玻尔兹曼的分子运动理论,物理学的全部分支


玻尔兹曼的分子运动理论,物理学的全部分支

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数学家读几页后就能认出柯西、高斯、雅可比或赫姆霍尔兹 , 就像音乐家读前几小节就能认出莫扎特、贝多芬或舒伯特一样 。——路德维希·玻尔兹曼
这个世界似乎对任何人都不公平 。这是一个关于科学悲剧天才的故事,他的努力从根本上改变了物理学的几个分支 。他主要以统计力学和热力学第二定律而闻名 。他是原子理论最重要的提倡者之一,当时这个科学模型非常有争议 。
早期的生活路德维希·爱德华·玻尔兹曼(Ludwig Eduard Boltzmann)是一位物理学家和哲学家,1844年生于奥地利的维也纳 。
1863年 , 19岁的他开始了他的科学之旅,当时他是维也纳大学的一名物理和数学学生 。仅仅三年后的1866年,他在约瑟夫·斯特凡(Josef Stefan)的指导下完成了一篇关于气体动力学理论的论文,获得了博士学位 。25岁时,在斯特凡的推荐下,他成为格拉茨大学(University of Graz)数学物理正教授 。
他是个不安分的人,不停地换工作 。离开格拉茨大学之后,他于1873年加入维也纳大学,担任数学教授 。在那里工作了三年之后 , 他回到格拉茨大学担任实验物理学主任 。1887年,他接受了柏林理论物理学的职位 , 但后来他改变了主意 。1890年,他作为理论物理学教授加入了德国慕尼黑大学 。他是一位杰出的教师,也受到了科学界的尊敬 。
科学的贡献他是最早认识到麦克斯韦统一电磁学意义的人之一 。他在1871年推导出了麦克斯韦-玻尔兹曼分布 。这是一种用于描述粒子速度的概率分布,粒子在容器内自由移动,与热环境相互作用时碰撞频率很低 。这些粒子的能量遵循麦克斯韦-玻尔兹曼的统计 。
他在19世纪70年代早期以物质的原子理论为基础描述了热力学第二定律 。它指出,“作为一个孤立系统的整个宇宙的熵总是趋向于增加” 。他解释说,这是一条统计定律,可以从力学原理推导出来 。
他发展了统计力学的大部分内容,后来由乔赛亚·威拉德·吉布斯继承 。他在1872年至1875年间提出了著名的熵公式,这是统计力学和热力学之间的桥梁,后来由马克斯·普朗克在1900年对其进行了修正 。
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他在斯特凡定律的基础上扩展了对黑体辐射的研究 。在星际气体、星团、非相对论等离子体等研究中,对气体动力学理论进行了深入的计算 。
哲学的贡献当他回到维也纳时,他主要从事理论物理和科学哲学 。在自然哲学方面,他教授“自然科学的方法和通论”这门课 , 这门课之前是由恩斯特·马赫担任的 。他的讲座在当时非常受欢迎 , 教室通常被围得水泄不通 。
他是一个进化论者 , 不仅因为查尔斯·达尔文在当时为最重要的科学领域提出了强有力的理论 。相反,他认为达尔文的方法是理解科学理论真伪的关键 。
对他来说,他的科学和哲学是一个整体 。他认为这两者的结合可以解决许多自然问题 。
与奥斯特瓦尔德和马赫争执他在统计力学方面的工作受到了威廉·奥斯特瓦尔德(Wilhelm Ostwald)的彻底批评,奥斯特瓦尔德把物理科学完全建立在能量条件上 。
1895年,奥斯特瓦尔德在一次科学会议上发表了一篇论文,他在论文中断言:“自然现象的实际不可逆性证明了力学方程无法描述过程的存在,由此,科学唯物主义的定论就确定了 。”
玻尔兹曼得到菲利克斯·克莱因的支持 。玻尔兹曼和奥斯特瓦尔德之间的战斗就像公牛和斗牛士之间的战斗 。然而,这一次公牛获胜了……玻尔兹曼的论点占了上风 。那个时代的年轻数学家,都是站在玻尔兹曼一边的 。