लुड्विग बोल्टझ्मन
Ludwig Boltzmann
ऑस्ट्रियन सैध्दांतिक भौतिकशास्त्रज्ञ
जन्म : 20 फेब्रुवारी 1844
मृत्यू : 5 सप्टेंबर 1906

नामवंत भौतिकशास्त्रज्ञ व गणिती आयझॅक न्यूटन यांनी 1687 त ‘प्रिंसिपिया’ नावाने ओळखला जाणारा ग्रंथ प्रसिध्द करून स्वत: संकल्पिलेले गतीचे नियम मांडले आणि सैध्दांतिक भौतिकशास्त्राचा भरभक्कम पाया घातला. भौतिकशास्त्राच्या प्रगतीच्या दृष्टीने, कळीच्या महत्त्वाचा नंतरचा टप्पा मानला जातो तो 19 व्या शतकाचा उत्तरार्ध. या कालखंडात उष्मागतिकीचा (thermodynamics) सिध्दांत आणि त्याविषयीचे नियम प्रस्थापित झाले, या विषयाशी निगडीत अत्यंत महत्त्वाचे शोध लावणारे हरमन् हेल्म्होल्टझ्, रुडॉल्फ क्लॉसिअस, सादी कार्नोट, लॉर्ड केल्व्हिन, जेम्स मॅक्सवेल या मान्यवर शास्त्रज्ञांच्या जोडीने आवर्जून नाव घेतले जाते ते लुइविग बोल्टझ्मन यांचे.
व्हिएन्ना शहरात जन्मलेल्या बोल्टझ्मन यांचे शिक्षण त्याच शहरात झाले. व्हिएना विद्यापीठातून डॉक्टरेट प्राप्त केल्यावर त्यांनी ग्राझ, व्हिएन्ना, म्युनिच्, लिप्झिंग येथील विद्यापीठांमध्ये गणित आणि सैध्दांतिक भौतिकशास्त्र या विषयांत अध्यापन आणि संशोधन केले.
हेल्महोल्टझ् यांनी ऊर्जेच्या अविनाशितेचा किंवा अक्षय्यतेचा सिध्दांत मांडला जो उष्मागतिकीचा पहिला नियम म्हणून प्रसिद्ध आहे. या नियमानुसार ऊर्जा विनाश पावत नाही तर तिचे एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेत रूपांतर (किंवा स्थित्यंतर) होते. ऊर्जेचे जेव्हा रूपांतर होते (उदा. विद्युतचे रूपांतर प्रकाशात) त्यावेळी काही प्रमाणात ऊर्जा वाया जाते (ती नष्ट होत नाही). कारण तिचे उष्णतेत रूपांतर होते आणि ही उष्णता वातावरणात उत्सर्जित होते. अशा प्रकारे उष्णतेच्या रूपात वाया जाणाऱ्या ऊर्जेचे ‘एंट्रॉपी’ (entropy – अवक्रममाप) या नावाने मापन केले जाते. रुडॉल्फ क्लॉसिअस या जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञाने 1850 साली प्रथम एंट्रॉपी ही संज्ञा वापरली. त्यांनी मांडले की कुठल्याही कार्यपध्दतीत अथवा घडामोडीत जेथे जेथे ऊर्जेचा ओघ असतो (flow of energy) तेथे तेथे काही प्रमाणात ऊर्जा वाया जाते आणि त्यामुळे विश्वातील एंट्रॉपी सतत वाढत असते. या तत्वालाच उष्मागतिकीचा दुसरा नियम असे म्हणतात.
मुळातच उष्णता आणि उष्णतेचे स्वरूप नक्की कसे असते याबद्दल वैज्ञानिकांमध्ये त्याकाळी काहीचा गोंधळ होता. एका विचारानुसार उष्णता म्हणजे कॅलॉरिक नावाची एक प्रकारची वस्तू होती जी एका पदार्थाकडून दुसऱ्या पदार्थाकडे स्थानांतरीत करता येत होती. या संकल्पनेनुसार लाकडे जाळून भांड्यातील आणि शेवटी पाण्यामध्ये गेल्यामुळे पाणी गरम होते. पाणी कॅलॉरिकने पूर्ण भरले की त्याची वाफ होते. परंतु बेंजामिन थॉमसन आणि हम्फ्रे डेव्ही हे वैज्ञानिक या ‘कॅलॉरिक’ संकल्पनेशी सहमत नव्हते. त्यांच्या मते ऊष्णता ही कंपनांच्या (vibration) रूपात असते, ती वस्तू रूपात नसते, डेव्ही यांनी गोठणअंकाच्या (freezing point) पेक्षाही खालच्या तापमानात बर्फाचे दोन तुकडे यांत्रिकी उपकरणांद्वारे (हाताने न उचलता) एकमेकांवर घासून बर्फ वितळतो हे सिद्ध केले. या आधारावर उष्णता ही वस्तू नसून, ती कंपनांच्या रूपात असते असे ठाम मत मांडले. परंतु 19 व्या शतकाच्या मध्यापर्यंत शास्त्रज्ञ कॅलॉरिक संकल्पनेवरच विश्वास ठेवून होते. जेम्स मॅक्सवेल यांनी 1860 मध्ये वायूंचा गतिज सिद्धांत (kinetic theory of gaes) मांडला. सर्व वस्तु अणूंच्या बनलेल्या असतात या सिद्धांताच्या तत्त्वाआधारे त्यांनी मांडले की, वायूंमधील रेणू हे सतत गतिजन्य असतात आणि ते एकमेकांवर सतत आदळत असतात. (वायू जर पात्रात असेल तर हे रेणू पात्राच्या आतल्या पृष्ठभागावरही आदळतात.)
लुडविग बोल्टझ्मन यांनी केलेली महत्त्वाची कामगिरी म्हणजे मॅक्सवेल यांच्या जोडीने वायूच्या गतिज सिद्धांताचा पाठपुरावा करून त्यांनी मांडले की अणू किंवा रेणूंमधील एकूण ऊर्जा ही त्या अणू किंवा रेणूच्या वेगवेगळ्या गतींच्या सर्व दिशांना सरासरीने समप्रमाणात वाटली गेलेली असते. याला ऊर्जेच्या समविभागणीचा नियम (law of equipartition of energy) असे म्हणतात. त्यांनी वायूमधील ऊर्जा त्यांच्या रेणूंमध्ये कशी वाटली गेलेली असते याचे समीकरण मांडले. याला मॅक्सवेल-बोल्टझ्मन ड्रिस्ट्रिब्यूशन असे म्हणतात. या सिद्धांतानंतर बोल्टझ्मन यांनी उष्मागतिकीचा अभ्यास करून मांडले की उष्णता आणि एंट्रॉपी हे मोठ्या संख्येच्या असलेल्या अणूंच्या वर्तणुकीचा (behaviour) परिपाक असतो आणि त्याला यामिकी (mechanics) आणि संख्याशास्त्रीय नियम लागू पडतात. या आधारावर त्यांनी एंट्रॉपी आणि संभाव्यता (probability) यांचा परस्पर संबंध प्रस्थापित करणारे एका स्थिरांकावर (constant) आधारित समीरण मांडले. हे समीकरण आणि स्थिरांक बोल्टझ्मन यांच्या नावाने ओळखले जातात. यामुळे नंतरच्या सैध्दांतिक भौतिकशास्त्रामध्ये संख्याशास्त्रीय यांमिकी (statistical mechanics) ही विश्लेषण पद्धती प्रस्थापित झाली.
मॅक्सवेल-बोल्टझ्मन यांच्या संशोधनामुळे उष्णता ही रेणूंच्या गतीशी समतूल्य असते ते सिद्ध झाले आणि ऊष्णतेच्या कॅलॉरिक संकल्पनेला मूठमाती मिळून उष्णता म्हणजे रेणूंच्या कंपनांचा आविष्कार (vibrational phenomenon) असतो आणि वायू व द्रवांमध्ये तो रेणूंच्या गतीमुळे तर घनांमध्ये रेणूंच्या थरथरण्यासारख्या (trembling) हालचालींमुळे होतो हे सिद्ध होऊन सर्वमान्य झाले. पुढे विलार्ड गिब्ज आणि मॅक्स प्लॅंक या प्रसिद्ध पदार्थ वैज्ञानिकांना ही पद्धत फार उपयुक्त ठरली. बोल्टझ्मन यांनी त्यांचे गुरू जोसेफ स्टेफान यांनी मांडलेल्या उत्सर्जनाच्या सिद्धांताचे एक गणिती समीकरण मांडून विश्लेषणही केले.
भौतिकशास्त्रात अत्यंत मोलाची भर घालणाऱ्या या महान वैज्ञानिकांचा अंत मात्र फार दु:खद झाला. आजार आणि नैराश्यामुळे त्यांनी आत्महत्त्या केली.