ลุดวิก โบลทซ์มันน์

ลุดวิก โบลทซ์มันน์
เกิด	20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1844 เวียนนา จักรวรรดิออสเตรีย
เสียชีวิต	5 กันยายน ค.ศ. 1906 เมือง Duino ประเทศอิตาลี (เวลานั้นเป็นส่วนหนึ่งของจักรวรรดิออสเตรีย)
ประเทศที่เป็นพลเมือง	ชาวออสเตรีย
ชาติพันธุ์	ชาวออสเตรีย
อาชีพ	นักฟิสิกส์
ผลงานเด่น	ค่าคงที่ของโบลทซ์มันน์ สมการโบลทซ์มันน์

ลุดวิก เอดูอาร์ด โบลทซ์มันน์ (อังกฤษ: Ludwig Eduard Boltzmann; 20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1844 - 5 กันยายน ค.ศ. 1906) เป็นนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ผู้มีชื่อเสียงจากการเป็นส่วนหนึ่งของการค้นพบด้านกลศาสตร์สถิติและอุณหพลศาสตร์สถิติ เป็นหนึ่งในบรรดานักวิทยาศาสตร์ผู้คิดค้นทฤษฎีอะตอมในยุคที่แบบจำลองวิทยาศาสตร์ด้านอะตอมยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

งานด้านฟิสิกส์

งานด้านวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดของโบลทซ์มันน์ได้แก่ ทฤษฎีจลนศาสตร์ รวมถึงการศึกษาความเร็วของโมเลกุลแก๊สในสมการการกระจายของแมกซ์เวลล์-โบลทซ์มันน์ วิชาสถิติของแมกซ์เวลล์-โบลทซ์มันน์และการกระจายของโบลทซ์มันน์เกี่ยวกับพลังงานยังเป็นพื้นฐานสำคัญของวิชากลศาสตร์สถิติดั้งเดิมอีกด้วย โดยนำไปใช้อธิบายปรากฏการณ์หลายอย่างที่ไม่จำต้องใช้หลักสถิติควอนตัม และทำให้สามารถเข้าใจผลเกี่ยวกับอุณหภูมิได้อย่างลึกซึ้ง

โดยมากแล้วการคิดค้นทางฟิสิกส์ไม่สอดคล้องกับความเชื่อของโบลทซ์มันน์เกี่ยวกับความเป็นจริงของอะตอมและโมเลกุล งานที่สอดคล้องกับเขามาจากแมกซ์เวลล์ในสก๊อตแลนด์ และ กิ๊บส์ชาวอเมริกัน กับนักเคมีจำนวนหนึ่งหลังจากการค้นพบของจอห์น ดาลตัน ในปี ค.ศ. 1808 โบลทซ์มันน์ต้องต่อสู้โต้เถียงกับบรรณาธิการนิตยสารด้านฟิสิกส์ในเยอรมันผู้มีชื่อเสียงเป็นเวลายาวนาน เพราะบรรณาธิการผู้นั้นปฏิเสธผลงานของโบลทซ์มันน์ที่อ้างอิงถึงอะตอมกับโมเลกุลในลักษณะอื่นที่ไม่สอดคล้องกับโครงสร้างทางทฤษฎีในยุคนั้น แต่หลังจากโบลทซ์มันน์เสียชีวิตไปไม่กี่ปี ผลการศึกษาสารแขวนลอยของ Perrin (1908-1909) ได้ยืนยันตัวเลขของค่าอโวกาโดรและค่าคงที่โบลทซ์มันน์ ทำให้โลกยอมรับว่าอนุภาคเล็กๆ อย่างอะตอมนั้นมีอยู่จริงๆ

พลังค์ได้กล่าวไว้ว่า "บุคคลแรกที่ระบุความสัมพันธ์แบบลอการิทึมระหว่างเอนโทรปีกับความน่าจะเป็น คือ แอล. โบลทซ์มันน์ ในทฤษฎีจลนศาสตร์ของแก๊สของเขา" สมการเอนโทรปี S อันโด่งดังนี้คือ

$S = k \, \log W$

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

สมการโบลทซ์มันน์

ดูบทความหลักที่ สมการโบลทซ์มันน์

สมการโบลทซ์มันน์ พัฒนาขึ้นเพื่อพยายามอธิบายพลศาสตร์ของแก๊สอุดมคติ

$\frac{\partial f}{\partial t}+ v \frac{\partial f}{\partial x}+ \frac{F}{m} \frac{\partial f}{\partial v} = \frac{\partial f}{\partial t}\left.{\!\!\frac{}{}}\right|_\mathrm{collision}$

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

แหล่งข้อมูลอื่น

• Uffink, Jos (2004). "Boltzmann's Work in Statistical Physics". Stanford Encyclopedia of Philosophy. สืบค้นเมื่อ 2007-06-11. 
• "Ludwig Boltzmann," 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.