BOLTZMANN Ludwig

Vie

· Naissance : 20 février 1844 à Vienne (Autriche).

· Décès : 5 septembre 1906 à Duino (près de Trieste, Italie)

· Formation : Université de Vienne, où il étudia la physique sous la direction de Josef Stefan (formulateur de la loi de Stefan–Boltzmann).

· Carrière :

Professeur à Graz, Vienne, Munich et Leipzig.
Enseigne la physique théorique, la chimie physique, et développe les fondements statistiques de la thermodynamique.
Travaille dans une période de transition entre la physique classique et la physique atomique, au moment où l’existence des atomes faisait encore débat.
Boltzmann souffrit d’une forte opposition intellectuelle de la part de certains contemporains (notamment Ernst Mach et Wilhelm Ostwald) qui contestaient la réalité des atomes. Fatigué par ces polémiques et par des troubles dépressifs, il se donna la mort en 1906.

o Ludwig Boltzmann est une figure majeure de la physique et de la chimie du XIXᵉ siècle.

o Physicien et chimiste autrichien ; il fut précurseur de la mécanique statistique et de la théorie cinétique des gaz

Travaux et contributions scientifiques

· Théorie cinétique des gaz

· Boltzmann prolonge les travaux de James Clerk Maxwell et propose une description statistique du comportement des particules d’un gaz.
Il introduit la célèbre distribution de Maxwell–Boltzmann, qui décrit la répartition des vitesses des molécules d’un gaz en équilibre thermique.

· Équation de Boltzmann (1872) :
Elle relie les changements de la distribution des vitesses des particules à leurs collisions.
C’est l’une des équations fondamentales de la physique statistique.

· Entropie et probabilité

· Boltzmann donne une interprétation microscopique de la deuxième loi de la thermodynamique, reliant l’entropie au nombre d’états microscopiques possibles d’un système :

· où est la constante de Boltzmann (k_{b =}1,380649 x10^-23 J/K)

· Cette équation, gravée sur sa tombe à Vienne, résume l’idée que l’ordre et le désordre macroscopiques proviennent de probabilités microscopiques — un concept fondateur pour la physique moderne.

· Rayonnement et thermodynamique

· Avec son maître Josef Stefan, il établit la loi de Stefan–Boltzmann (1879) :

· où est la puissance rayonnée par unité de surface d’un corps noir à la température , et la constante de Stefan–Boltzmann.
Cette loi est essentielle dans la physique du rayonnement, l’astrophysique et la thermodynamique.

Principales publications

· Über das Wärmegleichgewicht zwischen mehratomigen Gasen (1871)

· Weitere Studien über das Wärmegleichgewicht unter Gasmolekülen (1872)

· Vorlesungen über Gastheorie (Leçons sur la théorie des gaz, 1896–1898)

· Populäre Schriften (Écrits populaires, 1905)

· Ces ouvrages rassemblent sa vision d’une physique fondée sur les atomes, et ont profondément influencé la chimie physique et la mécanique quantique naissante.

Importance et héritage

· Boltzmann est considéré comme le père de la mécanique statistique.

· Sa théorie a jeté les bases de la thermodynamique moderne et de la physique des particules.

· Son interprétation probabiliste de l’entropie a inspiré Einstein, Planck, Gibbs, et plus tard les fondateurs de la mécanique quantique.

· La constante de Boltzmann est aujourd’hui une des constantes fondamentales de la physique.

· Ses idées sur le désordre microscopique et la fluctuation thermodynamique préfigurent la théorie de l’information et la physique statistique contemporaine.