Ludwig Boltzmann

Ludwig Boltzmann
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Fecha de nacimiento20 de febrero de 1844
Lugar de nacimientoViena, Bandera de Austria Austria
Fecha de fallecimiento5 de octubre de 1906
Lugar de fallecimientoBahía de Duino, Triestre, Bandera de Austria Austria, actualmente Bandera de Italia Italia
Nacionalidadaustríaca
CampoFísica
InstitucionesUniversidad de Graz
Universidad de Viena
Conocido porser en uno de los fundadores de la mecánica estadística
SociedadesAcademia de Ciencias de Viena
Premios
destacados
Doctor Honoris Causa por la Universidad de Oxford

Ludwig Boltzmann. Físico austríaco, miembro de la Academia de Ciencias de Viena. Sus trabajos principales están consagrados a la teoría de la irradiación, a la teoría cinética de los gases y a la interpretación estadística del segundo principio de la termodinámica. El famoso «teorema H» de Boltzmann (1872), dio explicación –sobre la base de la teoría cinético molecular–, a la ley fundamental de los procesos irreversibles: a la ley del incremento de la entropía. [1]

La fórmula de Boltzmann ligaba la probabilidad del estado de los sistemas termodinámicos a sus entropías. Para superar la concepción idealista de la «muerte térmica» del universo, expuso Boltzmann su hipótesis de fluctuación, según la cual el estado de equilibrio general en el mundo es constante en su totalidad y se altera inevitablemente en algunos sectores por fluctuaciones (desviaciones) gigantescas que conducen a un proceso no equilibrado en el desarrollo de los mundos como tales. En su concepción del mundo, Boltzmann era un materialista convencido, criticó el energetismo y el machismo.[1]

Síntesis biográfica

Nace en el seno de una familia acomodada y heredó cuando aún era joven una pequeña fortuna de su abuelo materno, gracias a lo cual se pudo concentrar en sus estudios a pesar de perder a su padre cuando sólo tenía quince años. La enseñanza media la cursó en Linz, Austria septentrional, a donde su familia se había mudado, y ya en aquellos primeros años de estudiante se puso de manifiesto su curiosidad (estudiaba las plantas y coleccionaba lepidópteras) y su temperamento apasionado al revelarse como un estudiante impaciente y ambicioso.

Estudios universitarios

Durante sus estudios universitarios tuvo como profesores a José Petzval, Anrease von Ettinghausen y Joseph Stefan, entre otros. Durante su ayudantía docente entre 1867 y 1869 colaboró con Joseph Stefan en las investigaciones que llevaba a cabo sobre las pérdidas de energía sufridas por los cuerpos muy calientes. Años después, en 1884, Boltzmann dedujo, a partir de los principios de la termodinámica, la ley empírica de Stefan, formulada en 1879, según la cual la pérdida de energía de un cuerpo radiante es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura superficial, y demostró que ésta sólo se cumplía si el cuerpo radiante era un cuerpo negro.

Labor académica

Entre los años 1869 y 1873 enseñó Física Teórica en la Universidad de Graz y estudió en Heidelberg y Berlín con Bunsen, Kirchhoff y Helmholtz. Después de cuatro años en la Universidad de Graz, en 1873 aceptó la titularidad de una de las cátedras de matemáticas en la Universidad de Viena. Tres años más tarde volvió a Graz, en 1876, como catedrático de Física Experimental, para ese entonces ya había publicado trabajos que le habían hecho bastante conocido tanto entre científicos consagrados como entre jóvenes talentos.

En 1902, Boltzmann volvió a la universidad de Viena para ocupar la cátedra de Física teórica, cargo que ya había ocupado anteriormente desde 1894 hasta 1900 Además, ocupó también la cátedra de Historia y Filosofía de la Ciencia.

Fue un profesor brillante y empático. Sus conferencias sobre la filosofía de la ciencia despertaban tanto interés que incluso el emperador Francisco José le invitó a la corte para que expusiera sus ideas filosóficas sobre la Ciencia, ideas que anticiparon las de filósofos de la Ciencia posteriores como Karl Popper y Thomas Khun.

Desde 1900 fue miembro de la Academia de Ciencias de Francia y también fue Doctor Honoris Causa por la Universidad de Oxford.

Aportes a la ciencia

Fue el primero en combinar métodos estadísticos con leyes deterministas como las de la mecánica newtoniana convirtiéndose así, en uno de los fundadores de la mecánica estadística, labor que realizó independientemente de Willard Gibbs.

Su labor científica estuvo encaminada fundamentalmente a establecer cómo el movimiento de los átomos y su mutua interacción determina las propiedades visibles, macroscópicas, de la materia, tales como presión, viscosidad, conductividad térmica y difusión. Sus trabajos no negaban la vigencia de las leyes de Newton; simplemente era una forma nueva de tratar inmensos conjuntos de partículas.

Fue en la década de 1870 cuando Boltzmann publicó los artículos donde exponía cómo la segunda ley de la termodinámica se puede explicar aplicando las leyes de la mecánica y la teoría de la probabilidad a los movimientos de los átomos. En dichos artículos fue uno de los primeros científicos de la época en reconocer tácitamente la importancia de la teoría electromagnética de Maxwell. Dejó claro el carácter esencialmente estadístico de la segunda ley de la termodinámica, dedujo el teorema de equipartición de la energía (ley de distribución de Maxwell-Boltzmann) y derivó una ecuación para el cambio en la distribución de energía entre los átomos de un sistema debido a las colisiones entre ellos.Al estudiar los gases mediante estos métodos definió una cantidad (la función H de Boltzmann) a partir de la distribución de las velocidades de las moléculas del gas, que siempre disminuía a medida que el estado del sistema evolucionaba en el tiempo; un proceso en el cual esta cantidad aumentara no era posible.

Este enfoque estadístico de la segunda ley de la termodinámica, posteriormente abrió el camino al desarrollo de la termodinámica del no equilibrio y sentó un precedente que catalizó el desarrollo de la mecánica cuántica.

Su trabajo científico estuvo marcado por la disputa que había en la época, entre aquellos que defendían la hipótesis atómica y concedían a los átomos una existencia real y aquellos que, como Wilhem Ostwald y Ernst Mach, negaban su existencia y su papel fundamental en la descripción del mundo físico Los detractores de Boltzmann concluían que su trabajo (fundamentar la termodinámica en la mecánica) no tenía sentido.

Muerte

Durante las vacaciones de 1906, mientras su mujer y su hija nadaban en la bahía de Duino, cerca de Trieste, Boltzmann se suicidó, poco tiempo antes de que empezaran a llegar pruebas y fueran aceptadas sus ideas de forma generalizada, zanjándose definitivamente la disputa entre atomistas y sus opositores.

El compromiso de Boltzmann con la búsqueda de la verdad, y la escasa repercusión que tenía el resultado de esta búsqueda en una sociedad en la que pesaba más la tradición, afectó profundamente a Boltzmann.

Obras más destacadas

  • Vorlesungen über die Maxwell's Theorie der Electricität und des Lichtes (1891)
  • Vorlesungen úber Gaztheorie
  • Escritos populares (1905),
  • Über die Prinzipien der Mechanik (1897)
  • Wissenschaftliche Abhandlungen (1909).

Confirmación de sus ideas

Planck, en 1900, tuvo que utilizar los métodos estadísticos de Boltzmann para poder resolver el problema del espectro del cuerpo negro, resolución que puede ser considerada como el trabajo fundacional de la mecánica cuántica. Además fue quien escribió por primera vez, en la forma en que se conoce actualmente, la relación de proporcionalidad que Boltzmann había establecido entre la entropía de un sistema y el número de formas de ordenación posibles de sus átomos constituyentes: S = K Ln W, donde K es la constante de Boltzmann, W el número de formas de ordenación posibles y S la entropía del sistema.

Planck pasó a ser uno de los más firmes defensores de las ideas de Boltzmann. Pocos meses después de la muerte de éste, Einstein publicó, en 1906, su famoso artículo sobre el movimiento browniano (movimiento aleatorio de partículas diminutas suspendidas en un fluido), en el que utilizó los métodos de la mecánica estadística para explicar dicho movimiento y propuso métodos cuantitativos que contribuirían de forma decisiva a la aceptación de los átomos como entidades con existencia real.

Referencias

  1. 1,0 1,1 Rosental M. y P. Iudin. Diccionario Filosófico. Ediciones Universo, Argentina, 1973, p. 49. Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; el nombre "Diccionario" está definido varias veces con contenidos diferentes

Fuentes