بولتزمان.. مطور الميكانيكا الإحصائية وواضع قانون توزيع ” ماكسويل-بولتزمان”

1844- 1906/ نمساوي

من أهم إنجازاته تطوير الميكانيكا الإحصائية، التي تشرح وتتنبأ بكيفية خصائص الذرات (مثل الكتلة) والشحنة والبنية) وتحدد الخصائص المرئية للمادة (مثل اللزوجة والتوصيل الحراري والانتشار).

الولادة والنشأة:

ولد لودفيغ إدوارد بولتزمان بتاريخ 20 فبراير عام 1844في فيينا بالنمسا. والده لودفيغ جورج بولتزمان كان موظفًا في مصلحة الضرائب وقد توفي وهو بعمر صغير بمرض السل، وأمه كاثرينا بورنفيند. وبعد ولادته انتقلت عائلته إلى النمسا العليا إلى فيلس وبعدها إلى لينز.

الدراسة:

في بدايته الدراسية تلقى بولتزمان تعليمه في منزله، ثم درس في مدرسة لينز الثانوية، ثم تابع دراسته الجامعية في جامعة فيينا، وحصل فيها على شهادة الدكتوراه عام 1866، وقد كانت أطروحة الدكتوراه عن نظرية حركية الغازات وكان المشرف عليه البروفيسور جوزيف ستيفان.

الأعمال:

بعد إشراف البروفيسور جوزيف ستيفان على أطروحة الدكتوراه أصبح بولتزمان مساعداً له. ثم بدأ العمل كبروفيسور في الفيزياء والرياضيات في كل من غريتس وميونيخ ولايبزيغ. وفي عام 1867أي بعد عام واحد على نيله الدكتوراه أصبح بولتزمان محاضراً بجامعة فيينا.
وفي العام 1869 عُين كبروفيسور في الفيزياء النظرية في غراتس لمدة أربع سنوات. في عام 1871عمل قريبًا من غوستاف كيرشوف وهيلم هولتز في برلين .وكان قد نشر خلال عام 1870 عددًا من الأوراق البحثية شرح خلالها أنه بتطبيق قوانين الميكانيك يمكن للمرء أن يفسر القانون الثاني في الترموديناميك (الديناميكا الحرارية) بشكل أفضل كما أضاف أنه بالإمكان تطبيق نظرية الاحتمالات على حركة الذرات.

وفي عام 1881 تعاون بولتزمان وماكسويل وقاما بوضع القانون الشهير قانون ماكسويل-بولتزمان، ليتم تعيينه بعدها رئيساً للفيزياء النظرية في جامعة ميونيخ في بافاريا.

توزيع ماكسويل-بولتزمان:

هو وصف للتوزيع الإحصائي لطاقات جزيئات الغاز الكلاسيكي. تم وضع هذا التوزيع لأول مرة من قبل الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل في عام 1859، على أساس الحجج الاحتمالية، وأعطى توزيع السرعات بين جزيئات الغاز. وتم تعميم اكتشاف ماكسويل (1871) من قبل لودفيج بولتزمان للتعبير عن توزيع الطاقات بين الجزيئات.

يمكن كتابة دالة التوزيع للغاز الذي يخضع لإحصائيات ماكسويل-بولتزمان (fM–B) بدلالة الطاقة الإجمالية (E) لنظام الجزيئات الموصوفة بالتوزيع، ودرجة الحرارة المطلقة (T) للغاز، و ثابت بولتزمان (k = 1.38 × 10−16 erg لكل كلفن)، ويتم اختيار ثابت التطبيع (C) بحيث يكون مجموع أو تكامل جميع الاحتمالات هو 1 — أي fM–B = Ce−E/kT، حيث e هو أساس اللوغاريتمات الطبيعية. تشير دالة التوزيع إلى أن احتمال dP أن أي جزيء فردي لديه طاقة بين E وE + dE يُعطى بواسطة dP = fM –BdE. تتكون الطاقة الإجمالية (E) عادة من عدة أجزاء فردية، كل منها يتوافق مع درجة مختلفة من حرية النظام. في الواقع، يتم تقسيم الطاقة الإجمالية بالتساوي بين هذه الأوضاع.

وبدءاً من عام 1894 شغل بولتزمان منصب أستاذه البروفسور ستيفان أستاذاً للفيزياء النظرية، ولكنه لم يستمر في منصبه طويلاً بسبب المنافسة العلمية من إرنست ماخ والذي تم تعيينه رئيسًا للتاريخ والفلسفة والعلوم في جامعة فيينا.

وبسبب خلافه مع ماخ انتقل إلى لايبزيغ، وبعد أن تقاعد ماخ عام 1901 عاد بولتزمان إلى فيينا في العام التالي ليتابع منصبه في الفيزياء النظرية والذي لم يشغله أحد منذ أن ترك فيينا، وقد عينه الإمبراطور فرانسيس جوزيف بشرط أن لا يقبل أي منصب خارج الإمبراطورية.

وفي عام 1903، أسس بولتزمان، مع غوستاف فون إيشيريتش وإميل مولر، الجمعية الرياضية النمساوية. وكان من بين طلابه كارل بريبرام، وبول إهرنفيست، وليز مايتنر.

في فيينا، قام بتدريس الفيزياء وحاضر أيضًا في الفلسفة. حيث حظيت محاضرات بولتزمان حول الفلسفة الطبيعية بشعبية كبيرة وحظيت باهتمام كبير. وكانت محاضرته الأولى ناجحة للغاية. وعلى الرغم من أنه تم اختيار أكبر قاعة محاضرات له، إلا أن الناس وقفوا على طول الدرج. وبسبب النجاحات الكبيرة التي حققتها محاضرات بولتزمان الفلسفية، دعاه الإمبراطور إلى حفل استقبال في القصر.

الحياة الشخصية:

تزوج بولتزمان عام 1876 من هنرييت فون إيجنتلر وأنجبا ثلاث فتيات وولدين، هم هنرييت، إيدا، إلسي، وآرثر لودفيج.

الوفاة:

في عام 1906، أجبرته تدهور حالة العقلية على الاستقالة من منصبه، وتشير الأعراض التي ظهرت عليه إلى أنه عانى مما يمكن تشخيصه اليوم على أنه اضطراب ثنائي القطب. وبعد أربعة أشهر توفي بولتزمان منتحرًا في 5 سبتمبر 1906 بشنق نفسه أثناء إجازته مع زوجته وابنته في دوينو بالقرب من تريست التابعة للنمسا حينها.

تم دفنه في Zentralfriedhof في فيينا. ويحمل شاهد قبره نقشًا لصيغة الإنتروبيا لبولتزمان: S = k ⋅ log ⁡ W

الجوائز والتكريمات:

• في عام 1885 أصبح بولتزمان عضوًا في الأكاديمية الإمبراطورية النمساوية للعلوم.
• وفي عام 1887 أصبح رئيسًا لجامعة غراتس.
• كما تم انتخابه عضوا في الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في عام 1888 وعضواً أجنبيا في الجمعية الملكية ForMemRS في عام 1899.

وكذلك تم تسمية العديد من الأشياء على شرفه. وأقيمت له العديد من النصب التذكارية في النمسا وغيرها منها.

• معهد لودفيج بولتزمان للأمراض النادرة وغير المشخصة
• معهد لودفيج بولتزمان لعلم العظام
• جمعية ومعهد لودفيج بولتزمان

أصبحت شخصية بولتزمان شخصية مشهورة في العديد من الأعمال الكرتونية المرتبطة بالعباقرة. وكانت حياته موضوع الفيلم Dangerous Knowledge ” المعرفة الخطرة” (2007).

الأقوال:

• ” إذا كنت تريد وصف الحقيقة، فاترك الأناقة للخياط”.
• ” إن تفسير الديناميكا الحرارية بشكل صحيح لا يسمح فقط بالتطور الدارويني؛ إنه يفضل ذلك”.
• “ليس هناك ما هو أكثر عملية من النظرية الجيدة.”
• . “إن الطاقة المتاحة هي الموضوع الرئيسي على المحك في الصراع من أجل الوجود وتطور العالم.”
• “إن مسابقة الحياة هي في المقام الأول منافسة على الطاقة المتاحة.”
• “بما أن نظامًا معينًا لا يمكن أبدًا أن ينتقل من تلقاء نفسه إلى حالة أخرى محتملة بنفس القدر ولكن إلى حالة أكثر احتمالية، فمن المستحيل بالمثل بناء نظام من الأجسام التي بعد عبور حالات مختلفة تعود بشكل دوري إلى حالتها الأصلية، وهذا هو آلة الحركة الدائبة.”
• “سوف يتعرف عالم الرياضيات على كوشي، أو غاوس، أو جاكوبي، أو هيلمهولتز بعد قراءة بضع صفحات، تمامًا كما يتعرف الموسيقيون، من الحانات القليلة الأولى، على موزارت، أو بيتهوفن، أو شوبرت.”
• ” الفلسفة تثير أعصابي. إذا قمنا بتحليل الأساس النهائي لكل شيء، فإن كل شيء يقع في النهاية في العدم. لكنني قررت أن أستأنف محاضراتي مرة أخرى وأنظر إلى هيدرا الشك مباشرة في عيني، وسيكون من المشؤوم للغاية أن يقدر المرء حياته”.

المصادر:

• https://www.britannica.com/
• https://ar.wikipedia.org/
• https://www.coopertoons.com/
• https://geniuses.club/
• https://quotefancy.com/