Ludwig Boltzmann

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ludwig Boltzmann, 1902

Ludwig Eduard Boltzmann (Bécs, 1844. február 20.Duino (Olaszország), 1906. szeptember 5.) osztrák fizikus és filozófus, a 19. század elméleti fizikájának egyik legnagyobb alakja. Eredményei közül a legjelentősebbek a statisztikus mechanika megalapozása,[1] a termodinamika második főtételének mikroszkopikus értelmezése, a nemegyensúlyi és transzportfolyamatok leírása, valamint a feketetest-sugárzásra vonatkozó Stefan-féle T4-es empirikus törvény mikroszkopikus levezetése. Nevét viseli a fizikában a Boltzmann-állandó, a Maxwell–Boltzmann-eloszlás, a Boltzmann-tényező, a Boltzmann-féle transzportegyenlet és a Stefan–Boltzmann-törvény.

Életrajza[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Apja császári adóhivatalnok – német illetőségű, anyja, Katharina Pauernfeind családja pedig salzburgi illetőségű volt. A család később Felső-Ausztriába költözött, Boltzmann Linzben járt középiskolába. 15 éves korában elvesztette édesapját, de édesanyja továbbra is biztosította a tanuláshoz szükséges anyagi hátteret. Az érettségi után 1863-ban a Bécsi Egyetemre iratkozott be fizikát tanulni. Tanárai között volt a magyar származású Petzval József, a fotográfiai lencsék tökéletesítője, Andreas von Ettingshausen és Josef Stefan, akinél 1866-ban a Bécsi Egyetemen doktorátusi címet szerzett a kinetikus gázelmélet témakörében, majd 1867-től asszisztenseként dolgozott.

1869-ben a grazi egyetem matematikai fizika professzorának nevezték ki, de közben Heidelbergben (Robert Bunsen és Leo Königsberger mellett) és Berlinben (Gustav Kirchhoff és Hermann von Helmholz mellett) is dolgozott.

1876-ban visszatért Grazba, mint a kísérleti fizikai intézet vezetője. A Grazban töltött 14 év boldog időszak volt az életében: házasságot kötött Henriette von Aigentlerrel, három lányuk és két fiúk született. Ekkor alakította ki a természet statisztikus leírására vonatkozó elméletének alapjait is.

A nyolcvanas években a tudományos tekintélyt szerzett tudóst számos fiatal tehetség keresi fel, hogy tanuljon tőle, többek között Svante Arrhenius Svédországból, valamint Walther Nernst és Wilhelm Ostwald Németországból. A szakmai elismerést igazolja, hogy 1885-ben a Császári Tudományos Akadémia tagjának választották és a kormányzat is kitüntette, az egyetem rektora (1887) és udvari tanácsos (1889) lett.

Boltzmann és munkatársai 1887-ben, Grazban; állósor balról: Nernst, Streintz, Arrhenius, Hiecke; ülősor balról: Aulinger, Ettingshausen, Boltzmann, Klemencic

1890-ben Boltzmann a Müncheni Egyetem elméleti fizika professzora lett, de 1893-ban visszatért Bécsbe, hogy egykori tanára, Josef Stefan utódjaként az egyetem Elméleti Fizikai Intézetének vezetője legyen. Itt az atomok létével kapcsolatosan éles vitákba keveredett Ernst Machhal, ezért 1900-ban Wilhelm Ostwald hívására a lipcsei egyetemre ment tanítani.

1902-ben Mach nyugdíjba vonulása után visszatért Bécsbe (azzal a feltétellel, hogy a jövőben nem vállal állást a birodalmon kívül). Nem csak a matematikai fizikai, de filozófiai előadásokat is kellett tartania, többek közt Mach filozófiájáról. Előadásai nagyon népszerűek voltak, még Ferenc József császár is felfigyelt rá és meghívást kapott tőle.

Élete utolsó éveiben komoly egészségi problémákkal küszködött. Látása egyre gyengébb lett, sem írni, sem olvasni nem tudott, tudományos cikkeit feleségének diktálta. Boltzmann gyakran megtapasztalta a depressziós hangulat és az emelkedett, beszédes vagy ingerlékeny hangulat váltakozásait, mint a diagnosztizálatlan bipoláris zavar tüneteit. A Boltzmannhoz közelállók tudomással voltak a súlyos depressziójával való küzdelemnek és az öngyilkossági kísérleteinek. Emellett asztma és erős fejfájás kínozta, depressziója egyre jobban elhatalmasodott, ami végül is öngyilkossághoz vezetett.

A bécsi Zentralfriedhofban felállított sírkőbe vésve az entrópia (S ) és a termodinamikai valószínűség (W) közötti S = k \cdot log W egyenlet áll.

Tudományos munkái[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Maxwell–Boltzmann-féle eloszlási törvény[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az 1870-es években Boltzmann cikkekben és tanulmányokban mutatta meg, hogy a termodinamikának az energiacserére vonatkozó második főtétele megmagyarázható a mechanika törvényeinek és a valószínűség-elméletnek az atomok mozgására való alkalmazásával. Ennek során világossá tette a második főtétel statisztikus voltát és igazolta, hogy egy rendszer azért közeledik a termodinamikai egyensúlyi állapot (tökéletesen egyenletes energiaeloszlás) felé, mert az egyensúly egy anyagi rendszer mindenképpen legvalószínűbb állapota. A kutatások során Boltzmann kidolgozta az adott hőmérsékletű rendszer különböző részei közti energiaeloszlás általános törvényét és levezette az energia ekvipartíció elméletét (Maxwell–Boltzmann-féle eloszlási törvény). A törvény szerint egy atom valamennyi különböző mozgásirányában a résztvevő energia átlagos mennyisége azonos. Egyenletet vezetett le az atomi ütközések következtében az atomok közti energiamegoszlásban beálló változások leírására, lefektette a statisztikus mechanika alapjait.

Számolásai során megalkotta a sokaság fogalmát,[2] és megfogalmazta az ergodikus hipotézist (amely az időre és sokaságra vett átlagolás ekvivalenciáját jelenti).

Stefan-Boltzmann törvény[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Josef Stefan szlovén fizikus mérte meg először a feketetest által az összes hullámhosszon kisugárzott energiát (feketetest-sugárzás). Azt tapasztalta, hogy egy abszolút fekete test kisugárzott összes energiája a hőmérséklet negyedik hatványával arányos. Ezt Boltzmann 1879-ben elméletileg is levezette, ezért hívják az eredményt Stefan-Boltzmann-törvénynek.

1904-ben amerikai előadó körutat tett. Boltzmann tudományos munkájának elismeréseként a Royal Society tagjának választotta és az Oxfordi Egyetem díszdoktori címet adományozott neki. Statisztikus mechanikai munkáját erősen támadták és sokáig félreértették, következtetéseit, elméletének jelentőségét saját korában nem ismerték fel, és eredményei tudományos viták központjában álltak. Ebben nyilvánvalóan szerepet játszott, hogy elméleti meggondolásait az anyag atomos, molekuláris felépítésének feltételezésére építette egy olyan időszakban, amikor az a tudományos közfelfogással szöges ellentétben állt és amit csak halála után lehetett kísérletileg igazolni. Ma Boltzmannt elsősorban a statisztikus fizika megalapozójaként tiszteljük. A statisztikus fizikai kutatásokért háromévenként adományozott legnagyobb kitüntetés, a Boltzmann-emlékérem, az ő nevét viseli.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. A statisztikus mechanika megmagyarázza és előrejelzi, hogyan határozzák meg az atomok tulajdonságai (mint a tömeg, töltés és szerkezet) az anyag látható tulajdonságait (mint a viszkozitás, hővezetés és diffúzió)
  2. Sokaság: olyan azonos rendszerek összessége, amelyek csak a kezdeti feltételek eltérő megadása miatt különböznek
Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Ludwig Boltzmann témájú médiaállományokat.