Ludwig Boltzmann

Ludwig Eduard Boltzmann (20. helmikuuta 1844 – 5. syyskuuta 1906) oli itävaltalainen fyysikko ja professori Grazississa, Münchenä, Leipzigissa ja Wienanissä. Hän sovelsi tilastollisia menetelmiä termodynamiikka, selvensi entropian käsitettä ja edisti merkittävästi teoreettisen fysiikan kehitystä.

Elämä

Lapsuus ja opiskeluvuodet

Boltzmann syntyi Wienissä. Hänen isänsä, Ludwig Georg Boltzmann, oli verotarkastaja. Boltzmannin isoisä oli kellovalmistaja, joka oli muuttanut Berliiniiinstä Wien ja hänen äitinsä, Katarina Pauernfeind, on alun perin kotoisin Salzburgista. Boltzmann opiskeli kotona hänen vanhempien ohjaamana. Boltzmann kävi lukiota Linzissä, joka on ylä-Itävallan pääkaupunki. Boltzmannin ollessa 15 vuotta vanha, hänen isänsä kuoli.

Boltzmann alkoi opiskella vuonna 1863 fysiikkaa Wienin yliopistossa. Hänen opettajiinsa kuuluivat mm. Josef Loschmidt, Joseph Stefan, Andreas von Ettingshausen ja Jozef Petzval. Boltzmann sai filosofian tohtorin arvon vuonna 1866 työskennellen Stefanin alaisena. hänen tutkielmansa käsitteli kineettistä kaasuteoriaa ja vuotta myöhemmin hänestä tuli yksityisdosentti. Tohtoriksi pääsyn jälkeen hän työskenteli kaksi vuotta Stefanin alaisena, jonka aikana Stefan johdatteli Boltzmannin Maxwellin töihin.

Akateeminen ura

Boltzmann sai matemaattisen fysiikan professuurin Grazin yliopistosta vuonna 1869iss, jolloin hän oli 25-vuotias. Samana vuonna hän työskenteli muutaman kuukauden Heidelbergä Robert Bunsenin ja Leo Königsbergerinin kanssa. Kahden vuoden kuluttua hän pääsi työskentelemään Gustav Kirchhoff ja Hermann von Helmholtzin kanssa Berliiniin. Matematiikan professoriksi Wienin yliopistoon hän pääsi vuonna 1873 ja pysyi professorina kolme vuotta.

Boltzmann tapasi Henriette von Aigentlerin vuotta aiemmin kuin sai matematiikan professuurin Wienin yliopistosta. Von Aigentler oli matematiikan ja fysiikan opettaja Grazissa. Boltzmann ja von Aigentler menivät naimisiin 17. heinäkuuta 1876 ja saivat kolme tytärtä ja kaksi poikaa. Boltzmann jätti Wienin ja palasi Graziin, siellä hän tapasi Svante Arrheniuksen, ja Walther Nernstin. Vuonna 1885 Boltzmann sai Itävallan tiedeakatemian jäsenyyden ja kahden vuoden kuluttua hänestä tuli Grazin yliopiston rehtori. Boltzmann nimitettiin Münchenin yliopistoon teoreettisen fysiikan professoriksi vuonna 1890.

Viimeiset vuodet

Boltzmann palasi jälleen Wienin yliopistoon, tällä kertaa hän tuli teoreettisen fysiikan professoriksi hänen entisen opettajansa tilalle vuonna 1893. Boltzmann ei kuitenkaan tullut toimeen kaikkien kanssa Wienissä, erityisesti Ernst Mach, josta oli tullut filosofian tohtori 1895 ja Wilhelm Ostwald kutsui Boltzmannia Leipzigin yliopistoon. Boltzmann suostui ja matkusti Leipzigiin vuonna 1900. Kaksi vuotta myöhemmin Mach joutui menemään eläkkeelle huonon terveyden takia ja Boltzmann näki Wienin taas miellyttämpänä. Siellä hänen oppilaisiinsa kuuluivat Karl Przibram, Paul Ehrenfest ja Lise Meitner.

Wienissä Boltzmann ei ainoastaan opettanut fysiikkaa vaan piti myös filosofian luentoja. Boltzmannin pitämät luonnonfilosofiaa käsittelevät luennot olivat ensimmäisestä luennosta lähtien todella suosittuja ja luennot saivat erityistä huomiota. Kaikkille luennolle osallistuville ei edes riittänyt istumapaikkoja.

Boltzmann kärsi ajoittaisista masennuksista ja hän hirttäytyi Italian Duinossa 5. syyskuuta 1906.

Työ

Boltzmannin merkittävin työ fysikkan alalla on hänen antama panos kineettiseen kaasuteoriaan.

Kineettisen kaasuteorian yhteydessä Boltzmann huomasi logaritmisen yhteyden entropian ja todennäköisyyden välillä:

$S\; =\; k\; \backslash ,\; \backslash log\; W$,

jossa $k$ on Boltzmannin vakio (1.3806505(24) × 10⁻²³ J K⁻¹) ja W on 'termodynaaminen todennäköisyys'http://www2.lut.fi/~saari/TTD/Luennot/2perL1.html. Termodynaaminen todennäköisyys voidaan laskea kaavasta:

$W\; =\; N!\backslash ;\; /\; \backslash ;\; \backslash prod\_i\; N\_i!$

Tiesitkö, että...

• Kuussa sijaitseva kraatteri, Boltzmann, on nimetty Ludwig Boltzmannin mukaanhttp://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Boltzmann.html

  

Lähteet

Aiheesta muualla

• http://www.mrs.umn.edu/~sungurea/introstat/history/w98/Boltzmann.html
• http://plato.stanford.edu/entries/statphys-Boltzmann/