Ludwig Boltzmann y la física estadística

Con cáustico y singular humor negro un libro universitario de Física Estadística inicia así: “Ludwig Boltzmann, quien pasó gran parte de su vida estudiando mecánica estadística, murió en 1906 por su propia mano.

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Por: Vicente Aboites

Con cáustico y singular humor negro un libro universitario de Física Estadística inicia así: “Ludwig Boltzmann, quien pasó gran parte de su vida estudiando mecánica estadística, murió en 1906 por su propia mano. Paul Ehrenfest, continuó su trabajo y murió del mismo modo en 1933.  Ahora es nuestro turno de estudiar mecánica estadística.”

Ludwig Boltzmann (1844-1906) realizó aportaciones de primera importancia a la física. Desarrolló la teoría cinética de los gases y a partir de ella, contra la opinión de muchos en su época, fundamentó la termodinámica. Su trabajo científico estuvo marcado por la disputa que había entre aquellos que defendían la hipótesis atómica y concedían a los átomos una existencia real, y aquellos que, como Wilhem Ostwald y Ernst Mach, negaban su existencia y su papel fundamental en la descripción del mundo físico.

Boltzmann fue el primero en combinar exitosamente métodos estadísticos con leyes deterministas.  Su labor científica estuvo encaminada a establecer cómo el movimiento de los átomos y su mutua interacción determina propiedades visibles, macroscópicas, de la materia, como presión, viscosidad, conductividad térmica y difusión. En 1870, Boltzmann publicó artículos donde expuso cómo la segunda ley de la termodinámica se puede explicar aplicando las leyes de la mecánica y la teoría de la probabilidad a los movimientos de los átomos y derivó una ecuación para el cambio en la distribución de energía entre los átomos de un sistema debido a las colisiones entre ellos.

Lamentablemente el enfoque estadístico de la termodinámica no gustaba a sus contemporáneos, los cuales consideraban a las leyes de la termodinámica como leyes fundamentales y no aceptaban que una ley fundamental de la naturaleza no fuera estrictamente determinista. En 1891, en una conferencia científica en la ciudad de Halle, los científicos Ostwald y Planck trataron de convencer a Boltzmann de la superioridad de los métodos puramente deterministas y termodinámicos sobre los métodos basados en ideas atomistas y estadísticas, en un punto de la discusión famosamente Boltzmann replicó: "No veo ninguna razón por la que la energía no deba ser considerada también como dividida atómicamente".

Paradójicamente esta respuesta anticipó lo que posteriormente haría el mismo Planck; aceptar que los sistemas físicos intercambian energía de modo discreto y no continuo.  Recordemos que en su intento por explicar la radiación emitida por un cuerpo caliente Planck tuvo necesidad de aplicar la hipótesis cuántica a la energía y los métodos estadísticos de Boltzmann, iniciando con esto una nueva disciplina que ahora se conoce como Mecánica Cuántica, la es una de las más espectaculares y exitosas ramas de la ciencia. Después de todo este episodio y con el tiempo Planck pasó a ser uno de los grandes defensores de las ideas de Boltzmann.

Pocos meses después de la muerte de Boltzmann en 1906, Albert Einstein publicó un famoso artículo sobre el movimiento browniano (movimiento aleatorio de pequeñas partículas suspendidas en un fluido), en el que utilizó los métodos de la mecánica estadística para explicarlo y propuso métodos cuantitativos que contribuirían de forma decisiva a la aceptación de los átomos como entidades con existencia real.

Ante el rechazo de sus ideas científicas, los biógrafos de Boltzmann conjeturan, que él cayó en una profunda depresión y finalmente se suicidó ahorcándose en Triste en 1906. Su cuerpo se encuentra en Zentralfriedhof, el cementerio central de Viena, y sobre su tumba está en una lápida grabada su ecuación para la entropía: “S = K Ln W”, donde K es la constante de Boltzmann, W el número de formas de ordenación posibles de un sistema y S la entropía.

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