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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Théorème des cendres. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Ludwig Boltzmann, l'auteur du "théorème des cendres", était sans aucun doute le plus grand scientifique et penseur que l'Autriche ait donné au monde. Même de son vivant, Boltzmann, malgré la position de paria dans les cercles scientifiques, était reconnu comme un grand scientifique, il était invité à donner des conférences dans de nombreux pays. Et pourtant, certaines de ses idées restent un mystère encore aujourd'hui. Boltzmann lui-même a écrit sur lui-même: "L'idée qui remplit mon esprit et mon activité est le développement de la théorie." Et Max Laue a précisé plus tard cette idée comme suit : "Son idéal était de combiner toutes les théories physiques en une seule image du monde."Ludwig Eduard Boltzmann est né à Vienne le 20 février 1844. Ludwig a étudié avec brio et sa mère a encouragé ses divers intérêts, lui donnant une éducation complète. En 1863, Boltzmann entre à l'Université de Vienne, où il étudie les mathématiques et la physique. L'électrodynamique maxwellienne était alors la dernière réalisation de la physique théorique. Il n'est pas surprenant que le premier article de Ludwig ait également été consacré à l'électrodynamique. Cependant, déjà dans son deuxième ouvrage, publié en 1866 dans l'article "Sur la signification mécanique de la deuxième loi de la thermodynamique", où il montrait que la température correspond à l'énergie cinétique moyenne des molécules de gaz, les intérêts scientifiques de Boltzmann étaient déterminés. À l'automne 1866, deux mois avant de recevoir son doctorat, Boltzmann est admis à l'Institut de physique en tant que professeur adjoint. En 1868, Boltzmann obtient le droit de donner des conférences dans les universités et, un an plus tard, il devient professeur ordinaire de physique mathématique à l'Université de Graz. Au cours de cette période, en plus de développer ses idées théoriques, il s'est également engagé dans des études expérimentales de la relation entre la constante diélectrique et l'indice de réfraction afin d'obtenir la confirmation de la théorie unifiée de Maxwell sur l'électrodynamique et l'optique. Pour ses expériences, il a pris deux courts congés de l'université pour travailler dans les laboratoires de Bunsen et Königsberger à Heidelberg et Helmholtz et Kirchhoff à Berlin. Les résultats de ces études ont été publiés en 1873-1874. Boltzmann a également participé activement à la planification du nouveau laboratoire de physique de Graz, dont il est devenu directeur en 1876. Dès 1871, Boltzmann soulignait que la deuxième loi de la thermodynamique ne pouvait être dérivée de la mécanique classique qu'en utilisant la théorie des probabilités. En 1877, le célèbre article de Boltzmann sur la relation entre l'entropie et la probabilité d'un état thermodynamique parut dans les Communications de Vienne sur la physique. Le scientifique a montré que l'entropie d'un état thermodynamique est proportionnelle à la probabilité de cet état et que les probabilités d'états peuvent être calculées à partir du rapport entre les caractéristiques numériques des distributions de molécules correspondant à ces états. Les processus irréversibles dans la nature, selon Boltzmann, sont des processus de transition d'un état moins probable à un état plus probable. Les transitions réversibles ne sont pas possibles, mais peu probables. Par conséquent, l'entropie doit également être liée à la probabilité d'un état donné du système. Cette connexion a été établie par Boltzmann dans son soi-disant théorème H. Le "théorème des cendres" est devenu le summum de la doctrine de l'univers de Boltzmann. La formule de ce début a ensuite été gravée en épitaphe sur le monument au-dessus de sa tombe. Cette formule est très similaire dans son essence à la loi de la sélection naturelle. Charles Darwin. Seul le « théorème de cendres » de Boltzmann montre comment la « vie » de l'univers lui-même naît et se déroule. « De même que les équations différentielles ne représentent qu'une méthode mathématique de calcul et que leur véritable sens, écrit Boltzmann, ne peut être compris qu'à l'aide de représentations fondées sur un grand nombre fini d'éléments, ainsi que sur la thermodynamique générale, et sans altérer son sens. d'importance inébranlable, le développement des représentations mécaniques, qui la rendent visuelle, contribue à l'approfondissement de notre connaissance de la nature, et non pas malgré, mais précisément parce qu'elles ne coïncident pas en tous points avec la thermodynamique générale, elles ouvrir la possibilité de nouveaux points de vue. Ces nouveaux points de vue sont que les transitions du système d'un état à un autre obéissent aux lois de la théorie des probabilités. "L'introduction de la théorie des probabilités dans la considération des systèmes mécaniques (et les particules du corps dans la théorie de Boltzmann obéissent aux lois de la mécanique)", écrit P.S. Kudryavtsev dans son livre, "semble être une contradiction. Le modèle dynamique que la mécanique traite avec semblait si précis qu'il Laplace croyait que si l'esprit avait accès à la connaissance de l'emplacement de toutes les particules de l'Univers à un moment donné et des forces agissant entre elles, alors, s'il avait la capacité de traiter mathématiquement ces données, il serait capable de prédire l'avenir de l'Univers avec certitude, ainsi que de voir son passé. Comment les lois de la mécanique en théorie cinétique conduisent-elles aux statistiques ? Boltzmann répond à cette question : la cause de la statistique réside dans la mécanique elle-même, dans les conditions initiales. La rugosité négligeable des parois du vaisseau, contre lesquelles les molécules du gaz se heurtent, suffit à introduire le chaos dans l'ordre primitif, s'il devait avoir lieu. Les lois de conservation dans la collision de deux molécules laissent toute latitude aux directions des vitesses après l'impact. Tout cela conduit au fait que c'est précisément grâce aux interactions mécaniques des molécules que leur mouvement ordonné devient improbable, et chaotique le plus probable. Le développement de cette ligne de pensée a conduit Boltzmann à un nouveau point de vue sur la deuxième loi de la thermodynamique. Boltzmann formule cette loi comme suit : « Lorsqu'un système arbitraire de corps est laissé à lui-même et n'est pas soumis à l'action d'autres corps, alors la direction dans laquelle chaque changement d'état se produira peut toujours être indiquée. Cette direction peut être caractérisée par un changement dans une fonction de l'état - l'entropie, qui change avec le changement de l'état du système dans le sens de l'augmentation. D'où la conclusion, "que tout système fermé de corps tend vers un certain état final, pour lequel l'entropie sera maximale !" Comment concilier cette orientation avec la réversibilité des équations de la mécanique ? La nature approche-t-elle vraiment de sa fin naturelle - la "mort thermique" au destin inexorable ? Boltzmann a été le premier à donner une interprétation statistique de la deuxième loi et a révélé sa nature probabiliste. Il n'y a pas de contradiction entre la réversibilité des équations de la mécanique et l'irréversibilité des processus dans un système mécanique clos. Imaginez un tambour rempli de boules à moitié blanches et à moitié noires, les unes sur les autres. Si le tambour est mis en rotation, alors, du fait des lois mécaniques, les boules vont se mélanger et, au final, les boules blanches et noires vont se mélanger uniformément, donnant la même « panachure » dans tout le volume. La collection de balles est passée d'un état moins probable à un état plus probable. Le physicien allemand Clausius a tiré des conclusions de la deuxième loi de la thermodynamique sur l'inévitabilité de la mort par la chaleur. Ces pensées ont été adoptées non seulement par de nombreux physiciens, mais principalement par des philosophes qui ont reçu des arguments puissants et apparemment indéniables en faveur des concepts idéalistes du début et de la fin du monde, y compris en faveur de l'empiriocriticisme, les enseignements d'E. Mach et le "énergétique" les enseignements de W. Ostwald. L'indomptable Ludwig Boltzmann a déclaré avec son théorème de cendres : "La mort par la chaleur est un bluff. Aucune fin du monde n'est prévue. énergies, comme le croient les Ostwaldiens, mais des atomes et des molécules, et la deuxième loi de la thermodynamique doit être appliquée non pas à une sorte d'"éther", d'esprit ou de substance énergétique, mais à des atomes et des molécules spécifiques. Autour du "théorème des cendres" de Ludwig Boltzmann, les discussions ont immédiatement éclaté avec une intensité non moins importante que sur la mort par la chaleur. Le "théorème des cendres" et l'hypothèse de fluctuation avancée sur sa base ont été disséqués avec soin et scrupule et, comme prévu, ils ont trouvé des défauts béants, impardonnables, semble-t-il, pour un si grand scientifique que Boltzmann. Il s'est avéré que si nous acceptons l'hypothèse de Boltzmann comme vraie, alors nous devons accepter pour foi une hypothèse aussi monstrueuse qui ne rentre dans aucun cadre de bon sens : tôt ou tard, ou plutôt déjà maintenant, quelque part dans l'Univers, il doit y avoir processus dans la direction opposée à la direction de la deuxième loi, c'est-à-dire que la chaleur doit se déplacer des corps les plus froids vers les plus chauds ! N'est-ce pas absurde. Boltzmann a défendu cette "absurdité", il était profondément convaincu qu'un tel cours de développement de l'Univers est le plus naturel, car c'est une conséquence inévitable de sa structure atomique. Il est peu probable que le "théorème des Cendres" aurait reçu une telle renommée s'il avait été avancé par un autre scientifique. Mais il a été mis en avant par Boltzmann, qui était capable non seulement de voir le monde caché aux autres derrière le rideau, mais qui a su le défendre avec toute la passion d'un génie armé de connaissances fondamentales à la fois en physique et en philosophie. Le point culminant des événements dramatiques entre le physicien matérialiste et les machistes doit apparemment être considéré comme le congrès des sciences naturelles à Lübeck en 1895, où Ludwig Boltzmann livra une bataille rangée à ses amis-ennemis. Il a gagné, mais du coup, après le congrès, il a ressenti un vide encore plus grand autour de lui. En 1896, Boltzmann écrivit un article "Sur l'inévitabilité de l'atomistique dans les sciences physiques", où il souleva des objections mathématiques à l'énergisme d'Ostwald. Jusqu'en 1910, l'existence même de l'atomistique est constamment menacée. Boltzmann s'est battu seul et avait peur que l'œuvre de sa vie soit oubliée. À la fin, Boltzmann ne supporta pas le stress colossal, tomba dans une profonde dépression et le 5 septembre 1906 se suicida. Il est très regrettable qu'il n'ait pas vécu pour voir la résurrection de l'atomisme et qu'il soit mort en pensant que tout le monde avait oublié la théorie cinétique. Cependant, de nombreuses idées de Boltzmann ont déjà trouvé leur solution dans des découvertes aussi étonnantes que l'ultramicroscope, l'effet Doppler, les moteurs à turbine à gaz et la libération de l'énergie du noyau atomique. Et ce ne sont que des conséquences individuelles de la structure atomique du monde. Auteur : Samin D.K.
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