Планк, много позже, оценил диссертацию Лоренца как существенный вклад в замену упругого эфира электромагнитным эфиром.
После защиты диссертации Лоренц возвратился в Арнем и продолжал работать учителем вечерней школы. Это давало ему средства к жизни и возможность отдавать дневное время занятиям наукой.
Через некоторое время Лоренца пригласили занять кафедру теоретической физики Лейденского университета. 25 января 1878 года он произнес традиционную вступительную речь на тему «Молекулярные теории в физике». По традиции это была научно-популярная лекция. В ней в доступной для широкой публики форме были изложены идеи Максвелла, Больцмана, Ван-дер-Ваальса и других выдающихся ученых того времени.
В 1881 году Лоренц женился на Алетте Кейзер, ставшей идеальной подругой работяги-ученого.
В это время Лоренц уже заложил основу своей замечательной электронной теории, ставшей значительным продвижением вперед по сравнению с теорией Максвелла, на которую она опиралась.
Теория Максвелла была феноменологической теорией. Это значит, что в нее, как и в механику Ньютона, входили некоторые постоянные величины. Значения этих величин должны быть определены из опыта.
Лоренц стремился создать (и создал) теорию, позволяющую вычислить значения этих постоянных «из первых принципов», то есть из опытных фактов и нескольких фундаментальных величин, играющих основную роль во многих не связанных между собой областях науки.
Впервые он достиг этой цели в 1880 году, получив соотношение между преломляющей способностью вещества и его плотностью. Этот результат явился первым плодом его пятилетних раздумий о том, каким образом возникают электрические и магнитные поля, входящие в теорию Максвелла. Лоренц пришел к заключению о том, что эти поля порождаются веществом. Но как?
Великим шагом Лоренца было предположение о том, что все вещества, точнее — молекулы всех веществ — состоят из частиц, обладающих электрическими зарядами. Эти заряды равны по величине и противоположны по знаку. Поэтому каждая молекула электрически нейтральна. В проводниках электричества одни заряды могут двигаться относительно других. Так возникает электрический ток. В некоторых случаях в телах может нарушаться компенсация положительного и отрицательного заряда. Они смещаются в пространстве и между зарядами возникает электрическое поле. Заряды, движущиеся с постоянной скоростью, эквиваленты электрическому току и образуют в окружающем пространстве магнитное поле.
При ускорении или замедлении электрических зарядов возникают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Электромагнитное поле, постоянное или меняющееся со временем, и электромагнитные волны влияют на поведение частиц, воздействуя на присущие им электрические заряды.
На этой основе была получена формула, выражающая связь между преломляющей способностью вещества и его плотностью. Она известна под названием формулы Лоренц-Лоренца. Ее название связано с тем, что эту формулу несколько раньше, но совершенно из других соображений получил датский физик с идентичной фамилией Л. В. Лоренц.
В связи с тем, что по-голландски фамилия Лоренц пишется с глухим «т» (Lorentz), эту формулу писали по-русски так: формула Лоренц-Лорентца. Но со временем фонетические соображения возобладали, и теперь пишут — формула Лоренц-Лоренца.
Г. А. Лоренц говорил об этом совпадении: «Открытие одной и той же формулы в одно и то же время двумя учеными, носящими почти одну и ту же фамилию, является очень интересным случаем с точки зрения теории вероятности».
В 1881 году Г. А. Лоренц был избран членом Королевской академии наук в Амстердаме. Высокая честь для начинающего ученого. Члены академии правильно оценили возможности молодого физика.
Лоренц разрабатывал электронную теорию тридцать лет, шлифуя ее идейные основы и извлекая из нее следствия, поддающиеся проверке опытом.
Мы уже знаем, что первый толчок к самостоятельной научной работе Лоренц получил, читая новаторские статьи Максвелла. Он осознал значение идей Максвелла, сравнивая их с трудами Френеля и Фарадея. Лоренц предпочел упругому эфиру Френеля эфир Фарадея-Максвелла, лишенный механических свойств, являющийся переносчиком электрических и магнитных взаимодействий и электромагнитных волн.