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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Teorema de Ash. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Ludwig Boltzmann, el autor del "teorema de la ceniza", sin duda, fue el mayor científico y pensador que Austria le dio al mundo. Incluso durante su vida, Boltzmann, a pesar de la posición de marginado en los círculos científicos, fue reconocido como un gran científico, fue invitado a dar conferencias en muchos países. Y, sin embargo, algunas de sus ideas siguen siendo un misterio incluso hoy. El propio Boltzmann escribió sobre sí mismo: "La idea que llena mi mente y mi actividad es el desarrollo de la teoría". Y Max Laue aclaró más tarde esta idea de la siguiente manera: "Su ideal era combinar todas las teorías físicas en una sola imagen del mundo".Ludwig Eduard Boltzmann nació en Viena el 20 de febrero de 1844. Ludwig estudió brillantemente y su madre alentó sus diversos intereses, brindándole una educación integral. En 1863, Boltzmann ingresó a la Universidad de Viena, donde estudió matemáticas y física. Luego, la electrodinámica maxwelliana fue el último logro de la física teórica. No sorprende que el primer artículo de Ludwig también estuviera dedicado a la electrodinámica. Sin embargo, ya en su segundo trabajo, publicado en 1866 en el artículo "Sobre el significado mecánico de la segunda ley de la termodinámica", donde demostró que la temperatura corresponde a la energía cinética media de las moléculas de gas, se determinaron los intereses científicos de Boltzmann. En el otoño de 1866, dos meses antes de recibir su doctorado, Boltzmann fue admitido en el Instituto de Física como profesor asistente. En 1868, a Boltzmann se le concedió el derecho a dar conferencias en las universidades, y un año después se convirtió en profesor ordinario de física matemática en la Universidad de Graz. Durante este período, además de desarrollar sus ideas teóricas, también se dedicó a estudios experimentales de la relación entre la constante dieléctrica y el índice de refracción para obtener la confirmación de la teoría unificada de la electrodinámica y la óptica de Maxwell. Para sus experimentos, tomó dos breves vacaciones de la universidad para trabajar en los laboratorios de Bunsen y Königsberger en Heidelberg y Helmholtz y Kirchhoff en Berlín. Los resultados de estos estudios se publicaron en 1873–1874. Boltzmann también participó activamente en la planificación del nuevo Laboratorio de Física en Graz, del que se convirtió en director en 1876. Ya en 1871, Boltzmann señaló que la segunda ley de la termodinámica solo podía derivarse de la mecánica clásica utilizando la teoría de la probabilidad. En 1877, el famoso artículo de Boltzmann sobre la relación entre la entropía y la probabilidad de un estado termodinámico apareció en las Comunicaciones de Viena sobre física. El científico demostró que la entropía de un estado termodinámico es proporcional a la probabilidad de este estado y que las probabilidades de los estados se pueden calcular sobre la base de la relación entre las características numéricas de las distribuciones de moléculas correspondientes a estos estados. Los procesos irreversibles en la naturaleza, según Boltzmann, son procesos de transición de un estado menos probable a uno más probable. Las transiciones reversibles no son posibles, pero poco probables. Por lo tanto, la entropía también debe estar relacionada con la probabilidad de un estado dado del sistema. Esta conexión fue establecida por Boltzmann en su llamado teorema H. El "teorema de Ash" se convirtió en el pináculo de la doctrina del universo de Boltzmann. La fórmula de este comienzo fue tallada más tarde como epitafio en el monumento sobre su tumba. Esta fórmula es muy similar en esencia a la ley de la selección natural. Charles Darwin. Sólo el "teorema de Ash" de Boltzmann muestra cómo nace y procede la "vida" del Universo mismo. “Así como las ecuaciones diferenciales representan solo un método matemático de cálculo y su verdadero significado”, escribe Boltzmann, “solo pueden entenderse con la ayuda de representaciones basadas en un gran número finito de elementos, junto con la termodinámica general, y sin desmerecer su significado. importancia, que nunca puede ser sacudida, el desarrollo de representaciones mecánicas, que lo hacen visual, contribuye a la profundización de nuestro conocimiento de la naturaleza, y no a pesar de, sino precisamente porque no coinciden en todos los puntos con la termodinámica general, ellos abrir la posibilidad de nuevos puntos de vista. Estos nuevos puntos de vista son que las transiciones del sistema de un estado a otro obedecen a las leyes de la teoría de la probabilidad. "La introducción de la teoría de la probabilidad en la consideración de los sistemas mecánicos (y las partículas del cuerpo en la teoría de Boltzmann obedecen las leyes de la mecánica)", escribe P.S. Kudryavtsev en su libro, "parece ser una contradicción. El patrón dinámico que maneja la mecánica parecía tan definitivo que Laplace creía que si la mente tuviera acceso al conocimiento de la ubicación de todas las partículas del Universo en un momento dado y las fuerzas que actúan entre ellas, entonces, si tuviera la capacidad de procesar matemáticamente estos datos, sería capaz de predecir el futuro del Universo con certeza, así como ver su pasado. ¿Cómo conducen las leyes de la mecánica en la teoría cinética a la estadística? Boltzmann responde a esta pregunta: la causa de la estadística está en la mecánica misma, en las condiciones iniciales. La insignificante rugosidad de las paredes del recipiente, contra las que chocan las moléculas del gas, son suficientes para introducir el caos en el orden original, si llegara a producirse. Las leyes de conservación en la colisión de dos moléculas dejan campo libre para las direcciones de las velocidades después del impacto. Todo esto lleva al hecho de que es precisamente debido a las interacciones mecánicas de las moléculas que su movimiento ordenado se vuelve improbable y el caótico más probable. El desarrollo de esta línea de pensamiento llevó a Boltzmann a un nuevo punto de vista sobre la segunda ley de la termodinámica. Boltzmann formula esta ley de la siguiente manera: "Cuando un sistema arbitrario de cuerpos se deja a su suerte y no está sujeto a la acción de otros cuerpos, entonces siempre se puede indicar la dirección en la que se producirá cada cambio de estado". Esta dirección se puede caracterizar por un cambio en una determinada función de estado: la entropía, que cambia con un cambio en el estado del sistema en la dirección creciente. De ahí la conclusión de que "todo sistema cerrado de cuerpos tiende a un cierto estado final, ¡para el cual la entropía será máxima!". ¿Cómo puede conciliarse esta orientación con la reversibilidad de las ecuaciones de la mecánica? ¿Se está acercando realmente la naturaleza inexorablemente a su fin natural: la “muerte por calor”? Boltzmann fue el primero en dar una interpretación estadística de la segunda ley y reveló su naturaleza probabilística. No hay contradicción entre la reversibilidad de las ecuaciones de la mecánica y la irreversibilidad de los procesos en un sistema mecánico cerrado. Imagina un tambor lleno de bolas mitad blancas y mitad negras, una encima de la otra. Si el tambor se pone en rotación, entonces, debido a las leyes mecánicas, las bolas se mezclarán y, al final, las bolas blancas y negras se mezclarán uniformemente, dando la misma "variación" en todo el volumen. La colección de bolas ha pasado de un estado menos probable a uno más probable. El físico alemán Clausius sacó conclusiones de la segunda ley de la termodinámica sobre la inevitabilidad de la muerte por calor. Estos pensamientos fueron adoptados no solo por muchos físicos, sino principalmente por filósofos que recibieron argumentos poderosos y aparentemente innegables a favor de los conceptos idealistas del principio y el fin del mundo, incluso a favor del empiriocriticismo, las enseñanzas de E. Mach y el "energético" las enseñanzas de W. Ostwald. Con su "teorema de Ash", el indomable Ludwig Boltzmann declaró: "La muerte térmica es un engaño. No se vislumbra el fin del mundo. El Universo ha existido y existirá para siempre, porque no está formado por nuestras "representaciones sensoriales, " como creen los empiriocríticos, y no de diversos tipos de energías, como creen los ostwaldianos, sino de átomos y moléculas, y la segunda ley de la termodinámica debe aplicarse no en relación con algún "éter", espíritu o sustancia energética, sino a átomos y moléculas específicas”. Alrededor del "teorema de Ash" de Ludwig Boltzmann, las discusiones estallaron instantáneamente con una intensidad no menor que la muerte por calor. El "teorema de la ceniza" y la hipótesis de la fluctuación presentada sobre su base fueron diseccionados con todo cuidado y escrupulosidad y, como era de esperar, encontraron fallas enormes, imperdonables, al parecer, para un gran científico como Boltzmann. Resultó que si aceptamos la hipótesis de Boltzmann como verdadera, entonces debemos aceptar por fe una suposición tan monstruosa que no encaja en ningún marco de sentido común: tarde o temprano, o más bien ahora, en algún lugar del Universo debe haber procesos en dirección opuesta a la dirección de la segunda ley, es decir, ¡el calor debe moverse de los cuerpos más fríos a los más calientes! ¿No es eso absurdo? Boltzmann defendió este "absurdo", estaba profundamente convencido de que tal curso de desarrollo del Universo es el más natural, ya que es una consecuencia inevitable de su estructura atómica. Es poco probable que el "teorema de Ash" hubiera recibido tanta fama si lo hubiera propuesto algún otro científico. Pero la planteó Boltzmann, que no solo fue capaz de ver el mundo oculto a los demás detrás de la cortina, sino que supo defenderlo con toda la pasión de un genio armado con conocimientos fundamentales tanto de física como de filosofía. La culminación de los dramáticos acontecimientos entre el físico materialista y los machistas, aparentemente, debe considerarse el congreso de científicos naturales en Lübeck en 1895, donde Ludwig Boltzmann dio una batalla campal a sus amigos-enemigos. Ganó, pero como resultado, después del congreso, sintió un vacío aún mayor a su alrededor. En 1896, Boltzmann escribió un artículo "Sobre la inevitabilidad de la atomística en las ciencias físicas", donde planteó objeciones matemáticas al energismo de Ostwald. Hasta 1910, la existencia misma de la atomística estuvo constantemente amenazada. Boltzmann luchó solo y temía que el trabajo de su vida fuera olvidado. Al final, Boltzmann no pudo soportar el estrés colosal, cayó en una profunda depresión y el 5 de septiembre de 1906 se suicidó. Es muy lamentable que no viviera para ver la resurrección del atomismo y muriera con la idea de que todos se habían olvidado de la teoría cinética. Sin embargo, muchas de las ideas de Boltzmann ya han encontrado su solución en descubrimientos tan sorprendentes como el ultramicroscopio, el efecto Doppler, los motores de turbina de gas y la liberación de la energía del núcleo atómico. Y todas estas son solo consecuencias individuales de la estructura atómica del mundo. Autor: Samin D.K.
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