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墓志铭和墓地:统计力学创始人、物理学家玻尔兹曼

时间:2020-10-18 15:55:24    来源:
在奥地利首府维也纳中央墓地,统计力学创始人、物理学家玻尔兹曼长眠于此
在他的墓地上有一尊半身雕像,雕像下部写的是“路德维希·玻尔兹曼,1844-196,.在雕像的上部刻有一个物理学公式:
S=klogw
 
这个公式就是物理学中说明热力学第二定
律的“玻尔兹曼熵公式”,式中S表示熵,k是
玻尔兹曼常数,W是被研究系统无序性的程度。
这个公式是玻尔兹曼成为统计力学创始人的颠
峰之作,也是导致他英年早逝的重要原因。在某
种程度上我们完全可以说,玻尔兹曼将自己的
一生完全奉献给了这个公式,最后还为它殉葬
这似乎有点离奇,但事实告诉我们的确是
这样
玻尔兹曼的公式沟通了热力学系统里宏观
与傲观之间的关联,并对热力学第二定律作出
 
了卓越的解释:热力学第二定律仅仅说明,如果没有外界的干涉,一个孤立的系
只会越来越混乱,越来越无序。这就像懒人的房间,如果没有人替他收拾打
间里就会越来越混乱,决不会自然而然地变得整齐有序起来。
玻尔兹曼的这种解释要以分子运动论作为基石,用公式表示就是S=m0
虽然现在已经证明,这个公式是物理学重要基石之一,但在19世纪和20世纪之交
原子和分子的存在还没有被所有科学家接受。例如德国著名化学家奥斯特瓦尔德
奥地利物理学家、哲学家马赫等实证主义首领们就认为,原子、分子学说是“相
的假说”,既不是直接来自经验,又推不出可以用实验直接验证的结论,因此应
扫荡之列。于是以玻尔兹曼为首的原子、分子论学派,与实证主义一派展开了一
旷日持久的论战。这场论战在1895年德国自然科学家协会第67届年会上达到了最
高潮。由于激烈的争论和紧张的工作,玻尔兹曼的身体和心理受到了严重的损害
他在1898年的著作中写道:“我意识到我只是一个软弱无力地与时代潮流抗争的
玻尔兹曼患气喘已有多年,夜里饱受气喘病的折磨;孤军奋战的学术纷争,让
他心力交瘁,得了抑郁症。1905年的秋天,玻尔兹曼曾经到慕尼黑附近一家精神
病院住了几天,但很快又回到了维也纳。据他的一个学生说:“玻尔兹曼在1905年
到1906年的冬季学期,神经上的疾病使他不能继续他的教学活动。……在一次考
试结束时,我们听道了他在前厅令人肠断的呻吟声。”
1906年春天,玻尔兹曼的身体有了好转,
 
 
在6月8日居然兴致勃勃地一个人乘车又乘船地到美国加利福尼亚的几个大学访间和讲学。回到果地利以后他还写了一篇幽默优美的游记《个德国教授的黄金国之行》。整篇文章除了有一个地方表示了他与马赫、奥斯特瓦尔德的争论感到苦以外,可以看到这次学术旅行使他十分愉快尤其文章的结尾写得十分感人:“在回航途中,天气出奇地好,船上食物也不错,我的胃口大开,几乎没喝一点水,喝的全是高级的鲁德塞姆葡萄和很少一点啤酒。最妙的是即使你喝多了酒老萨不稳,别人也会归因于轮船的摇晃。
 
从不来梅到了维也纳后,我又乘马车回了家。这次远行给我带来了许多乐趣:秀美加里福利亚、壮丽的沙斯塔山( Mount shasta)、神奇的黄石…,但是最美好的时光还是到家的那一瞬间。”同事们都为他走出忧郁、心情愉快而高兴、而庆贺。
 
但是,似乎维也纳对他有某种“场效应”,回来后不久他又重新陷入以前的痛苦和同之中
 
1906年9月初,玻尔兹曼终于决定满足妻子亨莉埃一个多年的愿望,到意大利里亚斯特一个海滨小镇杜伊诺度假。度假期间,趁家人不备,玻尔兹曼用窗帘横杆上的一段绳子结束了自己的生命。谁也没有想到的悲剧就这样突然发生了。至于自杀的地点,多半是在旅馆的房间里,但有一位数学家莫斯藤说,玻尔兹曼在杜伊的教堂里自杀的。
 
 
玻尔兹曼的自杀引起了科学界的震惊。奥地利诗人里尔克曾在杜伊诺多次流连,还写过一首《杜伊诺哀歌》,诗中写道
 
<em>看来,英雄依旧,即使他的死亡
也不过是继续生存的托辞,一种终极的出生。
然而爱人被精疲力竭的自然
召回自己的怀抱,尽管这样的创造力
却再也不能重新施展。</em>
 
最令人扼腕叹息的是,玻尔兹曼死后不久,爱因斯坦就提出了明确的实验证据证实了原子、分子的存在,因而统计力学以及玻尔兹曼那著名的公式S=klogw获得了全面的胜利。两年以后,奥斯特瓦尔德也公开承认了自己的错误,赞扬玻尔曼的成就。著名科学史家亚伯拉罕·派斯撰文说:“统计力学建立了一座通向2世纪物理学的至关重要的桥梁。这一发展是19世纪物理学理论最伟大的进步之它主要归功于玻尔兹曼。”
 
为了纪念玻尔兹曼对气体分子运动论和熵学说的贡献,人们在其墓碑上刻下了一个公式:S= klogw
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