Больцман, Людвиг

Людвиг Больцман
Ludwig Eduard Boltzmann
Дата рождения:	20 февраля 1844(1844-02-20)
Место рождения:	Вена, Австрийская империя
Дата смерти:	5 сентября 1906(1906-09-05) (62 года)
Место смерти:	Дуино, Италия
Страна:	Австро-Венгрия
Научная сфера:	теоретическая физика
Место работы:	Университет Граца Венский университет Мюнхенский университет Лейпцигский университет
Альма-матер:	Венский университет
Научный руководитель:	Й. Стефан
Известные 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, Италия) — австрийский физик-теоретик, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории. Член Австрийской академии наук (1895), член-корреспондент Петербургской академии наук (1899) и ряда других.

Биография

Больцман родился в Вене в семье акцизного чиновника. Вскоре семья переехала в Вельс, а затем в Линц, где Больцман окончил гимназию. В 1866 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 приглашен 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 свое 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. Любимые композиторы - Вольфганг Моцарт и Людвиг Бетховен. Пара вела светскую жизнь, часто посещала театры, организовывала пикники в окрестностях Граца.

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) еще и освобожденную Махом кафедру натурфилософии, обеспечив себе таким образом комфортные условия для работы. Больцман многократно приглашался 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 итальянский город Дуино 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

$S=k\ln W,$

связывающая энтропию $S$ термодинамического состояния с числом соответствующих микросостояний $W$. Коэффициент $k=1{,}3806488(13)\times 10^{-23}$ 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 предложил эргодическую гипотезу для обоснования закономерностей статистической физики. В 1872 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 1872 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 черного 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).

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. Часть 2. Часть 3.

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.
• Л. Больцман // Ю.А. Храмов. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983. — С. 38-39.
• Полак Л.С. Людвиг Больцман 1844—1906. — М.: Наука, 1987. — 208 с.

См. также

• Больцмановский мозг

Имя Больцмана носят ряд понятий классической статистической физики:

• постоянная Больцмана
• кинетическое уравнение Больцмана
• закон Стефана — Больцмана
• распределение Больцмана
• H-теорема Больцмана

Ссылки

• Биография Л. Больцмана на сайте piplz.ru
• Биография Л. Больцмана на сайте peoples.ru
• Биография Л. Больцмана на сайте С.И. Левченкова
• Профиль Людвига Больцмана на официальном сайте РАН
• Больцманиада: биография Больцмана, достижения, философия, наследие