Окрыленный этими успехами, Лоренц переходит к следующему, гораздо более глубокому шагу в изучении электромагнитного поля. В 1878 году он создает так называемую электронную теорию. В ней его увлекает уже не только вопрос о свойствах эфира и законы электромагнитного поля в нем. Ему не дает покоя проблема происхождения этих полей, их источников. Лоренц полагает, что все молекулы любого тела состоят из электрически заряженных частиц. Заряды их равны по величине и противоположны по знаку. Введя эти частицы, Лоренц смог объяснить (опять-таки исходя из теории Максвелла) физический смысл ряда формально введенных в физику величин: диэлектрической постоянной, магнитной проницаемости, теплопроводности. Он даже установил закон связи электропроводности вещества с его теплопроводностью. Слава об этой работе разнеслась по всем научным учреждениям. Через два года, в 1880 году, ученый объясняет дисперсию света ц выводит знаменитую формулу (формула Лоренца), связывающую показатель преломления вещества с его плотностью и диэлектрической постоянной. Теоретические предсказания Лоренца подтверждаются экспериментами. Допустив, что заряды внутри молекулы могут совершать колебательные движения, Лоренц теоретически предсказывает явление, которое только через 15 лет (в 1896 году) открыл нидерландский физик Зееман: расщепление в магнитном поле спектральных линий на две или три компоненты. Идеи Лоренца торжествуют.

Но в 1881 году американский физик Майкельсон, движимый той же идеей, что и Лоренц, – применить уравнения Максвелла к оптике, – пришел к выводу, что, изучая распространение света по направлению движения Земли вокруг Солнца и против этого направления, можно найти ответ на вопрос, зависит ли скорость распространения света от движения источника света. Из законов механики Ньютона следовало, что скорость света, измеряемая в направлении движения источника света, должна иметь меньшую величину, чем измеренная в противоположном направлении.

Майкельсон производит опыт. Его результат ошеломляет физиков, в том числе и Лоренца. Оказывается, скорость движения света совершенно не зависит от движения источника света. Это уже начало драмы: как так, почему? Или неверна механика Ньютона, или неверны уравнения Максвелла, или... или в мире вовсе нет эфира. Только так может теория объяснить результат эксперимента Майкельсона.

Лоренц не может принять ни одно из этих объяснений. Для него мир существует и подчиняется только механике Ньютона. Второй опыт американского физика должен быть объяснен какими-то новыми, неизвестными еще свойствами материи. Ученый успокаивается и со всей присущей ему скрупулезностью начинает искать это новое свойство материи. Поиски становятся целью его жизни.

В 1895 году Лоренц публикует свою ставшую классической работу «Опыт теории электромагнитных и оптических явлений в движущихся телах», в которой намечено основное направление: показать, что отрицательный результат опыта Майкельсона вытекает из уравнений Максвелла и представлений о существовании электрических зарядов. Но только еще через девять лет в работе «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света» Лоренц показал, что во всех системах, движущихся равномерно и прямолинейно, скорость света остается величиной постоянной, независимой от движения источника света, и поэтому опыт Майкельсона не мог выявить эту зависимость.

Лоренц торжествовал победу – свою и Ньютона. Но это была Пиррова победа! Во-первых, пришлось ввести в теорию гипотетические, пока что еще не найденные экспериментально дискретные электрические заряды. Во-вторых, он ввел положение о том, что в природе имеет место так называемое «контракционное» сокращение размеров тел по направлению их движения. Без этого сокращения электронная теория Лоренца и уравнения Максвелла не давали постоянства скорости света. Оказалось, что сокращение размеров тел сильно зависело от скорости их движения. Ученый установил эту зависимость. Кроме того, ему пришлось для движущегося тела ввести его собственное, «местное» время, которое тоже зависело от скорости движения. Получились формулы преобразования координат движущегося тела и его «местного» времени. Эти формулы и в настоящее время называются формулами Лоренца.

Гендрик Антон Лоренц (1853–1928)