От открытия нового раздела физики до самоубийства: трагическая история Больцмана

Людвиг Больцман был одним из выдающихся физиков-теоретиков конца девятнадцатого века. Сторонник существования атомов, он известен тем, что разработал статистическую механику. Он дал статистическое объяснение второму закону термодинамики и внес значительный вклад в кинетическую теорию газов.

Ранняя жизнь и образование

Людвиг родился в Вене 20 февраля 1844 года. Его отец был налоговым чиновником. Первоначально его обучением занимался частный репетитор, позже он начал посещать местную гимназию. Там он проявил большие способности к математике и естественным наукам. В возрасте 19 лет Больцман поступил в Венский университет. Он изучал математику и физику, получив степень доктора философии три года спустя, в 1866 году. Докторская диссертация Больцмана была посвящена кинетической теории газов.

Научная деятельность

Первым значительным вкладом Людвига Больцмана в физику было обобщение распределения Джеймса Клерка Максвелла по скоростям и энергии для образца газовых атомов. Он объяснил второй закон термодинамики в начале 1870-х годов на основе атомной теории вещества. Он сформулировал знаменитую формулу энтропии Больцмана между 1872 и 1875 годами, а Планк привел ее в ее нынешнюю форму в 1900 году.

Больцман показал, что второй закон можно интерпретировать, объединив законы механики, применяемые к движению атомов, с теорией вероятности. Кроме того, он провел подробные расчеты в рамках кинетической теории газов. Людвиг Больцман также был одним из первых, кто понял значение теории электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла. Он даже написал двухтомный трактат по ней.

Людвиг Больцман также работал над вычислением излучения черного тела на основе закона Стефана. Позже Хендрик Антуан Лоренц назвал его "настоящей жемчужиной теоретической физики". Больцмана также называют одним из основателей квантовой механики, поскольку он предположил дискретность энергетических уровней в физической системе.

Преподавательская деятельность

Людвиг Больцман получил свою первую профессорскую должность в 1869 году в качестве профессора математической физики в университете Граца. В течение своей жизни он преподавал математику, экспериментальную физику и теоретическую физику в нескольких университетах, но теоретическая физика была его страстью. По словам многих его студентов, Больцман был выдающимся преподавателем, а его лекции часто доставляли удовольствие. Более того, он демонстрировал доброжелательное отношение к студентам и их обучению. Такая методология преподавания была довольно редкой среди австрийских и немецких профессоров того времени.

Значение научных идей и вклада Больцмана

Кинетическая теория - важный инструмент в изучении разреженных газов. Она широко применима в системах, где частицы имеют большую среднюю длину свободного пробега и столкновения происходят редко. Поэтому она применяется при изучении поведения звездных скоплений и межзвездных газов. Кинетическая теория также важна для изучения нерелятивистской плазмы.

Статистическое объяснение второго закона, данное Больцманом, служит основой статистической механики. Принцип Больцмана дает выражение для энтропии системы, находящейся в термодинамическом равновесии. Энтропия сама по себе является термодинамическим свойством, которое действует как мост между макроскопическими и микроскопическими свойствами системы. Таким образом, формула энтропии Больцмана играет важную роль в соединении двух важных отраслей физики: статистической механики и термодинамики.

Депрессия и самоубийство

Несомненно, работы и идеи Людвига Больцмана имеют огромное значение в естественных науках. Тем не менее работы Больцмана всегда вызывали неоднозначную реакцию при его жизни и продолжают вызывать ее и сегодня. Он был твердым защитником атомного взгляда на материю. Однако в то время такие влиятельные авторы, как Мах и Оствальд, не одобряли эту точку зрения. Его идеи подвергались серьезной критике. Люди не верили ни в физическую реальность молекул, ни в трактовку их Больцманом. Он страдал от смены депрессивных настроений. Нападки на его работу продолжались. Он начал чувствовать, что работа всей его жизни рухнет.

В конце концов, пережив тяжелую депрессию, 5 сентября 1906 года Больцман покончил жизнь самоубийством. Он был на отдыхе со своей женой и дочерью. Там он повесился, пока его жена и дочь купались. Однако ирония в том, что всего через несколько недель после его самоубийства его работа была экспериментально подтверждена! На надгробии Больцмана высечена надпись его знаменитой формулы энтропии Больцмана как дань уважения гению.