第三十一回　洛倫茲出身卑賤，做科研立地頂天

一提起“洛倫茲”之名，很多人立馬就會兩眼放光，急切地說：“哦，我知道！”但是，伙計別急，咱先得搞搞清楚，看看你說的那個洛倫茲與本回主角是不是同一個人。在著名科學家中，有好幾位叫洛倫茲的人，不但普通人會被搞糊涂，而且科學界常鬧出烏龍。君若不信，咱就來簡單地梳理一下。

從出生地來看，至少有荷蘭的洛倫茲、美國的洛倫茲、奧地利的洛倫茲和丹麥的洛倫茲等，而本回主角是荷蘭的那個洛倫茲。

從年齡來看，至少有1829年出生的老洛倫茲、1853年出生的大洛倫茲、1903年出生的中洛倫茲和1917年出生的小洛倫茲，而本回主角則是大洛倫茲。

從學科領域看，至少有物理學家洛倫茲、氣象學家洛倫茲和統計學家洛倫茲，而本回主角則是物理學家洛倫茲?；镉?，別以為這樣就說清楚了，其實還早著呢，因為在著名的物理學家中就有兩位洛倫茲，而且他們是小同行，都在揭示電磁波傳播速度方面做出過重大貢獻。他們才是最容易被張冠李戴的，他倆甚至曾在同一著名物理期刊的同一期上發表過同一領域的兩篇論文！

另外，即使“洛倫茲方程”的命名者也至少有兩位洛倫茲！

算了，甭繞彎子了，咱就直說了吧。本回主角就是1853年7月18日生于荷蘭阿納姆的亨德里克·安東·洛倫茲（Hendrik Antoon Lorentz）。他是在從經典物理學到近代物理學的發展過程中起承上啟下作用的科學巨擘，也是電子論的創立者。他填補了經典電磁理論與相對論之間的鴻溝，導出了愛因斯坦狹義相對論的基礎變換方程（即洛倫茲變換）?？傊?，他既是經典物理學的關門者，也是現代物理學的開拓者。至今，在許多物理著作中，仍常見其身影，比如洛倫茲公式、洛倫茲力、洛倫茲分布、洛倫茲方程等。哦，差點忘了，他還獲得過1902年的諾貝爾物理學獎呢。

洛倫茲出生那年，他的祖國還真是喜事連連，因為在這一年荷蘭誕生了多位名人，比如藝術界有著名畫家凡·高，科學界有著名物理學家昂內斯（超導現象的發現者）。此外，這一年還有多位國際名人也陪伴洛倫茲一起來到了人間，比如瑞典著名畫家拉森、德國著名科學家和諾貝爾化學獎得主奧斯特瓦爾德、中國著名思想家嚴復等。仍然是這一年，多個國家都發生了影響歷史的重要事件。比如，在中國，太平軍攻克并定都南京，隨后便開始北伐；在俄國，沙皇下令侵占庫頁島；在日本，發生了黑船事件，從此日本打開國門，走上了現代化之路；在歐洲，爆發了拿破侖之后規模最大的克里米亞戰爭，奧斯曼帝國、英國、法國、撒丁王國等先后向俄國宣戰，最終以俄國戰敗而告終。

洛倫茲的祖先來自德國萊茵蘭地區，大多以務農為生。他的父親是一個小人物，主業為幼兒園的男“阿姨”，同時種有一片水果苗圃。他的生母的命很苦，她雖與前夫育有三子，可很快便有兩子夭折，接著前夫也去世了。于是，她只好帶著僅存的幼子改嫁給了洛倫茲的生父?？筛鼞K的是，在生下洛倫茲后僅僅7年，她也去世了。兩年后，洛倫茲便開始與繼母等一起生活。換句話說，幼年時的洛倫茲所面臨的第一個嚴峻挑戰便是懷著對生母的深深眷戀，與各種各樣的親人和睦相處，比如同母異父的哥哥、同父異母的弟弟和妹妹、突然到來的繼母以及被艱難生活折磨得夠嗆的父親等。這樣的相處還是在衣食堪憂的情況下進行的，其艱難程度可想而知。生父能不能公平地對待各個孩子，繼母會不會偏心，自己會不會誤解親人或被他們誤解，出現誤解時又該如何處理……總之，問題很多，且每個問題都很棘手。幸好洛倫茲的繼母很善良，她不但一視同仁地精心照顧這些孩子，而且培養了洛倫茲的一項驚人本領——超強的融合能力。隨后的事實表明，洛倫茲的這項本領在學習、生活和科研等方面發揮了不可替代的重要作用，他的成功在很大程度上也有賴于適時地將這本領發揮成應變能力、借鑒能力和適應能力，用達爾文進化論的專業術語來說就是順應能力。總之，洛倫茲的童年并未因其生母的過早離世而受到太大的影響。他對繼母的感情也很深，以至他在成年后竟為自己的大女兒取了與繼母一樣的名字，以示感恩。

6歲時，洛倫茲進入當地的一所小學讀書。他不但學到了常規的小學知識，還額外接觸到了數學和物理學等方面的高深知識。這主要得益于該校的創始人蒂默先生，因為他熱心科普，還出版過幾本物理教材，經常給洛倫茲等優秀學生“開小灶”。事實證明，這一點非常重要，因為他在洛倫茲的幼小心靈里激發出了洛倫茲對科學的好奇心并進而轉化成對科學的激情。

13歲時，洛倫茲進入阿納姆高等中學，又很幸運地碰到了一批優秀老師，學到了不少重要的思考方法。一位出版過多部物理學著作的老師范德斯塔特更是洛倫茲的貴人，他不但將后者在小學期間被激發的科學熱情鎖定在了物理學領域，而且使洛倫茲決定從此獻身物理學。他還對洛倫茲隨后的學習、生活和工作提供了長期的、多方面的、直接和間接的幫助。在中學期間，除了自然科學外，記憶力出眾的洛倫茲還對歷史和文學很感興趣。他讀過關于荷蘭和英國歷史的眾多著作，還讀過許多經典小說，尤其喜歡狄更斯等人的作品。洛倫茲的超強融合能力首先在學習外語方面顯現了神威。他迅速掌握了英語、法語、德語、希臘語與拉丁語等多種語言。即使面對一門新的語言，他也能很快根據上下文，推斷出相應的語法結構。這當然得益于他的語言天賦，但更得益于他超強的融合能力。他找到了各種語言之間的某種結構共性，然后將自己所熟悉的這種共性推廣到新語種，并注意把握其個性。其實，這便是如今所謂的智能翻譯的核心，即把語法、語義和常識等層面連成有機的整體，實現語句在不同層面上的轉換。

洛倫茲超強的融合能力還體現在他的性格的轉變上。少年時的洛倫茲并不善交際，甚至還有點靦腆。即使在親人面前，他也少言寡語。但在成年后，他的性格發生了翻天覆地的變化，他甚至變成了有名的“鐵嘴”。面對各方面的人員，哪怕是敵對國家的科學家，他也能很快找到大家的利益共同點，然后以此為基礎，把各方完美地團結在一起。同行們都很喜歡他，召開物理學界重要的國際會議時幾乎每次都請他當大會主席。這不僅因為他精通多種語言（當然，這一點確實很重要，其實外語能力對科學家走向世界來說絕對是必要的），而且因為他能準確地理解發言者的意圖，更因為他還是一位辯論高手，可輕松駕馭最為混亂的辯論。他曾幽默地說道：“即使不吃‘物理飯’，單憑我的嘴也完全能養活全家人?！彼诔蔀榻浀湮锢韺W的代言人后，不得不面對現代物理學的挑戰，面對經典物理即將“崩盤”的局面，面對自己的地位和榮譽即將受到重大影響的境況，他自嘲地說道：“唉，要是我能在‘崩盤’前死掉就好了，眼不見心不煩嘛！”當然，他也在積極應對這種局面，很快就取得了重大成就，否則就不能說他是“現代物理學的敲門人”了。

17歲時，洛倫茲考入了荷蘭最古老的學府——萊頓大學。在此期間，他不但遇到了眾多名師，而且在那位中學老師的介紹下認識了該校的天文學教授凱澤，并與他結成了忘年交。后者甚至將自己的侄女介紹給洛倫茲，成全了一樁美好姻緣。此乃后話，這里暫且按下不表。在大學期間，洛倫茲通過課堂和自學等渠道接觸到了當時經典物理學的幾個高深理論，比如麥克斯韋的電磁理論、亥姆霍茲的能量守恒理論、法拉第的電子場理論、赫茲的電磁波理論以及菲涅耳的相關理論等。洛倫茲竟給自己確立了一個超級目標：將這些高深理論融合起來！媽呀，這在當時簡直就是癡人說夢。不過，洛倫茲就是洛倫茲，他努力將此夢想變為現實，同時也并未影響正常學業。他只用了短短一年時間就學完了大學的所有課程，并閃電般地通過了碩士學位考試。1872年2月，他離開學校，回家準備博士入學考試。

回家后，洛倫茲便開始一門心思研究麥克斯韋的理論。為了有條件做實驗，他便在當地的一所學校做了兼職老師。后來，洛倫茲回憶說，他的這段經歷可能是他一生中最重要的經歷，因為他做出了當時最大膽的設想，即把光解釋為電磁現象。洛倫茲于1873年通過了博士入學考試，于1875年12月11日以《論光反射與折射的理論》為題，順利通過了答辯，獲得了博士學位。這篇博士論文正是對他那大膽設想的驗證，他基于麥克斯韋理論，圓滿地解釋了光的反射和折射現象，從而為實現自己的夢想向前邁出了第一步。當然，這一步還有另一個重要收獲，那就是他于1878年1月25日被母校聘為理論物理學教授，而獲得這一職位又是那位貴人讓賢的結果。從此，他便在萊頓大學待了35年，并在這里取得了主要的物理學成就。

成為教授后，洛倫茲的性格變得開朗和自信了，“鐵嘴功”更是突飛猛進。他一登上講臺便激情四射、口若懸河。盡管備課要花費很多時間和精力，但他很喜歡教學，也深受學生喜歡，被認為“具有一種特質，既和善又單純，還在無形中與學生們保持了恰到好處的距離”。后來，他的講義被編成多本教材，反復重印，并被譯成數種文字在若干大學里廣泛使用。再后來，課堂演講已擋不住他的熱情了。于是，他開始面向公眾普及物理學的相關知識。由于他能將復雜的問題講得很簡單、清晰，所以他的演講備受歡迎。大家都非常佩服他的淵博學問，驚嘆他的高明技巧，贊賞他的精煉語言，夸贊他的風趣幽默。這時的洛倫茲主要活躍在國內的學術圈，很少在國外發表論著，甚至極力避免接觸外界?？磥恚摹拌F嘴功”還得再“閉關修煉”一番。果然，后來他“出關”時就能“侃”遍全球無敵手了。

27歲時，洛倫茲結識了凱澤的侄女。雙方一見鐘情，閃電般地訂了婚，然后在翌年年初喜結連理。婚后，二人生育了兩子兩女?？上чL子夭折，不過長女很有出息，還成了洛倫茲的學生，繼承父業從事物理研究。正是從長女的口中，后人才知道了洛倫茲的生活片斷。她說：父親喜歡挑戰難題，而且總能輕松應對；他沒有其他天才人物的古怪行為，更無書生酸氣；他是一位習慣良好、性格謹慎的學者；他也擅長社交，在雪茄和美酒中總能表現出過人的幽默與交談天賦。當然，成家立業后的洛倫茲并沒忘記自己的夢想，一直在努力邁出第二步，雖然這確實很難。1879年，洛倫茲繼續沿著他的博士論文的思路，向前邁出了小小的第二步。為啥這里要說是“小小的第二步”呢？因為，一來洛倫茲仍只是在“解剖麻雀”，即通過分子學說來研究光的物質特性，揭示光的傳播速度、折射率與介質密度的關系；二來類似的結論在10年前已由另一位洛倫茲（即本回開頭提到的那位老洛倫茲）給出過了。為了同時紀念這兩位洛倫茲，如今該結果被稱為洛倫茲-洛倫茲方程。

洛倫茲實現夢想的關鍵第三步是在1892年邁出的。這次他雖未最終實現夢想，但已不再是“解剖麻雀”了，而是開始考慮一般情況。此時，最典型的成果便是中學生耳熟能詳的那個洛倫茲力，即運動電荷在磁場中所受到的作用力。該力的方向可由左手定則來確定，即將左手掌攤平，讓磁感線穿過掌心，用四指表示正電荷的運動方向，則與四指垂直的大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向。關于該力大小的表示方法，有兩個版本：對中學生來說，該力的大小為帶電粒子的電荷量、速度和磁感應強度三者的乘積；對大學生來說，則有更完整的表述，還要再加上“帶電粒子的電荷量與電場強度之積”，這是因為在中學階段沒考慮電場部分。

最終使洛倫茲的夢想成為現實的是他在1895年邁出的第四步。這時，經典物理學的高峰理論終于被融成一體，成為經典物理學的統一基礎理論，即電子論。該理論認為，一切物質的分子中都含有電子，它就是形成陰極射線的粒子。于是，物理學家便可用“物質由帶電粒子構成”的假設來解釋當時已發現的各種物理現象，把“電磁波與物質相互作用”歸結為“電磁波與物質中電子的相互作用”。但是，該理論是否正確，如何驗證呢？別急，洛倫茲胸有成竹地用該理論預言了“原子光譜磁致分裂現象”，即如今所說的塞曼效應。一年后，該現象果然被他的學生塞曼用實驗證實了！

洛倫茲的電子論把經典物理學推上了最高峰，他本人也因此成為了經典物理學史上最后一位巨人。至此，經典物理學已達到相當完美和成熟的地步，以至當時不少物理學家躊躇滿志，甚至認為物理學大廈已經落成，今后物理學家們沒事可干了，只需把各種數據測得更精確就行了。然而，大家高興得太早了，因為有人很快就發現了“經典物理學無法解釋”的許多怪現象，特別是光電效應、原子光譜和原子的穩定性等實驗事實更接二連三地把經典理論逼進了死角，使經典物理學突然陷入危機，剛建成的經典物理學大廈搖搖欲墜。

人們都說天塌了有高個子頂著，如今經典物理的“天”可真要塌了，于是剛剛成為一代物理學巨擘的洛倫茲就必須頂著了。咋頂呢？當然是老辦法，那就是在更大范圍內進行“融合”！已經“知天命”的洛倫茲明白，這次新的“高峰融合”不可能由自己一人完成，況且像什么相對論、量子理論等新的“高峰”還在不斷涌現，所以，必須立即開始培養后起之秀。于是，愛因斯坦和薛定諤等青年才俊很快進入了洛倫茲的法眼，成為重點培養對象。每當有人前來拜訪并尋求幫助時，洛倫茲總是平等相待，從不以權威姿態把任何觀點強加于人。洛倫茲為人熱誠謙虛，也深受青年理論物理學家們尊敬。愛因斯坦坦稱“自己一生中受洛倫茲的影響最大”，甚至崇拜他是“智慧與應變的奇跡”。

作為經典物理學的代表人物，洛倫茲卻完全是以科學的態度來對待現代物理學的各種新挑戰的。他始終認為“物理學研究的目的是尋求簡單且能說明所有現象的基本原理”，所以，他絕不偏袒自己的已有成就。比如，他最早承認量子假說與自己的電子論假說存在深刻的對立。他獨立提出了長度收縮的假說，認為相對運動的物體在其運動方向上的長度將縮短，而且給出了長度收縮的準確公式。1899年，他又研究了慣性系之間坐標和時間的變換問題，發現電子與速度有關。1904年，他發表了著名的洛倫茲變換公式，揭示了質量與速度的關系，并指出光速是物體相對于以太運動的速度的極限。正是洛倫茲變換幫助愛因斯坦創立了狹義相對論。后來，愛因斯坦繼承了洛倫茲的“融合”思想，進一步創立了廣義相對論，甚至試圖建立所謂的“統一場論”，要將整個物質世界和諧地統一起來，要全面融合自然界的所有4種基本相互作用（即強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用）。

無論是生活還是工作，洛倫茲始終以開放的心態，以“能融天下難融之事”的精神來對待萬事萬物。他不僅在學術上富有成就，在人品上也贏得了同時代人的敬重。1928年2月4日，洛倫茲因病去世，享年74歲。愛因斯坦在洛倫茲的葬禮上致悼詞時說：“他是我們這個時代最偉大、最高尚的人?！?/p>