Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Больцман, Людвиг
Материал из https://ru.wikipedia.org

Людвиг Больцман (нем. Ludwig Eduard Boltzmann; 20 февраля 1844, Вена — 5 сентября 1906, Дуино, Цислейтания) — австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории.

Член Венской Императорской академии наук (1885), иностранный член Лондонского королевского общества (1899)[8], член-корреспондент Петербургской академии наук (1899)[9], Парижской академии наук (1900)[10] и ряда других.

Содержание

Биография

Людвиг Эдуард Больцман родился 20 февраля 1844 года в городе Вене Австрийской империи, ныне город — столица Австрийской Республики. Его отец, Людвиг Георг Больцман (1802 — 22 июня 1859), работал в имперской внутренней налоговой службе, в 1837 году женился на дочери купца Марии Катарине Пауерфайнд, умер от туберкулёза. Родственники со стороны отца были протестантами, а со стороны матери — католиками.

Вскоре семья переехала в город Вельс, а затем в город Линц, где в 1863 году Больцман с отличием окончил гимназию. В 1866 году он окончил Венский университет, где учился у Йозефа Стефана и Иоганна Йозефа Лошмидта, и защитил докторскую диссертацию. В 1867 году стал приват-доцентом Венского университета и в течение двух лет являлся ассистентом профессора Йозефа Стефана. В 1868 году получил степень доктора.

В 1869 году Больцман был приглашён на должность ординарного профессора математической физики в Грацском университете с обязательством читать курс «Элементы высшей математики». В 1873 году стал ординарным профессором математики Венского университета, сменив в этой должности своего наставника Мотта. Однако вскоре (в 1876 году) вернулся в Грац, где стал профессором экспериментальной физики и директором Физического института, нового учреждения, где в своё время работали Вальтер Нернст и Сванте Аррениус.

В 1878 году стал деканом философского факультета Грацского университета. В 1887 году стал ректором Грацского университета.

Став известным теоретиком, Больцман в 1890 году стал профессором теоретической физики в Мюнхенском университете, город Мюнхен, Королевство Бавария, Германская империя. В 1895 году вернулся в Вену в качестве преемника Йозефа Стефана по должности профессора теоретической физики. Спокойно вести научную и педагогическую работу Больцману не удавалось, поскольку в это время профессором философии Венского университета был Эрнст Мах, который в своих лекциях отрицал атомистические представления, лежавшие в основе больцмановской теории.

4 декабря 1899 года избран членом-корреспондентом Императорской Санкт-Петербургской академии наук по разряду физическому физико-математического отделения. Представление сделали: князь Борис Борисович Голицын и Михаил Александрович Рыкачёв.

В 1900 году Больцман стал профессором теоретической физики в Лейпцигском университете, город Лейпциг, Королевство Саксония, Германская империя. Там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста Вильгельма Оствальда. В 1902 году Больцман вновь вернулся в Вену, где занял (помимо кафедры теоретической физики) ещё и освобождённую Махом кафедру натурфилософии, обеспечив себе таким образом комфортные условия для работы. Больцмана многократно приглашали читать лекции в различных университетах Европы и Америки.

К 1900 году у Больцмана развилась тяжёлая форма астмы, он переживал мучительные приступы болезни и сильно страдал от болей. Напряжённая полемика вокруг молекулярно-кинетической теории сказывалась на состоянии его нервной системы.

Летом 1905 года Больцман предпринял путешествие в Соединённые Штаты Америки, где прочитал 30 лекций на английском в рамках летней школы в Калифорнийском университете в Беркли, город Беркли, штат Калифорния. О своей поездке он оставил юмористическое эссе «Путешествие немецкого профессора в Эльдорадо».

В 1906 году Больцман прервал лекции и отправился на лечение на курорт Дуино, недалеко от Триеста, вместе с женой и дочерью Эльзой.

Людвиг Эдуард Больцман покончил с собой 5 сентября 1906 года повесившись на оконном шнуре в гостиничном номере гостиницы «Ples» в курортном посёлке Дуино района Монфальконе окняженного графства Горица и Градишка коронной земли Кюнстенланд (Австрийское Приморье) Королевств и земель, представленных в Рейхсрате (Цислейтания) Австро-Венгерской монархии, ныне посёлок входит в коммуну Дуино-Ауризина провинции Триест области Фриули-Венеция-Джулия Итальянской Республики. Самоубийство Больцмана связывают с депрессией, вызванной тем, что идеи развиваемой им статистической физики в то время не находили понимания в физическом сообществе.

Изначально Людвиг Эдуард Больцман был похоронен на Дёблингском кладбище города Вены Австро-Венгерской монархии, ныне город — столица Австрийской Республики. В 1929 году был перезахоронен на Центральном кладбище того же города. На могильном камне Больцмана работы скульптора Густинуса Амбрози выбита установленная им формула


связывающая энтропию термодинамического состояния с числом соответствующих микросостояний . Коэффициент Дж·К1 носит название постоянной Больцмана.

Вместе с Людвигом Больцманом похоронены:
  • жена Генриетта, (левый нижний угол: Henriette Boltzmann - geb. Edle von Aigentler, 1854–1938);
  • сын Артур Больцман, авиатор и метролог (справа в середине: Arthur Boltzmann - Dipl. Ing. Dr. Phil. Hofrat, 1881–1952);
  • Паула, жена Артура (верхний правый угол: Dr. Phil. Paula Boltzmann - geb. Chiari, 1891–1977).
  • Людвиг, сын Артура и Паулы, внук и последний потомок Больцмана по мужской линии, погибший в 1943 году под Смоленском (нижний правый угол: Ludwig Boltzmann 1923–1943, Letzter Mnnlicher Nachkomme. Gefallen bei Smolensk).
  • Ильзе, дочь Артура и Паулы, внучка Больцмана и хранитель его научного наследия (верхний левый угол: Ilse Fasol - geb. Boltzmann, 1927–2021).


Научная деятельность

Работы Больцмана касаются преимущественно кинетической теории газов, термодинамики и теории излучения, а также некоторых вопросов капиллярных явлений, оптики, математики, механики, теории упругости и т. д.

В 1871 году предложил эргодическую гипотезу для обоснования закономерностей статистической физики.

В 1872 году вывел основное уравнение микроскопической теории неравновесных процессов (физической кинетики), носящее его имя, а также установил так называемую H-теорему, выражающую закон возрастания энтропии для изолированной системы. В том же году показал статистический характер второго начала термодинамики, связав энтропию замкнутой системы с числом возможных микросостояний, реализующих данное макросостояние. Это стало указанием на несостоятельность представления о «тепловой смерти Вселенной».

Больцман являлся активным сторонником атомистических представлений и отстаивал их в борьбе с представителями махизма и других идеалистических учений (среди них — Э. Мах и В. Оствальд).

Кинетическая теория газов и статистическая физика

В 1871—1872 годах Больцман опубликовал три важные работы: «О тепловом равновесии многоатомного газа», «Аналитическое доказательство 2-го закона механической теории тепла» и «Дальнейшее исследование теплового равновесия газовых молекул». В этих исследованиях он анализировал установление теплового равновесия в газах и расширил распределение Максвелла на многоатомные молекулы и смеси газов. Полученное им больцмановское распределение стало основой для применения классической статистики во многих областях физики. В работе 1875 года «О тепловом равновесии в газе, на который действуют внешние силы» Больцман показал, что его предыдущие результаты применимы и к газам в поле внешних сил. В этой же работе он представил общее газокинетическое уравнение в форме, используемой до сих пор. Введя функцию H как средний логарифм функции распределения, он сформулировал и доказал H-теорему: эта функция с течением времени не может возрастать, что по поведению аналогично энтропии с обратным знаком. Он также показал, что только больцмановское распределение удовлетворяет условиям статистического равновесия. В 1877 году в работе «О связи между 2-м законом механической теории тепла и теорией вероятностей» Больцман указал связь H-функции со статистическим весом состояния системы, доказав, что наиболее вероятное состояние совпадает с состоянием теплового равновесия. Обобщив эти результаты на многоатомные молекулы и на системы в поле внешних сил, он вычислил функцию

Исследования в электромагнетизме

Больцман был одним из первых пропагандистов теории Максвелла, которая в то время казалась многим учёным слишком сложной. Его первая крупная экспериментальная работа была посвящена доказательству справедливости максвелловского соотношения между показателем преломления и диэлектрической постоянной вещества. Сначала он исследовал твёрдые изоляторы, определив методом конденсатора диэлектрические постоянные серы и парафина. Затем, преодолев значительные технические трудности, Больцман измерил диэлектрические постоянные различных газов: воздуха, водорода, кислорода, углекислого газа и других. Больцман первым теоретически вывел зависимость диэлектрической постоянной от направления в анизотропных средах и сам проверил этот вывод экспериментально, исследуя шар из кристалла ромбической серы. Этими работами он предоставил экспериментальные доказательства правильности теории Максвелла. В 1872—1874 годах Больцман изучал поляризацию диэлектриков в электрическом поле. В частности, он показал, что изменение ёмкости конденсатора объясняется именно поляризацией диэлектрика, а не его слабой проводимостью. Теоретические работы Больцмана в этой области включали исследования движения электричества на изогнутых поверхностях и взаимодействия частей электрического контура произвольной формы[11].

Теория излучения и другие области исследований

В 1884 году Больцман теоретически вывел закон Стефана о тепловом излучении. Из общих соображений он получил формулу, связывающую давление и плотность энергии чёрного излучения, а затем, применив термодинамику к тепловому излучению, вывел известную формулу закона излучения. Лоренц назвал эту работу «перлом физики». Больцман также внёс вклад в теорию термоэлектричества, диамагнетизма и эффекта Холла, где указал возможность определения знака носителей заряда. Он исследовал явления электро- и магнитострикции, влияние магнитного поля на электрический разряд в разреженных газах, капиллярные явления и теплоёмкость газов. По идее Больцмана был построен прибор, позволяющий оптическим методом анализировать акустические колебания. С помощью этого метода были исследованы периоды, амплитуды, сдвиги фаз и другие характеристики колебаний в воздушных резонаторах. Несколько работ Больцмана посвящены теории упругого последействия. Он отстаивал теорию, согласно которой упругая сила зависит не только от мгновенной, но и от предшествующей деформации, и пытался подтвердить эту теорию опытами по крутильным колебаниям металлических стержней[11].

Память

Семья
  • Брат Альберт (22 апреля 1846 — 14 февраля 1863), умер от туберкулёза легких будучи еще учеником гимназии.
  • Сестра Хедвига (12 мая 1848 — 1890), замужем не была и трагически умерла от помрачения разума.


17 июля 1876 года женился на Генриетте фон Айгентлер (16 ноября 1854 — 3 декабря 1938), студентке математического факультета, которая была на 10 лет младше. В доме жизнерадостного профессора устраивались музыкальные вечера, и Больцман сам садился за рояль. Любимыми его композиторами были Вольфганг Амадей Моцарт и Людвиг ван Бетховен. Пара вела светскую жизнь, часто посещала театры, организовывала пикники в окрестностях Граца.

В семье было пятеро детей:
  • сын Людвиг Хьюго (1878—1889), умер от аппендицита.
  • дочь Генриетта (12 мая 1880 — 8 марта 1945), учительница.
  • сын Артур Людвиг (25 мая 1881 — 6 ноября 1952), начальник отдела электрических измерений в Управлении учета и геодезии Австрии. Был женат на Полина, дочери ларинголога Оттокара фон Киари (нем. Ottokar von Chiari), лечившего Больцмана. У них трое детей:
    • внук Людвиг (1923–1943), погиб под Смоленском во время Второй мировой войны;
    • внучка Ильзе-Мария Фазоль-Больцманн (22 марта 1927 — 2 сентября 2021), замужем за Карлом Хайнцем Фазолем (нем. Karl Heinz Fasol)
    • внучка Хельга Больцман, замужем за Гансом Родингером.
  • дочь Ида (17 сентября 1884 — 11 апреля 1910)
  • дочь Эльза (4 августа 1891 — 27 августа 1965). Вышла замуж за физика Людвига Фламма (нем. Ludwig Flamm). У них четверо детей: Мария, Вернер, Эйльхард и Дитер.


Публикации
  • Больцман Л. Очерки по методологии физики. — М., 1929.
  • Больцман Л. Кинетическая теория материи. — М., 1939.
  • Больцман Л. Лекции по теории газов. — М.: Гостехиздат, 1953.
  • Больцман Л. Статьи и речи. — М.: Наука, 1970.
  • Больцман Л. Избранные труды. — М.: Наука, 1984. Часть 1. (недоступная ссылка) Часть 2. (недоступная ссылка) Часть 3. (недоступная ссылка)


См. также

Имя Больцмана носят ряд понятий классической статистической физики:

Примечания
  1. Архив по истории математики Мактьютор — 1994.
  2. Ludwig Boltzmann // Encyclopdia Britannica (англ.)
  3. Ludwig Boltzmann // Gran Enciclopdia Catalana (кат.) — Grup Enciclopdia, 1968.
  4. Brozovi D., Ladan T. Ludwig Boltzmann // Hrvatska enciklopedija (хорв.) — LZMK, 1999. — 9272 с.
  5. Больцман Людвиг // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969.
  6. 1 2 www.accademiadellescienze.it (итал.)
  7. Mathematics Genealogy Project (англ.) — 1997.
  8. Boltzmann; Ludwig (1844 - 1906) // Сайт Лондонского королевского общества (англ.)
  9. Профиль Людвига Больцмана на официальном сайте РАН
  10. Les membres du pass dont le nom commence par B Архивная копия от 13 апреля 2021 на Wayback Machine (фр.)
  11. 1 2 3 Боголюбов, Саночкин, 1957.
  12. Commemorative plate in memory of Ludwig Boltzmann in Duino, Italy.


Литература

Ссылки
Downgrade Counter