Boltzmann, Ludwig

Aus Metapedia
Wechseln zu: Navigation, Suche
Ludwig Boltzmann.jpg
Der Grabstein

Ludwig Eduard Boltzmann (* 20. Februar 1844 in Wien; † 5. September 1906 in Thübein bei Triest) war ein deutscher Physiker. Er begründete die statistische Mechanik (Boltzmann-Statistik) und deutete die Entropie als grundlegende Gesetzmäßigkeit.

Leben

Er studierte in Wien Mathematik und Physik und erhielt 1868, zwei Jahre nach seiner Promotion, die Lehrbefugnis als Privatdozent der Mathematischen Physik. 1869 wurde Boltzmann als „Ordentlicher Professor der Mathematischen Physik“ nach Graz berufen. In seiner bedeutendsten Arbeit dieser Jahre befaßte er sich mit dem „Wärmegleichgewicht unter Gasmolekülen“ und stellte dabei die „Transportgleichung“ auf, mit der heute auch der Neutronentransport in Kernreaktoren erklärt werden kann. 1872 bestätigte er die damals noch umstrittene Maxwellsche Elektrodynamik, indem er den geforderten Zusammenhang zwischen optischer Brechzahl und Dielektrizitätskonstante experimentell bei Schwefel nachwies und stellte die Boltzmann-Gleichung auf, die das zeitliche Verhalten der Verteilungsfunktion der Gasmoleküle beschreibt.

1873 ging Boltzmann als Ordinarius für Mathematik nach Wien und 1876 wiederum nach Graz als Professor. Hier erklärte er die Wärmegesetze aus der Bewegung der Atome oder Moleküle und verknüpfte ihr Verhalten mit den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitstheorie. Zu dieser Zeit war die Existenz von Atomen noch nicht gesichert und dem Begriff „Wahrscheinlichkeit“ haftete etwas Unexaktes an. Dabei spielte der Begriff der Entropie eine wesentliche Rolle. Entropie ist ein Maß für die (Un-)Ordnung eines Systems. Vorgänge spielen sich immer nur so ab, daß ein unwahrscheinlicher Zustand in einen wahrscheinlicheren übergeht, z. B. daß Wärme von einem wärmeren Körper auf einen kühleren übergeht, ein Glas zerspringt, es sich aber nicht von allein zusammensetzt usw. Ein ungeordneter Zustand ist demnach immer wahrscheinlicher als ein geordneter. In seiner Arbeit wandte er erstmals die Methoden der allgemeinen Statistik auf die Physik an und postulierte den Zusammenhang zwischen der Entropie S eines thermodynamischen Zustands und der Anzahl W der möglichen Mikrozustände, S = kBln W, wobei kB als die Boltzmann-Konstante bezeichnet wird.

1884 entwarf er eine theoretische Begründung für das von seinem Lehrer Josef Stefan empirisch gefundene Gesetz über die Gesamtstrahlung eines schwarzen Körpers (Stefan-Boltzmann-Gesetz). Dabei ist die pro Fläche emittierte Strahlungsleistung P proportional zur vierten Potenz der Temperatur T. Der dabei in der Beziehung auftretende Proportionalitätsfaktor wird heute als Stefan-Boltzmann-Konstante bezeichnet.

1888 erhielt Boltzmann eine Berufung nach Berlin, die er zunächst annahm, dann aber in einer schwierigen persönlichen Phase ablehnte. Eine Entscheidung, die er zeitlebens bedauerte. 1890 nahm er eine Professur in München an, dann folgte Wien, darauf Leipzig und ab 1902 wieder Wien.

In seinen theoretischen Arbeiten befaßte sich Boltzmann vornehmlich mit der Erklärung der thermodynamischen Eigenschaften der Materie aus ihrer molekularen Struktur. Er leistete Beiträge zur experimentellen und theoretischen Physik sowie zur Mathematik. Von seiner Vielseitigkeit zeugen auch seine Vorlesungen ab 1903/04 über „Philosophie der Natur und Methodologie der Naturwissenschaften“. Boltzmann blieb ein überzeugter Anhänger der Atomistik, die er zeitlebens gegen den heftigen Widerstand ihrer Gegner verteidigte.

Er schied aus dem Leben durch Freitod auf Grund psychischer Probleme.

Auf seinem Grabstein auf dem Wiener Zentralfriedhof ließ Max Planck die von Boltzmann gefundene fundamentale Beziehung der Entropie eingravieren:

S = k log W

S - Entropie k - Boltzmannkonstante W - Wahrscheinlichkeit des Zustandes

Werke (Auswahl)

  • Über die mechanische Bedeutung des zweiten Hauptsatzes der Wärmetheorie (PDF-Datei)
  • Vorlesungen über Gastheorie (PDF-Dateien: Band 1, Band 2)
  • Vorlesungen über die Principe der Mechanik (PDF-Dateien: Band 1, Band 2)
  • Vorlesungen über Maxwells Theorie der Elektricität und des Lichtes (Zwei Bände in einem PDF-Datei)
  • Über die Prinzipien der Mechanik (PDF-Datei)
  • Populäre Schriften (PDF-Datei)
  • Über einige Fragen der kinetischen Gastheorie (PDF-Datei) Für Nicht-VSA-Bewohner nur mit US-Proxy abrufbar!

Literatur

  • Stefan Meyer: Festschrift Ludwig Boltzmann gewidmet zum sechzigsten Geburtstage 20. Februar 1904. Mit einem Portrait, 101 Abbildungen im Text und 2 Tafeln (1904) (PDF-Datei)
  • Carlo Cercignani: Boltzmanns Vermächtnis. Zum hundertsten Todestag von Ludwig Boltzmann (1844 − 1906), in: Physik Journal 5 (2006) Nr. 7 (PDF-Datei)