애쉬 정리. 과학적 발견의 역사와 본질

가장 중요한 과학적 발견
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애쉬 정리. 과학적 발견의 역사와 본질

가장 중요한 과학적 발견

루트비히 볼츠만, "ash-orem"의 저자는 의심의 여지없이 오스트리아가 세계에 준 가장 위대한 과학자이자 사상가였습니다. 볼츠만은 살아 있는 동안에도 과학계에서 낙오자라는 지위에도 불구하고 위대한 과학자로 인정받아 여러 나라에서 강연을 하도록 초청받았다. 그러나 그의 아이디어 중 일부는 오늘날에도 여전히 미스터리로 남아 있습니다. Boltzmann 자신은 자신에 대해 다음과 같이 썼습니다. "내 마음과 활동을 채우는 아이디어는 이론의 발전입니다." 그리고 Max Laue는 나중에 이 아이디어를 다음과 같이 명확히 했습니다. "그의 이상은 세계의 단일 그림에 모든 물리적 이론을 결합하는 것이었습니다."

루트비히 에두아르드 볼츠만(Ludwig Eduard Boltzmann)은 20년 1844월 XNUMX일 비엔나에서 태어났습니다.

Ludwig는 훌륭하게 공부했고 그의 어머니는 그의 다양한 관심을 격려하여 포괄적인 교육을 제공했습니다. 1863년 볼츠만은 비엔나 대학에 입학하여 수학과 물리학을 공부했습니다.

그 다음 맥스웰 전기역학은 이론물리학의 최신 업적이었습니다. Ludwig의 첫 번째 기사가 전기 역학에 전념했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그러나 이미 1866년에 "열역학 제XNUMX법칙의 기계적 중요성"이라는 기사에서 두 번째 작품에서 온도가 기체 분자의 평균 운동 에너지에 해당한다는 것을 보여주었고 볼츠만의 과학적 관심이 결정되었습니다.

1866년 가을, 박사 학위를 받기 두 달 전, 볼츠만은 물리학 연구소에 조교수로 입학했습니다. 1868년에 볼츠만은 대학에서 강의할 수 있는 권리를 부여받았고, XNUMX년 후 그는 그라츠 대학에서 수리 물리학의 일반 교수가 되었습니다. 이 기간 동안 그는 그의 이론적인 아이디어를 발전시키는 것 외에도 Maxwell의 전기 역학 및 광학에 대한 통합 이론을 확인하기 위해 유전 상수와 굴절률 사이의 관계에 대한 실험적 연구에도 참여했습니다. 그의 실험을 위해 그는 하이델베르크에 있는 분젠과 쾨니히스베르거의 실험실에서 일하기 위해 두 번이나 대학을 잠시 휴학했다. 헬름홀츠 베를린의 키르히호프. 이 연구의 결과는 1873-1874년에 출판되었습니다.

Boltzmann은 또한 1876년에 그가 소장이 된 Graz에 있는 새로운 물리학 연구소의 계획에 적극적으로 참여했습니다.

일찍이 1871년에 Boltzmann은 열역학 제1877법칙이 확률 이론을 사용하는 고전 역학에서만 파생될 수 있다고 지적했습니다. XNUMX년에 엔트로피와 열역학적 상태의 확률 사이의 관계에 대한 볼츠만의 유명한 기사가 물리학에 관한 비엔나 통신(Vienna Communications on Physics)에 게재되었습니다. 과학자는 열역학적 상태의 엔트로피가 이 상태의 확률에 비례하고 상태의 확률은 이러한 상태에 해당하는 분자 분포의 수치적 특성 간의 비율을 기반으로 계산할 수 있음을 보여주었습니다.

볼츠만(Boltzmann)에 따르면 자연의 비가역적 과정은 가능성이 낮은 상태에서 가능성이 높은 상태로 전환되는 과정입니다. 가역적 전환은 불가능하지만 가능성은 낮습니다. 따라서 엔트로피는 시스템의 주어진 상태의 확률과도 관련되어야 합니다. 이 연결은 Boltzmann에 의해 H-정리라고 불리는 것에서 확립되었습니다.

"재 정리"는 볼츠만의 우주론의 정점이 되었습니다. 이 시작의 공식은 나중에 그의 무덤 위 기념물에 비문으로 새겨졌습니다. 이 공식은 본질적으로 자연 선택의 법칙과 매우 유사합니다. 찰스 다윈. 오직 볼츠만의 "재정리"만이 우주 자체의 "생명"이 어떻게 태어나고 진행되는지를 보여줍니다.

Boltzmann은 "미분 방정식이 수학적 계산 방법과 그 진정한 의미를 나타내는 것처럼 일반 열역학과 함께 유한 요소의 많은 수에 기초한 표현을 통해서만 이해할 수 있습니다. 결코 흔들리지 않는 중요성, 그것을 시각적으로 만드는 기계적 표현의 발전은 자연에 대한 우리의 지식을 심화시키는 데 기여합니다. 새로운 관점의 가능성을 열어라. 이러한 새로운 관점은 한 상태에서 다른 상태로의 시스템 전환이 확률 이론의 법칙을 따른다는 것입니다.

P.S. Kudryavtsev는 그의 책에서 "기계 시스템(볼츠만의 이론에서 신체의 입자는 역학 법칙을 따른다)의 고려에 확률 이론을 도입하는 것은 모순처럼 보입니다. 역학이 다루는 동적 패턴 너무 확실해 보였다. 라플라스 마음이 주어진 순간에 우주의 모든 입자의 위치와 그 사이에 작용하는 힘에 대한 지식에 접근할 수 있다면, 이러한 데이터를 수학적으로 처리할 수 있는 능력이 있다면 예측할 수 있을 것이라고 믿었습니다. 우주의 미래는 물론 과거도 확실하게 봅니다. 운동 이론의 역학 법칙은 어떻게 통계로 이어집니까? Boltzmann은 이 질문에 답합니다. 통계의 원인은 초기 조건의 역학 자체에 있습니다. 가스 분자가 충돌하는 용기 벽의 무시할 수 있는 거칠기는 혼돈을 원래 질서에 도입하기에 충분합니다. 두 분자의 충돌에서 보존 법칙은 충돌 후 속도 방향에 대한 전체 범위를 남깁니다. 이 모든 것은 분자의 기계적 상호작용으로 인해 분자의 정렬된 운동이 불가능해지고 혼란스러울 가능성이 가장 높다는 사실로 이어집니다.

이러한 사고 방식의 발전은 Boltzmann을 열역학 제XNUMX법칙에 대한 새로운 관점으로 이끌었습니다. Boltzmann은 이 법칙을 다음과 같이 공식화합니다. 이 방향은 증가 방향으로 시스템 상태의 변화에 따라 변하는 엔트로피 상태의 일부 기능 변화로 특징 지어 질 수 있습니다. 따라서 "폐쇄된 물체계는 어떤 최종 상태에 도달하는 경향이 있으며 엔트로피가 최대가 될 것입니다!"라는 결론이 나옵니다.

이 방향을 역학 방정식의 가역성과 어떻게 조화시킬 수 있습니까? 자연은 참으로 자연의 종말에 접근하고 있습니까? 냉혹한 운명의 "열적 죽음"입니다.

볼츠만은 제XNUMX법칙에 대한 통계적 해석을 처음으로 제공하고 그 확률적 성질을 드러냈다. 역학 방정식의 가역성과 닫힌 기계 시스템에서 프로세스의 비가역성 사이에는 모순이 없습니다. 반은 흰색이고 반은 검정 공으로 채워진 드럼을 상상해 보십시오. 드럼이 회전하면 기계적 법칙으로 인해 공이 혼합되고 결국 흰색과 검은색 공이 고르게 혼합되어 볼륨 전체에 동일한 "잡색"이 나타납니다. 공 수집이 가능성이 낮은 상태에서 가능성이 높은 상태로 이동했습니다.

독일 물리학자 클라우지우스는 열사병의 불가피성에 대한 열역학 제XNUMX법칙에서 결론을 도출했습니다. 이러한 생각은 많은 물리학자들에 의해 채택되었을 뿐만 아니라 경험비판, E. Mach 및 W. Ostwald의 "정력적인" 가르침.

불굴의 Ludwig Boltzmann은 Ash-theorem으로 다음과 같이 선언했습니다. 일종의 "에테르", 정신 또는 에너지 물질이지만 특정 원자 및 분자에 적용됩니다.

Ludwig Boltzmann의 "Ash-theorem"을 중심으로 토론은 열사병 못지않게 강렬하게 즉시 불타올랐습니다. "재정리"와 그 근거로 제시한 변동 가설은 모든 주의와 세심한 주의를 기울여 해부되었으며 예상대로 볼츠만과 같은 위대한 과학자에게는 용서할 수 없는 허점을 발견했습니다.

우리가 볼츠만 가설을 사실로 받아들이면 상식의 틀에 맞지 않는 그런 괴물 같은 가정을 믿음으로 받아들여야 한다는 것이 밝혀졌습니다. 조만간, 아니면 이미 지금, 우주 어딘가에 두 번째 법칙 방향과 반대 방향으로 과정, 즉 열은 더 차가운 물체에서 더 뜨거운 물체로 이동해야 합니다! 터무니없다.

볼츠만은 이 "불합리함"을 옹호했고, 우주의 그러한 발전 과정이 원자 구조의 불가피한 결과이기 때문에 가장 자연스러운 것이라고 깊이 확신했습니다.

"Ash-theorem"이 다른 과학자에 의해 제시되었다면 그러한 명성을 얻었을 것 같지 않습니다. 그러나 그것은 커튼 뒤에 숨겨진 다른 사람들의 세계를 볼 수 있을 뿐만 아니라 물리학과 철학에 대한 기본 지식으로 무장한 천재의 모든 열정으로 그것을 방어하는 방법을 알고 있던 볼츠만(Boltzmann)에 의해 제안되었습니다.

유물론 물리학자와 마히스트 사이의 극적인 사건의 절정은 분명히 1895년 뤼베크에서 열린 자연 과학자 대회로 간주되어야 합니다. 이 대회에서 루트비히 볼츠만은 그의 친구이자 적들에게 치열한 전투를 벌였습니다. 그는 이겼지만 그 결과 대회가 끝난 뒤 주변에서 더 큰 공허함을 느꼈다. 1896년에 Boltzmann은 "물리학에서 원자론의 불가피성에 대하여"라는 기사를 작성하여 Ostwald의 에너지론에 대해 수학적 반대를 제기했습니다.

1910년까지 원자론의 존재 자체가 끊임없이 위협을 받았습니다. 볼츠만은 홀로 싸웠고 그의 일생의 일이 잊혀질까 두려웠다. 결국, 볼츠만은 엄청난 스트레스를 견디지 못하고 깊은 우울증에 빠져 5년 1906월 XNUMX일에 자살했습니다.

그가 원자론의 부활을 보지 못하고 모두가 운동론을 잊었다는 생각을 안고 세상을 떠난 것은 매우 안타까운 일이다. 그러나 볼츠만의 많은 아이디어는 이미 초현미경, 도플러 효과, 가스터빈 엔진, 원자핵 에너지 방출과 같은 놀라운 발견에서 해결책을 찾았습니다. 그리고 이것들은 모두 세계의 원자 구조의 별개의 결과입니다.

저자: Samin D.K.

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빛 위를 달리는 미세한 메타카 01.10.2021

Chalmers University of Technology(스웨덴)의 연구원들은 빛 속에서만 작동하는 작은 차량을 만드는 데 성공했습니다. 미세한 입자 위에 광학 메타표면을 겹친 다음 이를 제어하기 위해 광원을 사용함으로써, 그들은 무수히 복잡하고 정확한 방법으로 작은 차량을 움직일 수 있었고 심지어 다른 물체를 운반하는 데에도 사용할 수 있었습니다.

빛은 미세한 물체를 움직일 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이 특성은 이전에 노벨상을 수상한 "광 집게" 연구 아이디어를 개발하는 데 사용된 특성입니다.

이제 Chalmers University of Technology와 University of Gothenburg의 연구팀은 초점이 맞지 않은 빛이 어떻게 제어된 방식으로 미세한 입자를 조종하는 데 사용될 수 있는지 보여주었습니다.

연구원들은 폭 10마이크로미터, 두께 1마이크로미터(XNUMX/XNUMX밀리미터)의 자동차를 생산했습니다. 차량은 "메타표면"으로 알려진 것으로 코팅된 작은 입자로 구성되어 있습니다. 메타표면은 흥미롭고 특이한 방식으로 빛을 안내하도록 설계된 세심하게 디자인되고 정렬된 나노입자의 초박형 구조입니다. 카메라, 현미경 및 전자 디스플레이와 같은 광학 응용 분야의 고급 구성 요소에 사용할 수 있는 흥미로운 가능성을 제공합니다. 그들은 일반적으로 움직일 수 없는 물체로 간주되며 빛을 제어하고 영향을 미치는 능력으로 사용됩니다. 그러나 여기에서 연구원들은 변화하는 빛의 운동량으로 인한 힘이 메타표면을 제어하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 조사하면서 다른 각도에서 그것을 보았습니다.

연구원들은 "메타카(metacar)"라고 불리는 미세한 차량을 물탱크 바닥에 놓은 다음 약하게 초점을 맞춘 레이저를 사용하여 평면 광파를 비춥니다. 빛에 의해 생성된 열은 효과에 아무런 역할도 하지 않는 순전히 기계적인 과정을 통해 자동차가 다른 패턴으로 움직일 수 있습니다. 빛의 강도와 편광을 조정함으로써 연구자들은 차량의 움직임과 속도를 고정밀도로 제어할 수 있고, 다른 방향으로 움직이고 XNUMX자 모양과 같은 복잡한 패턴을 사용할 수 있습니다.

연구원들은 또한 탱크 주변의 작은 입자를 이동시키기 위한 컨베이어로 차량을 사용하는 실험을 했습니다. Metacars는 미세한 폴리스티렌 구슬과 효모 입자를 포함한 물체를 물을 통해 쉽게 운반할 수 있음이 입증되었습니다. 그들은 심지어 메타카 자체 크기의 15배 크기의 먼지 입자를 밀어낼 수 있었습니다.

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