Ludwig Boltzmann

Ludwig Boltzmann
Conhecido(a) porConstante de Boltzmann, equação de Boltzmann, distribuição de Boltzmann, lei de Stefan-Boltzmann, constante de Stefan-Boltzmann, distribuição de Maxwell-Boltzmann
Nascimento20 de fevereiro de 1844
Viena
Morte5 de setembro de 1906 (62 anos)
Duino-Aurisina
Residência Áustria,  Alemanha
NacionalidadeÁustria Austríaco
Alma materUniversidade de Viena
Assinatura
Ludwig sig.jpg
Orientador(es)Joseph Stefan[1]
Orientado(s)Paul Ehrenfest, Philipp Frank, Gustav Herglotz, Franc Hočevar, Ignacij Klemenčič, Lise Meitner
InstituiçõesUniversidade de Graz, Universidade de Viena, Universidade de Munique, Universidade de Leipzig
Campo(s)Física
Tese1866: Über die mechanische Bedeutung des zweiten Hauptsatzes der mechanischen Wärmetheorie

Ludwig Eduard Boltzmann (Viena, 20 de fevereiro de 1844Duino-Aurisina, 5 de setembro de 1906) foi um físico austríaco, conhecido pelo seu trabalho no campo da termodinâmica estatística. É considerado junto com Josiah Willard Gibbs e James Clerk Maxwell como o fundador da mecânica estatística. Foi defensor da teoria atómica, numa época em que esta ainda era bem controversa.

Biografia

Ascendência

O avô do físico Ludwig Eduard Boltzmann, Gottfried Ludwig Boltzmann, nasceu em 1770, em Berlim, e se estabeleceu em Viena, onde fundou uma fábrica de caixas de música. Seu filho e pai do físico, Ludwig Georg Boltzmann (1802 - 22 de Junho de 1859) estudou direito e assumiu a posição de oficial da receita. Em 1837 em Maria Plain, se casou com Maria Katharina Pauernfeind, membro de uma família de negociantes salzburguenses prósperos e renomados - o bisavô dela, Johann Christian Pauernfeind, foi burgomestre de Salzburgo. Ludwig Georg e Maria Katharina Boltzmann tiveram três filhos, Ludwig Eduard, seu irmão menor Albert (22 de Abril de 1846 - 14 de fevereiro de 1863) e sua irmã Hedwig (12 de maio de 1848 - 1890). Albert Boltzmann era muito talentoso e tornou-se o segundo melhor estudante no liceu académico de Linz, depois do seu irmão Ludwig Eduard. Todavia ele morreu por causa de uma doença pulmonar, possivelmente de tuberculose, aos 16 anos de idade. Hedwig nunca se casou e morreu em estado de alienação mental.[2]

Infância e educação

O pai de Boltzmann, na sua função de administrador imperial, foi transferido várias vezes, e sua família o seguiu. Mudaram-se de Salzburgo para Viena, onde nasceu Boltzmann, depois para Wels e finalmente para Linz, Alta Áustria. Ele recebeu sua educação primária na casa de seus pais a partir de um tutor privado. Em 1855 ingressou no liceu académico de Linz. A maior parte dos professores era de clérigos; além disto, 22 entre os 29 colegas de classe intentaram estudar teologia. A educação recebida dos seus pais foi marcada pelo ideal humanista. A música tinha uma grande importância na vida familiar dos Boltzmann. Entre os seus professores de música estava Anton Bruckner, que mais tarde se tornou um compositor conhecido.

Quando Boltzmann tinha 15 anos seu pai morreu, e quatro anos depois morreu seu irmão menor. Apesar destas cargas emocionais, passou nos exames finais do liceu com distinção no verão de 1863. Pouco depois, a família se mudou para Viena, de modo que Boltzmann pudesse começar seus estudos universitários. Sua mãe teve os recursos necessários para financiar os seus custos de fazer faculdade.[3]

Atualmente em homenagem ao seu nome foi fundado o Ludwig Boltzmann Gesellschaft (LBG), que é uma rede austríaca de institutos de pesquisa especializados. Fundado em 1961, é composto por 131 institutos no campo da medicina, ciências sociais e humanas.[4]

Estudos e professor associado em Viena (1863–1869)

Ludwig Boltzmann aos 24 anos de idade (1869)

Em 1863, Boltzmann começou a fazer faculdade de matemática e física. O instituto de física da Universidade de Viena foi fundado só no ano 1849 por Christian Doppler. Ficou na rua Erdbergstraße 15 no distrito de Landstraße e na época foi presidido por Andreas von Ettingshausen, sucessor de Doppler. Entre os professores de Boltzmann estavam, além de Ettinghausen, cientistas como Josef Stefan, Josef Petzval e August Kunzek. Boltzmann começou seus estudos como "rebento extraordinário" e tornou-se "rebento ordinário" a partir do semestre de verão de 1865. Um ano depois, Josef Stefan tornou-se sucessor de Ettingshausen na posição de presidente do instituto, e em outubro de 1866, Boltzmann tornou-se assistente de Stefan. Até antes de graduar-se, Boltzmann publicou duas investigações científicas.[5][6] Ele terminou seus estudos de doutoramento passando nos três exames obrigatórios. No dia 19 de dezembro de 1866 recebeu o grau de doutor de filosofia. Na época não era necessário de escrever uma dissertação de doutoramento.

No mesmo ano, Josef Loschmidt ingressou no instituto de física. Ele e Stefan, que era só cinco anos mais velho que Boltzmann, tornaram-se não só os professores mais importantes dele, mas também amigos.[7][8] Boltzmann passou nos exames de docência para matemática e física em escolas secundárias, e em 1867-68 passou o ano de teste obrigatório no liceu acadêmico. No dia 21 de dezembro de 1867 colocou seu pedido de autorização de ensino, que foi autorizado no dia 19 de março de 1868. Ensinou como docente titular até dia 31 de Julho de 1869 e deu palestras intituladas "Sobre os princípios fundamentais da termodinâmica mecânica".[9]

Primeiro professorado em Graz (1869–1873)

Depois da transferência do professor Ernst Mach à Universidade de Praga em 1867, a cátedra para física matemática da Universidade de Graz ficou vaga. O professor August Toepler, que foi chamado para a cátedra de física geral e experimental pouco antes, se empenhou por uma substituição. Boltzmann candidatou-se e recebeu o apoio de Stefan. No dia 17 de Julho de 1869, o imperador Francisco José I nomeou Boltzmann professor regular de física matemática na Universidade de Graz.[10]

Boltzmann trabalhou em Graz com muito sucesso, mas lamentou a falta de contato com a comunidade científica internacional. Ele até criticou seus professores prezados de Viena, Stefan e Loschmidt por estar isolado. Escreveu que tanto quanto seja do meu conhecimento, Stefan e Loschmidt nunca fizeram uma viagem fora da pátria austríaca. Nunca participaram de congresso de naturalistas, e nunca estabeleceram ligações pessoais com eruditos estrangeiros. Não posso aprovar isto. Penso que se eles fossem menos isolados, teriam realizado mais. Pelo menos teriam dado a conhecer suas realizações mais rápido, e, deste jeito, mais frutífero.[7] Em março de 1870, Boltzmann apresentou uma solicitação de férias. Em abril e maio de 1870 empreendeu a primeira de suas numerosas viagens: visitou Robert Bunsen, Gustav Kirchhoff e Leo Königsberger em Heidelberg. No semestre de inverno de 1871/72, visitou Hermann von Helmholtz na Universidade de Berlim. Publicou, em 1872, uma das suas investigações mais importantes sobre a mecânica estatística intitulada Estudos aprofundados sobre o equilíbrio termodinâmico entre moléculas de gás.[11]

Professor de matemática na universidade de Viena (1873–1876)

Em 1873, Boltzmann candidatou-se à cátedra de matemática da Universidade de Viena, que ficou vaga depois da retirada de Franz Moth. Dia 30 de Agosto de 1873, ele foi nomeado professor regular de matemática. Nesta função ele também abordou profundamente a física, deu palestras sobre a termodinâmica e realizou trabalhos experimentais nas universidades de Viena e Graz. Em 1875 recebeu uma oferta da Escola Politécnica Federal de Zurique de uma professora a título definitivo. Boltzmann recusou, mas esta oferta suíça o ajudou negociar com o ministério austríaco um aumento do seu salário e a melhoria das suas condições de trabalho. Ele também recusou uma oferta da Universidade de Friburgo.

Segundo professorado em Graz (1876–1890) e convite a Berlim fracassado

Ludwig Boltzmann e colaboradores em Graz, 1887. Da esquerda para a direita, de pé: Walther Nernst, Heinrich Streintz, Svante Arrhenius, Hiecke; sentados: Aulinger, Albert von Ettingshausen, Ludwig Boltzmann, Ignacij Klemenčič, Hausmanninger

Em 1875, o professor de física experimental August Toepler foi convidado para o Politécnico Real de Dresden. Boltzmann foi nomeado seu sucessor nas funções de professor e presidente do instituto de física da Universidade de Graz. Além disso, no ano letivo de 1878/79, Boltzmann foi decano da faculdade de filosofia, e no ano letivo de 1887/88 foi reitor.

O tempo que Boltzmann passou em Graz se encontra entre os anos mais felizes e produtivos na vida dele. Aqui nasceram quatro dos seus filhos. Morava num imóvel situado sobre um pequeno planalto na região vizinha de Graz (hoje no distrito de Mariatrost), onde se sentia muito confortável. Apesar de tudo passou por problemas psicológicos e de saúde. Depois da morte da sua mãe dia 23 de janeiro de 1885, Boltzmann atravessou uma grave crise. Quando seu primeiro filho morreu em 1889 por consequência de apendicite diagnosticada tarde demais, ele se autoflagelou.

No início de 1888 Boltzmann recebeu uma oferta para ser professor de física teorética na Universidade de Berlim. A cátedra ficou vaga por causa da morte de Gustav Kirchhoff em outubro de 1887. Boltzmann consentiu e dia 19 de março foi nomeado professor regular de física teorética. Dia 24 de junho de 1888, surpreendentemente, ele revogou seu cargo, citando como razões deficiências visuais confirmadas por pareceres médicos. Dia 27 de Junho enviou um telegrama para anular sua revogação. Seu pedido de anulação não foi aceito apesar de intervenções mais largas, porque entretanto a cátedra tinha sido atribuída a Max Planck.[12]

Professorado em Munique (1890–1894)

Depois da candidatura em Berlim fracassada, Boltzmann quis deixar a cidade de Graz. Decidiu enfim de aceitar um convite para ser professor na Universidade de Munique, onde começou sua missão de docência no semestre de inverno de 1890/91. Ele desfrutava das possibilidades amplas para intercâmbio científico e discussão com numerosos eruditos. Na época se prepararam os primeiros conflitos com Wilhelm Ostwald e os seguidores da sua teoria da energética. Em 1892, ele tomou parte nas celebrações do tricentenário do Trinity College em Dublin, e em 1894 visitou a Universidade de Oxford. No ano letivo de 1892/93, Boltzmann foi convidado a retornar para a Universidade de Viena, mas recusou. Em 1893 morreu Josef Stefan, deixando sua cátedra vaga. Subsequentemente e apesar da sua atividade científica frutífera em Munique, Boltzmann decidiu retornar a Viena.

Professorado de física teorética em Viena (1894–1900)

Placa comemorativa no exterior da casa Türkenstraße 3 em Viena, onde ficou entre 1875 e 1913 o instituto de física, lugar onde trabalhava Boltzmann.

Boltzmann começou a desempenhar suas tarefas na Universidade de Viena dia 1o de setembro de 1894. O professorado em Viena levou a um aumento significativo dos seus rendimentos. Além disto, a pensão acordada e a segurança oferecida à sua família em caso da sua morte contaram entre as motivações de Boltzmann a retornar a Viena. Em 1895, Boltzmann tomou parte na reunião de naturalistas em Lübeck, onde houve uma escalada da disputa com os seguidores da teoria da energética, Ostwald e Helm. Mais tarde, Arnold Sommerfeld comparou a disputa com uma tourada, onde Boltzmann teve o papel do touro, e na qual o touro derrotou o toureiro.[13]

Um convite da Clark University em Worcester, Massachusetts foi, em 1899, a ocasião para a primeira das suas três viagens aos Estados Unidos. A viagem de ida a bordo do navio Kaiser Wilhelm der Große passou de Bremerhaven por Cherbourg e Southampton a New York. Daí Boltzmann continuou por Boston a Worcester e visitou Montreal, as Cataratas do Niágara, Buffalo, Pittsburgh, Washington, Baltimore e Filadélfia. Depois de uma estadia de quatro semanas, Boltzmann retornou dia 25 de Julho de 1899, a bordo do navio Trave da companhia Norddeutscher Lloyd.

Depois da euforia inicial, Boltzmann se sentiu desconfortável em Viena. Por isso aceitou uma oferta da Universidade de Leipzig. Apesar de todos os desacordos científicos, Ostwald havia apoiado intensamente a candidatura de Boltzmann. Ele deixou Viena surpreendentemente, e sem se despedir dos seus colegas.

Professorado em Leipzig (1900–1902)

Boltzmann começou seu trabalho em Leipzig no dia 1º de setembro de 1900. Desde o início ele se sentia desconfortável nesta função. Estava com medo que poderia perder a memória no meio de uma palestra e por isto até cancelou aulas. No verão de 1901 empreendeu, com seu filho Arthur, uma extensa viagem que estendeu-se de Hamburgo a Gibraltar e depois pelo Mar Mediterrâneo. Boltzmann sofreu muito com o calor, mas o estado da sua saúde não melhorou como se esperava. Além disso, a disputa científica com Ostwald teve efeitos negativos na sua saúde, embora as relações privadas entre as famílias Boltzmann e Ostwald fossem amistosas. Em ocasiões de noites musicais, Boltzmann até tocou o piano na casa dos Ostwald. Quando a doença nervosa tornou-se mais grave e os pensamentos suicidas mais frequentes, Boltzmann consultou o psiquiatra Paul Flechsig. Enfim Boltzmann aproveitou-se de uma ocasião para retornar a Viena.[14]

Segundo professorado de física teorética em Viena (1902–1906)

Lussinpiccolo (hoje Mali Lošinj) acerca do ano 1900, lugar onde Boltzmann passou o verão de 1903.
Placa comemorativa no exterior da casa de Boltzmann na rua Haizingergasse de Viena

Boltzmann foi nomeado professor regular de física teorética da Universidade de Viena com efeito a partir do dia 1º de Outubro de 1902. Na época, desfrutando da mais alta reputação, foi recebido pelo imperador Franz Joseph e nomeado Hofrat (conselheiro da corte). Tomou posse de um novo alojamento na rua Haizingergasse no distrito de Währing. Para melhorar o estado da sua saúde passou os retiros de verão perto do mar em 1902 e 1903. Trabalhou com muito entusiasmo. Havia começado a escrever o volume dois das suas "preleções sobre os princípios da mecânica". Visitou as cidades de Göttingen e Kassel onde teve uma discussão muito intensa com David Hilbert. Além disso viajou para Paris e para a Inglaterra, onde tomou parte no Southport Meeting da British Association for the Advancement of Science.

Na Universidade de Viena, Ernst Mach ocupou a cátedra de filosofia, mas, em 1901, sofreu um acidente vascular cerebral e por consequência não podia mais respeitar as suas obrigações de ensino. No semestre de inverno de 1903/04, Boltzmann assumiu a sua palestra sobre filosofia natural.[15] Ele se preparou minuciosamente e até entrou em correspondência com o filósofo Franz Brentano, que visitou em Florença, em 1905. Ao lado da sua ocupação intensiva com a filosofia e as suas atividades de formação, seu trabalho científico quase foi interrompido. Depois do ano 1900, Boltzmann só publicou duas investigações científicas.

Entre dia 21 de agosto e 8 de outubro de 1904, Boltzmann empreendeu, em companhia do seu filho Arthur Ludwig, sua segunda viagem para os Estados Unidos, para participar do St. Louis Mathematics Congress.[16] Ele sofreu muito com os rigores da viagem. Denotou o navio Belgravia da companhia de transporte marítimo Hamburg-Amerika Linie como inferior e desconfortável. A viagem se estendeu por Filadélfia, Washington, os Grandes Lagos e Detroit, as Cataratas do Niágara, Chicago e St. Louis. A viagem de volta se fez no navio Deutschland.

Em junho de 1905 se pôs a caminho da América pela terceira e última vez. O destino desta viagem foi Berkeley. Depois de uma curta estada em Leipzig, embarcou no navio Kronprinz Wilhelm no porto de Bremen. Viajou em um trem expresso de Nova York a São Francisco por quatro dias e quatro noites. O Observatório Lick deixou uma impressão muito profunda em Boltzmann. Por outro lado, as palestras que Boltzmann deu em Berkeley não fizeram um grande sucesso, principalmente por causa do inglês dificilmente compreensível de Boltzmann. A viagem de volta se fez a bordo do navio Kaiser Wilhelm II. Esse viagem tornou-se conhecida pela relato bem-humorado chamado de "Viagem de um professor alemão para o El Dorado".[17] A disposição jovial e descontraída do relato e afetada raramente, o leitor não pressente as dores das quais Boltzmann já sofria na época. Ao retornar, Boltzmann estava de muito bom humor, mas poucos meses mais tarde houve o colapso. Na primavera de 1906, seu estado de saúde agravou-se muito e ficou evidente que não podia mais cumprir suas obrigações de ensino.

Morte em Duino

O estado de saúde de Boltzmann já estava mal há muito tempo. Várias vezes procurou tratamento psicológico por causa da neurastenia. Sofria de extremas oscilações de humor, fases de grande exaltação alternadas com profundas depressões. Boltzmann mesmo disse que nasceu na noite entre o carnaval e quarta-feira de cinzas, e que este contraste se apresentou durante durante sua vida inteira.[18] Além disto, era extremamente míope e já em 1873 preocupou-se com uma possível cegueira.[19] No ano de 1900 a sua visão tinha piorado de jeito que contratou uma dama que lhe lia sua literatura científica. Ditou as suas próprias obras à sua esposa. Sofreu também de asma, pólipos de nariz, dores de cabeça, males dos rins e bexiga e diversas outras doenças, como é documentado em cartas escritas por sua mulher à sua filha Ida, em Leipzig, nos anos de 1902 e 1903.[20]

No dia 5 de maio de 1906, Boltzmann recebeu a concessão de licença por causa da sua grave neurastenia. Stefan Meyer assumiu o cargo de suas aulas. Boltzmann passou o verão de 1906 em Duino, junto com a sua família, na costa do Mar Adriático, na região norte de Trieste. No dia 5 de setembro de 1906, um dia antes do retorno a Viena, Boltzmann enforcou-se no seu quarto de hotel. Já em 7 de setembro de 1906, o jornal Neue Freie Presse relatou que o professor Boltzmann tinha sofrido de neurastenia por muito tempo e tinha ido a Duino, em companhia de uma de suas filhas, para passar o verão. Quando a filha observou que o pai não tinha saído do seu quarto, ela entrou e o achou morto, enforcado em uma barra de ferro da janela.[21] Um dia mais tarde, a Neue Freie Presse imprimiu laudos necroscópicos para Boltzmann, escritos por Ernst Mach e Franz Serafin Exner.[22]

Boltzmann foi sepultado no Döblinger Friedhof em Viena. Em 1929 seus restos mortais foram exumados e trasladados para uma sepultura honorária no Cemitério Central de Viena.[23] A um comitê de professores "foi dada a tarefa honrosa de providenciar a construção de um monumento digno", que foi realizado na forma de um busto em mármore de carrara. O busto, obra do escultor Gustinus Ambrosi, com representação marcantemente heroizada, mostra pouca semelhança com Boltzmann. Ao fundo é mostrada a famosa fórmula inscrita no mármore. O monumento foi festivamente descerrado na presença do conselho de cidade Julius Tandler, Wolfgang Pauli, Hans Thirring, da viúva de Boltzmann, do filho Arthur e diversas outras pessoas.[24]