ลูทวิช บ็อลทซ์มัน

ลูทวิช บ็อลทซ์มัน
ลูทวิช บ็อลทซ์มัน
เกิด	20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1844; เวียนนา จักรวรรดิออสเตรีย
เสียชีวิต	กันยายน 5, 1906 (62 ปี); Tybein ตรีเยสเต จักรวรรดิออสเตรีย-ฮังการี (ปัจจุบันอยู่ในประเทศอิตาลี)
สัญชาติ	ออสเตรีย
อาชีพ	นักฟิสิกส์

ลูทวิช เอดูอาร์ท บ็อลทซ์มัน (เยอรมัน: Ludwig Eduard Boltzmann; 20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1844 – 5 กันยายน ค.ศ. 1906) เป็นนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ผู้มีชื่อเสียงจากการเป็นส่วนหนึ่งของการค้นพบด้านกลศาสตร์สถิติและอุณหพลศาสตร์สถิติ เป็นหนึ่งในบรรดานักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้นทฤษฎีอะตอมในยุคที่แบบจำลองวิทยาศาสตร์ด้านอะตอมยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

ประวัติ

งานด้านฟิสิกส์

งานด้านวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดของบ็อลทซ์มันได้แก่ ทฤษฎีจลนศาสตร์ รวมถึงการศึกษาความเร็วของโมเลกุลแก๊สในสมการการกระจายของแมกซ์เวลล์-บ็อลทซ์มัน วิชาสถิติของแมกซ์เวลล์-บ็อลทซ์มันและการกระจายของบ็อลทซ์มันเกี่ยวกับพลังงานยังเป็นพื้นฐานสำคัญของวิชากลศาสตร์สถิติ ดั้งเดิมอีกด้วย โดยนำไปใช้อธิบายปรากฏการณ์หลายอย่างที่ไม่จำต้องใช้หลักสถิติควอนตัม และทำให้สามารถเข้าใจผลเกี่ยวกับอุณหภูมิได้อย่างลึกซึ้ง

โดยมากแล้วการคิดค้นทางฟิสิกส์ไม่สอดคล้องกับความเชื่อของบ็อลทซ์มันเกี่ยวกับความเป็นจริงของอะตอมและโมเลกุล งานที่สอดคล้องกับเขามาจากแมกซ์เวลล์ในสกอตแลนด์ และกิบส์ในสหรัฐอเมริกา กับนักเคมีจำนวนหนึ่งหลังจากการค้นพบของจอห์น ดาลตัน ในปี ค.ศ. 1808 บ็อลทซ์มันต้องต่อสู้โต้เถียงกับบรรณาธิการนิตยสารด้านฟิสิกส์ในเยอรมนีผู้มีชื่อเสียงเป็นเวลายาวนาน เพราะบรรณาธิการผู้นั้นปฏิเสธผลงานของบ็อลทซ์มันที่อ้างอิงถึงอะตอมกับโมเลกุลในลักษณะอื่นที่ไม่สอดคล้องกับโครงสร้างทางทฤษฎีในยุคนั้น แต่หลังจากบ็อลทซ์มันเสียชีวิตไปไม่กี่ปี ผลการศึกษาสารแขวนลอยของแปแร็งได้ยืนยันตัวเลขของค่าอาโวกาโดรและค่าคงที่บ็อลทซ์มัน ทำให้โลกยอมรับว่าอนุภาคเล็กๆ อย่างอะตอมนั้นมีอยู่จริง ๆ

พลังค์ได้กล่าวไว้ว่า "บุคคลแรกที่ระบุความสัมพันธ์แบบลอการิทึมระหว่างเอนโทรปีกับความน่าจะเป็น คือ เอ็ล. บ็อลทซ์มัน ในทฤษฎีจลนศาสตร์ของแก๊สของเขา"^[1] สมการเอนโทรปี S อันโด่งดังนี้คือ^[2]^[3]

S=k\,\log W

โดยที่ $k$ = 1.3806505(24) × 10⁻²³ J K⁻¹ คือค่าคงที่บ็อลทซ์มัน และ log ในที่นี้เป็นลอการิทึมฐานธรรมชาติ (e) $W$ คือ Wahrscheinlichkeit หรือความถี่การเกิด macrostate^[4] หรือกล่าวให้ตรงคือค่าความเป็นไปได้ในการเกิด microstates เมื่อเทียบกับสถานะ macroscopic ของระบบ

สมการบ็อลทซ์มัน

สมการบ็อลทซ์มัน พัฒนาขึ้นเพื่อพยายามอธิบายพลศาสตร์ของแก๊สอุดมคติ

{\frac {\partial f}{\partial t}}+v{\frac {\partial f}{\partial x}}+{\frac {F}{m}}{\frac {\partial f}{\partial v}}={\frac {\partial f}{\partial t}}\left.{\!\!{\frac {}{}}}\right|_{\mathrm {collision} }

โดยที่ $f$ หมายถึงฟังก์ชันการกระจายตัวของตำแหน่งอนุภาคเดี่ยวกับโมเมนตัม ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง (ดูใน การกระจายของแมกซ์เวลล์-บ็อลทซ์มัน) $F$ คือแรงที่กระทำ $m$ คือมวลของอนุภาค $t$ คือเวลา และ $v$ คือความเร็วเฉลี่ยของอนุภาค

อ้างอิง

↑ Planck, Max (1914). The Theory of Heat Radiation. P. Blakiston Son & Co. English translation by Morton Masius of the 2nd ed. of Waermestrahlung. Reprinted by Dover (1959) & (1991), p. 119. ISBN 0-486-66811-8
↑ หลักการของเอนโทรปีเกิดมาจากรูด็อล์ฟ เคลาซีอุส ในปี ค.ศ. 1865 เขาเป็นผู้แรกที่กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์โดยกล่าวว่า "เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นเสมอ"
↑ อีกหลักการหนึ่งมาจากการให้คำนิยาม information entropy ของคล็อด แชนนอน ในปี ค.ศ. 1948 [1] เก็บถาวร 1998-01-31 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน ซึ่งเดิมตั้งใจจะประยุกต์ใช้กับทฤษฎีด้านการสื่อสาร แต่ก็สามารถใช้ได้กับทุกแขนง เมื่อลดรูปสามารถเข้ากันกับสมการของบ็อลทซ์มัน เมื่อความเป็นไปได้ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน ความพิเศษของหลักการนี้อยู่ที่มันสามารถให้ผลลัพธ์ทันทีโดยไม่ต้องอาศัยแฟกทอเรียลหรือการประมาณของสเตอร์ลิง รูปแบบสมการอย่างง่ายพบได้ในผลงานของบ็อลทซ์มันและคล้ายคลึงกับทฤษฎี H ในกลศาสตร์ควอนตัมของกิ๊บส์อย่างยิ่ง
↑ Pauli, Wolfgang (1973). Statistical Mechanics. Cambridge: MIT Press. ISBN 0-262-66035-0., p. 21

แหล่งข้อมูลอื่น

Uffink, Jos (2004). "Boltzmann's Work in Statistical Physics". Stanford Encyclopedia of Philosophy. สืบค้นเมื่อ 2007-06-11.
"Ludwig Boltzmann, เก็บถาวร 2008-09-29 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน" Universität Wien (German).
Ruth Lewin Sime, Lise Meitner: A Life in Physics Chapter One: Girlhood in Vienna gives Lise Meitner's account of Boltzmann's teaching and career.
Cohen, E.G.D., 1996, "Boltzmann and Statistical Mechanics."
Eftekhari, Ali, "Ludwig Boltzmann (1844-1906)." Discusses Boltzmann's philosophical opinions, with numerous quotes.

บทความชีวประวัตินี้ยังเป็นโครง คุณสามารถช่วยวิกิพีเดียได้โดยการเพิ่มเติมข้อมูล

[1] Planck, Max (1914). The Theory of Heat Radiation. P. Blakiston Son & Co. English translation by Morton Masius of the 2nd ed. of Waermestrahlung. Reprinted by Dover (1959) & (1991), p. 119. ISBN 0-486-66811-8

[2] หลักการของเอนโทรปีเกิดมาจากรูด็อล์ฟ เคลาซีอุส ในปี ค.ศ. 1865 เขาเป็นผู้แรกที่กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์โดยกล่าวว่า "เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นเสมอ"

[3] อีกหลักการหนึ่งมาจากการให้คำนิยาม information entropy ของคล็อด แชนนอน ในปี ค.ศ. 1948 [1] เก็บถาวร 1998-01-31 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน ซึ่งเดิมตั้งใจจะประยุกต์ใช้กับทฤษฎีด้านการสื่อสาร แต่ก็สามารถใช้ได้กับทุกแขนง เมื่อลดรูปสามารถเข้ากันกับสมการของบ็อลทซ์มัน เมื่อความเป็นไปได้ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน ความพิเศษของหลักการนี้อยู่ที่มันสามารถให้ผลลัพธ์ทันทีโดยไม่ต้องอาศัยแฟกทอเรียลหรือการประมาณของสเตอร์ลิง รูปแบบสมการอย่างง่ายพบได้ในผลงานของบ็อลทซ์มันและคล้ายคลึงกับทฤษฎี H ในกลศาสตร์ควอนตัมของกิ๊บส์อย่างยิ่ง

[4] Pauli, Wolfgang (1973). Statistical Mechanics. Cambridge: MIT Press. ISBN 0-262-66035-0., p. 21

[1]

[2]

[3]

[4]