Lorentz Elektronentheorie

Transkript

1 Elektrodynamik im 19. Jahrhundert 27. Januar 2009

2 Inhalt

3 Hendrik Antoon Lorentz wurde am 13. Juli 1853 in Arnheim geboren ging er für ein Studium der Mathematik und Physik an die Universität Leiden behandelte er in seiner Doktorarbeit Sur la théorie de la réflexion et de la réfraction de la lumiére auf Grundlage der Maxwell-Theorie die Brechung und Reflexion des Lichts. Abbildung: Hendrik Antoon Lorentz

4 1878 nahm er den ersten niederländischen Lehrstuhl für theoretische Physik an der Universität Leiden an heiratete Lorentz Aletta Catharina Kaiser veröffentlichte er die Elektronentheorie erhielt Lorentz den Nobelpreis für Physik. Hendrik Antoon Lorentz verstarb am 4. Februar 1928 in Haarlem. Abbildung: Aletta Catharina Kaiser

5 Solvay-Kongresse Abbildung: Solvay-Kongress 1927

6 Hendrik Antoon Lorentz Abbildung: Lorentz und Einstein

7 Hendrik Antoon Lorentz Abbildung: Lorentz und Einstein

8 : Fresnel: Wellentheorie des Lichts mit Äther Maxwell: Nahwirkungsprinzip Helmholtz und Weber: Fernwirkungsprinzip van der Waals: Atomistische Struktur der Materie Abbildung: Hendrik Antoon Lorentz

9 2 konkurrierende Äthermodelle: mitgeführter Äther von Stokes von Maxwell und Hertz verwendet ruhender oder unbeweglicher Äther von Fresnel von Lorentz bevorzugt

10 Elektronentheorie Ionen: sehr kleine geladene Teilchen starre Körper mit Masse mit begrenztem Radius und gewisser Ladungsdichte Äther: unbeweglich vollkommen transparent für Materie Rahmen für die Maxwell-Gleichungen Wechselwirkung nur zwischen Ladungen und Äther

11 Elektronentheorie Dielektrische Verschiebung D = (f, g, h) f x + g y + h z = 0 f x + g y + h z = ρ div D = 0 div D = ρ

12 Elektronentheorie Verschiebungsstromdichte j = (u, v, w) u = ρξ + f t v = ρη + g t w = ρζ + h t j = ρ v + D t

13 Elektronentheorie Magnetische Feldstärke H = (α, β, γ) α x + β y + γ z = 0 γ y β f = 4π(ρξ + z t ) α z γ g = 4π(ρη + x t ) β x α h = 4π(ρζ + y t ) div H = 0 rot H = 4π(ρ v + D t )

14 Elektronentheorie 4πc 2 ( g z h y ) = α t 4πc 2 ( h x f z ) = β t 4πc 2 ( f y g x ) = γ t 4πc 2 rot D = H t

15 F = (X, Y, Z) X = 4πc 2 ρfdτ + ρ(ηγ ζβ) Y = 4πc 2 Z = 4πc 2 ρgdτ+ ρhdτ+ ρ(ζα ξγ) ρ(ξβ ηα) F = 4πc 2 D + v H

16 Lorentzkraft Abbildung: Lorentzkraft

17 Elektronentheorie Der Zustand des Äthers wird durch einen elektrischen und magnetischen Vektor vollständig beschrieben. Jedes geladene Teilchen verändert an seinem Ort den Zustand des Äthers, indem es elektrische Kräfte im Äther verursacht. Wenn das Teilchen in Bewegung ist, verursacht es zusätzlich magnetische Kräfte im Äther. Diese zunächst nur lokalen Störungen breiten sich dann gemäß Maxwellscher Ätherdynamik mit Lichtgeschwindigkeit aus. Wenn diese sich ausbreitenden Störungen auf ein elektrisches Teilchen treffen, üben sie auf es eine elektrodynamische Feldkraft aus.

18 Elektronentheorie div D = ρ div H = 0 rot H = 4π(ρ v + D t ) 4πc 2 rot D = H t F = 4πc 2 D + v H

19 Synthese des britischen und kontinentalen Gedankenguts: Großbritannien: Nahwirkung von Maxwell und Maxwellianern europäisches Festland: Substanzvorstellung der Ladung von Weber und Helmholtz

20 Michelson-Morley-Experiment Abbildung: Messung des Ätherwindes

21 Michelson-Morley-Experiment Abbildung: Michelson-Interferometer

22 Lorentz-Transformation 2 x 2 1 c 2 2 t 2 2 x 2 1 c 2 ( t v x )2 x = γ x y = y z = z t = t γ γ vx c 2 1 γ = 1 v 2 c 2 Abbildung: Lorentztransformation

23 Lorentz-Transformation und Lorentz-Invarianz x x vt 2 x 2 1 c 2 2 t 2 2 x 2 1 c 2 2 t 2 x = γ(x vt) y = y z = z t = γ(t vx c 2 ) 1 γ = 1 v 2 c 2

24 Reaktionen auf die Elektronentheorie: Viele Anhänger der Elektronentheorie: Wien, Drude, Planck führte zu einem rein elektromagnetischen Verständnis der Physik. Kritik: Herleitung basiert teilweise auf mechanischen Konzepten.

25 : sollte das mechanische Weltbild verdrängen. Im mechanischen Weltbild waren die Grundgrößen die Massen. Im elektromagnetischen Weltbild versuchte man alle Naturerscheinungen auf die Grundgrößen Äther und Ladungen zurückzuführen. Grenzen: Relativitätstheorie, Quantenphysik

26 Zusammenfassung Zitat von Albert Einstein: Ihr Einfluss auf die Entwicklung der Physik ist ein derart entscheidender gewesen, dass niemand sagen kann, wann die Wissenschaft den Einfluss der Materie und ihrer Bewegungen auf die elektromagnetischen und optischen Vorgänge ohne Ihre Forschungen richtig erkannt hätte. Indem sie Maxwells Lebenswerk in konsequenter Weise fortsetzten, haben Sie nicht nur die Beziehungen der Materie zum elektromagnetischen Feld aufgeklärt, sondern damit der Relativitätstheorie und der elektrischen Theorie der Materie die Basis geliefert. Ihr Werk ist von so bewundernswürdiger Geschlossenheit, dass man seine axiomatische Basis in einem einzigen Satz zusammenfassen kann: Die Maxwellschen Gleichungen des leeren Raumes gelten überall, und die Materie wirkt elektromagnetisch einzig dadurch, dass ihre kleinsten Teilchen Träger elektrischer Ladungen sind.

27 Quellen Schaffner, Kenneth F.: Nineteenth-Century Aether Theories de Haas-Lorentz, G. L.: H.A. Lorentz, Impressions of his life und work McCormmach, Russel: H.A. Lorentz and the Electromagnetic view of Nature von Meyenn, Karl: Hendrik Antoon Lorentz