BOLTZMANN, Ludwig Eduard

B-ov otec bol oblastným finančným komisárom a zomrel už v roku 1859. Jeho matka pochádzala z uznávanej salzburskej obchodníckej rodiny Pauernfeindovcov. Po tom, čo B. v roku 1863 zmaturoval s vyznamenaním na Lineckom akademickom gymnáziu, študoval na viedenskej univerzite fyziku a matematiku. Medzi jeho učiteľov patrili Jozef Maximilián Petzval, Andreas von Ettingshausen, Johann Joseph Loschmidt a predovšetkým Jožef Stefan, ktorý ho zoznámil s vtedy veľmi aktuálnou Maxwelovou elektrodynamikou a atomistikou. Ešte ako študent publikoval B. dve vedecké práce, druhú z nich práve na tému svojho neskoršieho životného diela, mechanického významu druhej termodynamickej vety. K tejto téme tiež dostal podnety od vyššie spomenutého Loschmidta. V roku 1867, rok po ukončení svojho štúdia, sa stal asistentom u Stefana na Fyzikálnom inštitúte a v roku 1868 súkromným docentom matematickej fyziky. Už v roku 1869 sa 25-ročný B. stal riadnym profesorom matematickej fyziky na univerzite v Grazi. Na rozdiel od svojich učiteľov sa B. snažil nadväzovať už od začiatku svojej kariéry medzinárodné vedecké kontakty. Už v letnom semestri 1870 cestoval k Róbertovi Wilhelmovi Bunsenovi a Gustávovi Róbertovi Kirchhoffovi do Heidelbergu a na prelome rokov 1871/72 pracoval niekoľko mesiacov v laboratóriu Hermanna Ludwiga Ferdinanda von Helmholtz v Berlíne. Tu tiež začal svoje experimentálne definície dialektickej konštanty izolátorov, ktoré predstavujú prvé experimentálne potvrdenie Maxwellovej elektromagnetickej teórie svetla. V roku 1872 určil B. vychádzajúc z Maxwellových štatistických pozorovaní transportnú rovnicu pre hustotu pravdepodobnosti molekúl ideálnych plynov. Touto rovnicou skúmal prechod plynov z nerovnovážnych stavov k termodynamickej rovnováhe. Dnes sa táto rovnica všeobecne volá Boltzmannova rovnica. V tej istej práci formuloval svoj slávny H-teorém, v ktorom H znamená strednú hodnotu logaritmu hustoty pravdepodobnosti molekúl plynu v tzv. priestore, ktorý je vymedzený tromi koordinátmi priestoru a tromi komponentmi rýchlosti charakteristickej molekuly. Veličina H je až na znamienko štatistickým analógom termodynamickej entropie S plynu.
B. túto veličinu pôvodne pomenoval E, až kým sa toto písmeno v roku 1895 nestalo symbolom pre energiu. H-teorém hovorí, že z hustoty pravdepodobnosti plynu f(x, v, t) utvorený funkcionár H = ∫ d3 x d3 v f(x, v, t) log f(x, v, t) za štatistického predpokladu, že rýchlosti v jednotlivých molekulách plynu nie sú na začiatku súvislé (hypotéza molekulárneho chaosu), s časom t stále ubúda alebo nanajvýš ostáva rovnaký, pokiaľ H dosiahlo svoje minimum. To je presný analogon 2. termodynamickej vety, ktorá hovorí, že entropia uzavretého systému pribúda, pokiaľ nie je dosiahnutá termodynamická rovnováha. Tak mohol B. dať druhej termodynamickej vete mechanický význam a rozšíriť pojem entropie, ktorý sa pôvodne vzťahoval iba na rovnovážne stavy. Takto definovaná nerovnovážna entropia sa nazýva „Boltzmannovou entropiou“. Ďalej mohol B. ukázať, že veličina H je H pre ideálne plyny v termodynamickej rovnováhe proporcionálne záporná pre entropiu plynu. V rokoch 1873 až 1876 pôsobil B. ako ordinárius matematiky na viedenskej univerzite, v roku 1876 sa ale vrátil ako nasledovník A. Toeplera a riaditeľ Fyzikálneho inštitútu späť do Grazu. Povzbudený argumentom Umkehreinwand svojho priateľa Johanna Josepha Loschmidta zovšeobecnil jeho štatistické termodynamické pozorovania a v roku 1877 postuloval, že entropia termodynamického systému je proporcionálny logaritmu čísla W možností realizácie makrostavu daného makroskopickými premennými tlaku, teploty, objemu atd. V Planckovom zápise S = k log W. Túto fundamentálnu súvislosť, ktorú je možné vnímať ako základ štatistickej mechaniky, pomenoval v roku 1905 Albert Einstein ako „Boltzmannov princíp“. Pretože je číslo možností realizácie makrostavu proporcionálne svojej pravdepodobnosti, vysvetľuje tento princíp vzrastanie entropie názorne ako prechod od veľmi nepravdepodobných nerovnovážnych stavov k nezrovnateľne pravdepodobnejším stavom rovnovážnym. V roku 1890 opustil B. Graz a vyučoval teoretickú fyziku v Mníchove, kým sa v roku 1894 opäť vrátil ako nasledovník Stefana na viedenskú univerzitu. Tu ostal až na krátke prerušenie (1900 – 1902 v Lipsku). V rokoch 1903 až 1906 pribral ku svojej pedagogickej činnosti v odbore fyzika tiež prednášky o prírodnej filozofii. Túto problematiku pôvodne v rokoch 1895 až 1898 prednášal Ernst Mach. V týchto prednáškach B. vychádzal z ontológie atomistiky a rozvinul najdôležitejšie aspekty tzv. evolučná teória poznania. Už po smrti svojej matky v roku 1885 prvýkrát B. trpel depresiou, ktorá ho v roku 1888 donútila odložiť nástup na miesto Kirchhoffa v Berlíne, kde ho menoval nemecký cisár. Tiež v Lipsku bol postihnutý touto chorobou. Ďalšie roky striedali obdobia najvyššej duševnej aktivity s obdobiami hlbokých depresií. Prepracovanie ako následok rozsiahlych pedagogických povinností a náročnosť jeho tretej cesty do Ameriky (1899, 1904 a 1905) zhoršili nakoniec jeho zdravotný stav natoľko, že v roku 1906 zvolil dobrovoľný odchod zo sveta.
B. je jedným zo zakladateľov štatistickej fyziky a jeho výskumy razili cestu prevratu vo fyzike na začiatku 20. storočia. Planckova kvantová hypotéza z roku 1900 bola postavená na Boltzmannových prácach a B. dokonca Planckovi radil, aby použil jeho štatistickú metódu. Mladý Einstein formuloval v roku 1905 teóriu Brownovho pohybu, ktorá viedla ku kvantitatívnemu potvrdeniu Boltzmannových štatistických oscilácií. Vedľa vyššie uvedených B-ových prác je potrebné predovšetkým zmieniť sa o jeho teórii pružného následku z roku 1876 a v roku 1877 formulovanú ergodickú hypotézu a jeho teoretický „Stefan-Boltzmannov zákon“ (1884). Vo svojej teórii vedy používal jazykovo kritickú metódu a mal veľký vplyv na Ludwiga Wittgensteina, čo Wittgenstein sám potvrdzuje. Ďalej môže byť označený za predchodcu evolučnej teórie poznania, ako potvrdzujú Karl Lorenz a Karl Popper. Jeho obrana atomizmu proti pozitivistom a fenomenalistom môže byť klasifikovaná ako hypotetický realizmus.