لودفيغ بولتزمان

لودفيغ إدوارد بولتزمان (20 فبراير، 1844 – 5 سبتمبر، 1906) كان فيزيائيا وفيلسوفا نمساوي.

درس بولتزمان الفيزياء في فيينا وأصبح عام 1867 مساعدا لدى جوزيف ستيفان في الجامعة. تحصل عام 1869 على الأستاذية في الفيزياء النظرية في غراتس. أصبح عام 1892 عضواً في أكاديمية بافاريا للعلوم

سيرة حياته

نشأ بولتزمان في عائلة فقيرة كانت بالكاد تتدبر معاشها فنشأ وترعرع في مدينة فيينا في النمسا حيث كان منذ صغره يعشق الموسيقى وكان يرفض اللعب مع الأطفال لأنه كان يظن إن الأطفال جميعهم اغبياء فكان مترفع عن اللعب مع الاطفال درس الابتدائية في مدرسة صغيرة تدعى مدرسة هارفي كان بولتزمان لايقتنع بما يتعلمه في الابتدائية وحتى انتقل إلى الثانوية كان يبهر أصدقائه الطلاب في الثانوية بما يمتلكه من ذكاء وحتى ابهر المدرسين واشتهر قول اطلق عليه أحد المدرسين في الثانوية [ هذا الطالب فاق عمره ب ثلاث اضعاف] وحين بلغ ال 18 كان اقترح على أحد مدرسيه قانوناً صغيراً في الفيزياء وحين تخرج دخل إلى جامعة ميونخ ودرس علم الفيزياء بعدها دخل الأكاديمية النمساوية في العلوم وغيرها من الأكاديمية وساهم في الفيزياء الحديثة حيث أيد آينيشتاين في نظريته ودعمها.

معادلات في عهده

$S=k{\log }_{e}W$

حيث: $k$ = 1.3806505(24) × 10⁻²³ جول درجة حرارة مطلقة هو ثابت بولتزمان, و لوغاريتم تم اشتقاقه من العدد النيبري $e$. $W$ هي الاحتمالية, تردد وقوع الحادثة.

$W=N!/\prod _i{N}_i!$

معادلة بولتزمان

<math> \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} </math>

حيث$f$ دالة التوزيع لموقع وكمية تحرك جسيم منفرد, $F$ هي القوة, $m$ كتلة الجسيم, $t$الزمن و $v$ متوسط سرعة الجسيم.

إسهامات لودفيك بولتزمان في إدراكه للانتزوبيا

مثلت الانتروبيا شيئا كبيراً في حياة الفيزيائي النمساوي لودفيك بولتزمان. فقد أعد معادلة الانتروبيا لتكون محفورة على قبره. وعلى الرغم من أنه لم يستحدث الفكرة أو المصطلح (فقد قام الألماني رودولف كلاوسيوس بذلك عام ١٨٥٠)، فإنه أعطانا مفهوما جديد لها.

الانتروبيا هي مقياس الفوضى أو مقياس نقص المعلومات. تذكر لوحة ليوناردو دافنشي الشهيرة "العشاء الأخير" التي تم رسمها على جدار حجرة الطعام في أحد أديرة ميلانو في إيطاليا. فعندما أكمل هذه اللوحة الجصية لأول مرة، كانت مليئة بالمعلومات، حيث تم وضع كل سنتيمتر من الألوان في ترتيب دقيق. ومع الأسف، تعرضت تلك اللوحة للتلف بشكل سيئ عبر السنين؛ فقد فقدت كثيراً من التفاصيل الآن وبهتت الألوان بها، كما اختفى الترتيب والمعلومات، وزادت الفوضى. وفي النهاية ربما تختفى هذه اللوحة كلية، مخلفة وراءها جدار خاليا، ليست عليه أية معلومات أو ترتيب، وبذلك تكون الانتروبيا قد وصلت إلى حدها الأقصى.

بفرض أن اللوحة كانت في الأصل مكونة من ملايين الأجزاء المنفصلة، فإنه كان من الممكن بداية أن تكون هناك طريقة واحدة فقط لترتيب الأجزاء حتى تبدو اللوحة صحيحة: حيث إن كل جزء كان من الممكن أن يختلف عن الآخر. كذلك، كان النظام سيبدو في حالة جيدة، وكانت نسبة الانتروبيا ستقل. وعندما تبهت ألوان تلك الأجزاء، كانت ستبدو جميعها متشابهة، وكان ومن الممكن أن تتبادل أماكنها مع بعضها البعض دون أن يتغير شكل اللوحة. أما الآن، فقد أصبح لدينا كثير من "الأوضاع"؛ حيث تزايدت الانتروبيا حتى وصلت إلى أقصى حد لها عندما أصبح الجدار خاليا وأصبحت جميع الأجزاء وقتها متماثلة. ومن الممكن ترتيب الأجزاء تقريبا بعدد لانهائي من الطرق، تاركة شكل الجدار كما هو. وفي لغة بولتزمان، هناك عدد كبير من "الأوضاع المتاحة" حيث تعكس معدلات الانتروبيا العالية في "ترتيب" الأجزاء تلك الأوضاع.

إن ما نتخيله قد حدث للوحة العشاء الأخير يحدث في العالم الطبيعي فعليا. فاختفاء النظام وفقدان المعلومات يحدث دائما. وتبدو الزيادة في معدلات الانتروبيا كما لو كانت عالمية - على الأقل في المفهوم العام - كما تتجه النظم الفيزيائية نحو انتظام الحرارة (التوازن الحراري). وتختفي الاختلافات وتنحدر المعلومات الثابتة. وتزداد الانتروبيا لا محالة؛ وبالتالي، يزداد خطر "الموت الحرارى للكون" (١٨٥٤).

قامت شخصيات قوية من العلماء الألمان بالسخرية من هذه الأفكار وشكل هذا الهجوم ضغط على بولتزمان فضلاً عن مرضه، مما أدى به إلى أن يشنق نفسه في عام ١٩٠٦ عندما كان يقضي إجازته. ويحمل قبره في مدينة فيينا معادلة الانتروبيا، حيث تم وضعها في ذلك المكان الذي بدأت فيه الانتروبيا الخاصة به في الزيادة.