לודוויג בולצמן: ביוגרפיה ותרומות - מַדָע - 2025

לודוויג בולצמן (1844-1906) היה מדען אוסטרי שנחשב לאבי המכניקה הסטטיסטית. תרומותיו בתחום המדע היו שונות; המשוואה והעקרון של בולצמן, מכניקה סטטיסטית או ח.

על תרומותיו ורעיונותיו החלוציים, שם משפחתו ידוע נרחב, לא רק בקרב הקהילה המדעית, אלא גם על ידי החברה בכלל. יש לו אפילו כמה יצירות ואנדרטאות אמנותיות לכבודו החוגגות את תרומתו.

דיוקן המדען לודוויג בולצמן

עבודתו של בולצמן השלימה עבודה מדעית בעלת חשיבות רבה, כמו זו שבוצעה על ידי מקסוול. תרומותיהם אפילו השפיעו רבות על העבודה שביצע אלברט איינשטיין.

עבודותיו של בולצמן התפתחו בעיקר בפיזיקה, אולם הוא גם פרסם יצירות הקשורות לתחומים אחרים כמו מדעי החיים ופילוסופיה של המדע.

ביוגרפיה

לודוויג בולצמן נולד ב- 20 בפברואר 1844 באוסטריה בעיר וינה. באותה תקופה אזור זה היה חלק מהאימפריה האוסטרו-הונגרית. משפחתו של לודוויג התאפיינה בכך שהיא עשירה, מה שאיפשר לו אפשרות לקבל השכלה טובה.

בנוסף לנכסי משפחתו, לודוויג גם הון צנוע שעבר בירושה מסבו; זה עזר לו לשלם עבור לימודיו בלי להיתקל בקשיים.

בגיל 15 לודוויג התייתם, ולכן ירושה זו מסבו שימשה אותו ביתר שאת לאחר שנשאר ללא אב בגיל צעיר.

לימודים

האימונים הראשונים של בולצמן היו בעיר לינץ שבצפון אוסטריה, לשם עברה המשפחה.

רישומים היסטוריים הצליחו להראות כי מאז ילדותו, לודוויג בולצמן התאפיין בכך שהיה סקרן ביותר, בנוסף להתעניין מאוד בלמידה, עם שאפתנות רבה ולעיתים גם עם עמדות חסרות מנוחה וחרדה.

מאוחר יותר הוא נכנס לאוניברסיטת וינה, שם קיבל תורות מדמויות מפוארות כמו הפיזיקאי יוזף סטפן, המתמטיקאי יוזף מיקסה פצוואל והפיזיקאי והמתמטיקאי אנדראס פון אטינגהאוזן.

הוא סיים את לימודיו באוניברסיטה זו בשנת 1866; מורה עבודת הדוקטורט של בולצמן היה בדיוק יוזף סטפן, איתו עבד בהמשך. עבודה זו עם סטפן נמשכה 3 שנים, משנת 1867 עד 1869, ובאותה עת התמקדו בניתוח הפסדי האנרגיה שחוו גורמים חמים.

שלב ההוראה

החל משנת 1869, התמסר לודוויג בולצמן להוראה באוניברסיטת גרץ, האוניברסיטה השנייה בגודלה באוסטריה. באותה אוניברסיטה העביר שיעורים בפיזיקה תיאורטית. במקביל לכך, המשיך בולצמן את אימוניו בערים הגרמניות ברלין והיידלברג.

בולצמן לימד באוניברסיטת גרץ עד 1873, השנה בה החל ללמד מתמטיקה באוניברסיטת וינה. שלוש שנים מאוחר יותר, בשנת 1876, חזר לגראץ, אז כבר הוכר בתחום המדע כתוצאה מסדרת עבודות שפורסמו וחקירות שונות.

נתון מקסוול-בולצמן

אחת החקירות הבולטות ביותר באותה תקופה הייתה נתון מקסוול-בולצמן, שפותח על ידיו ומקסוול בשנת 1871.

במהלך 1894 חזר לאוניברסיטת וינה לעבוד כפרופסור לפיזיקה תיאורטית. באותה עת נאלץ בולצמן לקיים אינטראקציה עם ארנסט מאך, פיזיקאי ופילוסוף עימו היו בולשמן הבדלים עמוקים.

כל כך הרבה היו הבעיות שהיו בין שני המדענים האלה, עד שבולצמן החליט לנסוע ללייפציג כדי להימנע מקשר עם מאך.

ארנסט מאך עזב את עבודות ההוראה שלו באוניברסיטת וינה בשנת 1901 מסיבות בריאותיות; לפיכך חזר בולצמן בשנת 1902 ולא רק קיבל שוב את האפשרות ללמד שיעורי פיסיקה עיונית, אלא גם לקח את מושכותיו של יו"ר ההיסטוריה והפילוסופיה של המדע, נושא שנלמד בעבר על ידי מאך.

השערה על האטום

עם שובו לאוניברסיטת וינה החל בולצמן לפרסם את תמיכתו בפומבי בהשערה של קיום האטום. שיקול זה זכה לביקורת רחבה מצד הקהילה המדעית; בין המבקרים הנלהבים היה ארנסט מאך.

הביקורת הבלתי פוסקת שקיבל על עבודתו השפיעה בצורה מאוד לא טובה על בולצמן, שלפי הרשומות ההיסטוריות נראה כי לא היה לו אופי רגוע.

במקום זאת, נראה כי בולצמן היה אדם של תגובות עזות וקיצוניות, כשהוא מסוגל להוכיח שהוא יוצא ויוצא אהדה, ובמקרים אחרים, מאוד מופנם ומועיל לדיכאון.

אחד ההיבטים המוערכים ביותר בהצהרותיו של בולצמן היה שמדען זה קבע כי החוק השני של התרמודינמיקה, הקשור לאנטרופיה, היה בעיקרו סטטיסטי.

עובדה זו רמזה שניתן ליצור תרחישים שונים כתוצאה מתנודות, אשר יביאו לתוצאות שלא צפויים בחוק זה.

מבקרי בולצמן ציינו כי לא היה הגיוני לקשר את התחום הסטטיסטי לחוקי התרמודינמיקה, מכיוון שהם רואים בחוקים שאלות מוחלטות, והם לא יכלו לקבל כי לחוק יסודי זה מאפיינים משתנים.

מוות

הלחץ כתוצאה מהביקורת החזקה והמתמדת שנשמעה על בולצמן גרם לו להחליט לקחת את חייו שלו. בשנת 1906 הוא היה בחופשה עם משפחתו בעיירה דוינו, שנמצאת קרוב מאוד לטריאסטה.

בזמן שאשתו וילדיו היו בים, נהנים מהחגים, לודוויג בולצמן תלה את עצמו בבית הקיץ.

סיבות

היסטוריונים שונים קבעו כי הגורמים להתאבדותו היו קשורים קשר הדוק לעובדה שהקהילה המדעית לא הכירה במחקר שלו כנכון.

אומרים שבולצמן מחויבות ברורה ומסומנת לאמת. חלק ממה שהכי השפיע עליו היה העובדה שמצא אמת לגבי קיומו של האטום, והיה עד כמה החברה של זמנו לא העריכה את התגלית הזו, שלפיו הוא יכול היה להיות חיוני לדור הנוכחי ולדורות הבאים רבים.

העובדה כי המסורת הייתה חשובה יותר במסגרת חברה, ולא חידושים הנגזרים ממושגים חדשים הטרנסצנדנטיים באותה תקופה, גרמה לבולצמן לדיכאון.

היסטוריונים אחרים מצביעים על כך שגורמי מותו של בולצמן כללו גם גורמים אחרים, מכיוון שלמדען זה היו תכונות מסוימות המציינים חוסר יציבות וחוסר איזון ברבים ממעשיו.

זמן קצר לאחר מותו החלו חברי קהילה מדעית זו לייצר ראיות המאששות את המושגים שפותח על ידי בולצמן, במקביל לזכותו בהכרה מדעית על תרומותיו. זה קרה שנתיים בלבד לאחר שבולצמן נפטר.

דווקא מחקריו של הכימאי-פיזיקאי ז'אן פרין אישרו את אמיתות קבועו של בולצמן, הקרוי על שם המדען, הקושר בין אנרגיה לטמפרטורה מוחלטת. די בכך כדי לשכנע את הקהילה המדעית בקיומם של אטומים.

תרומות עיקריות

המשוואה של בולצמן

תרומתו המוכרת ביותר של לודוויג בולצמן היא הגישה למשוואה הנושאת את שמו: משוואת בולצמן. משוואה זו הוצעה במקור בשנת 1870 ובהמשך עברה התפתחויות מסוימות.

המשוואה, המבוססת על מושגי האטומים והמולקולות, הגדירה את ההסתברות למצוא את המולקולות במצב נתון.

עם התפתחות נוספת המשוואה הפכה מועילה לחישוב שיווי המשקל הפוטנציאלי במין יונים ולתיאור שינויים קונפורמציונליים של מולקולות ביולוגיות.

מכניקה סטטיסטית

חלק מהכותבים טוענים כי בולצמן היה האדם הראשון שהפעיל באמת סטטיסטיקות בחקר הגזים.

בזכות זה הם רואים שמחקרי התיאוריה הקינטית הפכו למחקרים של מכניקה סטטיסטית.

עבור תרומה זו, בולצמן מוכר על ידי רבים כאבי המכניקה הסטטיסטית.

תחום זה אפשר לחקור את תכונותיהם של חומרים מקרוסקופיים ועצמים מתוך תכונות האטומים והמולקולות שלהם.

האנטרופיה והעיקרון של בולצמן

למרות שמושג האנטרופיה הוצג על ידי רודולף קלוזיוס בשנת 1865, בולצמן הביא את מושג האנטרופיה לחיי היומיום.

בשנת 1877 ציין בולצמן כי אנטרופיה היא מדד להפרעה במצב של מערכת פיזית.

תחת מושג זה, ניסח בולצמן משוואה לאנטרופיה הידועה כעיקרון של בולצמן.

פילוסופיה של המדע

תרומתו של בולצמן לפיתוח פילוסופיה של המדע זוכה להכרה רחבה.

רבים מרעיונותיו בתחום זה נאספו בטקסט שלו "כתבים פופולריים" שפורסם בשנת 1905.

בולצמן טיפל בנושאים פילוסופיים מגוונים מאוד בתחום המדע. ביניהם הוא דן במונחים כמו ריאליזם ואידיאליזם. אני מבקר גם פילוסופים ידועים כמו קאנט והגל.

בולצמן האמין באמונה שלמה שהפילוסופיה יכולה לעזור למדע לא לשאול שאלות חסרות תועלת. מסיבה זו התייחס בולצמן לעצמו כריאליסט, אף שרבים אחרים זיהו אותו כשייך לזרם המטריאליסטי.

הפניות

1. משפט ה- H של Myrvold W. Uffink J. Boltzmann, חוסר שביעות רצונו ולידת המכניקה הסטטיסטית. מחקרים בהיסטוריה ובפילוסופיה של הפיזיקה המודרנית. 2009; 40 (2): 174–191.
2. דובואה ג'ו אואונונו ג 'רוזייר-דובואה ב. משוואת בולצמן בביולוגיה מולקולרית. התקדמות בביו-פיזיקה ובביולוגיה מולקולרית. 2009; 99 (2): 87–93.
3. פלם ד. לודוויג בולצמן והשפעתו על המדע. מחקרים בהיסטוריה ופילוסופיה של המדע. 1983; 14 (4): 255–278.
4. מדע AA אנדרטה עבור לודוויג בולצמן מדע, סדרה חדשה. 1932 75 (1944).
5. הערות שוליים של סוונדסן RH להיסטוריה של מכניקה סטטיסטית: במילים של בולצמן. פיזיקה א ': מכניקה סטטיסטית ויישומיה. 2010; 389 (15), 2898-2901.
6. וויליאמס MMR לודוויג בולצמן. כתבי אנרגיה גרעינית. 1977; 4 (4–5): 145–159.