Boltzmann, Ludwig

LUDWIG BOLTZMANN (Bild 1) lebte in einer Zeit, in der zum einen die klassische Physik ihrer Vollendung entgegenging und zum anderen erste Schritte in Richtung neuer physikalischer Theorien gegangen wurden. Berühmte Zeitgenossen von ihm waren u.a. JAMES CLERK MAXWELL (1831-1879), MAX PLANCK (1858-1947), GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF (1824-1887), LORD KELVIN (1824-1907) oder HEINRICH HERTZ (1857-1894).

Leben und Wirken
LUDWIG BOLTZMANN wurde am 20. Februar 1844 in Wien als Sohn eines Steuerbeamten geboren. Nach dem Besuch der Mittelschule in Linz studierte BOLTZMANN an den Universitäten Wien, Heidelberg und Berlin Physik. Nach der Beendigung des Studiums 1866 in Wien promovierte er an der dortigen Universität und erwarb ein Jahr später die Lehrbefähigung.
Von 1867 bis 1869 arbeitete BOLTZMANN als Assistent in Wien. 1869 erhielt er einen Ruf als ordentlicher Professor für mathematische Physik an die Universität Graz. 1873 wechselte er auf den Lehrstuhl für Mathematik der Universität Wien, 1876 ging er zurück nach Graz und war dort als Professor für Experimentalphysik und Direktor des Physikalischen Instituts tätig.
Von 1889 bis 1894 übernahm er eine Professur für theoretische Physik in München und ab 1894 war er an der Universität Wien tätig, unterbrochen durch einen zweijährigen Aufenthalt in Leipzig von 1900 bis 1902.

An allen diesen Hochschuleinrichtungen arbeitete er als Hochschullehrer und Forscher. Neben allgemeiner und theoretischer Physik hielt er auch Vorlesungen über die Allgemeine Theorie der Naturwissenschaften und über Methodologie.

LUDWIG BOLTZMANN war ein konsequenter Verfechter der Atomistik und des naturwissenschaftlichen Materialismus und stand damit im Widerspruch zu einer Reihe seiner Zeitgenossen, insbesondere zu FRIEDRICH WILHELM OSTWALD (1853-1932). Trotz hoher wissenschaftlicher Anerkennung wechselten seine Stimmungen sehr stark zwischen übermütigem Humor und tiefen Depressionen. In einem solchen depressiven Zustand beging er am 5. September 1906 Selbstmord.

Wissenschaftliche Leistungen
LUDWIG BOLTZMANN beschäftigte sich anfangs mit der Theorie der Wärme und veröffentlichte 1866 eine Arbeit unter dem Titel "Über die mechanische Bedeutung des Zweiten Hauptsatzes der Wärmetheorie", in der es vor allem um die Formulierung eines mechanischen Äquivalents ging.
In einer 1868 veröffentlichten Arbeit mit dem Titel "Studien über das Gleichgewicht der lebendigen Kraft zwischen bewegten materiellen Punkten" beschäftigte er sich mit der Geschwindigkeitsverteilung von Molekülen des idealen Gases und erweiterte die von MAXWELL angegebene Ableitung für Gase, die sich in einem Kraftfeld mit koordinatenabhängiger potenzieller Energie befinden. Diese Verteilung wird heute als MAXWELL-BOLTZMANN-Verteilung bezeichnet.

1872 bestätigte er die zunächst umstrittene maxwellsche Theorie durch den experimentellen Nachweis des Zusammenhangs zwischen dem Brechungsindex und der Dielektrizitätszahl am Beispiel von Schwefel.
Ebenfalls 1872 entwickelte BOLTZMANN zur Bestimmung der zeitlichen Entwicklung einer beliebigen Anfangsverteilung von Gasmolekülen das "H-Theorem".1876 beschrieb BOLTZMANN zweiatomige Moleküle mit dem Modell zweier starr miteinander verbundener Massepunkte.

1877 entwickelte BOLTZMANN sein Konzept einer statistischen Interpretation des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik, das MAX PLANCK zu folgender berühmten Beziehung führte:

BOLTZMANN selbst meinte zu der statistischen Deutung der Entropie, eines Begriffes, der von RUDOLF CLAUSIUS (1822-1888) in die Physik eingeführt wurde:

"Der Anfangszustand wird in den meisten Fällen ein sehr unwahrscheinlicher sein, von ihm wird das System immer wahrscheinlicheren Zuständen zueilen, bis es endlich den wahrscheinlichsten, d.h. den des Wärmegleichgewichts, erreicht hat. Wenden wir dies auf den zweiten Hauptsatz an, so können wir diejenige Größe, welche man gewöhnlich als die Entropie zu bezeichnen pflegt, mit der Wahrscheinlichkeit des betreffenden Zustandes identifizieren."

Die genannte Gleichung ist auch auf dem Grabstein von LUDWIG BOLTZMANN eingraviert.
1884 formulierte BOLTZMANN die theoretischen Grundlagen des von dem österreichischen Physiker JOSEPH STEFAN (1835-1893) empirisch gefundenen Gesetzes über die Gesamtstrahlung eines schwarzen Strahlers. Dieses Gesetz wird heute als Strahlungsgesetz von STEFAN und BOLTZMANN bezeichnet.
Besondere Verdienste erwarb sich BOLTZMANN auch dadurch, dass er konsequent die zur damaligen Zeit durchaus umstrittene Auffassung von der Existenz von Atomen vertrat. Diese Konzeption hatte viele Gegner. Der Freitod von BOLTZMANN wird mitunter auch darauf zurückgeführt, dass er daran verzweifelte, dass sich seine von ihm als richtig erkannten Auffassungen jemals durchsetzen würden. Letztendlich erwiesen sich viele der Auffassungen von BOLTZMANN als zutreffend. Er gehört zu den großen theoretischen Physikern des 19. Jahrhunderts.