Ludwig Eduard Boltzmann

1. Die Zeit, in der er lebte

LUDWIG EDUARD BOLTZMANN lebte und arbeitete in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts in Österreich und Deutschland.

1738 erschien das Werk „Hydrodynamica“ von DANIEL BERNOULLI. Es enthielt Forschungen und Aussagen zur statistischen Physik. JAMES CLERK MAXWELL, ein britischer Physiker, formulierte 1859 ein Gesetz über die statistische Verteilung von Gasmolekülen, die maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung.

2. Lebenslauf

LUDWIG BOLTZMANN wird in Wien am 20. Februar 1844 geboren. Sein Vater ist ein Mitglied des österreichischen Bürgertums, er treibt als Beamter Steuern ein. Durch sein Elternhaus erhält er eine gute und fundierte Erziehung.
In Linz besucht BOLTZMANN das Gymnasium. Er erweist sich als ehrgeizig und fleißig, ist besonders an der Natur interessiert und sammelt Schmetterlinge und Pflanzen.

Nach dem Gymnasium studiert er Physik an der Universität von Wien und promoviert 1866 mit einer These über die kinetische Theorie des Gases, betreut von JOSEF STEFAN, dessen Assistent er anschließend wird.

In Wien begründet BOLTZMANN auch die kinetische Gastheorie, die nach ihm als BOLTZMANN-Stoßgleichung benannt wird und publiziert seine Erkenntnisse.
Ab 1900 arbeitet BOLTZMANN für zwei Jahre an der Universität in Leipzig und von 1902 bis zu seinem Tode wieder in Wien.

Während seiner gesamten Lehrtätigkeit versuchte BOLTZMANN den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik mit den Mitteln der Statistik zu beweisen.
Die Hauptsätze der klassischen Thermodynamik waren in der Zeit noch neu, sehr abstrakt und wurden von vielen Physikern abgelehnt. Die ursprüngliche mechanische Wärmetheorie stammte von dem deutschen Physiker RUDOLF JULIUS EMMANUEL CLAUSIUS (1822-1888), der erkannte, dass bei der Erzeugung mechanischer Arbeit Wärme verbraucht wird. CLAUSIUS führte den Begriff der Entropie in der Thermodynamik ein.

Mit seinen Arbeiten leistete BOLTZMANN einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Theorien von CLAUSIUS, insbesondere zur Präzisierung des 2. Hauptsatzes der Wärmelehre.
Die moderne Thermodynamik der Gegenwart basiert auf insgesamt drei Hauptsätzen:

1. Hauptsatz der Thermodynamik (Satz von der Erhaltung der Energie):
Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden. Energieformen können ineinander umgewandelt werden. Wärme ist eine besondere Form der Energie.
Die Summe der Energieformen in einem abgeschlossenen System ist konstant.
${\displaystyle \sum \text{E = konstant}}$

2. Hauptsatz der Thermodynamik :
In einem abgeschlossenen System kann die Entropie immer nur größer werden (irreversibler Prozess) oder gleich bleiben (reversibler Prozess).
(Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergehen.)

Entropie (S): ist eine thermodynamische Zustandsgröße, ein Maß für die Unordnung eines Systems

3. Hauptsatz der Thermodynamik (NERNST- Wärmetheorem):
Der absolute Nullpunkt von 0 K (das sind 273, 15 °C) kann nicht erreicht werden.

BOLTZMANN stellt seine BOLTZMANN-Gleichung, auch BOLTZMANN-Postulat genannt, auf, in welcher er die Entropie mit der thermodynamischen Wahrscheinlichkeit (W) eines Systems verbindet.

Vor allem in den letzten Jahren seines Lebens wird BOLTZMANN zunehmend heftiger von seinen Gegnern, z. B. von OSTWALD, attackiert und kritisiert. BOLTZMANN, der zu starken und häufigen Depressionen neigt, unternimmt wohl auch deshalb 1901 in Leipzig einen Selbstmordversuch.

Obwohl seine Leistungen zunehmend weltweit, z. B. durch die Universität von Oxford anerkannt werden, entmutigen die Reaktionen und Handlungen der Europäischen wissenschaftlichen Gesellschaft, die seine wissenschaftlichen Theorien ablehnt, ihn immer mehr.
Im Alter von 62 Jahren Jahren, krank und zermürbt, erhängt sich LUDWIG BOLTZMANN 1906 im Urlaub (mit der Familie) in der Nähe von Triest in Italien.

3. Bedeutende Leistungen

• 1872 BOLTZMANN-Theorem (freiwillig ablaufende Prozesse)
• boltzmannsche Stoßgleichung (kinetische Gastheorie)
• BOLTZMANN-Gleichung (Entropie ist BOLTZMANN- Konstante multipliziert mit natürlichem Logarithmus der Wahrscheinlichkeit)
• MAXWELL-BOLTZMANN-Verteilung (Energieverteilung von Gasmolekülen)
• BOLTZMANN-Statistik (Verteilung atomarer Teilchen nach Ort und Impuls)
• STEFAN-BOLTZMANN-Gesetz (Gesamtstrahlung eines Schwarzen Körpers)