The last words of H.A. Lorentz

I talked about the Solvay Conferences in my previous post(s). The Solvay Conference proceedings are a real treasury trove. Not only are they very pleasant to read, but they also debunk more than one myth or mystery in quantum physics!

It is part of scientific lore, for example, that the 1927 Solvay Conference was a sort of battlefield on new physics between Heisenberg and Einstein. Surprisingly, the papers and write-up of discussions reveal that Einstein hardly intervened. They also reveal that ‘battlefield stories’ such as Heisenberg telling Einstein to “stop telling God what to do” or – vice versa – Einstein declaring “God doesn’t play dice” are what they are: plain gossip or popular hear-say. Neither Heisenberg nor Einstein ever said that—or not at the occasion of the 1927 Solvay Conference, at least! Instead, we see very nuanced and very deep philosophical statements—on both sides of the so-called ‘divide’ or ‘schism’.

From all interventions, the intervention of the Dutch scientist Hendrik Antoon Lorentz stands out. I know (most of) my readers don’t get French, and so I might translate it into English one of these days. In the meanwhile, you may want to google-translate it yourself!

It is all very weird, emotional and historical. H.A. Lorentz – clearly the driving force behind those pre-WW II Solvay Conferences – died a few months after the 1927 Conference. In fact, the 1927 conference proceedings have both the sad announcement of his demise as well his interventions—such was the practice of actually physically printing stuff at the time.

For those who do read French, here you go:

DISCUSSION GENERALE DES IDEES NOUVELLES EMISES.

Causalité, Déterminisme. Probabilité.

Intervention de M. Lorentz:

“Je voudrais attirer l ’attention sur les difficultés qu’on rencontre dans les anciennes théories. Nous voulons nous faire une représentation des phénomènes, nous en former une image dans notre esprit. Jusqu’ici, nous avons toujours voulu former ces images au moyen des notions ordinaires de temps et d’espace. Ces notions sont peut-être innées; en tout cas, elles se sont développées par notre expérience personnelle, par nos observations journalières. Pour moi, ces notions sont claires et j ’avoue que je ne puis me faire une idée de la physique sans ces notions. L ’image que je veux me former des phénomènes doit être absolument nette et définie et il me semble que nous ne pouvons nous former une pareille image que dans ce système d’espace et de temps.

Pour moi, un électron est un corpuscule qui, a un instant donne, se trouve en un point détermine de l ’espace, et si j ’ai eu l ’idée qu’a un moment suivant ce corpuscule se trouve ailleurs, je dois songer à sa trajectoire, qui est une ligne dans l’espace. Et si cet électron rencontre un atome et y pénètre, et qu’après plusieurs aventures il quitte cet atome, je me forge une théorie dans laquelle cet électron conserve son individualité; c’est-à-dire que j ’imagine une ligne suivant laquelle cet électron passe à travers cet atome. Il se peut, évidemment, que cette théorie soit bien difficile à développer, mais a priori cela ne me parait pas impossible.

Je me figure que, dans la nouvelle théorie, on a encore de ces électrons. Il est possible, évidemment, que dans la nouvelle théorie, bien développée, il soit nécessaire de supposer que ces électrons subissent des transformations. Je veux bien admettre que l’électron se fond en un nuage. Mais alors je chercherai à quelle occasion cette transformation se produit. Si l’on voulait m’interdire une pareille recherche en invoquant un principe, cela me gênerait beaucoup. Il me semble qu’on peut toujours espérer qu’on fera plus tard ce que nous ne pouvons pas encore faire en ce moment. Même si l’on abandonne les anciennes idées, on peut toujours conserver les anciennes dénominations. Je voudrais conserver cet idéal d’autrefois, de décrire tout ce qui se passe dans le monde par des images nettes. Je suis prêt à admettre d’autres théories, à condition qu’on puisse les traduire par des images claires et nettes.

Pour ma part, bien que n’étant pas encore familiarisé avec les nouvelles idées que j’entends exprimer maintenant, je pourrais me représenter ces idées ainsi. Prenons le cas d’un électron qui rencontre un atome; supposons que cet électron quitte cet atome et qu’en même temps il y ait émission d’un quantum de lumière. Il faut considérer, en premier lieu, les systèmes d’ondes qui correspondent à l ’électron et à l’atome avant le choc. Après le choc, nous aurons de nouveaux systèmes d’ondes. Ces systèmes d’ondes pourront etre décrits par une fonction ψ définie dans un espace a un grand nombre de dimensions qui satisfait une équation différentielle. La nouvelle mécanique ondulatoire opèrera avec cette équation et établira la fonction ψ avant et après le choc.

Or, il y a des phénomènes qui apprennent qu’ il y a autre chose encore que ces ondes, notamment des corpuscules; on peut faire, par exemple, une expérience avec un cylindre de Faraday; il y a donc à tenir compte de l’individualité des électrons et aussi des photons. Je pense que je trouverais que, pour expliquer les phénomènes, il suffit d’admettre que l’expression ψψ* donne la probabilité que ces électrons et ces photons existent dans un volume détermine; cela me suffirait pour expliquer les expériences.

Mais les exemples donnes par M. Heisenberg m’apprennent que j’aurais atteint ainsi tout ce que l’expérience me permet d’atteindre. Or, je pense que cette notion de probabilité serait à mettre à la fin, et comme conclusion, des considérations théoriques, et non pas comme axiome a priori, quoique je veuille bien admettre que cette indétermination correspond aux possibilités expérimentales. Je pourrais toujours garder ma foi déterministe pour les phénomènes fondamentaux, dont je n’ai pas parlé. Est-ce qu’un esprit plus profond ne pourrait pas se rendre compte des mouvements de ces électrons. Ne pourrait-on pas garder le déterminisme en en faisant l’objet d’une croyance ? Faut-il nécessairement ériger l’ indéterminisme en principe?

I added the bold italics above. A free translation of this phrase is this:

Why should we elevate determinism or  – as Born en Heisenberg do – its opposite (indeterminism) to a philosophical principle?

What a beautiful statement ! Lorentz died of a very trivial cause: erysipelas, commonly known as St Anthony’s fire. :-/

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