아인슈타인의 특수 상대성이론의 기초를 형성하는 수학 공식을 만들어낸 로렌츠

 

   자기장 속에서 운동하는 전하가 받는 힘을 로렌츠 힘으로 정의하면서 교과서에 소개되는 사람이 로렌츠이다. 그러나 로렌츠(H.Antoon Lorentz; 1853-1928)는 빛의 진동수가 강한 자기장 속에서 변한다고 하는 '제만 효과'로 노벨 물리학상을 받았으며, 아인슈타인의 특수 상대성 이론의 기초를 형성하는 수학 공식인 로렌츠변환식을 만든 사람으로 더 유명하다. 이 식은 아인슈타인의 질량증가, 길이수축, 시간지연을 표현한 수학공식이다. 이 식은 또한 움직이는 물체의 속력이 광속에 가까워질 때 운동방향의 길이가 수축된다는 다른 학자의 발표에 영향을 받아 얻어진 결과이다.


    그는 박사학위 논문(1875)에서 영국의 제임스 클럭 맥스웰의 전자기이론을 더욱 개량하여 빛의 반사와 굴절을 보다 만족스럽게 설명했다. 물리학에서 로렌츠의 연구는 상당히 폭넓은 것이었지만, 그의 주요한 목표는 전기·자기·빛의 관계를 설명하는 하나의 이론을 구성하는 것이었다. 맥스웰의 이론에 따르면 전자기파는 전하의 진동에 의해 생겨나지만 빛을 내는 전하에 대해서는 알려져 있지 않았다. 훗날 로렌츠는 물질을 구성하고 있는 원자도 하전입자로 구성되어 있을지 모르며, 원자 안에 있는 이 하전입자들의 진동이 빛의 원천일 것이라고 가정했다. 만약 이것이 사실이라면 강한 자기장은 반드시 진동에 영향을 미칠 것이고 따라서 생겨나는 빛의 파장에도 영향을 미쳐야 했다. 1896년 그의 제자였던 제만이 '제만 효과'로 알려진 이 현상을 증명해 1902년 그들은 이 연구로 노벨상을 받았다.

    그러나 서로 다른 방향에서 오는 빛의 속도를 비교함으로써 우주에서의 지구 속도를 측정하려던 마이켈슨 - 몰리 실험의 부정적인 결과를 설명하는데는 실패하였다. 그는 만약 관측자에 대한 상대 운동 방향의 길이가 수축된다면, 설명될 수 있다고 제안했다. 그러나 그 뒤에 계속된 실험들에 의해 , 그런 수축이 발생하더라도 그것이 마이켈슨 - 몰리 실험 결과의 진정한 이유가 아니었음이 밝혀졌다. 그 실험 결과의 진정한 이유는 우주의 절대 기준계 역할을 하는 에테르가 존재하지 않는다는 사실이다.