Ludwig Boltzmann (1844–1906) był austriackim naukowcem uważanym za ojca mechaniki statystycznej. Jego wkład w naukę był różnorodny; równanie i zasada Boltzmanna, mechanika statystyczna, czyli H.
Ze względu na swój wkład i pionierskie idee, jego nazwisko jest powszechnie znane, nie tylko w środowisku naukowym, ale także w całym społeczeństwie. Jego wkład upamiętniają liczne dzieła sztuki i pomniki.
Prace Boltzmanna uzupełniały ważne prace naukowe, takie jak te Maxwella. Jego wkład miał nawet znaczący wpływ na prace Alberta Einsteina.
Boltzmann zajmował się głównie fizyką, ale publikował również prace z innych dziedzin, np. nauk biologicznych i filozofii nauki.
Biografia
Ludwig Boltzmann urodził się 20 lutego 1844 roku w Wiedniu w Austrii. W tamtym czasie region ten należał do Austro-Węgier. Rodzina Ludwiga słynęła z zamożności, co pozwoliło mu zdobyć dobre wykształcenie.
Oprócz majątku rodzinnego Ludwig odziedziczył także skromny majątek po dziadku, co pozwoliło mu bez trudu opłacić studia.
W wieku 15 lat Ludwig został sierotą, gdyż jego ojciec stracił ojca, więc spadek po jego dziadku okazał się tym bardziej przydatny, że sam stracił ojca w młodym wieku.
Studia
Pierwsze szkolenie Boltzmanna odbyło się w Linzu, w północnej Austrii, dokąd przeprowadziła się jego rodzina.
Zapisy historyczne pokazują, że jako dziecko Ludwig Boltzmann wyróżniał się ogromną ciekawością, dużym zainteresowaniem nauką, wielką ambicją, a czasami także niespokojnym i lękliwym usposobieniem.
Później rozpoczął studia na Uniwersytecie Wiedeńskim, gdzie uczył się u wybitnych osobistości, takich jak fizyk Josef Stephan, matematyk József Miksa Petzval i fizyk i matematyk Andreas von Ettingshausen.
Ukończył tę uczelnię w 1866 roku; promotorem pracy doktorskiej Boltzmanna był Josef Stephan, z którym później współpracował. Praca ze Stephanem trwała trzy lata, od 3 do 1867 roku, i w tym czasie skupili się na analizie strat energii przez gorące elementy.
Staż nauczycielski
Od 1869 roku Ludwig Boltzmann poświęcił się nauczaniu na Uniwersytecie w Grazu, drugim co do wielkości uniwersytecie w Austrii. Wykładał tam fizykę teoretyczną. Jednocześnie Boltzmann kontynuował naukę w niemieckich miastach Berlin i Heidelberg.
Boltzmann wykładał na Uniwersytecie w Grazu do 1873 roku, kiedy to rozpoczął nauczanie matematyki na Uniwersytecie Wiedeńskim. Powrócił do Grazu trzy lata później, w 1876 roku, kiedy to zdobył już uznanie w dziedzinie nauki dzięki serii opublikowanych prac i licznym badaniom.
Statystyka Maxwella-Boltzmanna
Jednym z najważniejszych badań tamtego okresu była statystyka Maxwella-Boltzmanna, opracowana przez niego i Maxwella w 1871 roku.
W 1894 roku powrócił na Uniwersytet Wiedeński, aby objąć stanowisko profesora fizyki teoretycznej. W tym czasie Boltzmann był zmuszony do współpracy z Ernstem Machem, fizykiem i filozofem, z którym Boltzmann miał głębokie różnice zdań.
Między tymi dwoma naukowcami było tak wiele problemów, że Boltzmann postanowił wyjechać do Lipska, aby uniknąć kontaktu z Machem.
Ernst Mach zrezygnował z nauczania na Uniwersytecie Wiedeńskim w 1901 roku ze względu na stan zdrowia, więc Boltzmann powrócił w 1902 roku i nie tylko odzyskał możliwość nauczania fizyki teoretycznej, ale także objął katedrę historii i filozofii nauki – przedmiotów, których Mach uczył wcześniej.
Hipoteza dotycząca atomu
Po powrocie na Uniwersytet Wiedeński Boltzmann zaczął publicznie popierać hipotezę istnienia atomu. Podejście to spotkało się z krytyką środowiska naukowego; jednym z najgłośniejszych krytyków był Ernst Mach.
Ciągła krytyka, z jaką spotykał się za swoją pracę, miała bardzo niekorzystny wpływ na Boltzmanna, który – zgodnie z zapisami historycznymi – nie wydawał się być osobą o spokojnym charakterze.
Z drugiej strony, Boltzmann wydaje się być człowiekiem o intensywnych i skrajnych reakcjach, potrafiącym okazać się ekstrawertykiem i wyrozumiałością, a w innych momentach bardzo introwertycznym i podatnym na depresję.
Jednym z najbardziej krytykowanych aspektów wypowiedzi Boltzmanna było to, że naukowiec ten ustalił, iż druga zasada termodynamiki, odnosząca się do entropii, ma w istocie charakter statystyczny.
Fakt ten oznaczał, że w wyniku oscylacji mogły powstać różne scenariusze, co skutkowało wynikami nieprzewidzianymi przez to prawo.
Krytycy Boltzmanna wskazywali, że łączenie statystyki z prawami termodynamiki nie ma sensu, ponieważ prawa te uważali za kwestie absolutne i nie mogli zaakceptować, że to podstawowe prawo ma zmienne cechy.
Śmierć
Presja wywołana nieustanną i intensywną krytyką Boltzmanna doprowadziła go do samobójstwa. W 1906 roku przebywał na wakacjach z rodziną w miejscowości Duino, niedaleko Triestu.
Podczas gdy jego żona i dzieci korzystali z wakacji na morzu, Ludwig Boltzmann powiesił się w swoim letnim domu.
Przyczyny
Wielu historyków ustaliło, że przyczyny jego samobójstwa były ściśle związane z faktem, iż społeczność naukowa nie uznała jego badań za wiarygodne.
Mówi się, że Boltzmann był jasno i niezłomnie oddany prawdzie. Największy wpływ na niego wywarło odkrycie prawdy o istnieniu atomu i przekonanie się, że społeczeństwo jego czasów nie doceniło tego odkrycia, które, jak przewidywał, mogło mieć kluczowe znaczenie dla obecnego pokolenia i dla wielu przyszłych.
Fakt, że w kontekście danego społeczeństwa ważniejsza była tradycja niż innowacje wynikające z nowych, transcendentalnych koncepcji danej epoki, wpędził Botlzmanna w depresję.
Inni historycy wskazują, że przyczyną śmierci Boltzmanna mogły być również inne elementy, ponieważ naukowiec ten posiadał pewne cechy wskazujące na niestabilność i brak równowagi w wielu jego działaniach.
Wkrótce po jego śmierci członkowie tej społeczności naukowej zaczęli gromadzić dowody potwierdzające koncepcje Boltzmanna, a jednocześnie przynosząc mu uznanie naukowe za jego wkład. Stało się to zaledwie dwa lata po śmierci Boltzmanna.
To właśnie badania fizykochemika Jeana Perrina potwierdziły prawdziwość stałej Boltzmanna, nazwanej na cześć naukowca, która wiąże energię z temperaturą bezwzględną. To wystarczyło, by przekonać społeczność naukową o istnieniu atomów.
Główne wkłady
Równanie Boltzmanna
Najbardziej uznanym wkładem Ludwiga Boltzmanna jest podejście do równania, które nosi jego imię: równanie Boltzmanna. Równanie to zostało pierwotnie zaproponowane w 1870 roku i następnie podlegało licznym modyfikacjom.
Równanie to, oparte na pojęciu atomów i cząsteczek, określało prawdopodobieństwo znalezienia cząsteczek w danym stanie.
Dzięki dalszym osiągnięciom równanie stało się użyteczne przy obliczaniu potencjalnej równowagi w gatunkach jonów i przy opisywaniu zmian konformacyjnych cząsteczek biologicznych.
Mechanika statystyczna
Niektórzy autorzy twierdzą, że Boltzmann był pierwszą osobą, która naprawdę zastosowała statystykę do badania gazów.
Dzięki temu uważają, że badania teorii kinetycznej stały się badaniami mechaniki statystycznej.
Za swój wkład Boltzmann jest przez wielu uznawany za ojca mechaniki statystycznej.
Dzięki tej dyscyplinie możemy badać właściwości makroskopowych materiałów i obiektów w oparciu o właściwości ich atomów i cząsteczek.
Entropia i zasada Boltzmanna
Chociaż koncepcję entropii wprowadził Rudolf Clausius w 1865 r., Boltzmann wprowadził pojęcie entropii do życia codziennego.
W 1877 roku Boltzmann wskazał, że entropia jest miarą nieuporządkowania stanu układu fizycznego.
Na podstawie tej koncepcji Boltzmann sformułował równanie na entropię znane jako zasada Boltzmanna.
Filozofia nauki
Wkład Boltzmanna w rozwój filozofii nauki jest również szeroko uznawany.
Wiele jego myśli w tej dziedzinie zebrał w dziele „Pisma popularne”, opublikowanym w 1905 roku.
Boltzmann poruszał różnorodne zagadnienia filozoficzne w nauce. Omawiał między innymi takie pojęcia jak realizm i idealizm. Krytykował również znanych filozofów, takich jak Kant i Hegel.
Boltzmann głęboko wierzył, że filozofia może pomóc nauce uniknąć stawiania bezsensownych pytań. Dlatego też określał siebie jako realistę, choć wielu innych identyfikowało go ze szkołą materialistyczną.
Referencje
- Brown HR Myrvold W. Uffink Twierdzenie H J. Boltzmanna, jego wady i narodziny mechaniki statystycznej. Studia z historii i filozofii fizyki nowożytnej . 2009; 40 (2): 174-191.
- Dubois J. Ouanounou G. Rouzaire-Dubois B. Równanie Boltzmanna w biologii molekularnej. Postęp w biofizyce i biologii molekularnej . 2009; 99 (2): 87-93.
- Flamm D. Ludwig Boltzmann i jego wpływ na naukę. Studia z historii i filozofii nauki . 1983; 14 (4): 255-278.
- Science AA Pomnik Ludwiga Boltzmanna. Nauka, Nowa Seria . 1932 75 (1944).
- Swendsen RH Przypisy do historii mechaniki statystycznej: słowami Boltzmanna. Fizyka A: Mechanika statystyczna i jej zastosowania . 2010; 389 (15) 2898-2901.
- Williams MMR Ludwig Boltzmann. Roczniki energetyki jądrowej . 1977; 4 (4-5): 145-159.