Основоположникът на статистическата механика - Лудвиг Болцман

Австрийският  физик, Лудвиг Болцман, е  смятан за основоположник на статистическата механика. Той е и един от видните поддръжници на атомната теория, от времето, когато тя не е била широко приета от съвременниците му.

Болцман е роден във Виена на 20 февруариа 1844 година. През 1886 г. той  защитава докторска дисертация във Виенския университет, върху кинетичната теория на газовете.  След  това Болцман  заема различни постове в университетите в Грац, Лайпциг и Мюнхен, а през 1885 г. той  е избран за член на  Австрийската академия на науките.

През 1902 г. , Болцман се връща във Виена,  където заема мястото на пенсионирания Ернст Мах. Там той преподава физика и философия. Лекциите му по естествена философия са изключително популярни и посещавани.

На 5 септември 1906 г. , по време на ваканция в Диуно, близо до Триест, в пристъп на депресия, Болцман се самоубива. Погребан е във Виена. На надгробната му плоча е изписано S = kB ln W.

Най-важните приноси на Болцман са в областта на кинетичната теория на газовете - разпределението на Максуел-Болцман  за скоростите на молекулите в даден обем газ.  Статистиката на Максуел-Болцман е в основата на класическата статистическата механика. Тя е валидна за всички явления, за които квантовите ефекти могат да бъдат пренебрегнати, и дава забележително ясно разбиране за понятието температура.

По онова време, малко физици - сред които, все пак са Максуел и Гибс - са вярвали в атомната теория. Болцман спори дълги години с редактора на престижно немско физично списание, който  му отказвал правото да се позовава на атомната теория, по-точно да ѝ придава физичен смисъл.

Само няколко години след смъртта на Болцман, изследванията на Жан Перен  на колоидални суспензии потвърждават стойността на числото на Авогадро  и константата на Болцман,  убеждавайки съвременните физици в правилността на атомната теория.

Според Макс Планк, "Логаритмичната връзка между ентропия и вероятности  е изказана за пръв път от Л. Болцман в неговата кинетична теория на газовете". Знаменитата формула за ентропията S гласи (с означенията на Болцман) S= k log W.   W идва от немското Wahrscheinlichkeit, честотата, с която термодинамична система е в дадено състояние  или, по-точно, броят възможни микросъстояния, в които може да бъде система с дадено макросъстояние.

Уравнението на Болцман  точно описва динамиката на газовите частици, при дадени гранични условия. Дейвид Хилберг се опитва да даде аналитично решение на уравнението в продължение на много години, но без сериозен успех.

Константата на Болцман е  фундаментална физична константа, въведена  от него. Той за пръв път я използва във  формулата  си за ентропията през 1873 година.  Равна е на газовата константа R разделена на Числото на Авогадро  Na, k = R/Na. Когато дадена статистико-механична система е в равновесие, тя е в дадено макросъстояние, но на микроскопично ниво се колебае между всички възможни микросъстояния

Автор: Тони