Больцман, Людвиг

Людвиг Больцман
Людвиг Больцман
	Ludwig Eduard Boltzmann
Место рождения	Вена, Австрийская империя
Место смерти	Дуино, Австро-Венгрия
Научная сфера	теоретическая физика
Место работы	Университет Граца; Венский университет; Мюнхенский университет; Лейпцигский университет;
Альма-матер	Венский университет
Научный руководитель	Й. Стефан
Ученики	П. Эренфест ; М. Смолуховский ; Ф. Хазенёрль ; Г. Херглотц
Известен как	основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории

Лю́двиг Бо́льцман (нем. Ludwig Eduard Boltzmann; 20 февраля 1844, Вена, Австрийская империя — 5 сентября 1906, Дуино, Австро-Венгрия) — австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории.

Член Венской Императорской академии наук (1885), иностранный член Лондонского королевского общества (1899)^[1], член-корреспондент Петербургской академии наук (1899)^[2], Парижской академии наук (1900)^[3] и ряда других.

Биография

Людвиг Больцман родился в городе Вене в семье акцизного чиновника. Вскоре семья переехала в Вельс, а затем в Линц, где Больцман окончил гимназию. В 1866-м году он окончил Венский университет, где учился у Й. Стефана и И. Лошмидта, и защитил докторскую диссертацию. В 1867 г. стал приват-доцентом Венского университета и в течение двух лет являлся ассистентом профессора Й. Стефана.

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

Женился на Генриетте фон Айгентлер, 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 Моцарт и Людвиг Бетховен. Пара вела светскую жизнь, часто посещала театры, организовывала пикники в окрестностях Граца.

Людвиг Больцманн (сидит посредине) со своими коллегами в Граце. Фото. 1887

Став известным теоретиком, Больцман в 1890 г. получил кафедру теоретической физики в Мюнхене, однако в 1895 г. вернулся в Вену в качестве преемника Й. Стефана по должности профессора теоретической физики. Спокойно вести научную и педагогическую работу Больцману не удавалось, поскольку в это время профессором философии Венского университета был Э. Мах, который в своих лекциях отрицал атомистические представления, лежавшие в основе больцмановской теории. В 1900 г. Больцман отправился преподавать в Лейпциг, однако там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста В. Оствальда. Наконец, в 1902 г., 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. В 1906 году Больцман прервал лекции и отправился на лечение в город Дуино, недалеко от Триеста, вместе с женой и дочерью. 5 сентября 1906 года Больцман покончил с собой в гостиничном номере, повесившись на оконном шнуре. Самоубийство Больцмана связывают с депрессией, вызванной тем, что идеи развиваемой им статистической физики в то время не находили понимания в физическом сообществе. На могильном камне Больцмана выбита установленная им формула

[math]\displaystyle{ S=k\log W, }[/math]

связывающая энтропию [math]\displaystyle{ S }[/math] термодинамического состояния с числом соответствующих микросостояний [math]\displaystyle{ W }[/math]. Коэффициент [math]\displaystyle{ k=1{,}380\,649\times 10^{-23} }[/math] Дж·К⁻¹ носит название постоянной Больцмана.

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.

Перечислим основные достижения Больцмана в области статистической механики. В 1866 получил формулу для равновесного распределения по импульсам и координатам молекул идеального газа, находящегося во внешнем потенциальном поле (распределение Больцмана).

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».

Важное значение имели труды Больцмана по термодинамике излучения. В 1884 он вывел закон для испускательной способности абсолютно чёрного тела с учётом пропорциональности давления равновесного излучения, предсказанного теорией Максвелла, и плотности его энергии. Этот закон был эмпирически получен Й. Стефаном в 1879 и носит название закона Стефана — Больцмана.

Экспериментальные исследования Больцмана посвящены проверке максвелловской теории электромагнетизма, измерению диэлектрических постоянных различных веществ и их связи с показателем преломления, изучению поляризации диэлектриков.

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).

Память

В 1964 г. Международный астрономический союз присвоил имя Больцмана кратеру на видимой стороне Луны.

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

Больцмановский мозг

Имя Больцмана носят ряд понятий классической статистической физики:

Примечания

↑ Boltzmann; Ludwig (1844 - 1906) // Сайт Лондонского королевского общества (англ.)
↑ Профиль Людвига Больцмана на официальном сайте РАН
↑ Les membres du passé dont le nom commence par B Архивная копия от 13 апреля 2021 на Wayback Machine (фр.)

Литература

Л. Фламм. Памяти Людвига Больцмана // УФН. — 1957. — Т. 61, № 1.
Н. Н. Боголюбов, Ю. В. Саночкин. Людвиг Больцман // УФН. — 1957. — Т. 61, № 1.
Б. И. Давыдов. Великий физик (К 50-летию со дня смерти Людвига Больцмана) // УФН. — 1957. — Т. 61, № 1.
Храмов Ю. А. Больцман, Людвиг // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн.. — М.: Наука, 1983. — С. 38—39. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
Полак Л. С. Людвиг Больцман 1844—1906. — М.: Наука, 1987. — 208 с.
Больцман, Людвиг // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Больцман (Boltzmann) Людвиг / О. В. Кузнецова // Бари — Браслет. — М. : Советская энциклопедия, 1970. — С. 528. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 3).

Ссылки

[1] Boltzmann; Ludwig (1844 - 1906) // Сайт Лондонского королевского общества (англ.)

[2] Профиль Людвига Больцмана на официальном сайте РАН

[3] Les membres du passé dont le nom commence par B Архивная копия от 13 апреля 2021 на Wayback Machine (фр.)

[1]

[2]

[3]