Paul Ehrenfest

Paul Ehrenfest ( Wien , 18. januar 1880 - Amsterdam , 25. september 1933 ) var en nederlandsk naturalisert østerriksk fysiker og matematiker 24. mars 1922 .

Han ga sine viktigste bidrag innen statistisk mekanikk , spesielt i forhold til kvantemekanikk , inkludert teorien om faseovergang og Ehrenfest-teoremet .

Biografi

Barndom

Paul Ehrenfest ble født og oppvokst i Wien i en jødisk familie opprinnelig fra byen Loštice i Moravia . Foreldrene hans, Sigmund Ehrenfest og Johanna Jellinek, eier en blomstrende matbutikk. Selv om familien ikke var særlig religiøs, deltok Paulus på kurs i hebraisk og i det jødiske folks historie . Senere vil han få oss til å peke på hans jødiske røtter.

Selv om Ehrenfest viste gode ferdigheter i sine tidlige skoleår, gjorde han ikke en lykkelig innvirkning da han meldte seg inn på Akademisches Gymnasium , hvor hans beste fag var matematikk . Senere flyttet han til Franz Josef gymnasium hvor ting ble bedre og i 1899 besto han den avsluttende eksamen .

Studier

Han spesialiserer seg i kjemi ved det tekniske universitetet, men deltar også på kurs ved universitetet i Wien , spesielt Ludwig Boltzmanns om hans kinetiske teori om termodynamikk . Boltzmanns lære vil ha en dyp innflytelse på Ehrenfest ved å stimulere hans interesse for teoretisk fysikk , som vil bli hans forskningsfelt de neste årene, og ved å gi en ideell undervisningsmodell.

I disse årene i det tyske språkområdet var det vanlig å studere ved flere universiteter og i 1901 flyttet Ehrenfest til Göttingen , et viktig senter for matematikk og teoretisk fysikk. Det er her han møter sin fremtidige kone Tatiana Afanas'eva , en ung matematiker født i Ukraina , men oppvokst i Russland . Våren 1903 møtte han Hendrik Lorentz under en kort tur til Leiden .

I mellomtiden forbereder han sin doktoravhandling om et emne i klassisk mekanikk med tittelen Die Bewegung starrer Körper i Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz (Bevegelsen av stive kropper i væsker og Hertz's mekanikk). [1] Han avsluttet sin forskningsdoktorgrad 23. juni 1904 i Wien og ble her til 1905.

Akademisk karriere

Ehrenfest returnerer til Göttingen i september 1906, men de vil ikke kunne møte Boltzmann som 6. september tar livet av seg i Duino , en by nær Trieste . Ehrenfest publiserer en omfattende nekrolog der alle Boltzmanns prestasjoner rapporteres.

Felix Klein , da den viktigste representant for Göttingen matematikere og redaksjonell leder for Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften , hadde foretatt med Boltzmann et ambisiøst prosjekt om revisjon av statistisk mekanikk . Nå ber han Ehrenfest, kjent gjennom noen publikasjoner og møtt på et seminar, om å fortsette arbeidet som ble startet av Boltzmann. Sammen med sin kone Ehrenfest vil han jobbe med prosjektet i noen år med å skrive en artikkel som først skal publiseres i 1911. Det er en ny gjennomgang av arbeidet til Boltzmann og hans skole som viser en helt egen stil: en logisk og innsiktsfull analyse av de grunnleggende hypotesene, en klar avgrensning av de uløste spørsmålene, og en uttømmende forklaring av de generelle prinsippene gjennom et dyktig utvalg av umiddelbare eksempler.

I 1907 flyttet ekteparet til St. Petersburg . Her får Ehrenfest noen gode venner, spesielt med AF Joffe , og han føler seg umiddelbart hjemme, selv om byen er ganske isolert fra et vitenskapelig synspunkt. Som østerriksk statsborger av jødisk opprinnelse har han dessuten ingen utsikter til en fast stilling. [2] Tidlig i 1912 turnerte Ehrenfest alle de store tysktalende universitetene i håp om en stilling. Han besøker Berlin hvor han møter Max Planck , Leipzig hvor han møter sin gamle venn Herglotz, München hvor han møter Arnold Sommerfeld , deretter Zürich og Wien. Han møtte også Albert Einstein for første gang i Praha , og de vil bli gode venner siden den gang. Einstein anbefaler Ehrenfest til etterfølgen av sin leder i Praha, men dette vil ikke gå gjennom på grunn av religiøse forskjeller med universitetet. [3] [4]

Samtidig tilbyr Sommerfeld ham en jobbstilling i München, men Ehrenfest får et bedre tilbud: Hendrik Lorentz trekker seg som professor fra Universitetet i Leiden , og etter hans forslag blir Ehrenfest kalt til å erstatte ham.

Professor ved Universitetet i Leiden

I oktober 1912 ankommer Ehrenfest Leiden, og 4. desember begynner han med sitt første tiltredelsesforedrag Zur Krise der Lichtaether-Hypothese (Crisis of the hypotheses of light-ether). Han blir i Leiden resten av karrieren.

Ehrenfest bringer mange innovasjoner og endringer til Leidens fredelige fysiske miljø. For å stimulere til samhandling og utveksling mellom fysikkstudenter, organiserer han diskusjons- og brorskapsgrupper, etter eksemplene som ble møtt i Göttingen. Han fortsetter å opprettholde nær kontakt med ledende nederlandske og andre nederlandske fysikere og matematikere, og inviterer mange av dem til å besøke Leiden og holde seminarer i forbindelse med møter som har blitt berømte, organisert av ham. [5]

Ehrenfest var en ekstraordinær samtalepartner, alltid i stand til å identifisere de svake punktene og syntetisere det vesentlige. Han inviterte lovende unge forskere til å tilbringe lengre perioder i Leiden, og han oppmuntret studentene sine til å tilbringe tid i utlandet. På denne måten bidrar han betydelig til å skape et internasjonalt miljø av teoretiske fysikere, og mange av studentene som ble uteksaminert med ham vil lykkes med å etablere seg med suksess i den vitenskapelige verden.

Ehrenfest blir kjent for sin tydelige måte å undervise på. I sine forelesninger fokuserer han på enkle modeller og eksempler som kan illustrere og tydeliggjøre meningsfulle antakelser. Klassene hans er uoverfylte og elevene har et veldig godt forhold til ham. Han streber alltid etter å personlig kjenne hver elev han møter på lesesalen hans ved Institutt for teoretisk fysikk. [6] Selv om få av dem er anerkjent som ledende teoretiske fysikere, liker han å henge med dem i lange samtaler praktisk talt hver dag. I følge Einstein: [7]

«Ehrenfest var ikke bare den beste læreren i vår bransje jeg noen gang hadde møtt, men han var også lidenskapelig opptatt av utviklingen og skjebnen til mennesket og spesielt elevene hans. Forstå den andre, få hans vennskap og tillit, ta vare på hver person som møtte ytre eller indre vanskeligheter, oppmuntre unge talenter. Alt dette var hans sanne essens nesten mer enn hans fordypning i vitenskapelige problemer."

Hvis Ehrenfest følte at det var noe studentene hans kunne lære i utlandet, oppfordret han dem til å gå til andre europeiske sentre og også til å akseptere stillinger i utlandet.

Noen av elevene hans var: Johannes Martinus Burgers , Hendrik Anthony Kramers , Dirk Coster , George Eugene Uhlenbeck og Samuel Abraham Goudsmit (som ble kjent for å samarbeide om spinnkvantenummerkonseptet ), Jan Tinbergen , Arend Joan Rutgers , Hendrik Casimir , Gerhard Heinrich Dieke , Dirk Jan Struik og Gerard Peter Kuiper .

Blant hans assistenter var Yuri Krutkov , Viktor Trkal , Adriaan Fokker , Paul Epstein og Gregory Breit .

Andre unge utenlandske forskere som tilbrakte perioder med studier i laboratoriene hans var: Gunnar Nordström , Enrico Fermi , Igor Tamm , Oskar Klein , Robert Oppenheimer , Walter Elsasser , Ralph Kronig , Werner Karl Heisenberg , Paul Dirac og David Dennison .

Søk

Mange av Ehrenfests vitenskapelige publikasjoner berører det vesentlige ved å forsøke å forklare enkeltpunkter. Publikasjonene hans er kjent for sin klarhet i å løse paradokser eller gi klare beskrivelser, samt inspirere til videre studier ved å stille dyptgående spørsmål. Hans tilnærming til vitenskap kan best forstås ved å analysere det han skrev til Robert Oppenheimer sommeren 1928, etter at Oppenheimer inviterte seg selv til å tilbringe en periode i Leiden: [8]

"Hvis du ønsker å øke ditt matematiske artilleri rikelig i de kommende årene i Europa, bør jeg be deg ikke bare om ikke å komme til Leiden, men om mulig ikke til Holland heller, og jeg ber deg bare fordi jeg er glad i deg og vil ikke forlate din vei. Men hvis du tvert imot ønsker å tilbringe minst de første månedene dine tålmodig, komfortabelt og hyggelig i diskusjoner som alltid vender tilbake til de samme punktene, chatte om noen grunnleggende spørsmål med meg og med ungdommene våre, uten å tenke for mye på publikasjoner (!!!), vel, da tar jeg imot deg med åpne armer!!"

Ehrenfests viktigste bidrag i perioden fra 1912 til 1933 er teorien om adiabatiske invarianter . Det er et konsept som stammer fra klassisk mekanikk som i praksis tjener til å redefinere noen metoder i Bohr-Sommerfeld-atommodellen (selv om Ehrenfest i utgangspunktet ikke aksepterte Niels Bohrs ideer ) og med andre ord etablerer en forbindelse mellom atomenes mekanikk og statistisk mekanikk. Han kommer med store bidrag til kvantefysikk , inkludert faseovergangsteori og utsagnet om at den forventede verdien av et kvantesystem følger lovene i klassisk mekanikk; dette resultatet er nå kjent som Ehrenfest-teoremet . Navnet er også kjent for Ehrenfest-paradokset, et åpenbart paradoks i relativitetsteorien som fortsatt diskuteres i dag, Ehrenfest-tiden , en tidsmessig størrelse knyttet til startdynamikken til kvanta og Ehrenfest - diffusjonsmodellen .

Ehrenfest er også interessert i utviklingen av matematiske teorier innen økonomi. Denne interessen stimuleres av observasjonen av noen analogier mellom teoriene om termodynamikk og økonomiske prosesser. Selv om dette ikke fremgår av hans publikasjoner, oppfordrer han Jan Tinbergen , en student av ham, til å ta slike studier. Tinbergen skal produsere en avhandling med tittelen: Minimization Problems in Physics and Economics , og vil bli en berømt økonom tildelt av Bank of Sweden med den første Nobelprisen i økonomi i 1969.

De siste årene

Av korrespondansen som ble utvekslet med noen nære venner i mai 1931, ser det ut til at Ehrenfest led av alvorlig depresjon . I august 1932 var Einstein så bekymret at han skrev til styret for Universitetet i Leiden, og uttrykte dyp bekymring og foreslo måter å redusere arbeidsmengden hans på. Den 25. september 1933 tapte Ehrenfest kampen mot depresjon også etter separasjonen med sin kone. Etter å ha sikret seg for de andre barnas velferd, skjøt han først sin yngste sønn Vassij, som hadde Downs syndrom , og tok deretter sitt eget liv.

Personvern

21. desember 1904 giftet han seg med den russiske matematikeren Tatjana Alexeyevna Afanasjeva (1876–1964), som samarbeidet om noen av verkene hans. De hadde to døtre og to sønner: Tatjana , matematiker, Galinka (1910 - 1979), forfatter og illustratør av barnebøker, Paul Jr. (1915 - 1939), fysiker og Vassilj (1918 - 1933). [9]

Albert Einstein og Niels Bohr i Leiden

Ehrenfest var veldig nær både Einstein og Bohr. Niels Bohr, etter sitt første besøk i Leiden i 1919, i anledning Hendrik Anthony Kramers avhandling , skrev til Ehrenfest: [7]

«Jeg ser tilbake på alle temaene vi har diskutert, og jeg føler jeg har lært så mye av deg at alt dette vil være til stor hjelp for meg; Samtidig ønsker jeg å uttrykke min glede over vennskapet vårt og takke for tilliten og sympatien som er vist mot meg, og jeg sliter med å finne ordene for å uttrykke min takknemlighet."

På invitasjon fra Ehrenfest aksepterte Einsten i 1920 en utnevnelse som ekstraordinær professor ved Universitetet i Leiden. Denne avtalen gjør at Einsten kan besøke Leiden i noen uker i noen år og ved disse anledningene bor han hjemme hos Ehrenfest. I 1923 stoppet Einsten i 6 uker etter at de tyske ultranasjonalistene i Berlin truet livet hennes. I anledning femtiårsjubileet for Lorentz sin doktorgrad (desember 1925) inviterer Ehrenfest både Bohr og Einstein til Leiden i et forsøk på å forene deres forskjellige vitenskapelige posisjoner angående den fremvoksende kvanteteorien. Denne debatten mellom Bohr og Einstein fortsatte i 1927 på den femte Solvay-kongressen , hvor Ehrenfest med stor beklagelse måtte innta Bohrs posisjon i denne viktige tvisten.

Merknader

  1. ^ Paul Ehrenfest, Die Bewegung hovedrollen Körper i Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz ( PDF ), ilorentz.org , Wien, 1904.
  2. ^ Karl Sigmund, Eksakt tenkning i demente tider: Wiensirkelen og den episke søken etter vitenskapens grunnlag , New York, Basic Books, 2017, s. kap. 4, ISBN  9780465096954 .
  3. ^ Ronald Clark, Einstein: The Life and Times , Bloomsbury Publishing, 2011, ISBN  9781448202706 .
    "At Einsteins holdning var resultatet mer av rot enn agnostisk skrupler, synes klart av et brev han skrev mindre enn to år senere da Paul Ehrenfest utelukket seg selv fra å bli Einsteins etterfølger ved å erklære seg selv som ateist."
  4. ^ Thomas Levenson, Einstein i Berlin , Random House of Canada, 2004, s. 172, ISBN  9780553378443 .
    «Mannen han hadde håpet skulle etterfølge ham i Praha, Paul Ehrenfest, nektet å gå på akkord med sin sanne ateists prinsipper. Einstein skjelte ham ut. "Din avslag på å erkjenne en religiøs tilhørighet" var bare denne siden av "forsettlig dumhet", forsikret han ham, med fordel av nyere erfaring. Når han ble professor, kunne Ehrenfest gå tilbake til vantro."
  5. ^ Colloquium Ehrenfestii
  6. ^ Lorentz Institute for Theoretical Physics , su lorentz.leidenuniv.nl , Leiden University, nd. Hentet 27. februar 2020 .
  7. ^ a b Albert Einstein, Paul Ehrenfest in Memoriam , i Out of My Later Years , Westport, Conn, Greenwood Press, 1970, s. 236, ISBN  9780837120867 . Sitert i Rowdy Boeyink, Ehrenfest and the New Physics in the Interbellum Work and life of Paul Ehrenfest Mellom 1916 og 1925 , på lorentz.leidenuniv.nl . Hentet 27. februar 2020 (arkivert fra originalen 12. mars 2014) .
  8. ^ Ray Monk, Robert Oppenheimer: A Life Inside the Center , in Physics Today , vol. 66, n. 10, Random House, 2013, s. 209-10, Bibcode : 2013PhT .... 66j..55R , DOI : 10.1063 / PT.3.2152 , ISBN  9780385504133 .
  9. ^ Manjit Kumar, Einstein Forgets Relativity , i Quantum: Einstein, Bohr, and the Great Debate about the Nature of Reality , Icon Books, 2009, s. 296, ISBN  978-1-84831-035-3 .

Bibliografi

Andre prosjekter

Eksterne lenker