Ludwig Boltzmann para niños
Datos para niños Ludwig Boltzmann |
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| Información personal | ||
| Nombre de nacimiento | Ludwig Eduard Boltzmann | |
| Nacimiento | 20 de febrero de 1844 Viena - Imperio austríaco |
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| Fallecimiento | 5 de septiembre de 1906.svg){kind=small} Duino - Reino de Italia |
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| Sepultura | Cementerio central de Viena | |
| Residencia | Imperio austríaco | |
| Nacionalidad | Austriaca | |
| Familia | ||
| Cónyuge | Henriette Boltzmann | |
| Educación | ||
| Educación | doctor en Filosofía | |
| Educado en | Universidad de Viena | |
| Supervisor doctoral | Josef Stefan | |
| Información profesional | ||
| Área | Física, estadística | |
| Conocido por | Plantar las bases de la teoría Cuántica de la materia e introducir la constante de Boltzmann | |
| Empleador | Universidad de Viena | |
| Estudiantes doctorales | Paul Ehrenfest Philipp Frank Gustav Herglotz Franc Hočevar Ignacij Klemenčič Lise Meitner |
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| Alumnos | Paul Ehrenfest y Marian Smoluchowski | |
| Obras notables |
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| Distinciones |
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| Firma | ||
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Ludwig Eduard Boltzmann (nacido en Viena, el 20 de febrero de 1844, y fallecido en Duino, el 5 de septiembre de 1906) fue un físico austríaco muy importante. Es conocido por ser uno de los fundadores de la mecánica estadística.
A él se le debe el nombre de la constante de Boltzmann, un concepto clave en la termodinámica. También encontró una forma matemática de explicar la entropía usando la probabilidad. Esto ayudó a entender la relación entre cómo se ve la materia a gran escala y cómo se comportan sus partículas más pequeñas.
Falleció en 1906. Aunque las razones no están del todo claras, se cree que la falta de reconocimiento a sus ideas en ese momento pudo haber influido. Poco después de su fallecimiento, se demostró que sus ideas eran correctas. Esto ayudó a resolver una gran discusión entre los científicos que creían en los átomos y los que no.
Contenido
¿Quién fue Ludwig Boltzmann?
Ludwig Boltzmann nació en Viena, que en ese tiempo era parte del Imperio austrohúngaro. Su familia tenía una buena posición económica. Estudió en la ciudad de Linz y obtuvo su doctorado en la Universidad de Viena en 1866. Al año siguiente, trabajó como ayudante de Josef Stefan, quien fue su director de tesis.
Inicios de su carrera
En 1869, Boltzmann se convirtió en profesor de física en Graz. Después, se mudó a Heidelberg y a Berlín. En estos lugares, tuvo la oportunidad de estudiar con científicos famosos como Bunsen, Kirchhoff y Helmholtz.
En 1873, aceptó un puesto como profesor de matemáticas en Viena. Sin embargo, en 1876 regresó a Graz como catedrático (profesor principal). Para entonces, ya era reconocido por la comunidad científica. Esto se debía a su trabajo en 1871 sobre la estadística de Maxwell-Boltzmann. Esta estadística describe cómo se mueven las moléculas de un gas. Sus contribuciones a la teoría cinética de gases fueron muy importantes para el desarrollo de muchas áreas de la física.
Su trabajo como profesor
En 1894, Boltzmann volvió a la Universidad de Viena como profesor de física teórica. Esto ocurrió después de la muerte de Josef Stefan. Al año siguiente, Ernst Mach se unió a la universidad como profesor de historia de la ciencia y filosofía de la ciencia. Mach no estaba de acuerdo con las ideas de Boltzmann.
Debido a su desacuerdo con Mach, Boltzmann se fue a Leipzig en 1900, donde conoció a Wilhelm Ostwald. En 1901, Mach dejó la Universidad de Viena por problemas de salud. Esto permitió a Boltzmann regresar en 1902. Esta vez, no solo recuperó su cátedra de física, sino que también tomó la cátedra de Mach. En 1904, visitó Estados Unidos para la Feria Mundial de Saint Louis.
La hipótesis de los átomos y la comunidad científica
El trabajo científico de Boltzmann se desarrolló en un momento de gran debate. Algunos científicos creían que los átomos existían de verdad y eran la base de toda la materia. Otros, como Wilhem Ostwald y Ernst Mach, negaban su existencia.
Mucho antes de Boltzmann, ya se había hablado de los átomos. Por ejemplo, Bernoulli había relacionado la presión de un gas con la velocidad de sus moléculas en 1738. También se habían desarrollado la estadística y la probabilidad. Pero Boltzmann fue el primero en combinar las herramientas estadísticas con las leyes de la mecánica de Newton. Por eso, se le considera uno de los fundadores de la mecánica estadística.
El movimiento de los átomos y las propiedades de la materia
El objetivo principal del trabajo de Boltzmann era explicar cómo el movimiento y la interacción de los átomos determinan las propiedades que podemos ver de la materia. Por ejemplo, cómo afectan a la presión, la viscosidad o la forma en que el calor se mueve. Su trabajo no contradecía las leyes de Newton. Simplemente, ofrecía una nueva forma de estudiar grandes grupos de partículas.
Muchos de sus colegas no entendieron bien esto. Les costaba aceptar que leyes fundamentales de la naturaleza, como el segundo principio de la termodinámica, pudieran explicarse con la estadística. Esto parecía quitarles su carácter completamente predecible.
En la década de 1870, Boltzmann publicó artículos donde explicaba cómo la segunda ley de la termodinámica podía entenderse aplicando las leyes de la mecánica y la probabilidad al movimiento de los átomos. Fue uno de los primeros en reconocer la importancia de la teoría electromagnética de James Maxwell. Boltzmann demostró que la segunda ley de la termodinámica es de naturaleza estadística. También dedujo la ley de distribución de Maxwell-Boltzmann y una ecuación para cómo cambia la energía entre los átomos de un sistema cuando chocan.
La termodinámica y el enfoque estadístico
En la época de Boltzmann, la termodinámica era una ciencia avanzada para estudiar el intercambio de energía. Pero Boltzmann, en lugar de ver los sistemas como algo general, los imaginaba formados por millones de átomos diminutos. Creía que el movimiento de cada átomo seguía las leyes de Newton, y que el comportamiento de todo el conjunto podía predecirse usando métodos estadísticos.
Al estudiar los gases con estos métodos, Boltzmann definió una cantidad (la función H de Boltzmann). Esta cantidad siempre disminuía a medida que el sistema cambiaba con el tiempo. Un proceso en el que esta cantidad aumentara no era posible. Sin embargo, Henri Poincaré había demostrado que un sistema mecánico siempre volvería a su estado inicial tarde o temprano. Esto significaba que los sistemas mecánicos podían evolucionar sin las restricciones de la entropía.
Los críticos de Boltzmann decían que su trabajo no tenía sentido. Pero Boltzmann respondía que su trabajo demostraba que la segunda ley de la termodinámica, la de la entropía, era una ley estadística. Como en toda estadística, podía haber pequeñas variaciones. La razón por la que no vemos una violación de esta ley a gran escala es que es extremadamente improbable que trillones de partículas se muevan al mismo tiempo de una manera que la contradiga.
Este enfoque estadístico no fue popular al principio. Muchos científicos consideraban las leyes de la termodinámica como reglas absolutas. Pero con el tiempo, este enfoque demostró ser muy útil. Abrió el camino para el desarrollo de la termodinámica del no equilibrio y fue clave para la mecánica cuántica.
En 1891, en una conferencia, Wilhelm Ostwald y Max Planck intentaron convencer a Boltzmann de que los métodos termodinámicos eran mejores que los que usaban átomos. Boltzmann respondió: "No veo ninguna razón por la que la energía no deba ser considerada también como dividida atómicamente".
Esta idea anticipó uno de los principios básicos de la física cuántica: que los sistemas intercambian energía en "paquetes" discretos, no de forma continua. En 1900, Max Planck tuvo que usar los métodos estadísticos de Boltzmann para resolver el problema del espectro del cuerpo negro. Este trabajo se considera el inicio de la mecánica cuántica. Fue Planck quien escribió la famosa fórmula que Boltzmann había establecido: S = K Ln W. Aquí, K es la constante de Boltzmann, W es el número de formas posibles de ordenar los átomos, y S es la entropía del sistema.
Planck se convirtió en un gran defensor de las ideas de Boltzmann. Pocos meses después de la muerte de Boltzmann, Albert Einstein publicó en 1906 su famoso artículo sobre el movimiento browniano. En él, usó los métodos de la mecánica estadística para explicar este movimiento. Sus ideas ayudaron mucho a que los científicos aceptaran que los átomos realmente existían.
Boltzmann falleció en 1906, durante unas vacaciones en Duino, cerca de Trieste. El motivo de su fallecimiento no está muy claro. Sin embargo, sus biógrafos sugieren que el rechazo de sus ideas por parte de la comunidad científica pudo haberle afectado. La fuerte oposición a su trabajo, especialmente por parte de Wilhelm Ostwald, pudo haberle causado un gran malestar.
Dos años después de su fallecimiento, varios descubrimientos confirmaron su teoría. Los trabajos de Jean Perrin sobre las suspensiones coloidales (1908-1909) confirmaron los valores del número de Avogadro y la constante de Boltzmann. Esto convenció a la comunidad científica de la existencia de los átomos.
En la tumba de Boltzmann, en el Zentralfriedhof (el cementerio central de Viena), está grabada la ecuación que describe la entropía:
Contribuciones importantes
Boltzmann fue pionero en aplicar métodos de probabilidad a la mecánica. Esto le permitió dar una base teórica a las leyes de la termodinámica. También abrió el camino para el desarrollo de la termodinámica del "no equilibrio".
Su forma de pensar como teórico fue muy destacada. Se considera que su figura fue crucial para la física a principios del siglo XX. La visión científica de Boltzmann, que daba mucha importancia a las matemáticas, fue valorada por muchos pensadores. Entre ellos, el historiador Ernst Cassirer, quien lo apreció mucho en sus obras.
Más recientemente, Stephen Toulmin también ha resaltado su importancia. Boltzmann señalaba que existía un "fenomenismo matemático" esencial. Esto era diferente del "fenomenismo general" de su oponente Mach, quien no creía en una idea unificada de la naturaleza.
Reconocimientos
- La Constante de Boltzmann lleva su nombre en honor a su trabajo científico.
- El cráter lunar Boltzmann también fue nombrado en su honor.
- El asteroide (24712) Boltzmann lleva su nombre.
Véase también
En inglés: Ludwig Boltzmann Facts for Kids
