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Ludwig Eduard Boltzmann एक ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी और दार्शनिक थे। उनकी सबसे बड़ी उपलब्धियां सांख्यिकीय यांत्रिकी का विकास और थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम की सांख्यिकीय व्याख्या थीं। 1877 में उन्होंने एंट्रॉपी की वर्तमान परिभाषा प्रदान की, S = k B ln Ω , जिसे सिस्टम के सांख्यिकीय विकार के माप के रूप में व्याख्यायित किया गया। Max Planck ने स्थिरांक, kB को Boltzmann constant का नाम दिया।
सांख्यिकीय यांत्रिकी आधुनिक भौतिकी के स्तंभों में से एक है। यह बताता है कि तापमान और दबाव जैसे मैक्रोस्कोपिक प्रेक्षण सूक्ष्म पैरामीटर से कैसे संबंधित हैं जो एक औसत के चारों ओर उतार-चढ़ाव करते हैं। यह तापीय क्षमता जैसी थर्मोडायनामिक मात्राओं को सूक्ष्म व्यवहार से जोड़ता है, जबकि शास्त्रीय थर्मोडायनामिक्स में, एकमात्र उपलब्ध विकल्प विभिन्न सामग्रियों के लिए ऐसी मात्राओं को मापना और सारणीबद्ध करना होगा।
जीवनी
बचपन और शिक्षा
Boltzmann का जन्म Vienna के एक उपनगर Erdberg में हुआ था। उनके पिता, Ludwig Georg Boltzmann, एक राजस्व अधिकारी थे। उनके दादा, जो Berlin से Vienna चले गए थे, एक घड़ी निर्माता थे, और Boltzmann की माता, Katharina Pauernfeind, मूल रूप से Salzburg से थीं। उन्हें अपने माता-पिता के घर पर प्राथमिक शिक्षा प्राप्त हुई। Boltzmann ने Upper Austria के Linz में हाई स्कूल में भाग लिया। जब Boltzmann 15 वर्ष के थे, तो उनके पिता की मृत्यु हो गई।
1863 से शुरू करते हुए, Boltzmann ने Vienna विश्वविद्यालय में गणित और भौतिकी का अध्ययन किया। उन्हें 1866 में अपनी डॉक्टरेट और 1869 में अपना venia legendi प्राप्त हुआ। Boltzmann ने Josef Stefan के साथ घनिष्ठ रूप से काम किया, जो भौतिकी संस्थान के निदेशक थे। यह Stefan ही थे जिन्होंने Boltzmann को Maxwell के काम से परिचित कराया।
शैक्षणिक कैरियर
1869 में 25 साल की उम्र में, Stefan द्वारा लिखित एक सिफारिश पत्र के कारण, Boltzmann को Styria प्रांत के Graz विश्वविद्यालय में गणितीय भौतिकी के पूर्ण प्रोफेसर के रूप में नियुक्त किया गया। 1869 में वे Heidelberg में कई महीने Robert Bunsen और Leo Königsberger के साथ काम करते रहे और 1871 में Berlin में Gustav Kirchhoff और Hermann von Helmholtz के साथ। 1873 में Boltzmann Vienna विश्वविद्यालय में गणित के प्रोफेसर के रूप में शामिल हुए और वहां वे 1876 तक रहे।
1872 में, बहुत पहले जब महिलाओं को ऑस्ट्रियाई विश्वविद्यालयों में प्रवेश दिया जाता, उन्होंने Henriette von Aigentler से मुलाकात की, जो Graz में गणित और भौतिकी की एक आकांक्षी शिक्षक थीं। उन्हें अनौपचारिक रूप से व्याख्यान सुनने की अनुमति देने से इनकार कर दिया गया था। Boltzmann ने अपील करने के उनके निर्णय का समर्थन किया, जो सफल रहा। 17 जुलाई, 1876 को Ludwig Boltzmann ने Henriette से विवाह किया; उनकी तीन बेटियां थीं: Henriette 1880, Ida 1884 और Else 1891; और एक बेटा, Arthur Ludwig 1881। Boltzmann प्रायोगिक भौतिकी की कुर्सी संभालने के लिए Graz वापस चले गए। Graz में उनके छात्रों में Svante Arrhenius और Walther Nernst थे। वह Graz में 14 खुशियों के साल बिताए और वहीं उन्होंने प्रकृति की अपनी सांख्यिकीय अवधारणा विकसित की।
Boltzmann को 1890 में Bavaria, Germany के Munich विश्वविद्यालय में सैद्धांतिक भौतिकी की कुर्सी के लिए नियुक्त किया गया।
1894 में, Boltzmann ने Vienna विश्वविद्यालय में सैद्धांतिक भौतिकी के प्रोफेसर के रूप में अपने शिक्षक Joseph Stefan की जगह ली।
अंतिम वर्ष और मृत्यु
Boltzmann ने अपने अंतिम वर्षों में अपने सिद्धांतों की रक्षा करने में बहुत प्रयास किया। वह Vienna में अपने कुछ सहकर्मियों के साथ अच्छे से नहीं मिल पाए, विशेष रूप से Ernst Mach, जो 1895 में दर्शन और विज्ञान के इतिहास के प्रोफेसर बने। उसी वर्ष Georg Helm और Wilhelm Ostwald ने Lübeck में एक मीटिंग में energetics पर अपना दृष्टिकोण प्रस्तुत किया। वे ऊर्जा को, पदार्थ नहीं, ब्रह्मांड के मुख्य घटक के रूप में देखते थे। Boltzmann की स्थिति बहस में अन्य भौतिकविदों के बीच जीत गई जिन्होंने उनके परमाणु सिद्धांतों का समर्थन किया। 1900 में, Boltzmann Wilhelm Ostwald के निमंत्रण पर Leipzig विश्वविद्यालय गए। Ostwald ने Boltzmann को भौतिकी में प्रोफेसरियल कुर्सी की पेशकश की, जो Gustav Heinrich Wiedemann की मृत्यु के समय खाली हुई। Mach के बुरे स्वास्थ्य के कारण सेवानिवृत्त होने के बाद, Boltzmann 1902 में Vienna लौट आए। 1903 में, Boltzmann ने Gustav von Escherich और Emil Müller के साथ मिलकर Austrian Mathematical Society की स्थापना की। उनके छात्रों में Karl Přibram, Paul Ehrenfest और Lise Meitner शामिल थे।
Vienna में, Boltzmann ने भौतिकी पढ़ाई और दर्शन पर भी व्याख्यान दिए। Boltzmann के प्राकृतिक दर्शन पर व्याख्यान बहुत लोकप्रिय थे और काफी ध्यान प्राप्त करते थे। उनका पहला व्याख्यान एक बहुत बड़ी सफलता थी। हालांकि सबसे बड़े व्याख्यान हॉल को इसके लिए चुना गया था, लोग सीढ़ी के नीचे तक खड़े थे। Boltzmann के दार्शनिक व्याख्यानों की बड़ी सफलताओं के कारण, सम्राट ने उन्हें महल में एक स्वागत समारोह के लिए आमंत्रित किया।
1906 में, Boltzmann की बिगड़ती मानसिक स्थिति ने उन्हें अपने पद से इस्तीफा देने के लिए मजबूर किया, और उनके लक्षण बताते हैं कि वह अनुभव कर रहे थे जिसे आज द्विध्रुवी विकार के रूप में निदान किया जाएगा। चार महीने बाद वह 5 सितंबर, 1906 को आत्महत्या से मर गए, अपनी पत्नी और बेटी के साथ Trieste के पास Duino में छुट्टी पर आत्मघाती हो गए, तब Austria।
वह Vienna के Zentralfriedhof में दफन हैं। उनके कब्र के पत्थर पर Boltzmann के एंट्रॉपी सूत्र की खोद है: S = k ⋅ log W
दर्शन
Boltzmann का गैसों का गतिशील सिद्धांत परमाणुओं और अणुओं की वास्तविकता को मानता प्रतीत होता था, लेकिन लगभग सभी जर्मन दार्शनिकों और Ernst Mach और भौतिक रसायनविद Wilhelm Ostwald जैसे कई वैज्ञानिकों ने उनके अस्तित्व में अविश्वास किया। 1890 के दशक के दौरान, Boltzmann ने एक समझौता स्थिति तैयार करने का प्रयास किया जो परमाणुवादियों और anti-atomists दोनों को परमाणुओं पर बहस किए बिना भौतिकी करने की अनुमति देगा। उनका समाधान Hertz के सिद्धांत का उपयोग करना था कि परमाणु Bilder थे, अर्थात्, मॉडल या चित्र। परमाणुवादी सोच सकते थे कि चित्र वास्तविक परमाणु थे जबकि anti-atomists चित्रों को एक उपयोगी लेकिन अवास्तविक मॉडल के रूप में सोच सकते थे, लेकिन इससे किसी भी समूह को पूरी तरह संतुष्टि नहीं मिली। इसके अलावा, Ostwald और "शुद्ध थर्मोडायनामिक्स" के कई रक्षक गैसों के गतिशील सिद्धांत और सांख्यिकीय यांत्रिकी को refute करने की कोशिश कर रहे थे क्योंकि Boltzmann की परमाणुओं और अणुओं के बारे में धारणाएं और विशेष रूप से थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम की सांख्यिकीय व्याख्या।
सदी के मोड़ के आसपास, Boltzmann का विज्ञान एक अन्य दार्शनिक आपत्ति से खतरे में था। कुछ भौतिकविदों, जिनमें Mach के छात्र Gustav Jaumann शामिल थे, ने Hertz की व्याख्या की कि सभी विद्युत चुम्बकीय व्यवहार निरंतर है, जैसे कि कोई परमाणु और अणु न हों, और इसी तरह जैसे सभी भौतिक व्यवहार अंततः विद्युत चुम्बकीय हों। यह आंदोलन 1900 के आसपास Boltzmann को गहराई से उदास कर गया क्योंकि इसका मतलब उनके गतिशील सिद्धांत और थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम की सांख्यिकीय व्याख्या का अंत हो सकता था।
Vienna में 1901 में Mach के इस्तीफे के बाद, Boltzmann वहां लौट आए और अपनी भौतिकी को दार्शनिक आपत्तियों को refute करने के लिए खुद एक दार्शनिक बनने का फैसला किया, लेकिन वह जल्द ही फिर से निराश हो गए। 1904 में St. Louis में एक भौतिकी सम्मेलन में अधिकांश भौतिकविदों ने परमाणुओं को reject किया और उन्हें भौतिकी खंड में आमंत्रित भी नहीं किया गया। बल्कि, वह "applied mathematics" नामक एक अनुभाग में फंस गए, उन्होंने दर्शन पर हिंसक रूप से हमला किया, विशेष रूप से कथित तौर पर Darwinian आधार पर लेकिन वास्तव में Lamarck के अर्जित विशेषताओं की विरासत के सिद्धांत के संदर्भ में कि लोगों ने अतीत से बुरी दर्शन को विरासत में प्राप्त किया और वैज्ञानिकों के लिए ऐसी विरासत को दूर करना मुश्किल था।
1905 में Boltzmann ने Austro-German दार्शनिक Franz Brentano के साथ व्यापक रूप से पत्राचार किया, दर्शन पर बेहतर महारत हासिल करने की उम्मीद में, जाहिरा तौर पर, ताकि वह विज्ञान में इसकी प्रासंगिकता को बेहतर तरीके से refute कर सकें, लेकिन वह इस दृष्टिकोण से भी निराश हो गए।
भौतिकी
Boltzmann के सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक योगदान गतिशील सिद्धांत में थे, जिसमें Maxwell–Boltzmann वितरण को गैस में आणविक गति के विवरण के रूप में प्रेरित करने के लिए शामिल था। Maxwell–Boltzmann सांख्यिकी और Boltzmann वितरण शास्त्रीय सांख्यिकीय यांत्रिकी की नींव में केंद्रीय बनी हुई हैं। वे उन अन्य घटनाओं पर भी लागू होती हैं जिनमें क्वांटम सांख्यिकी की आवश्यकता नहीं है और तापमान के अर्थ में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
अधिकांश रसायनविदों ने, 1808 में John Dalton की खोजों के बाद, और Scotland में James Clerk Maxwell और संयुक्त राज्य अमेरिका में Josiah Willard Gibbs, Boltzmann के परमाणुओं और अणुओं में विश्वास साझा किया, लेकिन दशकों बाद तक भौतिकी प्रतिष्ठान का एक बड़ा हिस्सा इस विश्वास को साझा नहीं करता था। Boltzmann का अपने दिन की प्रमुख जर्मन भौतिकी पत्रिका के संपादक के साथ एक लंबे समय तक चलने वाला विवाद था, जिन्होंने Boltzmann को परमाणुओं और अणुओं को सुविधाजनक सैद्धांतिक निर्माण के अलावा और कुछ के रूप में संदर्भित करने से इनकार कर दिया। Boltzmann की मृत्यु के केवल कुछ साल बाद, Perrin के 1908–1909 में कोलाइडल निलंबन के अध्ययन, Einstein के 1905 के सैद्धांतिक अध्ययनों के आधार पर, Avogadro's number और Boltzmann constant के मानों की पुष्टि की, दुनिया को यकीन दिलाया कि ये छोटे कण वास्तव में मौजूद हैं।
Planck को उद्धृत करने के लिए, "एंट्रॉपी और संभावना के बीच लघुगणकीय संबंध को पहले L. Boltzmann ने अपने गैसों के गतिशील सिद्धांत में बताया था"। एंट्रॉपी S के लिए यह प्रसिद्ध सूत्र है
जहां kB Boltzmann का स्थिरांक है, और ln प्राकृतिक लघुगणक है। W Wahrscheinlichkeit है, एक जर्मन शब्द जिसका अर्थ एक macrostate के घटित होने की संभावना है या, अधिक सटीक रूप से, एक प्रणाली की मैक्रोस्कोपिक स्थिति के अनुरूप संभावित microstates की संख्या — एक प्रणाली की अवलोकनीय थर्मोडायनामिक स्थिति में अदृश्य "तरीकों" की संख्या जिसे विभिन्न अणुओं को विभिन्न positions और momenta प्रदान करके महस
