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路德维希·玻尔兹曼

玻尔兹曼

路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann,1844年2月20日~1906年9月5日,奥地利物理学家,统计物理学的奠基人之一。玻耳兹曼推广了J.C.麦克斯韦的分子运动理论而得到有分子势能的麦克斯韦-玻耳兹曼分布定律。在1872年从更广和更深的非平衡态的分子动力学出发,得到H定理,这是经典分子动力论的基础。其经典名著:《气体理论讲义》。

生平简介

 

玻耳兹曼(1844~1906)Boltzmann,Ludwig   1844 年2月20日生于维也纳,卒于1906年 9月5日意大利杜伊诺。1863年入维也纳大学,于1866年获博士学位,后在维也纳的物理研究所任助理教授。此后历任拉茨、维也纳、慕尼黑和莱比锡等大学的教授。

玻耳兹曼是德裔奥地利物理学家。 1844 年 2 月 20 日 生于 “ 音乐之都 ” 维也纳。父亲是文官;母亲是基督徒。十五岁时父亲病逝,次年弟弟夭折。家庭经济状况极端困难。青少年时代的玻耳兹曼聪明伶俐、志趣广泛,学习成绩始终在班上名列前茅。 1863 年,进入著名的维也纳大学学习物理学和数学专业。大学毕业后,继续攻读博士学位。 1866 年 2 月 6 日 ,不满 22 岁的玻尔兹曼完成了他的博士论文: “ 力学在热力学第二定律中的地位和作用 ” 。在论文中,他利用原子运动轨道闭合的假设,将熵的表示与力学的最小作用原理直接联系起来,试图从纯力学的角度证明热力学第二定律。但他在博士论文中所提出的假设是难以令人置信的;证明也没有得到同行的认可。

路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann,1844年2月20日-1906年9月5日),奥地利物理学家,热力学和统计力学的奠基人之一。

玻尔兹曼1844年出生于奥地利的维也纳,1866年获得维也纳大学博士学位。

玻尔兹曼的贡献主要在热力学和统计物理方面。1869年,他将麦克斯韦速度分布律推广到保守力场作用下的情况,得到了玻尔兹曼分布律。1872年,玻尔兹曼建立了玻尔兹曼方程(又称输运方程),用来描述气体从非平衡态到平衡态过渡的过程。1877年他又提出了著名的玻尔兹曼熵公式

后来普朗克将其改写为

kB称为玻尔兹曼常数。19世纪末期,玻尔兹曼又与斯特藩一起建立了斯特藩-玻尔兹曼定律。

玻尔兹曼后期在与马赫的经验主义和奥斯特瓦尔德的唯能论论战中身心俱疲,于1906年9月5日自杀身亡。他死后被葬在维也纳中央公墓。

 

研究范围

 

玻耳兹曼推广了J.C.麦克斯韦的分子运动理论而得到有分子势能的麦克斯韦-玻耳兹曼分布定律。他进而在1872年从更广和更深的非平衡态的分子动力学出发而引进了分子分布的H函数,从而得到H定理,这是经典分子动力论的基础。从此,宏观的不可逆性、熵S及热力学第二定律就得以用微观几率态数W来说明其统计意义了,特别是他引进玻耳兹曼常量k而得出S=lnW的关系式。他又从热力学原理导得了斯忒藩直接从实验得出的斯忒藩-玻耳兹曼黑体辐射公式u=σT4(u为辐射密度;T为绝对温度;σ为一普适常数)。他大力支持与宣传了麦克斯韦的电磁理论,并测定介质的折射率和相对介电常量与磁导率的关系,证实麦克斯韦的预言。作为一位坚决的唯物论者,玻耳兹曼深信分子与原子的存在而反对以F.W.奥斯特瓦尔德为首而否认原子存在的唯能论者。因孤立感与疾病缠身在意大利杜伊诺自杀。

玻尔兹曼

 

主要贡献

 

1866 年麦克斯韦相继发表了两篇关于气体动力学方面的论文,并计算出了分子速度的麦克斯韦分布律。玻耳兹曼在对热力学第二定律的力学证明遭致失败之后,随即转向研究麦克斯韦的工作领域。经过两年的研究, 1868 年,他在 “ 关于运动质点活力平衡研究 ” 的文章中,把麦克斯韦的气体分子速度分布律从单原子气体推广到多原子乃至用质点系看待分子体系平衡态的情况,把统计学的思想引入分子运动论。因此,他获得了大学任教的资格。 1869 年,受聘于奥地利的格拉茨大学继任马赫的数学物理学讲师职位。

玻耳兹曼通过熵与几率的联系,直接沟通了热力学系统的宏观与微观之间的关联,并对热力学第二定律进行了微观解释。他认为,热力学第二定律所禁止的过程并不是绝对不可能发生的,只是出现的几率极小而已,但仍然是非零的。其经典名著 : 《气体理论讲义》。

玻尔兹曼在维也纳中央公园的墓碑,其中有他最著名的公式

 

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