ลุดวิก โบลทซ์มันน์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ลุดวิก โบลทซ์มันน์
Boltzmann2.jpg
เกิด 20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1844
เวียนนา จักรวรรดิออสเตรีย
เสียชีวิต 5 กันยายน ค.ศ. 1906
เมือง Duino ประเทศอิตาลี (เวลานั้นเป็นส่วนหนึ่งของจักรวรรดิออสเตรีย)
สัญชาติ 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

ประวัติ[แก้]

งานด้านฟิสิกส์[แก้]

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"[1] สมการเอนโทรปี S อันโด่งดังนี้คือ [2][3]

 S = k \, \log W

โดยที่ k = 1.3806505(24) × 10−23 JK−1 คือค่าคงที่โบลทซ์มันน์ และ log ในที่นี้เป็นลอการิทึมฐานธรรมชาติ (e) W คือ Wahrscheinlichkeit หรือความถี่การเกิด macrostate[4] หรือกล่าวให้ตรงคือค่าความเป็นไปได้ในการเกิด microstates เมื่อเทียบกับสถานะ macroscopic ของระบบ

สมการโบลทซ์มันน์[แก้]

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

อ้างอิง[แก้]

  1. Planck, Max (1914). The Theory of Heat Radiation. P. Blakiston Son & Co. English translation by Morton Masius of the 2nd ed. of Waermestrahlung. Reprinted by Dover (1959) & (1991), p. 119. ISBN 0-486-66811-8
  2. หลักการของเอนโทรปีเกิดมาจาก รูดอล์ฟ เคลาซิอุส ในปี ค.ศ. 1865 เขาเป็นผู้แรกที่กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์โดยกล่าวว่า "เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นเสมอ"
  3. อีกหลักการหนึ่งมาจากการให้คำนิยาม information entropy ของ คล้อด เอลวูด แชนนอน ในปี ค.ศ. 1948 [1] ซึ่งเดิมตั้งใจจะประยุกต์ใช้กับทฤษฎีด้านการสื่อสาร แต่ก็สามารถใช้ได้กับทุกแขนง เมื่อลดรูปสามารถเข้ากันกับสมการของโบลทซ์มันน์ เมื่อความเป็นไปได้ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน ความพิเศษของหลักการนี้อยู่ที่มันสามารถให้ผลลัพธ์ทันทีโดยไม่ต้องอาศัยแฟคตอเรียลหรือการประมาณของสเตอร์ลิง รูปแบบสมการอย่างง่ายพบได้ในผลงานของโบลทซ์มันน์และคล้ายคลึงกับทฤษฎี H ในกลศาสตร์ควอนตัมของกิ๊บส์อย่างยิ่ง
  4. Pauli, Wolfgang (1973). Statistical Mechanics. Cambridge: MIT Press. ISBN 0-262-66035-0. , p. 21

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]