тесными и дружественными. Старые учителя в меру своих возможностей ему содействовали. Однако у Ван-дер-Стадта, например, не было достаточных знаний, чтобы чем-то реально помочь становлению тако­ го недюжинного ума, как Лоренц. Правда, ои в течение многих лет возглавлял Общество любителей естественных наук, которое не без пользы для себя посещал Гендрик Антон. Будучи «красноречивым оратором на научно-по­ пулярные темы по физике», Ван-дер-Стадт, по свидетель­ ству одного из членов общества, являлся вместе с тем и его душой; без него общество долго не просуществовало бы. Интересно также, что «на этих увлекательных собраниях всегда присутствовал отец Лоренца — веселый, распола­ гающий к себе человек, который (это случилось позже) вел себя как герой, когда у него ампутировали ногу без применения анестезии».

Ван Беммелен познакомил Гендрика Антона с бывшими своими учениками: Камерлингом-Оннесом и Роозебомом. О роли учителя химии в его судьбе Лоренц впо­ следствии рассказывал: «... ои часто просил меня остаться после работы и интересовался, чем я занимаюсь. Его вопросы всегда заставали меня врасплох, но в ходе наших бесед Беммелен познакомил меня со своими идеями и исследованиями коллоидного и химического равновесий. Таким образом он пробудил во мне интерес к проблемам физической химии, благодаря чему я вместе с Бакхейсом Роозебомом и Схрейнемакерсом смог более детально изучить теорию фаз» 5.

Было известно, что молодой учитель не только готовит­ ся стать доктором, но и занимается самостоятельной ис­ следовательской работой. Ои и других побуждал занимать­ ся ею, предлагая самые актуальные темы и свою помощь. Однажды некто ван Ройен пригласил членов общества осмотреть модель сконструированной им «машины горя­ чего воздуха», на которую надеялся получить во Фран­ ции патент. Лоренц вызвался разработать теорию действия машины. Патента ван Ройен не получил, но разработан-

5 Лоренц. Старые и новые проблемы физики, стр. 185.

21

ная Лоренцем теория, как рассказывал сам изобретатель, вызвала восхищение экспертов.

У себя дома Гендрик Антон устроил небольшую лабо­ раторию, оборудовать которую ему помог школьный ла­ борант Отто Линкер. Земляк Лоренца и старший его то­ варищ по университету Г. Я. Михаэлис, получивший док­ торскую степень в 1872 г., а потом до конца жизни учитель­ ствовавший в Арнеме, вспоминает: «В то время голова Лоренца была полна новыми идеями, относящимися к физике. Он догадывался о существовании неизвестных дотоле физических явлений и стремился раскрыть их суть...

Иногда по воскресеньям мы ходили в лабораторию той школы, где преподавал Ван-дер-Стадт (позже он стал за­ ведовать этой школой). Мы не спрашивали разрешения, заботясь лишь о том, чтобы после нас все оставалось в должном порядке. Оптические опыты обычно проводились с помощью моего телескопа. В медной крышке, где закреп­ лялась линза, было просверлено отверстие, пропускаю­ щее тонкий луч света. Таким способом исследовалось яв­ ление рефракции. Лоренц был убежден в существовании электромагнитных волн и пытался узнать о них что-либо, изучая разряды лейденской банки. Иногда ему казалось, что он открыл нечто новое, но уже обычно на следующий день он говорил, что то, что он обнаружил, можно объяс­ нить и с помощью старой теории. В этих опытах он не добился успеха из-за недостаточно, по-видимому, точной аппаратуры» 6.

Таким образом, как далее утверждает Михаэлис, эти юношеские опыты Лоренца предвосхищали гениальные эксперименты Генриха Герца, доказавшего в 1888 г. (через пятнадцать лет после попыток Лоренца) существо­ вание электромагнитных колебаний, возникающих при электрическом разряде, и таким образом подтвердив­ шего теорию Максвелла.

Уезжая из Лейдена, Лоренц захватил с собой все ста­ тьи Максвелла, какие нашлись в библиотеке физической лаборатории. На них там не было спроса— пакеты со стать­ ями гениального английского физика подчас даже не рас­

22

Теорией Максвелла Лореиц настойчиво занимался

все арнемские годы. При этом он ие только оттачивал свой зреющий ум теоретика и пе только развивал его гиб­ кость, но, что поистине удивительно, фактически сразу же — без проволочек и прицеливаний — приступил к тому делу, которое в его жизни стало основным.

Иногда из своих скромных средств Гендрик Антон выкраивал несколько гульденов па покупку книг. Осо­ бенно драгоценными стали для него тома Френеля. Вот как он сам рассказывает об этом: «...когда средства по­ зволили мне купить книгу по физике, более обширную, чем обычные учебники, я приобрел изданное Эмилем Верде полное собрание сочинений Огюстена Френеля. Когда я прочитал написанное Верде введение, мое восхищение и уважение переплелись с любовью и привязанностью; как велика была радость, которую я испытал, когда смог прочитать самого Френеля...» 7

Так вслед за Максвеллом у Лоренца появился еще один великий учитель — Огюстен Шан Френель.

Это были счастливые для Гендрика Антона годы. Он жил с отцом и мачехой на тихой улице Стен в доме, где прошло его детство. Работа учителя приносила ему боль­ шое удовлетворение. Ничто не отвлекало его от занятий науками. А если, бывало, Лоренц и сожалел о чем, так только о том, что Гендрик Ян Якоб, его сводный брат, назначенный почтмейстером в Буссум, был не с ними.

4

Ясно представляя, гдё проходит передний край нау­ ки, молодой Лоренц безошибочно нашел и свое место в ней, выступив как убежденный сторонник электромагнит­ ной теории Максвелла, к которой до опытов Герца почти все физики относились откровенно скептически.

Гендрику Антону было восемнадцать лет, когда он познакомился со статьями Максвелла, двадцать — когда вышел знаменитый максвелловский «Трактат». Потом Лоренц говорил: «Его «Трактат об электричестве и маг­ нетизме» произвел на меня, пожалуй, одно из самых силь­ ных впечатлений в жизни; толкование света как электро­

7 Лоренц. Старые и новые проблемы физики, стр. 172.

23

магнитного явления по своей смелости превзошло все, что я до сих пор знал. Но книга Максвелла была не из легких! Написанная в годы, когда идеи ученого еще не получили окончательной формулировки, она не представ­ ляла законченного целого и не давала ответа на многие вопросы» 8.*

Уже на закате жизни Лоренц рассказывал академику А. Ф. Иоффе о таком казусе. Столкнувшись впервые с урав­ нениями Максвелла, он не мог понять их физического смы­ сла и обратился к парижскому переводчику сочинений Максвелла. Однако тот заявил, что никакого физического смысла эти уравнения не имеют п понять их нельзя; их следует рассматривать как чисто математическую абст­ ракцию. «Но понемногу электромагнитное поле стало об­ лекаться для Лоренца в живые образы, стало для него физической реальностью, не нуждавшейся в эластичных трубках Фарадея н максвелловых пружинках. Тогда его внимание направилось к источникам электрического по­ ля — к зарядам»0.

В первой своей работе — докторской диссертации — Лоренц, опираясь на теорию Максвелла, объяснил яв­ ления отражения и преломления света на границе двух прозрачных сред. Диссертация так и называлась: «К тео­ рии отражения и преломления».

Диссертацию Лоренц защищал 11 декабря 1875 г. Его научным руководителем был профессор Рейке. На защите присутствовали и ван Геер, и Бирепс-де-Хааи, и, конечно, друзья соискателя — Камерлинг-Ониес, Роозебом, Хага. Лоренц вспоминал: «Преподаватели универси­ тета, присутствовавшие на защите моей диссертации, были такими же объективными, как и Рейке». Соискатель побаивался защиты, но она прошла блестяще: он был удостоен высшей похвалы — magna cum laude. Так был завершен его трехлетний подвижнический труд. Диссер­ тация была напечатана, через два года появился ее со­ кращенный перевод в немецком журнале. Имя молодого ученого получило известность. Впоследствии Макс Планк, подчеркивая историческое значение диссертации Лорен­ ца, содействовавшего решению острого для той эпохи вопроса об «упругом или электромагнитном эфире», го­

8 Лоренц. Старые и новые проблемы физики, стр. 175.

8 А. Ф. Иоффе. Встречи с физиками. М., 1962, стр. 57—58.

24

ворил: «В те времена классическая механика Ньютона достигла своего высшего предела завершенности. А так как механика... заняла центральное положение в физике, то, собственно, задачу теории видели в том, чтобы свести все физические процессы к движениям. Что касается оп­ тики, то... после того как Френель доказал поперечность световых воли, дело состояло в том, чтобы истолковать эти волны как упругие колебания несжимаемого твердого тела — светового эфира. Однако... оставался ряд серьез­ ных трудностей, прежде всего —невозможность вывести из механики законы преломления и отражения света...

Эту основную трудность Лоренц разъяснил в своей дис­ сертации, переведя всю проблему на новые рельсы» 10.1

«Двадцатилетний Лореиц, — отмечал Эренфест, — дол­ жен был исключительно глубоко проникнуть в сущность работ великих предшественников — Френеля, Максвелла и особенно Гельмгольца, чтобы написать свою диссерта­ цию так, как он это сделал! Для нее характерен прежде всего четкий и вместе с тем осторожный критицизм: если световые волны являлись механическими колебаниями «уп­ ругого эфира» (в соответствии с идеями Френеля, Нейма­ на или Коши), то при их отражении, например, от поверх­ ности стекла, наряду с уже известными явлениями и в дополнение к ним, должны были возникать и специальные явления... Лоренцу удалось показать, что противоречие с опытом совершенно устраняется, как только световые волны начинают рассматриваться как электромагнитные, а не как механические, — в согласии с теорией Максвелла. Волновая теория света, плодотворность которой была столь блестяще продемонстрирована в исследованиях Христиана Гюйгенса (1678), Томаса Юнга (примерно 1800 г.) и Огю­ стена Френеля (в десятилетие 1815—1825), тем самым была освобождена от подстерегавших ее опасностей» 11.

Вернувшись после защиты диссертации из Лейдена в Арнем, новоиспеченный доктор продолжал обычную тру­ довую жизнь учителя вечерней школы.

Летом 1876 г. Гендрик Антон вместе с Ван-дер-Стадтом и еще одним их общим другом совершили пеший переход по Швейцарии. Это была первая поездка Лоренца за пре­

10М. Планк. Единство физической картины мира. М., «Наука», 1966, стр. 153—154.

11П. Эренфест. Относительность. Кванты. Статистика. М., «Нау­ ка», 1972, стр. 196—198.

25

Ill

Профессор теоретической физики

1

То, что Лейденский университет основал у себя ка­ федру теоретической физики, свидетельствовало о его про­ грессивных тенденциях. Ведь в ту пору теоретическая физика «в чистом виде» не признавалась самостоятельной областью, ие было, как таковых, и физиков-теоретиков. Лейденский университет одним из первых в Европе уч­ редил кафедру теоретической физики, Лоренца же сле­ дует считать одним из первых в истории науки физиковтеоретиков. Правда, он никогда не был теоретиком «сто­ процентным» (таким, например, как Макс Планк), однако теоретическая физика в его трудах всегда занимала глав­ ное место.

Процедура вступления в звание профессора была ос­ вящена в Лейдене традициями и состояла в следующем. Сначала будущий профессор, облаченный в черную ман­ тию, произносил вступительную речь-доклад на тему по собственному выбору, однако достаточно популярную, поскольку аудитория собиралась пестрая: совет курато­ ров (попечителей) университета, его ученый совет, пре­ подаватели (все тоже в черных мантиях), студенты и боль­ шое число приглашенных лиц. После доклада, длившего­ ся примерно час, новый профессор присягал королю и давал обещание почитать и исполнять законы. «И да по­ может мне в этом всемогущий бог!» — подняв правую руку с разведенными указательным и средним пальцами, тор­ жественно провозглашал он.

Вступительную речь Лоренц произнес 25 января 1878 г. (этим днем и датируется начало его деятельности в Лей­ денском университете). Она называлась «Молекулярные

27

теории в физике» и была посвящена подробному анализу роли молекулярной теории в физике — вопросу тогда чрезвычайно актуальному. Эта речь Лоренца, как отме­ чал Эренфест, «свидетельствовала о том, какое очаровываю­ щее воздействие оказали на него блестящие исследования Максвелла, Больцмана (1870-е годы) и Ван-дер-Вааль­ са...»

В Лейден Лоренц переехал в начале 1878 г. К этому времени его школьный друг Герман Хага, защитив док­ торскую диссертацию полутора годами ранее, уже поки­ нул университет. Сперва он подвизался в качестве ассис­ тента в Страсбурге, потом был учителем в Апелдорне и Дельфте (где началась его дружба с Камерлингом-Онне- сом), а в 1886 г. получил профессуру в Гронингенском уни­ верситете.

Первым курсом лекций, прочитанным Лоренцем в Лей­ дене, была теория капиллярности по Ваи-дер-Ваальсу. Один из его студентов (а их было всего человек десять) — ван Рейн ван Алкемаде, довольно известный потом фи- зико-химик — тщательно их законспектировал и хранил как большую драгоценность; вследствие досадной ошиб­ ки они были уничтожены после его смерти — как раз когда их намеревались опубликовать...

Гертруда Луберта, дочь Лоренца, пишет: «Доктор ван Рейн ван Алкемаде рассказывал мне, что отец, которо­ му тогда было двадцать пять лет, обладал своеобразным даром, несмотря на всю свою доброту и простоту, сохра­ нять определенную дистанцию между собой и своими студентами, нисколько не стремясь к тому и сам того не замечая».

Перед занятиями молодой профессор имел обыкнове­ ние беседовать со студентами, стоя возле натопленной ка­ фельной печи. Он беззлобно подшучивал над ними, сту­ денты отвечали в том же духе. Наконец, вынув из жилет­ ного кармана часы, Гендрик Антон произносил: «Ну, господа, не пора ли нам начинать?» — и сразу становился из товарища преподавателем. После лекции он опять присоединялся к студентам и, непринужденно беседуя, направлялся на Туфмаркте, где над лавкой табачных из­ делий находилась его квартира. Он не возражал, если кто-либо из студентов запросто, но безусловно по делу являлся к нему домой. В таких случаях разговор мог кончиться даже за бутылкой вина.

28