本文來自微信公眾號：中科院物理所（ID：cas-iop），作者：Areeba Merriam，翻譯：Nothing，審校：Dannis，題圖來自：unsplash

“一位音樂家在聽到幾個音節(jié)后，即能辨認出莫扎特（Mozart）、貝多芬（Beethoven）或舒伯特（Schubert）的音樂。同樣，一位數(shù)學家或物理學家也能在讀了數(shù)頁文字后辨認出柯西（Cauchy）、高斯（Gauss）、雅可比（Jacobi）、亥姆霍茲（Helmholtz）或基爾霍夫（Kirchhoff）的工作?！?/p>

——路德維希·玻爾茲曼

這個世界似乎對所有人都不公平。這是一個關于受到這個世界傷害的人的故事，他的貢獻徹底改變了物理學的幾個分支。

他主要以建立統(tǒng)計力學和提出熱力學第二定律的統(tǒng)計解釋而聞名。他是那個年代支持原子論的最重要的幾個人之一，盡管當時關于原子論還存在很多爭論。

一、早年生活

1844年，狂歡節(jié)和圣灰節(jié)（Ash Wednesday，圣灰節(jié)是大齋期的開始）之間那個晚上，物理學家和哲學家路德維?！げ柶澛?span label="備注">（Ludwig Eduard Boltzmann）出生在奧地利維也納。他過去常常開玩笑說，他出生的日期是他總會情緒波動的原因，這種情緒波動伴隨著他從純粹快樂的時光走到可怕的抑郁階段。

玻爾茲曼

1863年，19歲的玻爾茲曼作為維也納大學物理和數(shù)學系的學生開始了他的科學生涯。他在約瑟夫.斯特潘（Josef Stefan）的指導下獲得博士學位，他的博士論文研究的是氣體動力學理論。僅僅三年后，25歲的玻爾茲曼在斯特潘推薦下成為格拉茨大學的全職數(shù)學物理教授。

玻爾茲曼并不是一個安分守己的人，他不停地從一份工作轉到另一份工作。在離開格拉茨大學之后，他于1873年加入維也納大學擔任數(shù)學教授。在那里供職了三年后，他又回到了格拉茨擔任實驗物理的講席教授。1887年，他前往柏林擔任理論物理講席教授，但后來他改變了主意。

1890年，他在德國慕尼黑擔任理論物理教授。1894年，他又回到維也納擔任講席教授。然后在1900年他又前往萊比錫。據(jù)他的學生說，他是一位杰出的教師，同時也備受科學界的尊敬。

二、科學貢獻

玻爾茲曼是最早認識到麥克斯韋統(tǒng)一了電磁學的人之一。他在1871年導出了麥克斯韋-玻爾茲曼分布，這是一種用來描述粒子速率分布的公式，粒子在容器內自由運動，它們僅與容器壁發(fā)生碰撞。這些粒子的能量最終遵循麥克斯韋-玻耳茲曼統(tǒng)計。

19世紀70年代早期，他利用原子論表述了熱力學第二定律。熱力學第二定律講的是“作為孤立系統(tǒng)的宇宙，它的熵會一直增加”。他將這個定律解釋為一種統(tǒng)計定律，并可以從力學原理推導出來。

他發(fā)展了統(tǒng)計力學的大部分結構，接力棒后來交到了約西亞·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs）手中。玻爾茲曼在1872年至1875年間提出了著名的熵公式——統(tǒng)計力學和熱力學之間的橋梁，之后的1900年，馬克斯·普朗克（Max Planck）對其進行了修正。

熵公式

玻爾茲曼推廣了根據(jù)斯特潘定律提出的黑體輻射理論。此外，他還在氣體動力學理論領域進行了深入的計算，使之可以用于研究星際氣體、恒星團簇和非相對論性等離子體等。

“準確地講，熱力學并不只允許達爾文進化論這種事發(fā)生；它只是傾向于讓它發(fā)生?！?/p>

——路德維?！げ柶澛?br>

三、哲學貢獻

當玻爾茲曼回到維也納時，他又擔任了兩個講席教授，一個是理論物理學教授，另一個是科學哲學教授。他在自然哲學課程上教授“自然科學的方法和一般理論”，這門課以前由恩斯特·馬赫負責教授。

當時他的課非常受歡迎，即使是最大的教室也不能容納那么多聽課的人。聽課的學生、助理教授和教授一直站到了樓梯下面。玻爾茲曼還收到了來自皇帝的祝福，同時也得到了大量的認可。

玻爾茲曼是一個進化論者，不僅因為當時達爾文為最重要的科學領域提出了強有力的理論，還因為他認為達爾文的方法是理解科學理論真實與否的關鍵。

達爾文（左）與玻爾茲曼（右）

對于玻爾茲曼來說，他的科學和他的哲學是一個整體。實際上他很期待將這兩個領域之間的壁壘打通。他認為將這兩者聯(lián)合起來可以解決很多實際問題。

四、與奧斯特瓦爾德和馬赫的爭論

玻爾茲曼在統(tǒng)計力學方面的工作受到了威廉·奧斯特瓦爾德（Wilhelm Ostwald）的強烈批評，因為后者堅持物理學是唯能論的。

奧斯特瓦爾德是物理化學的創(chuàng)始人之一，1909年因其在催化劑的作用、化學平衡、化學反應速率方面的研究的突出貢獻，被授予諾貝爾化學獎

1895年，奧斯特瓦爾德在一次科學會議上發(fā)表了一篇論文，他在論文中斷言：“自然現(xiàn)象所變現(xiàn)出的不可逆性證明了存在不能用力學方程來描述的過程，由此，科學唯物主義得以確立。”

出席會議的阿諾德·索末菲（Arnold Sommerfeld）將玻爾茲曼和奧斯特瓦爾德之間的論戰(zhàn)描述為“……玻爾茲曼得到了菲力克斯·克萊因（Felix Klein）的支持。玻爾茲曼和奧斯特瓦爾德之間的戰(zhàn)斗類似于公牛和斗牛士之間的戰(zhàn)斗。然而，這次公牛獲勝了……玻爾茲曼的論點得到了支持。我們，當時的年輕數(shù)學家，我們都站在玻爾茲曼一邊……”

奧斯特瓦爾德和許多歐洲科學家無法理解玻爾茲曼提出的宇宙遵循統(tǒng)計性是怎樣一種邏輯，這導致了反對他的聲音。

玻爾茲曼甚至放棄了在維也納的職位，因為馬赫是那里的哲學和自然科學史教授——他對馬赫從不客氣。而玻爾茲曼的想法后來得到了1900年前不久開始的原子物理學發(fā)現(xiàn)的支持，例如布朗運動（懸浮在流體中的粒子的隨機運動），它只能由統(tǒng)計力學來說明。

1909年，奧斯特瓦爾德最終承認自己錯了，而馬赫則從未退讓。如果玻爾茲曼多活幾年，他就能親眼目睹自己的努力取得了真正的勝利，他的工作隨后得到了實驗驗證。

“敘述事實，表述清楚，并捍衛(wèi)它到你生命的終點?！?/p>

——路德維希·玻爾茲曼

五、個人品質

在歷史報道和記錄中，每一個見過玻爾茲曼的人都宣稱他是一個偉大的人。盡管存在許多科學和哲學上的爭論，但他個人與對手相處得很好。

玻爾茲曼是一位偉大的教師并與他的學生維持了良好的師生關系。他曾邀請他的一些聰明學生到家里做客。他從不根據(jù)物理知識，而是根據(jù)一般的性格特征來評價他的學生。

音樂和藝術在他的生活中也扮演著重要角色。他是一位杰出的鋼琴家。同時也擁有無與倫比的幽默感。

六、最后的時光

玻爾茲曼一生中的大部分時間都在為自己的理論辯護，但外界對自己工作的攻擊仍在繼續(xù)，這時他開始覺得自己一生的努力都將要走向完全的失敗。再加上身體狀況惡化以及不斷與科學對手發(fā)生爭執(zhí)，他的精神變得不穩(wěn)定。有一個虛構的故事說，沒有得到學術界的認可使他陷入抑郁。

1906年，玻爾茲曼在的里雅斯特自殺，享年62歲，當時他正在和妻子還有女兒一起度假。他在妻子和女兒在游泳池游泳時上吊自殺。然而，他的自殺原因一直被歸結為他的思想沒有被廣泛接受，我們永遠不會知道導致他嚴重抑郁癥的真正原因。

玻爾茲曼的墓碑上刻著他著名的熵公式，以此來紀念他的輝煌。

玻爾茲曼的墓碑

原文鏈接：

https://www.cantorsparadise.com/a-tale-of-genius-with-tragedy-ludwig-boltzmann-92c6a51dd387

本文來自微信公眾號：中科院物理所（ID：cas-iop），作者：Areeba Merriam