BOLTZMAN LUDWIG (1844)
Nu este de mirare că succesele tânărului în fizică și matematică au fost deosebit de impresionante. Dar alte interese nu-i erau străine. Ludwig iubea natura, muzica, cânta bine la pian și era un mare iubitor de poezie. Unul dintre profesorii universitari ai lui Ludwig a fost Josef Stefan, un om de știință remarcabil, fondatorul școlii austriece de fizică. Celebrul profesor a avut o mare influență asupra perspectivei științifice a lui Boltzmann. Ulterior, oamenii de știință au fost uniți prin prietenie și cooperare.
După absolvirea universității, Boltzmann și-a schimbat multe locuri de muncă. Descrierile carierei sale sunt pline de date, nume de orașe, departamente. După ce și-a susținut disertația și a primit o diplomă științifică, Ludwig a rămas la Universitatea din Viena ca asistent al lui Stefan. Împreună, profesorul și elevul au fost angajați în cercetări asupra radiațiilor termice. În 1867, Boltzmann a primit postul de privatdozent, iar un an mai târziu postul de profesor de fizică matematică la Graz. În timp ce lucra la Graz, Boltzmann a vizitat Germania (Heidelberg și Berlin), unde a fost foarte impresionat de cunoștințele sale cu celebrii oameni de știință Bunsen, Kirchhoff, Helmholtz. În 1873, tânărul om de știință s-a întors la Viena, unde a condus departamentul de matematică. 1876 - din nou Graz și postul de profesor de fizică experimentală. În 1889-1894, omul de știință a condus Departamentul de Fizică Teoretică de la Universitatea din München. După moartea lui Stefan (în 1893), Boltzmann a primit o ofertă de a ocupa scaunul vacant de fizică teoretică la Viena. Ludwig a reușit să lucreze la Leipzig (1900-1902), dar apoi s-a întors la Viena.
Numeroase mutări nu erau legate doar de faptul că omul de știință câștiga din ce în ce mai multă faimă și primea oferte din ce în ce mai tentante. Foarte des, opiniile științifice ale lui Boltzmann diferă de cele ale salecolegi. Având în vedere atitudinea principială și fără compromisuri cu care omul de știință și-a apărat punctele de vedere, nu este de mirare că adesea relațiile sale cu alți profesori au devenit cel puțin tensionate. Așa că în 1900 a părăsit Universitatea din Viena din cauza refuzului său de a lucra cu Ernst Mach, care a condus departamentul de istorie și teoria științelor inductive. Mach, fondatorul empiriocriticii [95], în special, nu a recunoscut atomismul. La Leipzig, Boltzmann nu a putut coopera cu Wilhelm Ostwald, care împărtășea aceleași idei. Prin urmare, după ce Mach a părăsit scaunul din cauza unei boli, Boltzmann s-a întors la Viena. Toate acestea sunt surprinzătoare, având în vedere că Ludwig l-a tratat personal pe Mach cu mult respect și a fost prietenos cu Ostwald. Aici, poate, ar fi potrivit să ne amintim cuvintele legendare atribuite lui Aristotel: „Platon este prietenul meu, dar adevărul este mai drag”.
Activitatea științifică a lui Ludwig Boltzmann a acoperit o gamă extrem de largă de probleme. Deține lucrări de matematică, mecanică, hidrodinamică, teoria elasticității, teoria câmpului electromagnetic, optică, termodinamică, teoria cinetică a gazelor. De când a studiat la universitate, Boltzmann a fost un adept ferm al teoriei lui Maxwell, de exemplu, a vorbit despre ecuațiile lui Maxwell, citându-l pe Faust: „Sunt aceste semne înscrise de Dumnezeu?”. Lucrând în 1867–1871 la dezvoltarea ideilor lui Maxwell, Boltzmann a generalizat distribuția particulelor în funcție de viteze (distribuția lui Maxwell) și a derivat distribuția numită după el. Formula de distribuție Boltzmann, distribuția energiei particulelor de gaz ideal într-un câmp de forță extern, a devenit o generalizare importantă a fizicii statistice.
Și în 1872, Ludwig Boltzmann a făcut o descoperire care este adesea numită principala sa realizare științifică. În urma lui Maxwell, a devenit un cuprinzătorfolosirea metodelor statistice în fizică. Se crede că descoperirea interpretării statistice a celei de-a doua legi a termodinamicii (legea entropiei nedescrescătoare într-un sistem închis) [96] a determinat experimentul gândirii lui Boltzmann cu „demonul lui Maxwell”.
În 1872, Boltzmann a introdus așa-numita funcție H, care caracterizează starea unui sistem macroscopic închis. Ca un pas următor, el a demonstrat că această funcție nu poate crește (teorema H). Pentru cazul unui gaz ideal, Boltzmann a arătat că funcția H și entropia S sunt invers proporționale și a derivat o formulă în care a conectat entropia cu probabilitatea termodinamică W: S = k ln W , unde k este Boltzmann constantă, egală cu raportul dintre constanta universală a gazului și numărul Avogadro.
Această relație se numește principiul Boltzmann. Poate fi exprimat în cuvinte astfel: sistemul termodinamic tinde să treacă de la stări mai puțin probabile la stări mai probabile (la care W și S sunt maxime).
Principiul lui Boltzmann a stat la baza fizicii statistice. Folosind-o, Max Planck a derivat legea radiației. Teoria modernă a informației se bazează și pe principiul Boltzmann. Importanța descoperirii lui Boltzmann este evidențiată cel puțin de faptul că formula S = k ln W este gravată pe monumentul omului de știință din Viena. Prelegerile lui Boltzmann despre teoria gazelor, publicate în 1896–1898, au devenit o lucrare fundamentală în fizica statistică.
Cooperarea savantului cu profesorul și prietenul său Ștefan a dat și ea roade. O altă realizare importantă a lui Ludwig Boltzmann a fost fundamentarea teoretică a legii radiației corpului negru, descoperită empiric de Stefan în 1879. Potrivit lui, energia totală de radiație a unui corp negru este proporțională cu a patra putere a temperaturii absolute. Pentru ateoretic fundamenta această afirmație, Boltzmann a combinat în mod strălucit termodinamica și teoria lui Maxwell a câmpului electromagnetic. Celebrul fizician german Max von Laue (laureat Nobel în 1914) a numit această lege „colierul fizicii teoretice”. Acum se numește legea Stefan-Boltzmann.
Fiind, așa cum am spus deja, un adept convins al lui Maxwell, Boltzmann a efectuat multe studii menite să confirme teoria sa despre câmpul electromagnetic. De exemplu, a făcut măsurători ale constantei dielectrice a diferitelor substanțe și a constatat că aceasta este legată de indicele de refracție al luminii. Aceste rezultate au fost una dintre primele confirmări ale teoriei luminii a lui Maxwell. Boltzmann a prezentat rezultatele cercetării sale și concluziile teoretice în Lectures on the Maxwellian Theory of Light (1891–1893). Omul de știință austriac a acordat, de asemenea, multă atenție studiului termoelectricității, diamagnetismului (proprietatea unei substanțe de a fi magnetizată într-un câmp magnetic extern în direcția opusă direcției câmpului), în special, a dezvoltat teoria Hall efect [97] .
În ceea ce privește calitățile personale ale lui Ludwig Boltzmann, cunoscuții și prietenii l-au descris ca pe o persoană veselă, sociabilă și veselă. În 1876, s-a căsătorit cu o studentă a Facultății de Matematică, Henrietta von Eigentler, și-a iubit foarte mult soția și copiii, a aranjat constant sărbători, seri muzicale și de dans în casa lui. Nu departe de Graz, un om de știință care iubea foarte mult natura și-a cumpărat o casă la munte și chiar și-a luat o vacă.