Людвиг Больцман: почему путь к научной славе привел к погружению в депрессию?

Признаюсь, при подготовке материала о Л. Больцмане сталкиваешься с невероятной сложностью его работ, которые очень трудны для нашего обыденного понимания. Чтобы понять их, требуется изобретательность сознания и немалый полет фантазии.

И все же фигура Людвига является одной из самых загадочных в истории мировой научной мысли, тем интереснее изучать его научное наследие и биографию. Я решил отметить основные научные достижения ученого и знаменательные факты его биографии.

Людвиг Больцман сделал открытие: Вселенная в конечном итоге погибнет от холода. На основании первых двух законов термодинамики во Вселенной происходит постоянный рост энтропии (мера беспорядка или хаоса во Вселенной, характеризуется отношением тепла к температуре), что приводит к уменьшению полезной работы и в конечном счете к ее полному охлаждению и смерти.

Но возникает вопрос: а что же будет на ее месте, ведь природа не терпит пустоты?

Вторая заслуга Больцмана — это его атомная теория. Он рассматривал теплоту в газах как движение атомов и молекул, обладающих механической природой взаимодействия. В противоположность ему философ Эрнст Мах рассматривал тепловое движение в газах как результат энергетического обмена и выдвинул энергетическую теорию.

Третья заслуга Больцмана заключается в следующем: он вывел на основе статистики состояния молекул в газах, что энергия излучения может принимать дискретные значения (т.е. прерывность, раздельность, сочлененность значений). На основании этого факта немецкий физик М. Планк открыл постоянную h, или так называемую постоянную Планка, которая символизировала рождение квантовой механики.

В своей великой статье 1877 года Больцман открывает статистическую физику, где он один из первых применяет подходы теории вероятностей и обобщает свои достижения в области физики.

А теперь обратимся к биографии Больцмана. Родился Людвиг Эдуард Больцман 20 февраля 1844 года в Вене. Несмотря на то что Европу через четыре года накроет череда революций, детство физика прошло в защищенной обстановке. Его родители — Катарина Пауэрнфайнд и Людвиг Георг Больцман — были состоятельными людьми и смогли обеспечить великое будущее сына.

Стоит отметить, что будущий великий ученый был первым в классе, с ранней юности обладал большими способностями к физике и математике. Кроме того он на всю жизнь сохранил страсть к музыке, зоологии и ботанике.

Научная карьера Больцмана развивалась более чем динамично. В 1863 году он сдает экзамен в Венский университет, а уже в 1867-м получает должность приват-доктора. В 1872-м публикует уравнение, носящее его имя, и дает математическое обоснование распределения великого английского физика Максвелла, которое получает название распределения Максвелла-Больцмана. В 1873-м принимает кафедру математики Венского университета, а в 1878-м назначается деканом Грацского университета, а через три года ректором.

В 1876 году заключает брак с Генриеттой фон Айгентлер. Супруги имели пятеро детей. Но в 1889 году умирает его сын Людвиг Хуго, и это событие оказало самое отрицательное влияние на ученого. Он впал в большую депрессию. Больцман также стал испытывать перепады настроения, когда эйфория сменялась тяжелой депрессией. Здоровье великого ученого оказалось подорванным и из-за постоянных дискуссий с Махом о существовании атомов, обострив депрессию, в которую он погрузился после смерти сына. В итоге 5 сентября 1906 года он кончает жизнь самоубийством, находясь на отдыхе в Дуино, Италия.

Биография Больцмана хранит немало тайн. Это касается его спора с Цермело, который остается неразрешенным и сегодня. (Немецкий физик Эрнст Церемело внес большой вклад в теорию множеств.) Больцман говорил о том, что величина H — энтропия — с отрицательным значением всегда уменьшается, а Цермело о том, что произойдет возвращение к изначальной энтропии.

На могиле австрийца Людвига Больцмана была выгравирована формула S=klogW. Здесь энтропия S увеличивается, по мере того как увеличивается W (число микросостояний молекул), а k — постоянная, которая равна 1,38×10 (в минус 23-й) Дж/К.

Таков был путь великого физика…