БОЛЦМАН ЛУДВИГ (1844 г.)
Не е изненадващо, че успехите на младежа по физика и математика бяха особено впечатляващи. Но други интереси не му бяха чужди. Лудвиг обичаше природата, музиката, свиреше добре на пиано и беше голям любител на поезията. Един от университетските професори на Лудвиг беше Йозеф Стефан, изключителен учен, основател на австрийската школа по физика. Известният учител оказва голямо влияние върху научните възгледи на Болцман. Впоследствие учените бяха обединени от приятелство и сътрудничество.
След като завършва университета, Болцман сменя много работни места. Описанията на кариерата му са пълни с дати, имена на градове, отдели. След като защитава дисертацията си и получава научна степен, Лудвиг остава във Виенския университет като асистент на Стефан. Заедно учителят и ученикът се занимаваха с изследване на топлинното излъчване. През 1867 г. Болцман получава поста частен доцент, а година по-късно и професор по математическа физика в Грац. Докато работи в Грац, Болцман посещава Германия (Хайделберг и Берлин), където е силно впечатлен от запознанството си с известните учени Бунзен, Кирхоф, Хелмхолц. През 1873 г. младият учен се завръща във Виена, където ръководи катедрата по математика. 1876 - отново Грац и постът на професор по експериментална физика. През 1889-1894 г. ученият ръководи катедрата по теоретична физика в Мюнхенския университет. След смъртта на Стефан (през 1893 г.) Болцман получава предложение да заеме овакантената катедра по теоретична физика във Виена. Лудвиг успява да работи в Лайпциг (1900-1902), но след това се връща във Виена.
Многобройните премествания са свързани не само с факта, че ученият печели все по-голяма слава и получава все по-примамливи предложения. Много често научните възгледи на Болцман се различават от неговитеколеги. Като се има предвид принципното и безкомпромисно отношение, с което ученият защитава възгледите си, не е изненадващо, че често отношенията му с други учители стават поне обтегнати. Така през 1900 г. той напуска Виенския университет поради нежеланието си да работи с Ернст Мах, който ръководи катедрата по история и теория на индуктивните науки. Мах, основателят на емпириокритицизма [95], по-специално не признава атомизма. В Лайпциг Болцман не успява да си сътрудничи с Вилхелм Оствалд, който споделя същите идеи. Ето защо, след като Мах напусна стола поради болест, Болцман се върна във Виена. Всичко това е изненадващо, като се има предвид, че Лудвиг се отнасяше лично към Мах с голямо уважение и беше приятелски настроен с Оствалд. Тук може би е уместно да си припомним легендарните думи, приписвани на Аристотел: „Платон ми е приятел, но истината е по-скъпа“.
Научната дейност на Лудвиг Болцман обхваща изключително широк кръг от проблеми. Притежава трудове по математика, механика, хидродинамика, теория на еластичността, теория на електромагнитното поле, оптика, термодинамика, кинетична теория на газовете. От времето, когато учи в университета, Болцман е верен последовател на теорията на Максуел, например той говори за уравненията на Максуел, цитирайки Фауст: „Тези знаци от Бог ли са изписани?“ Работейки през 1867–1871 г. върху развитието на идеите на Максуел, Болцман обобщава разпределението на частиците по скорости (разпределението на Максуел) и извежда разпределението, наречено на негово име. Формулата за разпределение на Болцман, енергийното разпределение на идеални газови частици във външно силово поле, се превърна във важно обобщение на статистическата физика.
И през 1872 г. Лудвиг Болцман прави откритие, което често се нарича основното му научно постижение. Следвайки Максуел, той стана всеобхватенизползват статистически методи във физиката. Смята се, че откриването на статистическата интерпретация на втория закон на термодинамиката (закона за ненамаляваща ентропия в затворена система) [96] е подтикнало Болцман към мисловния експеримент с „демона на Максуел“.
През 1872 г. Болцман въвежда така наречената Н-функция, която характеризира състоянието на затворена макроскопична система. Като следваща стъпка той доказа, че тази функция не може да нараства (Н-теорема). За случая на идеален газ Болцман показа, че H-функцията и ентропията S са обратно пропорционални и изведе формула, в която той свърза ентропията с термодинамичната вероятност W: S = k ln W , където k е константата на Болцман, равна на отношението на универсалната газова константа към числото на Авогадро.
Тази зависимост се нарича принцип на Болцман. Може да се изрази с думи по следния начин: термодинамичната система се стреми да премине от по-малко вероятни състояния към по-вероятни състояния (при които W и S са максимални).
Принципът на Болцман е в основата на статистическата физика. Използвайки го, Макс Планк извежда своя закон за радиацията. Съвременната теория на информацията също се основава на принципа на Болцман. Значението на откритието на Болцман се доказва поне от факта, че формулата S = k ln W е гравирана върху паметника на учения във Виена. Лекциите на Болцман по теория на газовете, публикувани през 1896–1898 г., се превръщат във фундаментален труд в статистическата физика.
Сътрудничеството на учения с неговия учител и приятел Стефан също дава плодове. Друго важно постижение на Лудвиг Болцман е теоретичното обосноваване на закона за излъчване на черното тяло, емпирично открит от Стефан през 1879 г. Според него общата радиационна енергия на черното тяло е пропорционална на четвъртата степен на абсолютната температура. За датеоретично обосновавайки това твърдение, Болцман брилянтно комбинира термодинамиката и теорията на Максуел за електромагнитното поле. Известният немски физик Макс фон Лауе (нобелов лауреат през 1914 г.) нарече този закон „огърлицата на теоретичната физика“. Сега се нарича закон на Стефан-Болцман.
Като, както вече казахме, верен последовател на Максуел, Болцман провежда много изследвания, насочени към потвърждаване на неговата теория за електромагнитното поле. Например, той прави измервания на диелектричната константа на различни вещества и открива, че тя е свързана с индекса на пречупване на светлината. Тези резултати са едно от първите потвърждения на теорията за светлината на Максуел. Болцман представя резултатите от своите изследвания и теоретични заключения в Лекции по Максуелова теория на светлината (1891–1893). Австрийският учен също обърна голямо внимание на изучаването на термоелектричеството, диамагнетизма (свойството на веществото да се магнетизира във външно магнитно поле в посока, обратна на посоката на полето), по-специално, той разработи теорията за ефекта на Хол [97] .
Що се отнася до личните качества на Лудвиг Болцман, познати и приятели го описват като весел, общителен и жизнерадостен човек. През 1876 г. той се жени за студентка от Математическия факултет Хенриета фон Айгентлер, много обича жена си и децата си, постоянно организира празници, музикални и танцови вечери в къщата си. Недалеч от Грац един учен, който много обичаше природата, си купи къща в планината и дори си взе крава.