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 году он окончил Венский университет, где учился у Й. Стефана и И. Лошмидта, и защитил докторскую диссертацию. В 1867 году стал приват-доцентом Венского университета и в течение двух лет являлся ассистентом профессора Й. Стефана.

В 1869 году Больцман был приглашён на должность ординарного профессора математической физики в Грацском университете с обязательством читать курс «Элементы высшей математики». В 1873 году стал ординарным профессором математики Венского университета, сменив в этой должности своего наставника Мотта. Однако вскоре (1876) 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.

Став известным теоретиком, Больцман в 1890 году получил кафедру теоретической физики в Мюнхене, однако в 1895 году 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 году Больцман отправился преподавать в Лейпциг, однако там столкнулся с сопротивлением другого анти-атомиста В. Оствальда. Наконец, в 1902 году, 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. 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. Его самоубийство 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.

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 эмпирически был установлен Йозефом Стефаном в 1879 году 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 году Международный астрономический союз присвоил имя Больцмана кратеру на видимой стороне Луны.

Имя Больцмана носит ряд понятий классической статистической физики:

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

• 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.