Больцман Людвиг - биография, факты из жизни, фотографии, справочная информация

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".

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.

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").

М. Смолуховский
Ф. Хазенёрль
Г. Херглотц

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.

Став известным теоретиком, Больцман в г. получил кафедру теоретической физики в Мюнхене , однако в 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 г. Больцман отправился преподавать в Лейпциг , однако там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста В. Оствальда . Наконец, в 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 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 (выгравировано "log" вместо "ln", т. к. второй вариант написания появился лишь за 13 лет до смерти Больцмана и не был широко употребим )

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

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 получил формулу для равновесного распределения по импульсам и координатам молекул идеального газа , находящегося во внешнем потенциальном поле (распределение Больцмана).

Важное значение имели труды Больцмана по термодинамике излучения. В 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 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

Публикации

• Больцман Л. Очерки по методологии физики. - М., 1929.
• Больцман Л. Кинетическая теория материи. - М., 1939.
• Больцман Л. - М.: Гостехиздат, 1953.
• Больцман Л. Статьи и речи. - М.: Наука, 1970.
• Больцман Л. Избранные труды. - М.: Наука, 1984.

См. также

Имя Больцмана носят ряд понятий классической статистической физики :

Напишите отзыв о статье "Больцман, Людвиг"

Примечания

Литература

• Л. Фламм. // УФН. - 1957. - Т. 61 , № 1 .
• Н.Н. Боголюбов , Ю.В. Саночкин. // УФН. - 1957. - Т. 61 , № 1 .
• Б.И. Давыдов. // УФН. - 1957. - Т. 61 , № 1 .
• Храмов Ю. А. // 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. - М.: Наука, 1987. - 208 с.
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.

Ссылки

• Храмов Ю. А. Больцман, Людвиг // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . - Изд. 2-е, испр. и дополн. - М .: Наука , 1983. - С. 38. - 400 с. - 200 000 экз. (в пер.)
• на официальном сайте РАН

Отрывок, характеризующий Больцман, Людвиг

Не успел князь Андрей проводить глазами Пфуля, как в комнату поспешно вошел граф Бенигсен и, кивнув головой Болконскому, не останавливаясь, прошел в кабинет, отдавая какие то приказания своему адъютанту. Государь ехал за ним, и Бенигсен поспешил вперед, чтобы приготовить кое что и успеть встретить государя. Чернышев и князь Андрей вышли на крыльцо. Государь с усталым видом слезал с лошади. Маркиз Паулучи что то говорил государю. Государь, склонив голову налево, с недовольным видом слушал Паулучи, говорившего с особенным жаром. Государь тронулся вперед, видимо, желая окончить разговор, но раскрасневшийся, взволнованный итальянец, забывая приличия, шел за ним, продолжая говорить:
– Quant a celui qui a conseille ce camp, le camp de Drissa, [Что же касается того, кто присоветовал Дрисский лагерь,] – говорил Паулучи, в то время как государь, входя на ступеньки и заметив князя Андрея, вглядывался в незнакомое ему лицо.
– Quant a celui. Sire, – продолжал Паулучи с отчаянностью, как будто не в силах удержаться, – qui a conseille le camp de Drissa, je ne vois pas d"autre alternative que la maison jaune ou le gibet. [Что же касается, государь, до того человека, который присоветовал лагерь при Дрисее, то для него, по моему мнению, есть только два места: желтый дом или виселица.] – Не дослушав и как будто не слыхав слов итальянца, государь, узнав Болконского, милостиво обратился к нему:
– Очень рад тебя видеть, пройди туда, где они собрались, и подожди меня. – Государь прошел в кабинет. За ним прошел князь Петр Михайлович Волконский, барон Штейн, и за ними затворились двери. Князь Андрей, пользуясь разрешением государя, прошел с Паулучи, которого он знал еще в Турции, в гостиную, где собрался совет.
Князь Петр Михайлович Волконский занимал должность как бы начальника штаба государя. Волконский вышел из кабинета и, принеся в гостиную карты и разложив их на столе, передал вопросы, на которые он желал слышать мнение собранных господ. Дело было в том, что в ночь было получено известие (впоследствии оказавшееся ложным) о движении французов в обход Дрисского лагеря.
Первый начал говорить генерал Армфельд, неожиданно, во избежание представившегося затруднения, предложив совершенно новую, ничем (кроме как желанием показать, что он тоже может иметь мнение) не объяснимую позицию в стороне от Петербургской и Московской дорог, на которой, по его мнению, армия должна была, соединившись, ожидать неприятеля. Видно было, что этот план давно был составлен Армфельдом и что он теперь изложил его не столько с целью отвечать на предлагаемые вопросы, на которые план этот не отвечал, сколько с целью воспользоваться случаем высказать его. Это было одно из миллионов предположений, которые так же основательно, как и другие, можно было делать, не имея понятия о том, какой характер примет война. Некоторые оспаривали его мнение, некоторые защищали его. Молодой полковник Толь горячее других оспаривал мнение шведского генерала и во время спора достал из бокового кармана исписанную тетрадь, которую он попросил позволения прочесть. В пространно составленной записке Толь предлагал другой – совершенно противный и плану Армфельда и плану Пфуля – план кампании. Паулучи, возражая Толю, предложил план движения вперед и атаки, которая одна, по его словам, могла вывести нас из неизвестности и западни, как он называл Дрисский лагерь, в которой мы находились. Пфуль во время этих споров и его переводчик Вольцоген (его мост в придворном отношении) молчали. Пфуль только презрительно фыркал и отворачивался, показывая, что он никогда не унизится до возражения против того вздора, который он теперь слышит. Но когда князь Волконский, руководивший прениями, вызвал его на изложение своего мнения, он только сказал:
– Что же меня спрашивать? Генерал Армфельд предложил прекрасную позицию с открытым тылом. Или атаку von diesem italienischen Herrn, sehr schon! [этого итальянского господина, очень хорошо! (нем.) ] Или отступление. Auch gut. [Тоже хорошо (нем.) ] Что ж меня спрашивать? – сказал он. – Ведь вы сами знаете все лучше меня. – Но когда Волконский, нахмурившись, сказал, что он спрашивает его мнение от имени государя, то Пфуль встал и, вдруг одушевившись, начал говорить:
– Все испортили, все спутали, все хотели знать лучше меня, а теперь пришли ко мне: как поправить? Нечего поправлять. Надо исполнять все в точности по основаниям, изложенным мною, – говорил он, стуча костлявыми пальцами по столу. – В чем затруднение? Вздор, Kinder spiel. [детские игрушки (нем.) ] – Он подошел к карте и стал быстро говорить, тыкая сухим пальцем по карте и доказывая, что никакая случайность не может изменить целесообразности Дрисского лагеря, что все предвидено и что ежели неприятель действительно пойдет в обход, то неприятель должен быть неминуемо уничтожен.
Паулучи, не знавший по немецки, стал спрашивать его по французски. Вольцоген подошел на помощь своему принципалу, плохо говорившему по французски, и стал переводить его слова, едва поспевая за Пфулем, который быстро доказывал, что все, все, не только то, что случилось, но все, что только могло случиться, все было предвидено в его плане, и что ежели теперь были затруднения, то вся вина была только в том, что не в точности все исполнено. Он беспрестанно иронически смеялся, доказывал и, наконец, презрительно бросил доказывать, как бросает математик поверять различными способами раз доказанную верность задачи. Вольцоген заменил его, продолжая излагать по французски его мысли и изредка говоря Пфулю: «Nicht wahr, Exellenz?» [Не правда ли, ваше превосходительство? (нем.) ] Пфуль, как в бою разгоряченный человек бьет по своим, сердито кричал на Вольцогена:
– Nun ja, was soll denn da noch expliziert werden? [Ну да, что еще тут толковать? (нем.) ] – Паулучи и Мишо в два голоса нападали на Вольцогена по французски. Армфельд по немецки обращался к Пфулю. Толь по русски объяснял князю Волконскому. Князь Андрей молча слушал и наблюдал.
Из всех этих лиц более всех возбуждал участие в князе Андрее озлобленный, решительный и бестолково самоуверенный Пфуль. Он один из всех здесь присутствовавших лиц, очевидно, ничего не желал для себя, ни к кому не питал вражды, а желал только одного – приведения в действие плана, составленного по теории, выведенной им годами трудов. Он был смешон, был неприятен своей ироничностью, но вместе с тем он внушал невольное уважение своей беспредельной преданностью идее. Кроме того, во всех речах всех говоривших была, за исключением Пфуля, одна общая черта, которой не было на военном совете в 1805 м году, – это был теперь хотя и скрываемый, но панический страх перед гением Наполеона, страх, который высказывался в каждом возражении. Предполагали для Наполеона всё возможным, ждали его со всех сторон и его страшным именем разрушали предположения один другого. Один Пфуль, казалось, и его, Наполеона, считал таким же варваром, как и всех оппонентов своей теории. Но, кроме чувства уважения, Пфуль внушал князю Андрею и чувство жалости. По тому тону, с которым с ним обращались придворные, по тому, что позволил себе сказать Паулучи императору, но главное по некоторой отчаянности выражении самого Пфуля, видно было, что другие знали и он сам чувствовал, что падение его близко. И, несмотря на свою самоуверенность и немецкую ворчливую ироничность, он был жалок с своими приглаженными волосами на височках и торчавшими на затылке кисточками. Он, видимо, хотя и скрывал это под видом раздражения и презрения, он был в отчаянии оттого, что единственный теперь случай проверить на огромном опыте и доказать всему миру верность своей теории ускользал от него.
Прения продолжались долго, и чем дольше они продолжались, тем больше разгорались споры, доходившие до криков и личностей, и тем менее было возможно вывести какое нибудь общее заключение из всего сказанного. Князь Андрей, слушая этот разноязычный говор и эти предположения, планы и опровержения и крики, только удивлялся тому, что они все говорили. Те, давно и часто приходившие ему во время его военной деятельности, мысли, что нет и не может быть никакой военной науки и поэтому не может быть никакого так называемого военного гения, теперь получили для него совершенную очевидность истины. «Какая же могла быть теория и наука в деле, которого условия и обстоятельства неизвестны и не могут быть определены, в котором сила деятелей войны еще менее может быть определена? Никто не мог и не может знать, в каком будет положении наша и неприятельская армия через день, и никто не может знать, какая сила этого или того отряда. Иногда, когда нет труса впереди, который закричит: „Мы отрезаны! – и побежит, а есть веселый, смелый человек впереди, который крикнет: «Ура! – отряд в пять тысяч стоит тридцати тысяч, как под Шепграбеном, а иногда пятьдесят тысяч бегут перед восемью, как под Аустерлицем. Какая же может быть наука в таком деле, в котором, как во всяком практическом деле, ничто не может быть определено и все зависит от бесчисленных условий, значение которых определяется в одну минуту, про которую никто не знает, когда она наступит. Армфельд говорит, что наша армия отрезана, а Паулучи говорит, что мы поставили французскую армию между двух огней; Мишо говорит, что негодность Дрисского лагеря состоит в том, что река позади, а Пфуль говорит, что в этом его сила. Толь предлагает один план, Армфельд предлагает другой; и все хороши, и все дурны, и выгоды всякого положения могут быть очевидны только в тот момент, когда совершится событие. И отчего все говорят: гений военный? Разве гений тот человек, который вовремя успеет велеть подвезти сухари и идти тому направо, тому налево? Оттого только, что военные люди облечены блеском и властью и массы подлецов льстят власти, придавая ей несвойственные качества гения, их называют гениями. Напротив, лучшие генералы, которых я знал, – глупые или рассеянные люди. Лучший Багратион, – сам Наполеон признал это. А сам Бонапарте! Я помню самодовольное и ограниченное его лицо на Аустерлицком поле. Не только гения и каких нибудь качеств особенных не нужно хорошему полководцу, но, напротив, ему нужно отсутствие самых лучших высших, человеческих качеств – любви, поэзии, нежности, философского пытливого сомнения. Он должен быть ограничен, твердо уверен в том, что то, что он делает, очень важно (иначе у него недостанет терпения), и тогда только он будет храбрый полководец. Избави бог, коли он человек, полюбит кого нибудь, пожалеет, подумает о том, что справедливо и что нет. Понятно, что исстари еще для них подделали теорию гениев, потому что они – власть. Заслуга в успехе военного дела зависит не от них, а от того человека, который в рядах закричит: пропали, или закричит: ура! И только в этих рядах можно служить с уверенностью, что ты полезен!“

БОЛЬЦМАН (Boltzmann), Людвиг

Австрийский физик Людвиг Больцман родился в Вене в семье служащего. По окончании гимназии в Линце он поступил в Венский университет, где учился у Й. Стефана и Й. Лошмидта. В 1866 г. Больцман защитил докторскую диссертацию, работал ассистентом у Стефана, затем стал приват-доцентом Венского университета. Профессор теоретической физики университета в Граце (1869–1873), профессор математики в Венском университете (1873–1876), профессор экспериментальной физики университета в Граце (1876–1889). В 1889–1894 гг. занимал кафедру теоретической физики в Мюнхене, в 1894–1900 гг. в Вене, в 1900–1902 гг. в Лейпциге, а затем снова в Вене.

Научные интересы Больцман охватывали почти все области физики (и ряд областей математики). Автор работ по математике, механике, гидродинамике, теории упругости, теории электромагнитного поля, оптике, термодинамике и кинетической теории газов. Однако наибольшее значение имеют работы Больцман по кинетической теории газов и статистическому обоснованию термодинамики. В 1886–1872 гг. он провёл важнейшие исследования в области кинетической теории газов, вывел закон распределения молекул газа по скоростям, обобщив распределения Дж. К. Максвелла на случай, когда на газ действуют внешние силы (статистика Больцмана). Формула равновесного больцмановского распределения послужила основой классической статистической физики. В 1872 г., применив статистические методы к кинетической теории газов, вывел основное кинетическое уравнение газов. Установил фундаментальное соотношение между энтропией физической системы и вероятностью её состояния, доказал статистический характер второго начала термодинамики, что указало на несостоятельность гипотезы «тепловой смерти» Вселенной. В том же году доказал так называемую Н-теорему, утверждавшую, что Н-функция, характеризующая состояние замкнутой системы, не может возрастать во времени. Эти исследования Больцмана заложили основу термодинамики необратимых процессов.

Больцман впервые применил законы термодинамики к процессам излучения и в 1884 г. теоретически вывел закон теплового излучения, согласно которому энергия, излучаемая абсолютно чёрным телом, пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры. В 1879 г. этот закон был экспериментально установлен Й. Стефаном и известен теперь как закон Стефана – Больцмана.

Больцман был не только теоретиком, но и экспериментатором. Он провёл первые опыты по проверке справедливости максвелловской теории электромагнетизма, измерил диэлектрические постоянные различных веществ, исследовал поляризацию диэлектриков. Он измерил диэлектрическую проницаемость газов и твёрдых тел и установил её связь с оптическим показателем преломления.

Основные результаты исследований ученого представлены в его фундаментальных лекционных курсах – «Лекции о максвелловской теории электричества и света» (тт. 1–2, 1891–1893); «Лекции по теории газов» (тт. 1–2, 1896–1898); «Лекции о принципах механики» (тт. 1–3, 1897–1920).