Больцман, Людвиг

Людвиг Больцман родился в городе Вене 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, где учился у Й. Стефана и И. Лошмидта, и защитил докторскую диссертацию. 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 1873 г. стал ординарным профессором математики Венского университета, сменив в этой должности своего наставника Мотта. Однако вскоре (в 1876 г.) вернулся в Грац, где стал профессором экспериментальной физики и директором Физического института, нового учреждения, где в своё время работали В. Нернст и С. Аррениус.

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.

Людвиг Больцманн (сидит посредине) со своими коллегами в Граце. Фото. 1887

Став известным теоретиком, Больцман в 1890 г. получил кафедру теоретической физики в Мюнхене, однако в 1895 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 1900 г. Больцман отправился преподавать в Лейпциг, однако там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста В. Оствальда. Наконец, в 1902 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 город Дуино, недалеко от Триеста, 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

${\displaystyle S=k\log W,}$

связывающая энтропию ${\displaystyle S}$ термодинамического состояния с числом соответствующих микросостояний ${\displaystyle W}$. Коэффициент ${\displaystyle k=1{,}380\,649\times 10^{-23}}$ Дж·К⁻¹ носит название постоянной Больцмана.

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.

Последнее место упокоения Больцмана на Центральном кладбище в Вене

Перечислим основные достижения Больцмана в области статистической механики. В 1866 получил формулу для равновесного распределения по импульсам и координатам молекул идеального газа, находящегося во внешнем потенциальном поле (распределение Больцмана).

В 1871 году предложил эргодическую гипотезу для обоснования закономерностей статистической физики.

В 1872 году вывел основное уравнение микроскопической теории неравновесных процессов (физической кинетики), носящее его имя, а также установил так называемую H-теорему, выражающую закон возрастания энтропии для изолированной системы. В том же году показал статистический характер второго начала термодинамики, связав энтропию замкнутой системы с числом возможных микросостояний, реализующих данное макросостояние. Это стало указанием на несостоятельность представления о «тепловой смерти Вселенной».

Важное значение имели труды Больцмана по термодинамике излучения. В 1884 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 1879 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).

В 1964 г. Международный астрономический союз присвоил имя Больцмана кратеру на видимой стороне Луны.

• Больцман Л. Очерки по методологии физики. — М., 1929.
• Больцман Л. Кинетическая теория материи. — М., 1939.
• Больцман Л. Лекции по теории газов. — М.: Гостехиздат, 1953.
• Больцман Л. Статьи и речи. — М.: Наука, 1970.
• Больцман Л. Избранные труды. — М.: Наука, 1984. Часть 1. (недоступная ссылка) Часть 2. (недоступная ссылка) Часть 3. (недоступная ссылка)

• Больцмановский мозг

Имя Больцмана носят ряд понятий классической статистической физики:

• постоянная Больцмана
• кинетическое уравнение Больцмана
• закон Стефана — Больцмана
• распределение Больцмана
• H-теорема Больцмана

• Л. Фламм. Памяти Людвига Больцмана // УФН. — 1957. — Т. 61, № 1.
• Н. Н. Боголюбов, Ю. В. Саночкин. Людвиг Больцман // УФН. — 1957. — Т. 61, № 1.
• Б. И. Давыдов. Великий физик (К 50-летию со дня смерти Людвига Больцмана) // УФН. — 1957. — Т. 61, № 1.
• Храмов Ю. А. Больцман, Людвиг // 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. Людвиг Больцман 1844—1906. — М.: Наука, 1987. — 208 с.
• Больцман, Людвиг // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Больцман (Boltzmann) Людвиг / О. В. Кузнецова // Бари — Браслет. — М. : Советская энциклопедия, 1970. — С. 528. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 3).

• Биография Л. Больцмана на сайте piplz.ru
• Биография Л. Больцмана на сайте С. И. Левченкова Архивная копия от 4 марта 2013 на Wayback Machine
• Больцманиада: биография Больцмана, достижения, философия, наследие