Людвиг Больцман: Ученый и учитель

В 1869–76 Л.Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете, читал лекции по «механической теории теплоты», по теории упругости, по акустике и капиллярности. Позже к этому добавились дифференциальное и интегральное исчисление, математический анализ, теория чисел, аналитическая геометрия. Потом – теория газов, гидродинамика, электричество, магнетизм, а в последние годы еще курс «Избранные главы из натурфилософии». Уже этот перечень показывает, насколько широк был охват педагогической работы.

По воспоминаниям учеников Больцмана, лектором он был превосходным. К студентам относился со всем известной симпатией, был счастлив, если мог оказать услугу. Когда будущий известный теоретик, тогда еще студент, Пауль Эренфест, сделал доклад об одной из работ Больцмана, тот воскликнул: «Если бы я сам так хорошо знал свои работы!»

Обычно на лекции Людвиг Больцман пользовался тремя досками, сначала выписывая на одной из них те основные формулы, которые были выведены на предыдущем занятии, а затем и новые, так что к концу лекции весь материал был на глазах у студентов.

«Говори лишь то, что истинно; пиши так, чтобы было ясно; и высаживай эти семена после того, как они вызрели в тебе».

После Вены Больцман перешел в Грац профессором на кафедру экспериментальной физики (1869-73). Зaслуживший всемирную известность как теоретик, Больцман был и весьма талантливым и увлеченным экспериментатором («вряд ли имеющим себе равного» – были и такие мнения), но, конечно, теория была на первом плане.

Научные интересы Людвига Больцмана охватывали почти все области физики (и ряд областей математики). Автор работ по математике, механике, гидродинамике, теории упругости, теории электромагнитного поля, оптике, термодинамике и кинетической теории газов. Однако наибольшее значение имеют работы по кинетической теории газов и статистическому обоснованию термодинамики.

Больцман обобщил (1868–71) полученный Дж.К. Максвеллом закон распределения скоростей газовых молекул на газы, находящиеся во внешнем силовом поле, и установил формулу «больцмановского распределения», которая проникла во все отделы статистической физики.

Больцман Людвиг был ревностным последователем электромагнитной теории Максвелла. Ему принадлежат первые экспериментальные работы по проверке справедливости выводов максвелловской теории электромагнитного поля. Он провёл измерения диэлектрической проницаемости газов и твёрдых тел и установил её связь с оптическим показателем преломления. Свои взгляды на теорию Максвелла Больцман Людвиг изложил в «Лекциях о максвелловской теории электричества и света» (1891–93).

В 1884 году Больцман из термодинамических соображений с учётом пропорциональности (согласно классической электродинамике) давления равновесного излучения плотности его энергии теоретически вывел закон излучения абсолютно чёрного тела, ранее установленный Й. Стефаном экспериментально. Эта работа сыграла большую роль в развитии современной теории излучения. Закон сформулирован первоначально для испускательной способности любого тела, однако последующие измерения показали его справедливость только для испускательной способности абсолютно черного тела.

Ему принадлежат также работы по изучению поляризации диэлектриков, теории термоэлектричества, диамагнетизма и др. В частности, Больцман разработал теорию эффекта Холла (Эффектом Холла называется возникновение поперечного электрического поля и разности потенциалов в проводнике или полупроводнике, по которым проходит электрический ток, при помещении их в магнитное поле, перпендикулярное к направлению тока. Используется главным образом для исследования свойств твердых тел и в измерительной технике.)

Людвигом Больцманом внесен существеннейший вклад в теорию флуктуаций, предложен принципиально новый подход к теории необратимых процессов, впервые применены принципы термодинамики к описанию электромагнитного излучения, теоретически выведено выражение для давления света.

Важнейшая заслуга Людвига Больцмана – исследование необратимых процессов и статистическая трактовка второго начала термодинамики. В 1872 Больцман Людвиг ввёл Н-функцию, характеризующую состояние замкнутой макроскопической системы, и доказал, что с течением времени Н-функция не может возрастать (Н-теорема). Сопоставив Н-функцию с энтропией S (с обратным знаком), Больцман Людвиг связал энтропию с W –вероятностью термодинамической: S=k lnW. Это соотношение, выгравированное на памятнике Больцмана в Вене, даёт статистическое обоснование второму началу термодинамики и является основой статистической физики.

Перечень основных публикаций:

Vorlesungen uber Maxwells Theorie der Elektrizita t und des Lichts. Bd. 1–2, 1891–93;
Vorlesungen uber Gastheorie. Bd. 1–2. 1896–98;
Vorlesungen uber die Prinzipe dor Mechanik. Bd. 1–3. 1897–1920).
Wissenschaftliche Abhandlungen. Bd 1–3. 1909;
Populare Schriften 2. 1919;

в русском переводе:

Очерки методологии физики, М., 1929;
Лекции по теории газов, М., 1956.
Статьи и речи. М.: Наука, 1970.
Избранные труды. М.: Наука, 1984.

Эта страница оформлена Пузиной Ю.Ю. при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований – проект №08-08-00638.

Следующая страница: Именные достижения