电子统治着我们的世界，但在不久前，它们还只是一个概念。本月是荷兰物理学家亨德里克·安东·洛伦兹提出的意义深远且影响深远的电子理论120周年。他的电子不仅仅是一个假设的基本粒子；它是雄心勃勃的自然理论的基石。如今，物理学家们已经习惯于这样一种观念，即对自然的完整描述可以从简单而优美的方程式中产生，但在洛伦兹之前，这还是一种神秘的愿景。
对于大多数物理学家来说，19世纪物理学令人难忘的顶峰是电场和磁场理论，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于1864年对其进行了数学综合。然后，一片朦胧笼罩，直到20世纪的相对论和量子理论的山脉刺破迷雾。这种模糊的民间历史掩盖了两者之间的桥梁——它本身就是一项辉煌的成就，是通过英勇的劳动建造起来的。
为了设定背景，重要的是承认一种亵渎神明的说法：麦克斯韦自己对他的方程式的阐述是一团糟。在他的著作中，你找不到学生们学习的“麦克斯韦方程组”那种简洁、紧凑、优雅的结构。相反，你发现的是符号的洪流和文字与方程式的蔓延。麦克斯韦是一位非常谦逊的人，他并不认为自己正在创作适合镌刻的时代诗篇。相反，他只是着手以数学形式总结当时关于电和磁的一切知识。在他的演示中，基本方程式与临时的现象学混合在一起。
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洛伦兹的成就是提纯麦克斯韦方程组的信息——将信号从噪声中分离出来。信号：四个方程，它们控制电场和磁场如何响应电荷及其运动，外加一个方程，它规定了这些场对电荷施加的力。噪声：其他一切！
现在，人们有了明确的方程来描述具有特定质量和电荷的微小物体的行为。人们能否使用这些方程，从理想化的电荷“原子”开始，在新的基础上重建对物质的描述？这就是洛伦兹电子理论的重担。从他1892年的论文开始，洛伦兹和他的追随者使用电子理论来解释物质的一个又一个属性——导电和导热、介电行为、光的反射和折射等等。因此，他们为我们现在称之为电子学和材料科学的学科奠定了基础。1897年，约瑟夫·约翰·汤姆逊通过实验证明电子确实存在。（可以说，电子是在1892年构思的，在1897年诞生的。）
洛伦兹1892年的论文大部分内容涉及一个诱人但并非没有问题的想法，即电子的质量可能是其电荷的结果。运动的电荷会产生电场和磁场，这些场会抵抗变化并反作用于电子的运动。这种反作用力能否解释电子的惯性——因此也解释了它的质量？这种想法有着古老的历史：亚里士多德想通过空气的反作用力来解释物质的惯性。洛伦兹的电磁质量的愿景极具影响力。它激发了艰苦的技术工作，特别是洛伦兹本人和亨利·庞加莱的工作，这些工作预见了爱因斯坦狭义相对论的主要部分。
量子力学改变了游戏规则，而认为仅靠电磁反作用力就能解释电子质量的想法不再可行。然而，值得注意的是，我的同事和我已经成功地使用一个密切相关的想法解释了质子、中子和其他强相互作用粒子的质量。这些粒子的惯性来自于电磁学的“大哥”量子色动力学的胶子场的反作用力。虽然希格斯玻色子有时被认为是赋予物质质量的粒子，但它对普通物质质量的贡献实际上非常小。洛伦兹的美丽想法以现代形式解释了大部分质量。
洛伦兹的电子理论虽然最终在细节上被取代，但却是至关重要的。通过认识到正确的答案并提出正确的问题，他为相对论、量子理论和今天的物理学铺平了道路。在他生命的最后，阿尔伯特·爱因斯坦为洛伦兹写下了一篇令人难忘的悼词：“对我个人而言，他在我一生旅程中遇到的人中比所有其他人都重要。”
本文以“电子的生日快乐”为标题发表在印刷版上。