Людвиг Больцман: биография. Людвиг больцман - биография

Людвиг Больцман краткая биография и интересные факты из жизни австрийского физика.

Больцман — один из основателей физической кинетики и статистической физики.

Людвиг Больцман краткая биография

Родился в Вене 20 февраля 1844 года 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. 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 1872 г. он сумел дать статистическое обоснование второго начала термодинамики. Кроме того, Больцман вывел один из законов теплового излучения (т. н. Закон Стефана –Больцмана).

В 1873 г. стал ординарным профессором математики Венского университета. В 1876 г. вернулся в Грац, где стал профессором экспериментальной физики и директором Физического института.

Больцман в 1890 г. получил кафедру теоретической физики в Мюнхене, однако в 1895 г. вернулся в Вену.

С 1899 г. - иностранный член–корреспондент Петербургской АН. Больцман вывел функцию распределения, которая была названа его именем, а также основное кинетическое уравнение газов.

К 1900 году у Больцмана развилась тяжёлая форма астмы, он переживал мучительные приступы болезни и сильно страдал от болей. 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.

Людвиг Больцман интересные факты

Женился на Генриетте фон Айгентлер, студентке математического факультета, которая была на 10 лет младше. Пара вела светскую жизнь, часто посещала театры, организовывала пикники в окрестностях Граца.

В доме жизнерадостного профессора устраивались музыкальные вечера, и Больцман сам садился за рояль.

Людвиг Больцман (1844-1906).

Людвиг Больцман, без сомнения, был величайшим ученым и мыслителем, которого дала миру Австрия. Еще при жизни Больцман, несмотря на положение изгоя в научных кругах, был признан великим ученым, его приглашали читать лекции во многие страны. И, тем не менее, некоторые его идеи остаются загадкой даже в наше время. Сам Больцман писал о себе: "Идеей, заполняющей мой разум и деятельность, является развитие теории". А Макс Лауэ позднее эту мысль уточнит так: "Его идеал заключался в том, чтобы соединить все физические теории в единой картине мира".

Людвиг Эдуард Больцман родился в Вене 20 февраля 1844 года, как раз в ночь с последнего дня масленицы на среду, с которой начинался великий пост. Больцман обычно в шутку говорил, что из-за даты своего рождения он и получил характер, которому присущи резкие переходы от ликования к скорби. Отец его, Людвиг Георг Больцман, работал в Имперском министерстве финансов. Он умер от туберкулеза, когда Людвигу было всего пятнадцать лет. Людвиг Больцман учился блестяще, а мать поощряла его разнообразные интересы, дав ему всестороннее воспитание. Так, в Линце Больцман брал уроки игры на фортепиано у знаменитого композитора Антона Брукнера. Всю жизнь он любил музыку и часто устраивал в своем доме с друзьями домашние концерты. В 1863 году Больцман поступил в Венский университет, где изучал математику и физику.

Тогда максвелловская электродинамика представляла собой новейшее достижение теоретической физики. Неудивительно, что и первая статья Людвига была посвящена электродинамике. Однако уже во второй своей работе, опубликованной в 1866 году в статье "О механическом значении второго начала термодинамики", где он показал, что температура соответствует средней кинетической энергии молекул газа, определились научные интересы Больцмана.

Осенью 1866 года, за два месяца до получения докторской степени, Больцман был принят в Институт физики на должность профессора-ассистента. В 1868 году Больцману было присвоено право чтения лекций в университетах, а годом позже он стал ординарным профессором математической физики в университете в Граце. В этот период он помимо разработки своих теоретических идей занимался и экспериментальными исследованиями связи между диэлектрической постоянной и показателем преломления с целью получить подтверждение максвелловской единой теории электродинамики и оптики. Для своих экспериментов он дважды брал в университете краткий отпуск, чтобы поработать в лабораториях Бунзена и Кенигсбергера в Гейдельберге и Гельмгольца и Кирхгофа в Берлине. Результаты этих исследований были опубликованы в 1873-1874 годах.

Больцман принимал также активное участие в планировании новой физической лаборатории в Граце, директором которой он позже стал.

Это был расцвет научной деятельности Больцмана. Однако ему не хватало широкой аудитории, он чувствовал потребность делиться своими идеями не только со студентами, жадно внимавшими молодому блестящему профессору, но и со своими коллегами-учеными. А Грац для этого был слишком маленьким городком. Вот почему в 1873 году Людвиг Больцман возвращается в Вену в качестве профессора математики. Незадолго до отъезда он познакомился с будущей женой Генриеттой фон Айгентлер.

Популярность Больцмана в Вене была невероятной. Для его лекций всегда выбирали самые большие аудитории, чаще всего актовые залы. И все равно все желающие попасть не могли.

Перед началом лекции служители вносили три черные доски. Самую большую ставили в центре, а две поменьше - по бокам. И выходил Больцман. Высокого роста, с массивной головой, увенчанной мелко вьющимися каштановыми волосами, широкоскулый, с жесткой, упрямой бородой, с глубоко спрятанными под толстыми круглыми очками глазами - смеющимися и печальными одновременно, он выходил на кафедру, сутулясь и смущаясь своей внешности, своего огромного, вечно красного носа.

Он не отвечал на аплодисменты никак. Стоял к аудитории спиной и ждал, когда в зале наступит тишина. И в этой тишине он с трудом выдавливал из себя ординарные, скучные и обязательные слова: "Итак, в прошлый раз мы остановились…" И пятнадцать минут громким голосом объяснял содержание предыдущей лекции, красивым, четким почерком выписывая на левой доске итоговые формулы.

А читал он четырехгодичный курс, охватывающий механику, гидромеханику, учение об упругости, электричество, магнетизм, кинетическую теорию газов и… философию.

Покончив с прошлой лекцией, он возвращался на кафедру, снимал очки и несколько секунд стоял в молчании, склонив голову. И вдруг в мертвой тишине раздавались слова, похожие на молитву: "Простите меня, если, прежде чем приступить к чтению лекций, я буду вас просить кое-что для себя лично, что мне важнее всего, - ваше доверие, ваше расположение вашу любовь, одним словом, самое большое, что вы способны дать, - вас самих…" И начинал читать лекцию.

Его имя было окружено легендами. Да он и сам своей детской непосредственностью и восторженностью перед самыми прозаическими вещами давал обильную пищу этим анекдотическим легендам. Вдруг однажды весь Грац был взбудоражен невероятной новостью: господин профессор экспериментальной физики лично купил на рынке корову и торжественно за веревку через весь городок провел ее в свою виллу. Затем, разместив "священное животное" с подобающими почестями, профессор физики направился к профессору зоологии, у которой очень долго консультировался по процессу доения. Или вдруг рано утром зимой весь Грац сходился к катку, на котором Больцман вместе с детьми осваивал катание на коньках.

Но самым неизменным увлечением профессора физики была музыка. В Венском театре оперы за Больцманом и его семьей была постоянно закреплена ложа; а дома профессор физики ежедневно устраивал вечера камерной музыки, причем сам неизменно исполнял партию на рояле.

Из работ, выполненных Больцманом в Вене, особого внимания заслуживает статья "О теории упругости при внешних воздействиях" (1874), где он сформулировал теорию линейной вязкоупругости. Он описал это явление с помощью интегральных уравнений, представляющих собой важный вклад в теоретическую реологию.

Увы, административная работа, которой в Вене было куда больше, чем в Граце, была для ученого тяжелым грузом. Его манила кафедра экспериментальной физики в Граце. Здесь он мог бы располагать собственной лабораторией и читать лекции по физике, а не по математике, как в Вене. Бюрократизма в Граце было меньше. Но, кроме того, Больцман собирался жениться. В Вене найти подходящую квартиру было очень трудно, а его будущая жена была из Граца. В 1876 году Больцман занял пост директора Физического института в Граце и оставался на этой должности четырнадцать лет.

Еще в 1871 году Больцман указал, что второй закон термодинамики может быть выведен из классической механики только с помощью теории вероятности. В 1877 году в "Венских сообщениях о физике" появилась знаменитая статья Больцмана о соотношении между энтропией и вероятностью термодинамического состояния. Ученый показал, что энтропия термодинамического состояния пропорциональна вероятности этого состояния и что вероятности состояний могут быть рассчитаны на основании отношения между численными характеристиками соответствующих этим состояниям распределений молекул.

То есть, если достаточно большую систему оставить без внешнего вмешательства на достаточно долгое время, то вероятность того, что мы найдем ее по истечении этого времени в равновесном состоянии, несравненно больше, чем вероятность того, что она будет в каком угодно неравновесном состоянии.

Эта так называемая "аш-теорема" стала вершиной учения Больцмана о мироздании. Формула этого начала была позднее высечена в качестве эпитафии на памятнике над его могилой. Эта формула очень схожа по своей сути с законом естественного отбора Чарлза Дарвина. Только "Аш-теорема" Больцмана показывает, как зарождается и протекает "жизнь" самой Вселенной.

Немецкий физик Р. Клаузиус, давший в 1850 году формулировку второго закона термодинамики, позднее, в 1865 году, введший понятие энтропии, одно время был весьма популярной фигурой. Выводы, сделанные им из второго начала о неизбежности тепловой смерти, были взяты на вооружение не только многими физиками. Главным образом к ним обратились философы, получившие мощные, казалось, неоспоримые аргументы в пользу идеалистических концепций о начале и конце мира, в том числе и в пользу эмпириокритицизма, учения Э. Маха и "энергетического" учения В. Оствальда.

Своей "аш-теоремой" неукротимый Людвиг Больцман заявил: "Тепловая смерть - блеф. Никакого конца света не предвидится. Вселенная существовала и будет существовать вечно, ибо она состоит не из наших "чувственных представлений", как полагают эмпириокритики, и не из разного рода энергий, как полагают оствальдовцы, а из атомов и молекул, и второе начало термодинамики надо применять не по отношению к какому-то "эфиру", духу или энергетической субстанции, а к конкретным атомам и молекулам".

Вокруг "аш-теоремы" Людвига Больцмана мгновенно разгорелись не меньшие по накалу дискуссии, чем по тепловой смерти. "Аш-теорема" и выдвинутая на ее основе флуктуационная гипотеза были препарированы со всей тщательностью и скрупулезностью и, как и следовало ждать, обнаружили в себе зияющие, непростительные, казалось бы, для такого великого ученого, как Больцман, изъяны.

Оказалось, что если принять за истину гипотезу Больцмана, то надо принять за веру и такое чудовищное, не укладывающееся ни в какие рамки здравого смысла допущение: рано или поздно, а точнее, уже сейчас, где-то во Вселенной должны идти процессы в обратном второму началу направлении, то есть тепло должно переходить от более холодных тел к более горячим! Это ли не абсурд.

Больцман этот "абсурд" отстаивал, он был глубоко убежден, что такой ход развития Вселенной наиболее естественный, ибо он является неизбежным следствием ее атомного строения.

Вряд ли "аш-теорема" получила бы такую известность, если бы была выдвинута каким-нибудь другим ученым. Но ее выдвинул Больцман, умевший не только увидеть за занавесом скрытый от других мир, но умевший защищать его со всей страстью гения, вооруженного фундаментальными знаниями как физики, так и философии.

Кульминацией драматических коллизий между физиком-материалистом и махистами, видимо, следует считать съезд естествоиспытателей в Любеке в 1895 году, где Людвиг Больцман своим друзьям-врагам дал генеральное сражение. Он одержал победу, но в результате после съезда ощутил еще большую пустоту вокруг себя. В 1896 году Больцман написал статью "О неизбежности атомистики в физических науках", где выдвинул математические возражения против оствальдовского энергетизма.

Вплоть до 1910 года само существование атомистики все время оставалось под угрозой. Больцман боролся в одиночку и боялся, что дело всей его жизни окажется в забвении. В предисловии ко второй части своих лекций по теории газов он писал в 1898 году: "По моему мнению, большой трагедией для науки будет, если (подобно тому, как это случилось с волновой теорией света из-за авторитета Ньютона) хотя бы на время теория газов окажется позабытой из-за того враждебного отношения к ней, которое воцарилось в данный момент. Я сознаю, что сейчас являюсь единственным, кто, хотя и слабо, пытается плыть против течения. И, тем не менее, я могу способствовать тому, чтобы, когда теория газов снова будет возвращена к жизни, не пришлось делать слишком много повторных открытий".

В 1890 году Больцман принял предложение занять кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете и мог, наконец, заняться преподаванием своего любимого предмета. В течение того времени, что он преподавал здесь экспериментальную физику, он использовал для иллюстрации теоретических концепций наиболее наглядные механические модели. Множество студентов со всех концов мира приезжали в Мюнхен, чтобы пройти курс обучения под руководством Больцмана.

Единственная слабость его позиции заключалась в том, что баварское правительство в то время не выплачивало пенсии университетским профессорам; между тем у Больцмана все более ухудшалось зрение, и его беспокоило будущее семьи.

Своими блестящими, отнюдь не корректными, как это было принято в те время, выступлениями в научных дискуссиях Больцман быстро приобрел репутацию человека с беспокойным, трудным характером; он не умел быть снисходительным даже к друзьям, когда видел их заблуждения хотя и страдал от своей резкости. В науке для Больцмана компромиссов не существовало. И если у него отнимали возможность честной борьбы он без сожалений расставался с самыми почетными должностями. Из Мюнхена Больцман возвращается в Венский университет, а через несколько лет переезжает в Лейпциг. Осенью 1902 года Больцман вернулся Вену. И везде, во всех университетах он вел изматывающую борьбу за материалистическую физику, за атомистику. Это была, особенно в последний период его жизни, по сути дела, борьба ученого-одиночки с крупнейшими физиками того времени, главами самых влиятельных научных школ.

В феврале 1904 года жена писала дочери Иде, которая оставалась в Лейпциге и заканчивала там гимназию: "Отцу все хуже с каждым днем. Я потеряла веру в будущее. Я надеялась, в Вене наша жизнь будет лучше". Здоровье Больцмана страдало от постоянных споров с противниками. Зрение его ухудшилось до такой степени, что ему трудно стало читать; пришлось нанять сотрудницу, которая читала ему научные статьи; жена готовила его рукописи к печати.

Его слабое здоровье не могло в течение долгого времени выдерживать такую огромную преподавательскую нагрузку, которая сочеталась с научной работой. Даже отдых в Дуино, под Триестом, не принес ему облегчения в его мучительном заболевании. Больцман впал в глубокую депрессию и 5 сентября 1906 года покончил жизнь самоубийством.

Весьма прискорбно, что он не дожил до воскрешения атомизма и умер с мыслью, что о кинетической теории все забыли. Однако многие идеи Больцмана уже нашли свое разрешение в таких поразительных открытиях, как ультрамикроскоп, эффект Доплера, газотурбинные двигатели, освобождение энергии атомного ядра. Но это все частности в той картине мира, которую видел и описывал Больцман, отдельные следствия атомного строения мира.

Еще в статье 1872 года Больцман ввел представление о дискретных уровнях энергии, благодаря чему был открыт путь к созданию квантовой механики. Однако еще более важную роль в становлении современной физики сыграл его статистический метод. Как бы в предчувствии статистической интерпретации квантовой механики он писал в 1898 году в своих лекциях по теории газов: "Мне еще надо упомянуть возможное, что фундаментальные уравнения движения отдельных молекул окажутся всего лишь приблизительными формулами, дающими средние значения… и получаемыми только в результате длительных серий наблюдений на основе теории вероятностей".

Много раз его искренность сталкивалась с вероломством, но Больцман, тем не менее, до конца жизни сохранил веру в дружбу и любовь.

Стихи и музыка были для него своего рода теми кирпичиками в единой теории мироздания, куда входили и законы физики, и учение Дарвина, которого Больцман боготворил, и любимая им философия.

"Судьбу Людвига Больцмана как одного из основоположников современной физики, - писал Э. Бода, - можно сравнить только с судьбой великого творца множеств - Георга Кантора. Идеи их обоих не были поняты и оценены надлежащим образом при жизни авторов, что трагически сказалось на судьбах этих гениальных людей".

БОЛЬЦМАН (Boltzmann ) Людвиг (1844-1906), австрийский физик, один из основателей статистической физики и физической кинетики, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1899). Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал (1872) статистическое обоснование второго начала термодинамики. Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана - Больцмана).

БОЛЬЦМАН (Boltzmann ) Людвиг (полное имя Людвиг Эдуард) (20 февраля 1844, Вена, Австрия - 5 сентября 1906, Дуино, близ Триеста, Австро-Венгрия, ныне Италия), австрийский физик, один из величайших физиков-теоретиков конца 19 - начала 20 века. Член Венской АН (1895), иностранный почетный член Петербургской АН (1899) и многих академий мира.

Семья, образование

Деду Людвига, переселившемуся из Германии в Австрию, принадлежала часовая фабрика, и семья была состоятельной. Отец Людвига был акцизным чиновником. По роду его службы семья переехала сначала из Вены в Вельс, а затем в Линц, где Людвиг поступил в школу. Пятнадцати лет он потерял отца.

По воспоминаниям современников, родители, особенно мать, оказали на Людвига огромное благотворное воспитательное воздействие.

Учился Людвиг прекрасно, был прилежен, аккуратен и (по собственным его воспоминаниям) имел тот недостаток, что был несколько избыточно честолюбив и даже склонен к карьеризму. Впрочем, это мнение следует отнести к исключительной самокритичности Больцмана, одному из проявлений высочайшего уровня его моральных принципов.

Уже в детские годы обнаружилась трепетная любовь Людвига к природе, его увлечение музыкой и поэзией. Он говорил впоследствии, что Шиллер оказал на него решающее влияние.

После окончания школы его обучение продолжилось в Венском университете. В числе его учителей нужно, в первую очередь, назвать Йозефа Стефана, с которым его впоследствии связала большая дружба.

Научная карьера

В 1866 Больцман защитил диссертацию и получил ученую степень, а через год он стал приват-доцентом. В течение двух лет он был ассистентом Стефана, включившись в исследования теплового излучения: итогом этих работ явился впоследствии известный закон Стефана-Больцмана.

В 1868 двадцатичетырехлетний Больцман получил должность профессора математической физики в Граце.

Последующие два года принесли Больцману много ярких впечатлений. Он познакомился с рядом крупнейших немецких ученых того времени, общался в Гейдельберге с Бунзеном, потом - с Кирхгофом и Гельмгольцем в Берлине.

Видимо, в Германии Больцману понравилось не все. Берлин раздражал его своей прусской чопорностью и строгостью. Он писал друзьям: "Взгляд, обращенный Гельмгольцем, дал мне понять, что учащемуся не пристало веселье и юмор".

Больцман - преподаватель

В 1869-76 Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете, читал лекции по "механической теории теплоты", по теории упругости, по акустике и капиллярности. Позже к этому добавились дифференциальное и интегральное исчисление, математический анализ, теория чисел, аналитическая геометрия. Потом - теория газов, гидродинамика, электричество, магнетизм, а в последние годы еще курс "Избранные главы из натурфилософии".

Уже этот перечень показывает, насколько широк был охват педагогической работы.

По воспоминаниям учеников Больцмана, лектором он был превосходным. К студентам относился со всем известной симпатией, был счастлив, если мог оказать услугу. Когда будущий известный теоретик, тогда еще студент, Пауль Эренфест, сделал доклад об одной из работ Больцмана, тот воскликнул: "Если бы я сам так хорошо знал свои работы!"

Обычно на лекции Больцман пользовался тремя досками, сначала выписывая на одной из них те основные формулы, которые были выведены на предыдущем занятии, а затем и новые, так что к концу лекции весь материал был на глазах у студентов.

После Вены Больцман перешел в Грац профессором на кафедру экспериментальной физики (1869-73). Зaслуживший всемирную известность как теоретик, Больцман был и весьма талантливым (и увлеченным!) экспериментатором ("вряд ли имеющим себе равного" - были и такие мнения), но, конечно, теория была на первом плане.

В 1890 Больцману предложили кафедру теоретической физики в Мюнхене. Там он проработал около четырех лет, а в 1894, после кончины Стефана, стал его преемником на кафедре теоретической физики в Венском университете, где он и проработал до дня своей трагической кончины. Перерыв в этой работе был в 1901-02, когда Больцман читал лекции в университете в Лейпциге. Для чтения же отдельных лекций и небольших курсов его многократно приглашали в университеты ряда стран мира, среди которых были и университеты Америки (он побывал там трижды и потом с большим юмором описал свои впечатления в небольшой книжке "Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо").

Людвиг Больцман (полное имя Людвиг Эдуард) (1844-1906) - австрийский физик, один из величайших физиков-теоретиков конца 19 - начала 20 века, и один из основателей статистической физики и физической кинетики, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1899). Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал статистическое обоснование второго начала термодинамики в 1872 году. Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана - Больцмана).

Кто видит будущее? Давайте простор для всех направлений исследований; покончить с догматизмом, либо атомистической или анти-атомистического!

Больцман Людвиг

Людвиг Больцман родился 20 февраля 1844, Вена, Австрия. Скончался 5 сентября 1906, Дуино, близ Триеста, Австро-Венгрия, ныне Италия).

Семья и образование

Деду Людвига, переселившемуся из Германии в Австрию, принадлежала часовая фабрика, и поэтому семья была состоятельной. Отец Людвига был акцизным чиновником. По роду его службы семья переехала сначала из Вены в Вельс, а затем в Линц, где Людвиг поступил в школу. Пятнадцати лет он потерял отца.

По воспоминаниям современников, родители, особенно мать, оказали на Людвига огромное благотворное воспитательное воздействие.

Людвиг учился прекрасно, был прилежен, аккуратен и (по собственным его воспоминаниям) имел тот недостаток, что был несколько избыточно честолюбив и даже склонен к карьеризму. Но это мнение следует отнести к исключительной самокритичности Больцмана, одному из проявлений высочайшего уровня его моральных принципов.

На мой взгляд, все спасение для философии может быть ожидается от теории Дарвина

Больцман Людвиг

Уже в детские годы обнаружилась трепетная любовь Людвига к природе, его увлечение музыкой и поэзией. Он говорил впоследствии, что Шиллер оказал на него решающее влияние. После окончания школы его обучение продолжилось в Венском университете. В числе его учителей нужно, в первую очередь, назвать Йозефа Стефана, с которым его впоследствии связала большая дружба.

Научная карьера Людвига Больцмана

В 1866 Л. Больцман защитил диссертацию и получил ученую степень, а через год он стал приват-доцентом. В течение двух лет он был ассистентом Стефана, включившись в исследования теплового излучения: итогом этих работ явился впоследствии известный закон Стефана-Больцмана.

Закон Стефана-Больцмана - закон излучения, устанавливает зависимость полной (по всем частотам излучения) испускательной способности абсолютно черного тела от абсолютной температуры T: u = T4. Открыт Й. Стефаном (1879), теоретически обоснован Л. Больцманом (1884).

В 1868 двадцатичетырехлетний Больцман получил должность профессора математической физики в Граце. Последующие два года принесли Больцману много ярких впечатлений. Он познакомился с рядом крупнейших немецких ученых того времени, общался в Гейдельберге с Робертом Бунзеном, потом - с Густавом Кирхгофом и Германом Гельмгольцем в Берлине.

Видимо, в Германии Больцману понравилось не все. Берлин раздражал его своей прусской чопорностью и строгостью. Он писал друзьям: «Взгляд, обращенный Гельмгольцем, дал мне понять, что учащемуся не пристало веселье и юмор».

Людвиг Больцман - преподаватель

В 1869-76 Л. Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете, читал лекции по «механической теории теплоты», по теории упругости, по акустике и капиллярности. Позже к этому добавились дифференциальное и интегральное исчисление, математический анализ, теория чисел, аналитическая геометрия. Потом - теория газов, гидродинамика, электричество, магнетизм, а в последние годы еще курс «Избранные главы из натурфилософии».

Уже этот перечень показывает, насколько широк был охват педагогической работы.

По воспоминаниям учеников Больцмана, лектором он был превосходным. К студентам относился со всем известной симпатией, был счастлив, если мог оказать услугу. Когда будущий известный теоретик, тогда еще студент, Пауль Эренфест, сделал доклад об одной из работ Больцмана, тот воскликнул: «Если бы я сам так хорошо знал свои работы!»

Обычно на лекции Людвиг Больцман пользовался тремя досками, сначала выписывая на одной из них те основные формулы, которые были выведены на предыдущем занятии, а затем и новые, так что к концу лекции весь материал был на глазах у студентов.

После Вены Больцман перешел в Грац профессором на кафедру экспериментальной физики (1869-73). Зaслуживший всемирную известность как теоретик, Больцман был и весьма талантливым и увлеченным экспериментатором («вряд ли имеющим себе равного» - были и такие мнения), но, конечно, теория была на первом плане.

В 1890 Людвигу Больцману предложили кафедру теоретической физики в Мюнхене. Там он проработал около четырех лет, а в 1894, после кончины Стефана, стал его преемником на кафедре теоретической физики в Венском университете, где он и проработал до дня своей трагической кончины. Перерыв в этой работе был в 1901-1902, когда Больцман читал лекции в университете в Лейпциге. Для чтения же отдельных лекций и небольших курсов его многократно приглашали в университеты ряда стран мира, среди которых были и университеты Америки (он побывал там трижды и потом с большим юмором описал свои впечатления в небольшой книжке «Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо»).

Больцман как личность

Академии наук многих стран, в том числе и России, избрали его своим членом, ему было присвоено почетное звание доктора наук Оксфордского университета, Людвиг Больцман был награжден многими орденами. Но душой и сердцем он всегда оставался предан своей родной Австрии, особенно Грацу. Он горячо любил природу (даже приобрел домик в горной деревне и - к некоторому изумлению соседей - самолично привел туда на веревке корову).

Вообще, рассказывая о Больцмане, часто приходится повторять: «любил». Он был жизнерадостным, очень любил детей, они с женой (он женился на студентке математического факультета Генриетте фон Айгентлер) устраивали для них праздники, и отец организовывал на них танцы. Говорил: «То, чем я стал, я обязан Шиллеру», любил музыку, преклонялся перед Волфгангом Моцартом и Людвигом Бетховеном, устраивал дома музыкальные вечера и сам играл на рояле, любил своих учеников и преподавание, любил путешествовать, был общителен и остроумен. И, конечно, главной его любовью была наука.

Основные научные достижения Людвига Больцмана

Основной темой научных исследований Больцмана была молекулярно-кинетическая теория. Наибольшие достижения связаны с работами по кинетической теории газов и статистическому обоснованию термодинамики.

Кинетическая теория газов - объясняет неравновесные свойства газов (явления переноса энергии, массы, импульса) на основе законов движения и взаимодействия молекул.

Конечно, эта проблематика появилась в физике и до Больцмана. Так, Джеймс Клерк Максвелл еще в 1859 установил закон распределения молекул по скоростям, а в 1867 показал статистическую природу второго начала термодинамики. Больцман был одним из немногих, вполне осознавших значение работ Максвелла. Он обобщил закон распределения скоростей молекул газов на газы, находящиеся во внешнем силовом поле, и установил формулу Больцмана распределения (1868-71).

Больцмана распределение (Максвелла - Больцмана распределение) - равновесное распределение частиц идеального газа по энергиям (E) во внешнем силовом поле (например, в поле тяготения); определяется функцией распределения f ~ e-E/kT, где E - сумма кинетической и потенциальной энергий частицы, T - абсолютная температура, k - постоянная Больцмана; является обобщением Л. Больцманом (1868-71) максвелловского распределения частиц по скоростям.

Применяя статистические методы к кинетической теории идеальных газов, Больцман вывел кинетическое уравнение газов.

Кинетическое уравнение:
1) в статистической физике - уравнение для одночастичной функции распределения системы многих частиц (дающей среднее число частиц с определенными значениями импульсов и координат), описывающее эволюцию системы во времени. Кинетическое уравнение для газа было впервые предложено в 1872 Л. Больцманом и носит его имя.
2) В кинетике химической - математическое выражение, устанавливающее зависимость скорости химической реакции от концентраций веществ в реагирующей системе.

Главнейшей заслугой Людвига Больцмана является исследование необратимых процессов и статистическая трактовка второго начала термодинамики. В 1872 Больцман ввел понятие H-функции, характеризующее состояние замкнутой макроскопической системы, и доказал, что с течением времени H-функция не может возрастать (H-теорема). Отождествив H-функцию с энтропией S (с обратным знаком), Больцман связал энтропию с W - термодинамической вероятностью: S= klnW.

Это соотношение дало статистическое обоснование второму началу термодинамики и является основой статистической физики. Универсальная постоянная kв честь ученого называется Больцмана постоянной. Приведенное уравнение выгравировано на памятнике Больцману в Вене.

Больцмана постоянная - физическая постоянная k, равная отношению универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA: k = R/NA = 1,3807.10-23 Дж/К. Названа по имени Л. Больцмана.

Людвиг Больцман был верным последователем и приверженцем идей Максвелла и в области электромагнитной теории. Ему принадлежат первые экспериментальные работы по проверке достоверности выводов максвелловской теории электромагнитного поля. Он провел измерения диэлектрической проницаемости газов и твердых тел и установил ее связь с оптическим показателем преломления. Эти результаты были изложены в «Лекциях о максвелловской теории электричества и света» (1891-93). (Преклонение Больцмана перед гением Максвелла было безгранично. Об его уравнениях он писал: «Не божество ли начертало эти законы?...»).

Больцману принадлежат труды по изучению поляризации диэлектриков, теории термоэлектричества, диамагнетизма и др. Больцман, в частности, разработал теорию эффекта Холла.

Эффекта Холла - возникновение в проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле H_‌_j, электрического поля (поля Холла), направленного перпендикулярно H и j, напряженность которого Eх = RjH, где R - постоянная Холла, зависящая главным образом от знака и концентрации носителей заряда. Холла эффект используется главным образом для исследования свойств твердых тел и в измерительной технике.

Людвиг Больцман внесен существеннейший вклад в теорию флуктуаций, предложен принципиально новый подход к теории необратимых процессов, впервые применены принципы термодинамики к описанию электромагнитного излучения, теоретически выведено выражение для давления света. Хендрик Антон Лоренц, один из крупнейших физиков-теоретиков, которого по справедливости называют отцом электронной теории, назвал работу Больцмана о зависимости теплового излучения от температуры «настоящей жемчужиной теоретической физики».

Интересы Больцмана охватывали почти все области физики и частично математики.

Последние годы Людвига Эдуарда Больцмана

Работы Больцмана внесли важнейший вклад в объяснения наблюдаемых явлений на базе представлений о молекулярном строении тел. Но росло не только число сторонников этих представлений, но и ожесточение их оппонентов. В числе последних нужно прежде всего назвать Вильгельма Фридриха Оствальда и Эрнста Маха, яростных научных противников как Больцмана (который, однако, считал их своими личными друзьями), так и вообще самого представления о существовании молекул, которому они противопоставляли базировавшуюся на беспочвенных философских идеях концепцию «энергетизма». И тот, и другой к концу жизни отошли от своих прежних агрессивно-антинаучных позиций, но, к сожалению, Больцман уже не мог узнать этого.

Последние годы жизни Больцмана были, возможно, самыми продуктивными, но в то же время самыми для него тяжелыми. Он признавался, что "...последние, самые серьезные работы, как ему кажется, вообще никем не поняты...». Угнетаемый напором врагов атомистики (их доводы типа «а кто-нибудь эти атомы видел?» представляются теперь в лучшем случае убогими и смешными).

Людвиг Больцман все чаще впадал в депрессию и покончил с собой, так и не узнав, что еще в 1828 английский ботаник Роберт Броун открыл явление, которое можно назвать первым экспериментальным подтверждением реалистичности молекулярно-кинетических представлений.

Людвиг Больцман - цитаты

Кто видит будущее? Давайте простор для всех направлений исследований; покончить с догматизмом, либо атомистической или анти-атомистического!

На мой взгляд, все спасение для философии может быть ожидается от теории Дарвина.

Людвиг Больцман, вне всякого сомнения, является блестящим учёным и достоянием австрийской науки. Однако последние годы его деятельности представляли собой непрерывную борьбу за собственную правоту и достоинство учёного, в этой непростой борьбе присутствовали и победы, и поражения.

Датой рождения Людвига Эдуарда Больцмана считается 20 февраля 1844 года. Родился он ночью, сопровождающейся переходом масленицы в пост. Сам Людвиг шутил - мол, дата его появления на свет повлияла на его характер, и именно поэтому ему присущи резкие перепады настроения.

Его отец - Людвиг Георг Больцман, служил в министерстве финансов, но рано ушёл из жизни. Причиной послужила страшная в то время болезнь - туберкулёз. Сыну исполнилось 15 лет, когда отца не стало. Мальчик с детства отличался стремлением к знаниям, отлично учился и параллельно увлекался музыкой. Известный композитор Антон Брукнер обучал его игре на фортепиано, мало-помалу Людвиг стал устраивать собственные домашние концерты, приглашая в гости друзей и приятелей. С уверенностью можно сказать, что юноша получил хорошее воспитание.

Начиная с 1863 года, он зачислен в Венский университет, в котором обучался математике и физике. За годы учёбы Больцман опубликовал несколько своих статей, посвящённых электродинамике. Талантливого юношу заметили и осенью 1886 года зачислили в Институт физики, не просто как слушателя, а в качестве ассистента профессора. А уже пару месяцев спустя он получил докторскую степень.

Поработав ассистентом, Людвиг набрался опыта общения со студентами и через 2 года получил возможность читать лекции. Ещё через год он стал профессором математики в университете Граца. Всё это время молодой учёный занимается разработкой своих теорий, ставит эксперименты и изучает теорию Максвелла.

Для этого ему даже пришлось брать отпуск в университете, чтобы иметь возможность поработать в лабораториях Гейдельберга, Берлина и Кенигсберга. Итоги экспериментов увидели свет в 1873 и 1874 годах.

Параллельно с научной деятельностью Людвиг занимается планированием новейшей лаборатории в Граце, которую впоследствии и возглавил.

Этот период можно отнести к расцвету научной деятельности австрийского математика. Создаётся впечатление, что ему не хватало размаха и простора для его деятельности. Людвиг хотел не просто обучать студентов, но и горел желанием делиться перспективными идеями с коллегами, такими же учёными, как он сам. Но Грац - небольшой городок, и в нём Больцман, пожалуй, достиг всего, что может дать провинциальный город. По этой причине в 1873 году он вновь приезжает в Вену и занимает должность профессора математики. Перед отъездом он знакомится с Генриеттой фон Айгентлер, которая вскоре стала его супругой.

В столице Австрии Людвиг стал очень популярным, его энтузиазм был оценён по достоинству. На лекциях талантливого профессора всегда было много слушателей, залы были заполнены до отказа, тем не менее не все желающие могли попасть на занятия к молодому учёному.

Как и в детские годы, Больцман продолжал увлекаться музыкой. Всё так же играл по вечерам на рояле и посвящал свои выступления супруге. А в Венском оперном театре за семьёй профессора была закреплена ложа, и он не пропускал ни одного значимого концерта.

Свою работу Людвиг любил и с увлечением занимался научной деятельностью. Большое внимание привлекла его работа «О теории упругости при внешних воздействиях», появившаяся в печати в 1874 году. Автор в данной статье представил теорию линейной вязкоупругости. Основу исследования составляли интегральные уравнения. Революционная работа стала достоянием теоретической реологии.

К сожалению, с переездом в Вену учёный получил значительную нагрузку по ведению документации, ему ежедневно требовалось заполнять большое количество бумаг.

Отчасти, он заскучал. С тоской вспоминал Больцман былые времена - небольшой городок Грац, ставший практически родным и кафедру экспериментальной физики с её хорошо оснащённой лабораторией. Там было намного меньше бюрократизма, да и невеста учёного являлась уроженкой Граца. И тогда австрийский физик снова решился на переезд. В 1886 году он получает должность директора в институте физики в Граце и занимает её на протяжение 14 лет.

Несколькими годами ранее (в 1871-м) Больцман доказал - второй закон термодинамики можно получить из механики лишь опираясь на теорию вероятности. Свои предположения автор представил в заметке, взбудоражившей в 1877 году весь исследовательский мир. Работа «Венские сообщения о физике» стала практически самой известной статьёй автора, показавшей взаимодействие энтропии и термодинамического состояния, а именно - что энтропия термодинамического состояния прямо пропорциональна вероятности этого состояния, и вероятности состояний вычисляются из отношения между числовыми значениями соответствующих данным состояниям распределений молекул.

Процессы перехода в более вероятные состояния из менее вероятных - необратимый природный закон, так считал Больцман. При этом обратимость переходов не абсолютно невозможна, но маловероятна. Посему энтропия имеет связь с вероятностью состояния системы. Больцман сформулировал эту связь в известной Н-теореме, гласящей, что исходная величина (средний логарифм функции распределения) со временем должна изменяться в прямом направлении.

Связав Н-функцию со статистическим весом состояния, учёный показал, что ожидаемым состоянием будет тепловое равновесие, и рассчитал связь энтропии с вероятностью макроскопического состояния. Фактически, H-теорема Больцмана заложила основы представлений о необратимых процессах и теории информации и считается вершиной учения австрийского деятеля об устройстве мира. В определённом смысле она, подобно учению Дарвина, иллюстрирует зарождение и течение жизни физической вселенной. Автор считал, что конец света никогда не настанет, а вселенная существует сама по себе, и она вечна, так как состоит не из энергии, а из молекул и атомов.

Н-теорема вызвала множество споров, её практически «под микроскопом» изучали критики и философы, которые нашли в ней серьёзные несоответствия. Согласно гипотезе Больцмана, во вселенной должны проходить процессы в противоположном второму началу направлении, а значит, тепло обязано перемещаться от холодного тела к более горячему - а это кажется абсурдом.

Людвиг не сдавался и защищал свою теорию как мог. Кульминацией дискуссий стал съезд научных деятелей в Любеке в 1895 году, на котором физик-естествоиспытатель вопреки всему отстоял свою правоту, но потерял после этого всех соратников. В 1896 году он написал работу «О неизбежности атомистики в физических науках» и опроверг оствальдовский энергетизм.

С 1890-го он заведует кафедрой теоретической физики высшей школы Мюнхена и одновременно преподаёт. На лекции по экспериментальной физике приезжали студенты даже из других городов, чтобы послушать рассуждения знаменитого профессора.

А Людвига всё больше беспокоило зрение, которое ухудшалось с каждым месяцем. От этого у него окончательно испортился характер. Больцман не принимал критику и не терпел возражений. Даже в общении с друзьями он позволял себе всё более резкие, обидные высказывания, не идя на компромиссы, и вскоре у него совсем не осталось приятелей. Не лучше обстояло дело и с работой. Из-за всё той же неуступчивости он более не задерживался надолго ни на одном рабочем месте.

Из Мюнхена он снова вернулся в Вену, затем в Лейпциг, а оттуда в 1902 году снова прибыл в столицу Австрии. В 1904 году учёный уже практически не видел, и жена пригласила к нему помощницу, которая перепечатывала для него рукописи и читала вслух газеты и журналы. Любимым делом, которому были отданы годы жизни и здоровье, Больцман заниматься больше не мог и 5 сентября 1906 года покончил с собой.

Трудно сказать, что послужило причиной добровольного ухода из жизни - депрессия, ощущение беспомощности или тот факт, что последнее его открытие не было признано современниками. Но и по сей день Людвиг Больцман считается основоположником молекулярно-кинетической теории и статистической механики. Выведенную им формулу для расчёта энтропии S=k ln W (где энтропия «S» термодинамического состояния увязана с числом соответствующих микросостояний «W», а коэффициент «k», известный как «постоянная Больцмана», равен 1,3806488(13) x 10 в минус двадцать третьей степени Дж К) - как дань памяти и признание заслуг - посетители видят на надгробии учёного.