ลูทวิช บ็อลทซ์มัน

แม่แบบ:ชีวประวัติ ลูทวิช เอดูอาร์ท บ็อลทซ์มัน (แม่แบบ:Langx; 20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1844 – 5 กันยายน ค.ศ. 1906) เป็นนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ผู้มีชื่อเสียงจากการเป็นส่วนหนึ่งของการค้นพบด้านกลศาสตร์สถิติและอุณหพลศาสตร์สถิติ เป็นหนึ่งในบรรดานักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้นทฤษฎีอะตอมในยุคที่แบบจำลองวิทยาศาสตร์ด้านอะตอมยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

งานด้านฟิสิกส์

งานด้านวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดของบ็อลทซ์มันได้แก่ ทฤษฎีจลนศาสตร์ รวมถึงการศึกษาความเร็วของโมเลกุลแก๊สในสมการการกระจายของแมกซ์เวลล์-บ็อลทซ์มัน วิชาสถิติของแมกซ์เวลล์-บ็อลทซ์มันและการกระจายของบ็อลทซ์มันเกี่ยวกับพลังงานยังเป็นพื้นฐานสำคัญของวิชากลศาสตร์สถิติดั้งเดิมอีกด้วย โดยนำไปใช้อธิบายปรากฏการณ์หลายอย่างที่ไม่จำต้องใช้หลักสถิติควอนตัม และทำให้สามารถเข้าใจผลเกี่ยวกับอุณหภูมิได้อย่างลึกซึ้ง

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

พลังค์ได้กล่าวไว้ว่า "บุคคลแรกที่ระบุความสัมพันธ์แบบลอการิทึมระหว่างเอนโทรปีกับความน่าจะเป็น คือ เอ็ล. บ็อลทซ์มัน ในทฤษฎีจลนศาสตร์ของแก๊สของเขา" สมการเอนโทรปี S อันโด่งดังนี้คือ

$S=k\log W$

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

สมการบ็อลทซ์มัน

สมการบ็อลทซ์มัน พัฒนาขึ้นเพื่อพยายามอธิบายพลศาสตร์ของแก๊สอุดมคติ

$\frac{\partial f}{\partial t}+v\frac{\partial f}{\partial x}+\frac{F}{m}\frac{\partial f}{\partial v}=\frac{\partial f}{\partial t}{\frac{}{}|}_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}}$

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

แหล่งข้อมูลอื่น

• แม่แบบ:Cite web
• "Ludwig Boltzmann, แม่แบบ:Webarchive" 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.