Thread by @f_ronchetti

1/ Ludwig Boltzmann studiò alle scuole superiori a Linz, dove il padre, impiegato, aveva trasferito la famiglia, poi all’Università di Vienna, dove ottenne il dottorato nel 1866 con una tesi sulla teoria cinetica dei gas. Nel 1869 ottenne la cattedra di fisica teorica a Graz.

2/ Nel 1872 pubblica il primo dei suoi lavori sulla meccanica statistica, dove dimostra la distribuzione di Maxwell per le velocità delle molecole di un gas e introduce una funzione legata all’entropia, ponendo le basi meccaniche del secondo principio della termodinamica.

3/ Infatti, nel 1859 il matematico e fisico scozzese James Clerk Maxwell aveva ipotizzato che le molecole dei gas avessero volume trascurabile rispetto a quello del recipiente in cui erano contenute e che interagissero tra loro senza variazioni di energia.

4/ Sotto questa ipotesi il comportamento delle molecole poteva essere descritto solo in termini della massa del gas, del numero di molecole contenute nel volume e della loro velocità media: le due prime quantità potevano essere determinate grazie al numero di Avogadro.

5/ Ma per quanto riguarda il calcolo della velocità media Maxwell suppose che esistesse una distribuzione di velocità: ipotizzò cioè che una percentuale di molecole fosse lenta, un’altra percentuale un po’ più veloce e altre molecole fossero più veloci ancora.

6/ Tutti questi risultati furono ottenuti da Maxwell e Boltzmann in base all'ipotesi atomica (ancora indimostrata) e supponendo che le particelle del gas interagissero solo con urti perfettamente elastici. La prima verifica sperimentale fu effettuata solo cento anni più tardi.

7/ Nel 1873 Boltzmann fu chiamato alla cattedra di matematica a Vienna, ma dopo tre anni, ritornò a Graz, questa volta sulla cattedra di fisica sperimentale. Scherzava dicendo che si spostava così spesso perché era nato durante il ballo di un martedì grasso.

8/ Ma Boltzmann era di natura irrequieta e alternava periodi di felicità a periodi di profonda tristezza. Psicologicamente soffriva di depressione, espansività e irritabilità. Il suo aspetto fisico si conciliava con la sua personalità: basso e robusto aveva capelli ricci.

9/ Nello stesso anno pubblicò un lavoro di rivista introducendo la distribuzione di Boltzmann e la funzione di probabilità W, ottenendo il legame tra questa e l’entropia: S=k log W (la formula fu scritta da Planck, che diente anche il nome di costante di Boltzmann per la k).

10/ In natura le trasformazioni avvengono secondo un verso stabilito e mai al contrario. Ad esempio un contenitore di liquido caldo cede energia all’ambiente circostante e si raffredda ma non accade mai che prelevi spontaneamente calore dall’aria circostante per scaldarsi.

11/ Il secondo principio della termodinamica fu formulato proprio per colmare l’inadeguatezza del primo principio nello spiegare l’irreversibilità di alcuni fenomeni e l’entropia, introdotta empiricamente da Rudolf Clausius nel 1865, dà una misura del grado di irreversibilità.

12/ L’entropia di un sistema isolato quindi non diminuisce mai, al più resta costante se la trasformazione è reversibile, ma in caso di irreversibilità aumenta fino a raggiungere un valore massimo, situazione in cui il sistema ha raggiunto uno stato di equilibrio.

13/ Le trasformazioni reali avvengono spontaneamente solo nel verso che porta ad aumento dell’entropia. Boltzmann capi che l’entropia era funzione della probabilità e la reversibilità, nel caso di un numero grandissimo di molecole, non era impossibile solo altamente improbabile.

14/ Nel 1894 torna a Vienna dove fu accolto come il più grande fisico austriaco. Ma nel 1895 alla cattedra di storia e filosofia della scienza arriva Ernst Mach, suo oppositore, specie sulla esistenza ancora non provata degli atomi, col quale aveva pessimi rapporti personali.

15/ Quindi, nel 1900 si trasferì a Lipsia, dove però trova il suo rivale scientifico Wilhelm Ostwald, leader della corrente energetista, col quale però i rapporti personali erano buoni. Ma non reggendo i contrasti e le discussioni scientifiche con Ostwald tentò il suicidio.

16/ Nel 1901, Mach si ritirò per motivi di salute e quindi Boltzmann poté tornare a Vienna sulla sua cattedra che non era stata nel frattempo occupata. Ottenne, in aggiunta al suo corso di fisica matematica, anche l’insegnamento di filosofia della scienza che era stato di Mach.

17/ Le sue lezioni di filosofia divennero così popolari che ben presto non vi fu un’aula sufficiente per contenere l’uditorio e furono raccolte nel libro "Modelli matematici, fisica e filosofia" in Italia edito da Bollati Boringhieri.

18/ Nel 1904, fu invitato negli Stati Uniti, dove tenne conferenze di matematica applicata e poi visitò Berkeley e Stanford. Non capì però che le nuove scoperte sulla radioattività, delle quali venne a conoscenza durante visita, confermavano le sue teorie.

19/ Nel 1906, durante una vacanza con la famiglia nella baia di Duino, vicino a Trieste, si suicidò. La causa del gesto fu attribuita alla non accettazione delle sue teorie, anche se sembra che fosse in un periodo di profonda depressione causato dai suoi disturbi mentali.

20/ Nella tomba al cimitero di Vienna, è stata incisa la formula S= k log W che interpretando l’entropia come misura della probabilità di uno stato microscopico ha trovato applicazioni nei più svariati campi, dalla teoria dell’informazione alla meteorologia.

21/ Nel 1905 Einstein confermò il modello atomico. Lo studio del moto browniano, ossia del moto di particelle in sospensione in un liquido, dimostrò che il loro rapido movimento non poteva essere dovuto a correnti create da differenze di temperatura ma a urti con atomi.

22/ I passi compiuti da Boltzmann per spiegare il comportamento della materia non soltanto in base al determinismo di Newton, ma adottando un’ottica statistica, contribuirono ad aprire il successivo nuovo, impressionante scenario della fisica: la meccanica quantistica.