Ludwig Boltzmann

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Ludwig Boltzmann

Grabmal auf dem Wiener Zentralfriedhof

Boltzmanns Bild in der Dibner-Kollektion

Ludwig Boltzmann (* 20. Februar 1844 in Linz; † 5. September 1906 in Duino bei Triest) war ein österreichischer Physiker und Philosoph.

Leben und Werk

Boltzmanns Vater, ein Steuerbeamter, starb an Tuberkulose, als der Sohn Ludwig erst 15 Jahre alt war, sein Bruder starb als Halbwüchsiger und auch seine Schwester bereits als junge Frau. Ludwig Boltzmann hatte am Linzer Gymnasium stets Vorzugsnoten, sein Klavierlehrer war Anton Bruckner. Nach der Matura studierte er in Wien und wurde 1867 Assistent an der dortigen Universität bei Josef Stefan. 1869 nahm er eine Professur für Theoretische Physik in Graz an. Nach Aufenthalten an den Universitäten München, Wien und Leipzig übernahm er schließlich 1895 den verwaisten Lehrstuhl von Josef Stefan in Wien. 1891 wurde er Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.

Das Lebenswerk Boltzmanns war die Neuaufstellung der Thermodynamik. Dabei begründete er mit James Clerk Maxwell die Statistische Mechanik (Boltzmann-Statistik) und deutete die Entropie als eine mikroskopische Größe (s.u.).

Boltzmann war ein Verfechter der atomistischen Vorstellung. Er hatte dabei zahlreiche Fachgenossen seiner Zeit als Gegner, unter ihnen Wilhelm Ostwald und Max Planck. Dieser griff jedoch bei seinem Planckschen Strahlungsgesetz auf die Vorstellungen Boltzmanns zurück. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz (die ausgestrahlte Leistung ist der 4. Potenz der absoluten Temperatur proportional) ist ein Sonderfall des Planckschen Gesetzes.

Ab 1870 beschäftigte sich Boltzmann auch mit Problemen der Luftfahrt; so interessierten ihn auch die Flugversuche von Otto Lilienthal.

1876 heiratete er Henriette von Aigentler (1854-1938). Sie hatten gemeinsam fünf Kinder, von denen vier zwischen 1878 und 1884 in Graz zur Welt kamen. Die jüngste Tochter wurde 1891 in München geboren. Seine wissenschaftlich fruchtbarste Zeit verbrachte er in Graz und auch seine menschlich glücklichste. Er musizierte, betrieb Sport und war ein treusorgender Familienvater, der jedoch einen seiner Söhne durch eine Blinddarmentzündung verlor. Boltzmann konnte mit beißender Ironie seine Mitmenschen traktieren, wurde jedoch als Mensch mit eigentlich gütigem Wesen beschrieben. Er liebte die Musik und spielte sehr gut Klavier. Seine letzten Lebensjahre waren durch ein körperliches Leiden geprägt, das schließlich während eines Sommeraufenthalts mit seiner Familie im Suizid endete: Boltzmann erhängte sich am Fensterkreuz eines Kurhotels im italienischen Duino. Auf seinem Grabstein auf dem Wiener Zentralfriedhof ist die von ihm gefundene fundamentale Beziehung eingraviert:

$S=k\,\log W\,.$

In anderer Schreibweise:

$S=k_{\mathrm {B} }\,\ln \Omega \,.$

Die Entropie $S$ eines Makrozustandes ist proportional dem natürlichen Logarithmus der Zahl $\Omega$ der entsprechend möglichen Mikrozustände, bzw. die Entropie eines Makrozustandes ist proportional dem Maß seiner „Unordnung“. Die Proportionalitätskonstante ist Boltzmann zu Ehren Boltzmann-Konstante $k_{\mathrm {B} }$ genannt worden und erstmals explizit von Max Planck eingeführt worden; sie ist universal gültig und hat die Dimension Energie/Temperatur.

Eine Entropiezunahme entspricht einem Übergang in einen Makrozustand mit einer größeren Zahl möglicher Mikrozustände. In einem abgeschlossenen (isolierten) System nimmt die Entropie stets zu.

Folgende Eponyme leiten sich von Ludwig Boltzmann ab: Boltzmann-Konstante, Boltzmann-Faktor, Boltzmann-Gleichung, Boltzmann-Maschine, Maxwell-Boltzmann-Verteilung, die Lattice-Boltzmann-Methode zur numerischen Strömungssimulation und die Ludwig Boltzmann Gesellschaft.

Dies und Das

Ludwig Boltzmann wurde in Alfred Besters Zeitreise-Kurzgeschichte Die Mörder Mohammeds ein literarisches Denkmal gesetzt.

Boltzmanns Leitspruch war:

Bring vor, was wahr ist;

schreib so, dass es klar ist.

Und verficht's, bis es mit dir gar ist!

Werke (Auswahl)

• Einige allgemeine Sätze über Wärmegleichgewicht, Wiener Berichte, 63: 679–711 (1871)
• Weitere Studien über das Wärmegleichgewicht unter Gasmolekülen, Wien. Ber. 66, 275-370 (1872)
• Über die Beziehung zwischen dem zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie und der Wahrscheinlichkeitsrechnung respektive den Sätzen über das Wärmegleichgewicht, Wien. Ber. 76, 373-435 (1877)
• Über einige Fragen der Kinetische Gastheorie, Wiener Berichte, 96: 891–918 (1887)

Literatur

• Carlo Cercignani: Ludwig Boltzmann - The Man Who Trusted Atoms, Oxford University Press, Oxford/New York/Melbourne 1998.
• Manfred Jacobi: Ludwig Boltzmann (1844 - 1906). Naturwissenschaftliche Rundschau 59(10), S. 540 - 546 (2006), ISSN 0028-1050
• K. Rumpf: Ludwig Boltzmann als Experimentalphysiker: Frühe Bestätigung. Physik in unserer Zeit 37(5), S. 228 - 234 (2006), ISSN 0031-9252

Weblinks

Commons: Ludwig Boltzmann – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

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• Ludwig Boltzmann Bibliografie (UB Heidelberg)
• Artikel in Stanford Encyclopedia of Philosophy
• Boltzmann „Über die Entwicklung der Methoden der theoretischen Physik in neuerer Zeit“, Jahresbericht DMV 1900
• Anekdoten berühmter Physiker (u.a. Ludwig Boltzmann)