Лудвиг Болцман: Разлика помеѓу преработките

'''Лудвиг Едуард БолтцманБолцман''' ({{lang-de|Ludwig Eduard Boltzmann}}; {{роден на|20|февруари|1844}} - {{починал на|5|септември|1906}}) — австриски физичар и филозоф чии големи достигнувања се од областа на [[статистичка|статистичката механика]], која објаснува и предвидува како својствата на [[атом]]ите (како [[атомска маса|масата]], [[електричен полнеж|полнежот]], и структурата) ги определуваат својствата на [[материја]]та (како [[вискозност]], [[топлинска спроводливост]], и дифузија).

БолтцманБолцман е роден во [[Виена]], главниот град на [[Австриската Империја]]. Неговиот татко, Лудвиг Георг БолтцманБолцман, бил управник за јавни приходи. Неговиот дедо, кој се преселил од Берлин во Виена, бил произведувач на часовници, и БолтцмановатаБолцмановата мајка, Катарина Пауернфеинд, била од [[Салцбург]]. Тој се здобил со основно образование од приватен тутор во домот на неговите родители. БолтцманБолцман го завршил средното во [[Линц]], [[Горна Австрија]].Кога БолтцманБолцман имал 15 години,неговиот татко умира.

БолтцманБолцман студирал [[физика]] на [[Виенскиот Универзитет]], почнувајќи во 1863. Меѓу неговите професори биле [[Јохан Јозеф Лосцхмидт|Јосеф Лосцхмидт]], [[Џозеф Стефан]], [[Андреас вон Еттингсхаусен]] и [[Јозеф Макимилиан Петзвал|Јозеф Петзвал]]. БолтцманБолцман докторирал во 1866 работејќи под надзор на Јозеф Стефан; неговата дисертација била на тема [[кинетичката теорија на гасовите]]. Во 1867 тој станал [[приватен]] преведувач. По добивањето на докторатот, БолтцманБолцман работел уште две години како асистент на Џозеф Стефан. Стефан го запознал со [[Џејмс Клерк Максвел|Максвеловиот]] труд.

Во 1869 на 25 годишна возраст, благодарение на писмото со препорака напишана од Стефан,<ref>{{cite journal |url=http://www.kvarkadabra.net/article.php/Ludwig-Boltzmann |title=Ludwig Boltzmann in prva študentka fizike in matematike slovenskega rodu |language=Slovenian |trans_title=Ludwig Boltzmann and the First Student of Physics and Mathematics of Slovene Descent |date=December 2001 |last=Južnič |first=Stanislav |work=Kvarkadabra.net |issue=12 |accessdate=17 February 2012}}</ref> БолтцманБолцман бил назначен за професор по [[математичка физика]] на [[Универзитетот во Грац]] во провинцискиот дел на [[Стирија]]. Во текот на 1869 тој поминал неколку месеци во [[Хајделберг]] работејќи со [[Роберт Бунзен]] и [[Лео Конигсбергер]] ,а потоа во 1871 и со [[Густав Кирхоф]] и [[Херман фон Хелмхолц]] во Берлин. Во 1873 БолтцманБолцман се приклучил на Виенскиот универзитет како професор по математика и таму останал се до 1876.

[[File:Boltzmann-grp.jpg|thumb|left|280px|Лудвиг БолтцманБолцман и неговите соработници во Грац, 1887. (стоејќи,на лево) [[Валтер Нернст|Нернст]], [[Хајнрих Стреинтз|Стреинтз]], [[Сванте Арениус|Арениус]], Хиеке, (седејќи,на лево) Аулингер, [[Алберт вон Еттингсхаусен|Еттингсхаусен]], БолтцманБолцман, [[Игнациј Клеменчич|Клеменчич]], Хаусманнингер]]

Во 1872, долго пред жените да бидат примени на австриските универзитети, БолтцманБолцман ја сретнал Хенриет фон Аигентлер, претензиозна професорка по математика и физика во Грац. Неа и била одбиена дозволата да врши проверка на лекциите и предавањата неофицијално.БолтцманБолцман ја советувал да поднесе жалба,што таа и го направила,успешно.На 17 јули 1876 БолтцманБолцман се оженил со Хенриет ;имале три ќерки и два сина. БолтцманБолцман се вратил во [[Грац]] да го преземе столот на експериментална физика. Меѓу неговите студенти во Грац биле [[Сванте Арениус]] и [[Волтер Нернст]].<ref name="springer">"Paul Ehrenfest (1880–1933) along with Nernst[,] Arrhenius, and Meitner must be considered among Boltzmann's most outstanding students."—{{Cite journal|last=Jäger|first=Gustav|last2=Nabl|first2=Josef|last3=Meyer|first3=Stephan|date=April 1999|title=Three Assistants on Boltzmann|journal=Synthese |volume=119|issue=1–2|pages=69–84 |doi=10.1023/A:1005239104047}}</ref><ref name="huji">[http://chem.ch.huji.ac.il/history/nernst.htm "Walther Hermann Nernst visited lectures by Ludwig Boltzmann"]</ref> Тој поминал 14 среќни години во Грац,каде го развива својот статистички концепт за природата.Во 1885 тој станал член на царската [[Австриска Академија на науки]] и во 1887 тој станува директор на [[Универзитетот во Грац]]. Тој бил избран за член на [[Кралската шведска академија на науките]] во 1888.

БолтцманБолцман бил назначен на столот на теориска физика на [[Минхенскиот Универзитет]] во [[Баварија]], Германија во 1890.

Во 1893, БолтцманБолцман го заменил неговиот професор [[Џозеф Стефан]] како професор по теориска физика на Виенскиот Универзитет.

БолтцманБолцман вложил многу напор во неговите последни години,бранејќи ги своите теории. Не се согласувал најдобро со некои од неговите колеги во Виена, особено со [[Ернст Мах]], кој станал професор по филозофија и историја на науки во 1895. Истата година [[Георг Хелм]] и [[Вилхелм Оствалд]] го искажале својот став за ''Енергетика'', на средба во [[Лубецк]] во 1895. Тие ја гледале енергијата,а не материјата,како главна компонента на универзумот.БолтцмановиотБолцмановиот став бил најуспешен мегу другите физичари кои ги подржувале неговите теории во дебата.<ref>{{cite journal|author=Max Planck|title=Gegen die neure Energetik|journal=Annalen der Physik|volume=57|year=1896|pages=72–78|doi=10.1002/andp.18962930107 }}</ref> Во 1900, БолтцманБолцман заминува на [[Лајпцишкиот Универзитет]], на покана на [[Вилхелм Оствалд]].<ref>Ostwald offered to Boltzmann the professorial chair of physics which was vacated upon the death of [[Gustav Heinrich Wiedemann]].</ref> По пензионирањето на Мах поради лошото здравје,БолтцманБолцман се враќа во Виена во 1902.<ref>Upon Boltzmann's resignation, [[Theodor des Coudres]] became his successor in the professorial chair at Leipzig.</ref> Во 1903 тој го основа [[Австриското  математичко друштво]] заедно со [[Густав фон Ешерих]] и [[Емил Милер (математичар)|Емил Милер]]. Од неговите студенти биле [[Карл Прибрам|Карл Прзибрам]], [[Паул Еренфест]] И [[Лиза Меитнер]].

Во Виена, БолтцманБолцман предавал физика,а исто така и говорел за филозофијата.БолтцмановитеБолцмановите лекции за [[природна филозофија]] биле многу популарни, и добиле значајно внимание во тоа време.Неговата прва лекција била огромен успех.Иако најголемата сала била избрана за неа, луѓето стоеле се до скалите.Поради големите успеси на овие негови предавања по филозофија,царот го поканил на прием во Палатата.

БолтцманБолцман бил изложен на нагли промени на расположението,најверојатно симптоми на сеуште недијагностициранто [[биполарно нарушување]].Тој самиот на шега си ги препишувал овие нагли промени на фактот дека бил роден ноќта помеѓу [[Велики вторник]] и [[Чиста среда]].<ref>{{cite news |url=http://www.washingtonpost.com/wp-srv/style/longterm/books/chap1/lisemeitner.htm |title=Lise Meitner, A Life in Physics |accessdate=2009-02-06 |author=Ruth Lewin Sime |work=Washington Post | date=May 13, 1997}}</ref> Меитнер раскажувал дека оние кои биле блиски со БолтцманБолцман биле свесни за неговите напади на тешка депресија и за неговите обиди за самоубиство.

На 5 септември 1906, додека бил на летен одмор во [[Дуино]], близу [[Трст]], БолтцманБолцман се обесил за време на нападот на [[растројство на расположението|депресија]].<ref>{{cite book|last=Boltzmann|first=Ludwig|editor1-first=John T.|editor1-last=Blackmore|others=|title=Ludwig Boltzmann: His Later Life and Philosophy, 1900-1906|url=http://books.google.com/?id=apip-Jm9WuwC&pg=PA207 |volume=2|year=1995|publisher=Springer|isbn=978-0-7923-3464-4|pages=206–207|chapter=Conclusions}}</ref><ref>Upon Boltzmann's death, [[Friedrich Hasenöhrl|Friedrich ("Fritz") Hasenöhrl]] became his successor in the professorial chair of physics at Vienna.</ref> Тој е закопан во виенските [[Централни гробишта]];неговиот надгробен споменик го носи натписот на [[Болтцмановата формула на ентропија|ентрописката формула]]:

БолтцмановатаБолцмановата кинетичка теорија на гасовите изгледала како да ја подразбира реалноста на [[атоми]]те и [[молекули]]те, но скоро сите германски филозофи и многу научници како [[Ернст Мах]] и [[Вилхелм Оствалд]] не верувале во нивното постоење.За време на 1890те БолтцманБолцман се обидел да формулира компромисен став кој би дозволил и на атомистите и на анти-атомистите да се занимаваат со физика без да се расправаат за атомите.Неговото решение било да ја употрби теоријата на [[Хајнрих Херц]] според која атомите се всушност, модели или слики. Атомистите би мислеле дека сликите се вистинските атоми,додека анти-атомистите би мислеле на сликите како нереален,но корисен модел,но ова не ги задоволило ни двете групи.Понатаму,Оствалд и многу други бранители на "чистата термодинамика" напорно се труделе да ја побијат кинетичката теорија на гасовите и статистичката механика поради БолтцмановитеБолцмановите претпоставки за атомите и молекулите и посебно на статистичкото толкување на вториот закон.

Околу крајот на векот,на БолтцмановатаБолцмановата наука и се заканувала нова филозофска забелешка.Некои физичари,вклучувајќи го и Маховиот студент, [[Густав Јауман]], го протолкувале Херц како да означува дека целото електромагнетно однесување е континуирано,како да нема атоми и молекули, и исто така како физичкото однесување да е во крајна линија електромагнетно.Ова движење околу 1900та длабоко го депресирало БолтцманБолцман,бидејќи тоа значело крај на неговата кинетичка теорија и статистичкото толкување на вториот закон на термодинамиката.

По Маховата оставка во Виена во 1901, БолтцманБолцман се вратил таму и решил да стане самиот филозоф лично за да ги побие филозофските приговори против неговата физика,но набрзо повторно се обесхрабрува. Во 1904 на конференција по физика во Св.Луис се чинело дека повеќето физичари ги отфрлаат атомите и тој не бил поканет дури и на физичкиот оддел. Наместо тоа,тој бил заглавен во одделот "применета математика" и тој насилно ја нападнал филозофијата, посебно наводните Дарвинистички основи, но всушност во смисла на [[Ламарк]]овата теорија на наследување на стекнати карактеристики според која луѓето наследуваат лоша филозофија од минатото и дека е тешко за научниците да ги надминат тие наследства.

Во 1905 БолтцманБолцман се допишувал со австро-германскиот филозоф [[Франц Брентано]] надевајќи се на подобро запознавање на филозофијата, очигледно,за подобро да ја отфрли нејзината релевантност во физиката,но се обесхрабрил и на овој пристап. Во следната 1906 неговата ментална состојбата станала толку лоша што тој морал да даде оставка.Тој извршува самоубиство истата година,бесејќи се додека бил на одмор со неговата жена и ќерка близу Трст,Италија.<ref>"Eureka! Science's greatest thinkers and their key breakthroughs", Hazel Muir, p.152, ISBN 1780873255</ref>

БолтцмановитеБолцмановите најголеми придонеси биле во [[кинетичката теорија]], вклучувајќи ја [[Максвел-Болтцмановата распределба|Максвел-Болцмановата распределба]] за молекуларна брзина во гас. Освен тоа, [[Максвел-Болтцмановата статистика|Максвел-Болцмановата статистика]] и [[Болтцмановиот закон на распределба|Болцмановиот закон на распределба]] за енергиите остануваат основите на [[класична механика|класичната]] и статичката механика.Тие се применуваат на многу [[феномен]]и за кои не е потребна [[Максвел-Болтцманова статистика|Максвел-Болцманова статистика]] и обезбедуваат извонреден увид во значењето на [[термодинамичката температура]].

[[File:Boltzmanns-molecule.jpg|225px|thumb||БолтцмановиотБолцмановиот молекуларен дијаграм од 1898 I₂ кој ги покажува атомските "чувствителни региони" (α, β) на преклопување.]]

Голем дел од [[физичките]] основања не биле споделени од неговото верување во реалноста на [[атом]]ите и [[молекул]]ите — биле споделени од [[Џејмс Клерк Максвел|Максвел]] во Шкотска и [[Џосаја Вилард Гибс|Гибс]] во САД; и од други хемичари по откритијата на Џон Далтон во 1808.Тој водел долготраен спор со уредникот на моќниот германски весник по физика во тоа време, кој одбил БолтцманБолцман да ги упатува атомите и молекулите како нешто друго освен погодни [[теоретски]] конструкции. Само неколку години по смртта на БолтцманБолцман, [[Жан Баптист Перин|Периновите]] студии за [[колоид]]ни суспензии (1908–1909), базирани на [[Алберт Анштајн|Анштајновите]] [[теоретски студии]] од 1905, ги потврдило вредностите на [[Авогадровиот број]] и [[Болтцманова константа|БолтцмановатаБолцмановата константа]], и го убедиле светот дека и најситните честички навистина постојат.

Цитирајќи го [[Макс Планк|Планк]], "[[Логаритам]]ската врска меѓу [[ентропијата]] и [[веројатноста]] беше првенствено истакната од Л. БолтцманБолцман во неговата [[кинетичка теорија]] на гасовите".<ref>Max Planck, p. 119.</ref> Познатата формула за ентропија е ''S'' е еднакво на<ref>The concept of [[entropy]] was introduced by [[Rudolf Clausius]] in 1865. He was the first to enunciate the [[second law of thermodynamics]] by saying that "entropy always increases".</ref><ref>An alternative is the [[Information entropy#Formal definitions|information entropy]] definition introduced in 1948 by [[Claude Elwood Shannon|Claude Shannon]].[http://cm.bell-labs.com/cm/ms/what/shannonday/paper.html] It was intended for use in communication theory, but is applicable in all areas. It reduces to Boltzmann's expression when all the probabilities are equal, but can, of course, be used when they are not. Its virtue is that it yields immediate results without resorting to [[factorialFactorial|factorials]]s or [[Stirling's approximation]]. Similar formulas are found, however, as far back as the work of Boltzmann, and explicitly in [[H-theorem#Quantum mechanical H-theorem|Gibbs]] (see reference).</ref>

каде ''k_B'' е [[Болцаманова константа|Болцамановата константа]], и ''ln'' е [[природен логаритам]]. ''W'' е ''веројатноста'', што ја означува [[фрекфенција(статистика)|фрекфенцијата]] на појава на [[макро состојба]]<ref>{{cite book|last=Pauli| first=Wolfgang| title=Statistical Mechanics|publisher=MIT Press|location=Cambridge|year=1973|isbn=0-262-66035-0}}, p. 21</ref> или, попрецизно, бројот на можни [[микро состојба(статистичка механика)|микросостојби]] што соодвестуваат на макроскопската состојба на еден систем. БолтцмановатаБолцмановата [[Paradigm#Paradigm shifts|парадигма]] била [[идеален гас]] на ''N'' ''идентични'' честички , од кои ''N''_''i'' се во ''i'' микроскопска состојба на позиција и моментум.''W'' може да биде пресметано по формулата на [[Maxwell–Boltzmann statistics#A derivation of the Maxwell–Boltzmann distribution|пермутации]]

БолтцманБолцман е исто така и еден од основачите на квантната механика поради неговиот предлог во 1877 дека енергетските нивоа на физички систем можат да бидат одвоени.

Равенката на ''S'' е запишана на БолтцмановиотБолцмановиот [[надгробен споменик]] во виенските [[Централни гробишта]].

[[File:Ludwig Boltzmann at U Vienna.JPG|thumb|БолтцмановатаБолцмановата биста на Виенскиот универзитет.]]

БолтцмановатаБолцмановата равенка била содадена за да ја опише динамиката на идеален гас.

[[File:Zentralfriedhof Vienna - Boltzmann.JPG|thumb|лево|БолтцмановиотБолцмановиот гроб во [[Централните гробишта]], Виена, со формулата за ентропија.]]

Во принцип,горната равенка целосно ја опишува динамиката на групата на гас честички, со соодветни [[гранични состојби]]. Оваа [[диференцијална равенка]] од прв ред има привидно едноставен изглед, со оглед на тоа дека ''&fnof;'' може да претставува произволна дистрибутивна функција со една честичка. Исто така, [[сила]]та која дејствува на честичките зависи дирекно од дистрибутивната брзина.БолтцмановатаБолцмановата равенка е исклучително тешка да се [[Интеграл|интегрира]]. [[Давид Хилберт]] поминал многу години обидувајќи се да ја реши,но без некој значителен успех.

Терминот за судирот претпоставен од БолтцманБолцман бил приближен.Како и да е,за идеален гас стандардното [[Чепмен-Енскогова теорија|Чепмен-Енскоговото]] решение на БолтцмановатаБолцмановата равенка е мошне прецизно.Неточни резултати се добиваат само ако идеалниот гас е под услови на [[ударен бран]].

Многу години БолтцманБолцман се обидувал да го докаже [[вториот термодинамички закон]] употребувајќи ја неговата равенка за динамиката на гас — т.е. со неговата позната [[Х-теорема]]. Како и да е главната претпоставка што ја направил во формулирањето на судирот била "[[молекуларен хаос]]", претпоставка што ја ____ [[CPT symmetry|симетријата на временската промена]] како да е потребна за ''било што'' што би можело да го подразбира вториот закон.Наводниот успех на БолтцманБолцман бил произлезен само од неговата веројатна претпоставка , така што неговиот долг спор со [[Јохан Јозеф Лоцхмидт|Лоцхмидт]] за [[Лоцхмидтовиот парадокс]] завршуваат со негов неуспех.

Конечно, во 1970те [[Е.Г.Д. Коен]] и Ј.Р. Дорфман докажале дека систематското продолжување на БолтцмановатаБолцмановата равенка до голема густина е математички невозможно. Како резултат на тоа [[non-equilibrium statistical mechanics|неурамнотежената статистичка механика]] за густи гасови и флуиди се фокусира на [[Зелените-Кубо односи]], на [[теоремата на флуктуација]], и другo.

Идејата дека [[вториот закон на термодинамиката]] или "законот на ентропија" е закон на неред (или дека динамички подредените состојби се "бескрајно неверојатни") е поради БолтцмановиотБолцмановиот поглед на вториот закон. Конкретно, тоа било негов обид да го намали до [[стохастички]] судир на функција, или до законот на веројатност по случаен избор од судири на механички честички. По примерот на Максвел,<ref>Maxwell, J. (1871). Theory of heat. London: Longmans, Green & Co.</ref> БолтцманБолцман моделирал молекули на гас како судирање на билијард топки во кутија,истакнувајќи дека сите распределби на судир на неурамнотежени брзини (група молекули кои се движат со иста брзина и правец) би станале повеќе нарушени водејќи до конечна состојба на макроскопска еднообразност и максимален микроскопски неред или состојба на максимална ентропија (каде макроскопската еднообразност соодветствува на уништување на сите обласни потенцијали или градиенти).<ref>Boltzmann, L. (1974). The second law of thermodynamics. Populare Schriften, Essay 3, address to a formal meeting of the Imperial Academy of Science, 29 May 1886, reprinted in Ludwig Boltzmann, Theoretical

physics and philosophical problem, S. G. Brush (Trans.). Boston: Reidel. (Original work published 1886)</ref> Тој тврдел дека вториот закон,бил резултат на фактот дека во свет полн од механички судирања на честичките,состојбите на неред се сосема возможни. Затоа што имало повеќе возможни состојби на неред,отколку урамнотежени, системот скоро секогаш би бил најден или во состојба на максимален неред или во состојба да се стреми кон тоа.За динамички урамнотежената состојба, онаа во која молекулите се движат "со иста брзина и правец", БолтцманБолцман заклучил, дека е "најневеројатниот возможен случај...бескрајно неверојатна конфигурација на енергијата."<ref>Boltzmann, L. (1974). The second law of thermodynamics. p. 20</ref>

БолтцманБолцман го завршил подвигот на докажување дека вториот закон на термодинамиката е само статистички факт.Постепеното неурамнотежување на енергијата е аналогно на нарушувањето на првично нареденото [[пакување на карти]] кои постојано се мешаат, и како што картите би се вратиле во првичната состојба по огромен број мешања, така целиот универзум мора некој ден да се врати во првобитната состојба, по чиста случајност,во состојбата од која се тргнало(овој оптимистички завршеток на идејата за згаснувањето на универзумот се губи кога ќе се обиде да се пресмета временската линија која веројатно би изминала и пред нејзиното спонтано појавување)<ref>"[[Collier's Encyclopedia]]", Volume 19 Phyfe to Reni, "Physics", by David Park, p. 15</ref> Тенденцијата за растењето на ентропија се чини дека предизвикува тешкотии на почетниците во термодинамиката,но лесно е да се сфати од гледната точка на теоријата на веројатност. На пример ако земеме две обични [[коцки]], со двете страни со бројот 6 свртени нагоре. Откако коцките ке се протресат, шансите овие две страни да се најдат повторно свртени нагоре се мали (1-на во 36); на тој начин може да се каже дека случајното движење на коцките (агитацијата), како хаотичните судирања на молекулите поради термалната енергија,предизвикува помалку возможната состојба да се промени во онаа што е повозможна. Со милиони коцки,како милионите атоми вклучени во термодинамичките пресметки,веројатноста тие сите да станат шестки е толку незначително мала што системот ''мора'' мора да се смени во една од повозможните состојби.<ref>"Collier's Encyclopedia", Volume 22 Sylt to Uruguay, Thermodynamics, by Leo Peters, p. 275</ref> Како и да е, математички шансите за резултатите на сите коцки да не се пар од шестки се исто така тешки колку и оние и двата пара да се шестки ,и штом се стреми тоа да се балансира, еден од вкупно 36 пара коцки ќе се стреми да биде пар од шестки.И картите, кога се измешани, понекогаш ќе претставуваат некој привремен редослед,дури и ако се без ред во целост.

БолтцмановитеБолцмановите погледи имале значително значење во развојот на [[енергетиката]], истражувањата за протокот на енергијата под трансформација. Во 1922, [[Алфред Ј. Лотка]] го посочил БолтцманБолцман како еден од првите поборници на исказот дека достапната енергија може да биде разбрана како основен предмет под тврдењето на биолошката конкуренција, или борбата за преживување, помеѓу видовите, а со тоа и во еволуцијата на органскиот свет.<ref>[[Maximum power principle#Proposals for maximum power principle as 4th thermodynamic law|Maximum power principle]]</ref> Лотка го протолкувал БолтцмановиотБолцмановиот поглед да подразбира дека достапната енергија може да биде главниот концепт за унифицираната физика и биологија како квантитативен физички принцип на еволуцијата. Во предговорот на БолтцмановитеБолцмановите ''Теоретска Физика и филозофски проблеми'', С.Р. де Грут, истакнал дека

* [[Список на именувања според Лудвиг Болтцман|Список на именувања според Лудвиг Болцман]]

* [[Болтцманова машина|Болцманова машина]]

* [[Болтцманов медал|Болцманов медал]]

* [[Болтцман (кратер)|Болцман (кратер)]]