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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Teorema de Ash. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Ludwig Boltzmann, o autor do "teorema das cinzas", sem dúvida, foi o maior cientista e pensador que a Áustria deu ao mundo. Ainda durante sua vida, Boltzmann, apesar da posição de pária nos círculos científicos, foi reconhecido como um grande cientista, foi convidado a dar palestras em muitos países. E, no entanto, algumas de suas ideias permanecem um mistério até hoje. O próprio Boltzmann escreveu sobre si mesmo: "A ideia que enche minha mente e atividade é o desenvolvimento da teoria". E Max Laue mais tarde esclareceu essa ideia da seguinte forma: "Seu ideal era combinar todas as teorias físicas em uma única imagem do mundo".Ludwig Eduard Boltzmann nasceu em Viena em 20 de fevereiro de 1844. Ludwig estudou brilhantemente e sua mãe incentivou seus diversos interesses, dando-lhe uma educação abrangente. Em 1863, Boltzmann ingressou na Universidade de Viena, onde estudou matemática e física. Então a eletrodinâmica maxwelliana foi a mais recente conquista da física teórica. Não é de surpreender que o primeiro artigo de Ludwig também tenha sido dedicado à eletrodinâmica. No entanto, já em seu segundo trabalho, publicado em 1866 no artigo "Sobre o significado mecânico da segunda lei da termodinâmica", onde mostrou que a temperatura corresponde à energia cinética média das moléculas de gás, os interesses científicos de Boltzmann foram determinados. No outono de 1866, dois meses antes de receber seu doutorado, Boltzmann foi admitido no Instituto de Física como professor assistente. Em 1868, Boltzmann recebeu o direito de lecionar em universidades e, um ano depois, tornou-se professor comum de física matemática na Universidade de Graz. Durante este período, além de desenvolver suas idéias teóricas, ele também se envolveu em estudos experimentais da relação entre a constante dielétrica e o índice de refração para obter a confirmação da teoria unificada de eletrodinâmica e óptica de Maxwell. Para seus experimentos, ele tirou duas vezes da universidade para trabalhar nos laboratórios de Bunsen e Königsberger em Heidelberg e Helmholtz e Kirchhoff em Berlim. Os resultados desses estudos foram publicados em 1873-1874. Boltzmann também participou ativamente do planejamento do novo Laboratório de Física em Graz, do qual se tornou diretor em 1876. Já em 1871, Boltzmann apontou que a segunda lei da termodinâmica só poderia ser derivada da mecânica clássica usando a teoria da probabilidade. Em 1877, o famoso artigo de Boltzmann sobre a relação entre a entropia e a probabilidade de um estado termodinâmico apareceu nas Comunicações de Viena sobre Física. O cientista mostrou que a entropia de um estado termodinâmico é proporcional à probabilidade desse estado e que as probabilidades dos estados podem ser calculadas com base na razão entre as características numéricas das distribuições de moléculas correspondentes a esses estados. Processos irreversíveis na natureza, segundo Boltzmann, são processos de transição de um estado menos provável para um mais provável. Transições reversíveis não são possíveis, mas improváveis. Portanto, a entropia também deve estar relacionada à probabilidade de um determinado estado do sistema. Esta conexão foi estabelecida por Boltzmann em seu chamado teorema H. O "teorema das cinzas" tornou-se o ápice da doutrina do universo de Boltzmann. A fórmula deste início foi posteriormente esculpida como um epitáfio no monumento acima de seu túmulo. Esta fórmula é muito semelhante em essência à lei da seleção natural. Charles Darwin. Apenas o "Teorema das Cinzas" de Boltzmann mostra como a "vida" do próprio Universo nasce e prossegue. “Assim como as equações diferenciais representam apenas um método matemático de cálculo e seu verdadeiro significado”, escreve Boltzmann, “só podem ser entendidos com a ajuda de representações baseadas em um grande número finito de elementos, juntamente com a termodinâmica geral, e sem diminuir sua importância, que nunca pode ser abalada, o desenvolvimento das representações mecânicas, que a tornam visual, contribui para o aprofundamento do nosso conhecimento da natureza, e não apesar de, mas precisamente porque não coincidem em todos os pontos com a termodinâmica geral, eles abre a possibilidade de novos pontos de vista. Esses novos pontos de vista são que as transições do sistema de um estado para outro obedecem às leis da teoria das probabilidades. “A introdução da teoria da probabilidade na consideração dos sistemas mecânicos (e as partículas do corpo na teoria de Boltzmann obedecem às leis da mecânica”, escreve P.S. Kudryavtsev em seu livro, “parece ser uma contradição. A regularidade dinâmica com a qual a mecânica lida parecia tão definido que Laplace acreditava que se a mente tivesse acesso ao conhecimento da localização de todas as partículas do Universo em um determinado momento e das forças que atuam entre elas, então, se tivesse a capacidade de processar matematicamente esses dados, seria capaz de prever o futuro do Universo com certeza, bem como ver o seu passado. Como as leis da mecânica na teoria cinética levam à estatística? Boltzmann responde a esta pergunta: a causa da estatística está na própria mecânica, nas condições iniciais. A rugosidade desprezível das paredes do recipiente, contra as quais as moléculas do gás colidem, são suficientes para introduzir o caos na ordem original, caso ocorra. As leis de conservação na colisão de duas moléculas deixam espaço total para as direções das velocidades após o impacto. Tudo isso leva ao fato de que é precisamente devido às interações mecânicas das moléculas que seu movimento ordenado se torna improvável, e o caótico mais provável. O desenvolvimento dessa linha de pensamento levou Boltzmann a um novo ponto de vista sobre a segunda lei da termodinâmica. Boltzmann formula esta lei da seguinte forma: "Quando um sistema arbitrário de corpos é deixado por conta própria e não está sujeito à ação de outros corpos, então a direção em que cada mudança de estado ocorrerá sempre pode ser indicada." Essa direção pode ser caracterizada por uma mudança em alguma função do estado - entropia, que muda com a mudança no estado do sistema na direção do aumento. Daí a conclusão, "que qualquer sistema fechado de corpos tende a um certo estado final, para o qual a entropia será máxima!" Como conciliar essa orientação com a reversibilidade das equações da mecânica? A natureza está realmente se aproximando de seu fim natural - "morte térmica" com destino inexorável? Boltzmann foi o primeiro a dar uma interpretação estatística da segunda lei e revelou sua natureza probabilística. Não há contradição entre a reversibilidade das equações da mecânica e a irreversibilidade dos processos em um sistema mecânico fechado. Imagine um tambor cheio de bolas metade brancas e metade pretas, uma em cima da outra. Se o tambor for colocado em rotação, então, por leis mecânicas, as bolas se misturarão e, no final, as bolas brancas e pretas se misturarão uniformemente, dando a mesma “variegação” ao longo do volume. A coleção de bolas passou de um estado menos provável para um mais provável. O físico alemão Clausius tirou conclusões da segunda lei da termodinâmica sobre a inevitabilidade da morte por calor. Esses pensamentos foram adotados não apenas por muitos físicos, mas principalmente por filósofos que receberam argumentos poderosos e aparentemente inegáveis em favor de conceitos idealistas de início e fim do mundo, inclusive em favor da empiriocrítica, os ensinamentos de E. Mach e o "energético" os ensinamentos de W. Ostwald. O indomável Ludwig Boltzmann declarou com seu teorema de Ash: "A morte pelo calor é um blefe. Nenhum fim do mundo está previsto. energias, como os Ostwaldianos acreditam, mas de átomos e moléculas, e a segunda lei da termodinâmica deve ser aplicada não para algum tipo de "éter", espírito ou substância energética, mas a átomos e moléculas específicas. Em torno do "Teorema das Cinzas" de Ludwig Boltzmann, as discussões instantaneamente se inflamaram não menos em intensidade do que na morte por calor. "Ash-theorema" e a hipótese de flutuação apresentada em sua base foram dissecados com todo o cuidado e escrupulosidade e, como esperado, encontraram falhas escancaradas, imperdoáveis, ao que parece, para um grande cientista como Boltzmann. Descobriu-se que, se aceitarmos a hipótese de Boltzmann como verdadeira, devemos aceitar por fé uma suposição tão monstruosa que não se encaixa em nenhuma estrutura de senso comum: mais cedo ou mais tarde, ou melhor, já agora, em algum lugar do Universo deve haver processa na direção oposta à direção da segunda lei, ou seja, o calor deve se mover dos corpos mais frios para os mais quentes! Isso não é um absurdo. Boltzmann defendeu esse "absurdo", estava profundamente convencido de que tal curso de desenvolvimento do Universo é o mais natural, pois é uma consequência inevitável de sua estrutura atômica. É improvável que o "Teorema das Cinzas" tivesse recebido tal fama se tivesse sido proposto por algum outro cientista. Mas foi proposto por Boltzmann, que não só era capaz de ver o mundo escondido dos outros por trás da cortina, mas que sabia defendê-lo com toda a paixão de um gênio armado com conhecimentos fundamentais tanto da física quanto da filosofia. A culminação dos dramáticos eventos entre o físico materialista e os machistas, aparentemente, deve ser considerado o congresso de cientistas naturais em Lübeck em 1895, onde Ludwig Boltzmann deu a seus amigos inimigos uma batalha campal. Ele ganhou, mas como resultado, depois do congresso, sentiu um vazio ainda maior ao seu redor. Em 1896, Boltzmann escreveu um artigo "Sobre a inevitabilidade da atomística nas ciências físicas", onde apresentou objeções matemáticas ao energeticismo de Ostwald. Até 1910, a própria existência da atomística estava constantemente sob ameaça. Boltzmann lutou sozinho e temia que o trabalho de sua vida fosse esquecido. No final, Boltzmann não suportou o estresse colossal, caiu em uma profunda depressão e em 5 de setembro de 1906 cometeu suicídio. É muito lamentável que ele não tenha vivido para ver a ressurreição do atomismo e tenha morrido com o pensamento de que todos haviam esquecido a teoria cinética. No entanto, muitas das ideias de Boltzmann já encontraram sua solução em descobertas tão surpreendentes como o ultramicroscópio, o efeito Doppler, motores de turbina a gás e a liberação de energia do núcleo atômico. E tudo isso são apenas consequências individuais da estrutura atômica do mundo. Autor: Samin D. K.
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