БОЛЬЦМАН ЛЮДВІГ (1844 р
Не дивно, що особливо вражаючими були успіхи юнака у фізиці та математиці. Але йому були чужі й інші інтереси. Людвіг любив природу, музику, грав на роялі, був великим любителем поезії. Одним із університетських викладачів Людвіга був Йозеф Стефан – видатний вчений, засновник австрійської фізичної школи. Знаменитий викладач вплинув на науковий світогляд Больцмана. Згодом вчених об'єднувала дружба та співпраця.
Після закінчення університету Больцман змінив багато місць роботи. Описи його кар'єри просто рясніють датами, назвами міст, кафедр. Захистивши дисертацію та здобувши науковий ступінь, Людвіг залишився у Віденському університеті на посаді асистента Стефана. Водночас вчитель та учень займалися дослідженнями теплового випромінювання. В 1867 Больцман отримав посаду приват-доцента, а ще через рік місце професора математичної фізики в Граці. Працюючи у Граці, Больцман відвідував Німеччину (Гейдельберг та Берлін), де на нього справило велике враження знайомство із знаменитими вченими Бунзеном, Кірхгофом, Гельмгольцем. 1873 року молодий вчений повернувся до Відня, де очолив кафедру математики. 1876 - знову Грац і посада професора експериментальної фізики. У 1889–1894 роках вчений очолював кафедру теоретичної фізики у Мюнхенському університеті. Після смерті Стефана (1893 року) Больцман отримав пропозицію зайняти звільнену кафедру теоретичної фізики у Відні. Встиг Людвіг попрацювати і в Лейпцигу (1900-1902 роки), але потім знову повернувся до Відня.
Численні переїзди були пов'язані аж ніяк не лише з тим, що вчений набував дедалі більшої популярності і отримував усе більш привабливі пропозиції. Дуже часто наукові погляди Больцмана розходилися з його поглядамиколег. Враховуючи принциповість і непримиренність, з якою вчений відстоював свої погляди, не дивно, що його взаємовідносини коїться з іншими викладачами ставали, щонайменше, натягнутими. Так 1900 року він залишив Віденський університет через небажання працювати з Ернстом Махом, який очолив кафедру історії та теорії індуктивних наук. Мах, засновник емпіріокритицизму [95] , зокрема, не визнавав атомізму. У Лейпцигу Больцман не зміг співпрацювати з Вільгельмом Оствальдом, який розділяв ті ж ідеї. Тому після того, як Мах через хворобу залишив кафедру, Больцман повернувся до Відня. Все це дивно, якщо врахувати, що Людвіг з великою повагою ставився особисто до Маха і був дружним з Оствальдом. Тут, мабуть, доречним згадатиме легендарні слова, які приписують Аристотелю: «Платон мені друг, але істина дорожча».
Наукова діяльність Людвіга Больцмана охоплювала надзвичайно широке коло проблем. Йому належать роботи з математики, механіки, гідродинаміки, теорії пружності, теорії електромагнітного поля, оптики, термодинаміки, кінетичної теорії газів. З часу навчання в університеті Больцман був переконаним послідовником теорії Максвелла, наприклад, про рівняння Максвелла він відгукувався, цитуючи "Фауста": "Чи не Богом накреслено ці знаки?" Працюючи в 1867–1871 роках над розвитком ідей Максвелла, Больцман узагальнив розподіл часток за швидкостями (розподіл Максвелла) і вивів розподіл, названий на його честь. Формула розподілу Больцмана, розподілу частинок ідеального газу з енергій у зовнішньому силовому полі, стала важливим узагальненням статистичної фізики.
А 1872 року Людвіг Больцман зробив відкриття, яке часто називають його головним науковим досягненням. Після Максвеллом він став всебічновикористовувати статистичні методи у фізиці. Вважається, що до відкриття статистичної інтерпретації другого закону термодинаміки (закону невтрати ентропії в замкнутій системі) [96] Больцмана підштовхнув розумовий експеримент із «демоном Максвелла».
У 1872 Больцман ввів так звану Н-функцію, що характеризує стан замкнутої макроскопічної системи. Наступним кроком він довів, що ця функція не може зростати (Н-теорема). Для випадку ідеального газу Больцман показав, що Н-функція і ентропія S обернено пропорційні, і вивів формулу, в якій пов'язав ентропію з термодинамічною ймовірністю W: S = k ln W , де k - постійна Больцмана, рівна відношенню універсальної газової постійної до числа Авога .
Це співвідношення отримало назву принцип Больцмана. Словами його можна висловити так: термодинамічна система прагне перейти з менш ймовірних станів у більш ймовірні (у яких W і S максимальні).
Принцип Больцмана ліг основою статистичної фізики. Використовуючи його, Макс Планк вивів свій закон випромінювання. Також на принципі Больцмана засновано й сучасну теорію інформації. Про важливість відкриття Больцмана говорить хоча б той факт, що формула S = k ln W вигравірована на пам'ятнику вченому у Відні. Опублікований у 1896–1898 роках курс «Лекції з теорії газів» Больцмана став фундаментальною працею зі статистичної фізики.
Принесло свої плоди та співпрацю вченого з його вчителем та другом Стефаном. Ще одним важливим досягненням Людвіга Больцмана стало теоретичне обґрунтування закону випромінювання абсолютно чорного тіла, емпірично відкритого Стефаном у 1879 році. Згідно з ним, загальна енергія випромінювання абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому ступеню абсолютної температури. Для того щобТеоретично обґрунтувавши це твердження, Больцман блискуче поєднав термодинаміку і теорію електромагнітного поля Максвелла. Відомий німецький фізик Макс фон Лауе (нобелівський лауреат 1914 року) назвав цей закон «намиста теоретичної фізики». Нині він зветься закону Стефана – Больцмана.
Будучи, як ми вже казали, переконаним послідовником Максвелла, Больцман провів чимало досліджень, які мали на меті підтвердження його теорії електромагнітного поля. Наприклад, він зробив вимірювання діелектричної проникності різних речовин і встановив, що вона пов'язана з показником заломлення світла. Ці результати стали одним із перших підтверджень теорії світла Максвелла. Результати своїх досліджень та теоретичні висновки Больцман виклав у «Лекціях про максвеллівську теорію світла» (1891–1893). Багато уваги австрійський вчений також приділяв і вивченню термоелектрики, діамагнетизму (властивості речовини намагнічуватися у зовнішньому магнітному полі у напрямку, протилежному напрямку поля), зокрема, розробив теорію ефекту Холла [97] .
Що ж до особистих якостей Людвіга Больцмана, то знайомі та друзі описували його як веселу, товариську та життєрадісну людину. Він у 1876 році одружився зі студенткою математичного факультету Генрієтте фон Айгентлер, дуже любив дружину та дітей, постійно влаштовував у себе в будинку свята, музичні та танцювальні вечори. Неподалік Граца вчений, який дуже любив природу, придбав будиночок у горах і навіть завів корову.