19. yüzyıl fizikçisi Ludwig Boltzmann hayatının çoğunu, fiziksel dünyanın, onu oluşturan atomlar hakkındaki bazı basit varsayımlara dayanarak nasıl davrandığını açıklamaya çalışarak geçirdi. Ancak bu arayışı onun trajedisine de neden olacaktı.
Fizik ve kimya bölümlerinden her lisans öğrencisi Maxwell-Boltzmann dağılımını, Boltzmann istatistiklerini ve belki de Boltzmann denklemini öğrenmektedir. Tüm bunlar Ludwig Boltzmann’ın çalışmalarının öneminin bir kanıtıdır.
Kendisi aynı zamanda fiziğin en trajik kahramanlarından biri olarak da bilinmektedir. Maddenin atomlardan oluştuğunu düşünüyordu ve hayatını termodinamik ile ilgili çalışmalara adamıştı. Bugün atomcu görüş tamamen tartışmasız olsa da onun zamanında fizik ve felsefe çevrelerinde durum farklıydı.
Çoğunluğun görüşü, atomların pratik yapılar olarak bazı faydalarının olabileceği, ancak maddenin gerçek bileşenleri olarak çok ciddiye alınmamaları gerektiği biçimindeydi. Ancak bu görüş Boltzmann’ın tüm fikirleri ile çelişiyordu. Boltzmann yanlış yerde ve yanlış zamandaydı. Sonuçta tüm bunlar onu depresyona sürükleyecek ve intihar etmesine neden olacaktı.
Kısaca Ludwig Boltzmann
Ludwig, 20 Şubat 1844’te Viyana’da doğdu. Okul hayatında matematikte büyük bir yetenek gösterdi. 19 yaşındayken Viyana Üniversitesi’ne kaydoldu. Matematik ve fizik okudu ve üç yıl sonra, 1866’da doktora derecesini aldı. Boltzmann’ın doktora tezi gazların kinetik teorisi ile ilgili idi.
Ludwig Boltzmann çeşitli üniversitelerde matematik, deneysel fizik ve teorik fizik dersleri verdi, ancak asıl tutkusu teorik fizikti. Şaşırtıcı bir hafızası vardı ve çoğu zaman notlara bakmadan ders anlatırdı. Açıklamaları basit, esprili, uyarıcı anekdotlarla doluydu. Bu nedenle dersleri her zaman ilgi çeker ve onu dinlemek isteyenlerle dolu olurdu.
Yine de, bu parlak entelektüel görünümünün ardında, bir tedirginliği saklıydı. Boltzmann hayatı boyunca her zaman bu iki uç arasında gidip geldi. Büyük mutluluk anlarından derin depresyon dönemlerine hızla geçti.
Boltzmann, 1866 – 1869 yılları arasında Graz Üniversitesi’nde teorik fizik üzerine çalışmalar yaptı. Boltzmann, 25 yaşına geldiğinde aynı üniversitede matematiksel fizik profesörüydü. Üniversitenin ilk kız öğrencisi ve gelecekte eşi olacak Henriette von Aigentler ile orada tanıştı. Bilimsel kariyeri boyunca birlikte çalıştılar. Mutlu bir evlilikleri ve beş çocukları oldu.
Boltzmann, 1900-1902 yılları arasında Leipzig Üniversitesi’nde geçirdiği kısa bir dönem dışında, ölümüne kadar Viyana’ya dönerek fizik ve doğa felsefesi dersleri verdi. Dönemin birçok önemli bilim insanı ona büyük saygı duymuş ve onunla iş birliği yapmıştı ve kendi başlarına etkin bilim insanları haline gelen birçok öğrencisi olmuştu.
Ama aynı zamanda bir dizi düşmanı da vardı. Boltzmann, mesleki çatışmalardan veya ideolojik çekişmelerden yapısal olarak rahatsızdı. Aynı zamanda bilimsel topluluk tarafından henüz tam olarak anlaşılmamış bir şeyin peşinde olduğunu da biliyordu. Matematiksel karmaşıklıklarına rağmen giderek daha fazla fark edilen makaleler yazmıştı.
Fikirlerinden emindi, ancak aynı zamanda kendinden şüphe duyuyordu. Ayrıca sağlığı da iyi değildi. Zor dönemlerinden birinde bilimsel çevrenin fikirleri üzerinden yansıttıkları nefrete daha fazla dayanamadı. 1906’da karısı ve kızıyla beraber çıktıkları tatilde arkasında hiç bir açıklama notu bırakmadan, kendini astı.
Ludwig Boltzmann’ın Rahatsız Edici Düşünceleri Nelerdi?
Atomu anlamaya beşinci yüzyılda yaşamış Demokritos ile başladık. Ancak maddenin yapısı olan küçük cisimlerin “boşlukta” hareket edip birbirleriyle etkileştiği fikri hiçbir zaman bir azınlığın görüşü olmaktan öteye geçemedi. Hatta Aristoteles gibi filozoflar tarafından alaya alındı. Bu durum aslında yüzyıllarca sürecek olan bir tartışmanın başlangıcıydı.
İlerleyen yıllarda bilimsel topluluk iki kutba ayrılacaktı. Bir tarafta Newton’ı takip eden ve atomik varsayımı destekleyenler, öte tarafta da Descartes’ı takip eden ve boşluk fikrinden nefret eden, kartezyen okul vardı. İşler on dokuzuncu yüzyıla gelindiğinde iyice sarpa sardı. Karşıt fikirler, çok sayıda küçük parçacığın boşlukta hareket edip, birbirlerine çarpıp kendi yollarına Isaac Newton tarafından ortaya koyulan yasalara uygun şekilde gitmesi fikrinin kabul edilemez bir hata olduğuna işaret eden fizikçi ve filozoflardan geldi.
Argümanın temelinde Newton yasalarının tersinir olması ve bir zaman yönü tercih etmemesi vardı. Gündelik yaşamın tersinmezliği on dokuzuncu yüzyıl bilim insanlarınca ısı açısından, termodinamik bilimiyle ifade edilecekti.
Örneğin bir tenceredeki kaynayan suyu düşünün. Buharın çıktığını ve mutfakta dağıldığını görürsünüz. Zamanın tersine çevrilmesi durumunda odanın dört bir yanından gelen su molekülleri, tencerede toplanarak, tenceredeki sıvı suya yeniden katılmalıdır ve bu elbette mantıksızdır. Peki ama neden? Bu soruya cevap olarak “çünkü termodinamiğin ikinci yasası buna izin vermez.” diyebilirsiniz. Peki ama ikinci yasanın fiziksel temeli, arkasındaki mekanizma nedir?
Ludwig Boltzmann’ın fiziğe en önemli katkısı bu soruya cevap verebilmesi idi. Çok sayıda parçacığın Newton yasalarıyla uyumlu etkileşimiyle oluşan davranışın istatistiksel olarak da tanımlanması gerektiğini fark etti ve onların nasıl davranması gerektiğini hesaplamaya yarayan denklemleri türetti. Günümüzde istatiksel mekanik olarak bilinen yasaları ortaya koydu.
1870’lerin başında maddenin atom teorisine dayanarak termodinamiğin ikinci yasasını açıkladı. Entropi formülünü 1872 ile 1875 arasında formüle etti.
Sonuç Olarak
Boltzmann evrenin işlemesini sağlayan temel denklemlerden birini keşfetmiş ve hayatını ona adamıştı. Bir cismin entropisi ile makroskobik durumunun olasılığı arasındaki kesin bağlantı, günümüzde Viyana mezarlığındaki mezarına kazınmış durumdadır.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Maths in a minute: Statistical mechanics. Kaynak site: Plus Math. Yayınlanma tarihi: 12 Ocak 2022. Bağlantı: Maths in a minute: Statistical mechanics
- Giuseppe Mussardo; The ABC’s of Science; ISBN 978-3-030-55169-8; Springer 2020
- Britannica, The Editors of Encyclopaedia. “Ludwig Boltzmann”. Encyclopedia Britannica, 18 Apr. 2024, https://www.britannica.com/biography/Ludwig-Boltzmann.
Matematiksel
Teşekkürler Sibel Hanım.
Kaleminize , emeğinize sağlık…