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玻尔兹曼·路德维希·爱德华。 科学家的传记
路德维希·玻尔兹曼无疑是奥地利给予世界的最伟大的科学家和思想家。 即使在他的一生中，玻尔兹曼尽管在科学界处于被抛弃的地位，却被公认为伟大的科学家，他被邀请到许多国家讲学。 然而，即使在今天，他的一些想法仍然是个谜。 玻尔兹曼自己写道：“充满我思想和活动的想法是理论的发展。” Max Laue 后来将这个想法阐明如下：“他的理想是将所有物理理论结合在一幅世界图景中。” 路德维希·爱德华·玻尔兹曼 (Ludwig Eduard Boltzmann) 于 20 年 1844 月 1863 日出生在维也纳，就在周三忏悔节的最后一天晚上，大斋期从那天开始。 玻尔兹曼过去常开玩笑说，由于他的出生日期，他得到了一个从欢喜到悲痛的急剧转变的角色。 他的父亲路德维希·格奥尔格·玻尔兹曼曾在帝国财政部工作。 路德维希十五岁时死于肺结核。 路德维希·玻尔兹曼学习成绩优异，母亲鼓励他兴趣广泛，给予他全面的成长。 因此，在林茨，玻尔兹曼跟随著名作曲家安东布鲁克纳学习钢琴。 他一生都热爱音乐，经常和朋友在家里安排家庭音乐会。 XNUMX年，玻尔兹曼进入维也纳大学学习数学和物理。 麦克斯韦电动力学是理论物理学的最新成果。 毫不奇怪，路德维希的第一篇文章也致力于电动力学。 然而，在他 1866 年发表在“论热力学第二定律的机械意义”一文中的第二部著作中，他表明温度对应于气体分子的平均动能，确定了玻尔兹曼的科学兴趣。 1866 年秋，在获得博士学位前两个月，玻尔兹曼被物理研究所录取为助理教授。 1868年，玻尔兹曼被授予在大学讲学的权利，一年后他成为格拉茨大学数学物理学的普通教授。 在此期间，他除了发展自己的理论思想外，还从事介电常数与折射率关系的实验研究，以期得到麦克斯韦电动力学与光学的统一理论的证实。 为了他的实验，他两次从大学短暂休假，在海德堡的本生和柯尼斯堡实验室以及柏林的亥姆霍兹和基尔霍夫实验室工作。 这些研究的结果发表于 1873-1874 年。 玻尔兹曼还积极参与了格拉茨新物理实验室的规划，后来他成为了该实验室的主任。 这是玻尔兹曼科学活动的全盛时期。 然而，他缺乏广泛的听众，他觉得不仅有必要与那些热切倾听这位年轻才华横溢的教授的学生分享他的想法，还需要与他的科学家同行分享他的想法。 格拉茨对于那个来说太小了。 这就是为什么 1873 年路德维希·玻尔兹曼回到维也纳担任数学教授的原因。 离开前不久，他遇到了他未来的妻子亨丽埃特·冯·艾根特勒。 玻尔兹曼在维也纳的受欢迎程度令人难以置信。 对于他的演讲，总是选择最大的听众，最常见的是礼堂。 尽管如此，每个想进入的人都无法进入。 讲座开始前，部长们带来了三块黑板。 最大的一个放在中间，两个较小的放在两侧。 玻尔兹曼出来了。 身材高大，头顶浓密的棕色卷发，宽厚的脸颊，留着硬硬的胡须，一双眼睛深深地藏在厚厚的圆眼镜下——一边笑，一边悲伤，他走到讲台上，弯下腰，对他的外表，他那永远红红的大鼻子感到尴尬。 他没有以任何方式回应掌声。 他背对着观众站着，在大厅里等待着寂静。 而在这寂静中，他几乎没有挤出普通的、无聊的、强制性的话：“所以，上次我们停下来……”他用十五分钟的声音大声解释了上一课的内容，写下了最后的公式左边黑板上写着漂亮、清晰的字迹。 他读了一门为期四年的课程，涵盖力学、流体力学、弹性理论、电学、磁学、气体动力学理论和……哲学。 说完最后一堂课，他回到讲台上，摘下眼镜，默然站了几秒，低着头。 突然，在一片死寂中，传来类似祈祷的话语：“请原谅我，在我开始讲课之前，如果我亲自问你一些对我来说最重要的事情——你的信任、你的性情、你的爱，一句话，你能给的最大的东西就是你自己……”他开始讲课。 他的名字被传说所包围。 是的，他本人以孩子般的自发性和对最平淡无奇的事物的热情，为这些轶事传说提供了丰富的食物。 突然，有一天，一个令人难以置信的消息让整个格拉茨都兴奋不已：实验物理学教授先生亲自在市场上买了一头牛，并用一根绳索庄严地带领她穿过整个小镇来到他的别墅。 然后，物理教授给“神兽”以应有的荣誉，去找动物学教授，就挤奶的过程，他咨询了很长时间。 或者突然，在冬天的一大早，整个格拉茨都聚集到了溜冰场，玻尔兹曼和孩子们在那里掌握了滑冰。 但这位物理学教授最恒久的热情是音乐。 在维也纳歌剧院，一个包厢被永久分配给玻尔兹曼和他的家人； 在家里，物理学教授每天都会组织室内乐晚会，他自己总是在钢琴上演奏。 在玻尔兹曼在维也纳所做的工作中，他提出线性粘弹性理论的文章“关于外部作用下的弹性理论”（1874 年）值得特别关注。 他使用积分方程描述了这种现象，这是对理论流变学的重要贡献。 唉，行政工作在维也纳比在格拉茨要多得多，这对科学家来说是一个沉重的负担。 他被格拉茨的实验物理系所吸引。 在这里，他可以拥有自己的实验室和讲授物理的讲座，而不是像在维也纳那样讲数学。 格拉茨的官僚主义较少。 但除此之外，玻尔兹曼要结婚了。 在维也纳很难找到合适的公寓，而他未来的妻子来自格拉茨。 1876 年，玻尔兹曼接任格拉茨物理研究所所长，并在该职位上待了 XNUMX 年。 早在 1871 年，玻尔兹曼就指出，热力学第二定律只能从经典力学中用概率论推导出来。 1877 年，玻尔兹曼关于熵与热力学状态概率之间关系的著名文章发表在《维也纳物理学通讯》上。 科学家表明，热力学状态的熵与该状态的概率成正比，并且可以根据与这些状态相对应的分子分布的数值特征之间的比率来计算状态的概率。 也就是说，如果一个足够大的系统在足够长的时间内没有外部干预，那么我们在这段时间之后发现它处于平衡状态的概率比它处于任何非平衡状态的概率要大得多。 . 这个所谓的“灰定理”成为玻尔兹曼宇宙理论的巅峰之作。 这个开端的公式后来被作为墓志铭刻在他坟墓上方的纪念碑上。 这个公式在本质上与查尔斯·达尔文的自然选择定律非常相似。 只有玻尔兹曼的“灰定理”显示了宇宙本身的“生命”是如何诞生和发展的。 德国物理学家 R. Clausius 在 1850 年制定了热力学第二定律，后来在 1865 年引入了熵的概念，曾一度是一位非常受欢迎的人物。 他从第二定律中得出的关于热死必然性的结论不仅被许多物理学家所采用。 这些问题主要由哲学家解决，他们接受了强有力的、看似不可否认的论据，支持关于世界的开始和终结的唯心主义概念，包括支持经验批判主义、E. Mach 的教义和 W.奥斯特瓦尔德。 不屈不挠的路德维希·玻尔兹曼 (Ludwig Boltzmann) 用他的“灰烬定理”宣称：“热死是虚张声势。没有预见到世界末日。能量，正如奥斯特瓦尔德人所相信的那样，但来自原子和分子，不应应用热力学第二定律对某种“以太”、精神或能量物质，但对特定的原子和分子。 围绕路德维希·玻尔兹曼的“灰烬定理”，讨论的激烈程度不亚于热死。 “阿什定理”和在此基础上提出的涨落假说被仔细地剖析，不出所料，他们发现了对玻尔兹曼这样伟大的科学家来说似乎是不可原谅的巨大缺陷。 事实证明，如果我们接受玻尔兹曼的假设是正确的，那么我们就必须接受这样一个不符合任何常识框架的可怕假设：迟早，或者更确切地说，已经是现在，在宇宙的某个地方，一定会有与第二个方向相反的过程，即热量必须从较冷的物体转移到较热的物体！ 那岂不是很荒谬。 玻尔兹曼为这种“荒谬”辩护，他深信宇宙的这种发展过程是最自然的，因为它是其原子结构的必然结果。 如果“灰定理”是由其他科学家提出的，它不太可能获得如此名声。 但它是由玻尔兹曼提出的，他不仅能够看到幕后隐藏的世界，而且知道如何以拥有物理学和哲学基础知识的天才的全部热情来捍卫它。 唯物主义物理学家和马赫主义者之间戏剧性冲突的高潮显然必须被认为是 1895 年在吕贝克举行的自然科学家大会，路德维希·玻尔兹曼在那里与他的朋友敌人展开了一场激战。 他赢了，但结果是，大会结束后，他感到周围更加空虚。 1896 年，玻尔兹曼写了一篇文章《论物理科学中原子论的必然性》，在其中对奥斯特瓦尔德的能量论提出了数学上的反对意见。 直到 1910 年，原子论的存在一直受到威胁。 玻尔兹曼孤军奋战，生怕被人遗忘。 1898 年，他在他关于气体理论的讲座第二部分的序言中写道：“在我看来，如果（正如光的波动理论由于权威而发生的那样），这将是科学的巨大悲剧。牛顿）至少在一段时间内，由于目前对她的敌意，理论气体将被遗忘。我知道现在我是唯一一个试图逆流而上的人，尽管很虚弱。然而，我可以有助于确保，当气体理论重新焕发生机时，不必进行太多的重新发现。” 1890 年，玻尔兹曼接受了慕尼黑大学理论物理系主任的邀请，终于可以开始教授他最喜欢的学科了。 在他在这里教授实验物理学期间，他使用最具说明性的力学模型来说明理论概念。 来自世界各地的无数学生来到慕尼黑师从玻尔兹曼学习。 他的立场唯一的弱点是当时的巴伐利亚政府不向大学教授支付养老金； 与此同时，玻尔兹曼的视力越来越差，他为家人的未来感到担忧。 凭借他在科学讨论中的出色表现，他在科学讨论中的表现并不像当时的习惯那样是正确的，他很快就获得了一个不安分、难相处的人的名声。 看到朋友们的错觉，他甚至不知道如何居高临下，尽管他的严厉令他感到痛苦。 对于玻尔兹曼来说，科学没有妥协。 而如果剥夺了他老老实实战斗的机会，他也会毫不留情地辞去最荣誉的职位。 玻尔兹曼从慕尼黑回到维也纳大学，几年后他搬到了莱比锡。 1902 年秋，玻尔兹曼回到维也纳。 在任何地方，在所有大学里，他都为唯物主义物理学和原子论进行了艰苦的斗争。 尤其是在他生命的最后一段时期，事实上，这是一位孤独的科学家与当时最伟大的物理学家、最有影响力的科学学校的负责人的斗争。 1904 年 XNUMX 月，他的妻子写信给留在莱比锡并在那里读完高中的女儿艾达：“父亲每天都在恶化。我对未来失去了信心。我希望我们在维也纳的生活会更好。” 玻尔兹曼的健康状况因与对手不断发生争执而受到影响。 他的视力恶化到阅读困难的地步。 不得不雇用一名员工为他阅读科学文章； 他的妻子准备了他的手稿以供印刷。 他身体不好，很长一段时间无法承受如此巨大的教学负担，再加上科学工作。 即使在的里雅斯特附近的杜伊诺休息一下，也没有让他从痛苦的疾病中解脱出来。 5 年 1906 月 XNUMX 日，玻尔兹曼陷入深度抑郁并自杀。 非常遗憾的是，他没有活着看到原子论的复活，而是怀着大家都忘记了动力学理论的想法而死去的。 然而，玻尔兹曼的许多想法已经在超显微镜、多普勒效应、燃气涡轮发动机和原子核能量释放等惊人发现中找到了解决方案。 但这些都是玻尔兹曼所看到和描述的世界图景中的细节，是世界原子结构的独立后果。 早在 1872 年的一篇论文中，玻尔兹曼就引入了离散能级的概念，这为创造量子力学铺平了道路。 然而，他的统计方法在现代物理学的发展中发挥了更为重要的作用。 仿佛是期待量子力学的统计解释，他在 1898 年关于气体理论的讲座中写道：“我仍然需要提到单个分子的基本运动方程将变成只是近似公式的可能性。给出平均值......并且仅作为基于概率理论的长系列观察的结果获得”。 很多时候，他的真诚面临背叛，但玻尔兹曼直到生命的尽头仍然对友谊和爱情充满信心。 诗歌和音乐对他来说是一种统一宇宙理论的基石，其中包括物理定律、波尔兹曼崇拜的达尔文的教义，以及他最喜欢的哲学。 “路德维希·玻尔兹曼作为现代物理学的奠基人之一的命运，”E. Boda 写道，“只能与伟大的集合创造者乔治·康托尔（Georg Cantor）的命运相提并论。才华横溢的人。” 作者：萨明 D.K.
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