Paul Ehrenfest

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Paul Ehrenfest
Paul Ehrenfest
Paul Ehrenfest
Persoonlijke gegevens
Geboortedatum 18 januari 1880
Geboorteplaats Wenen
Sterfdatum 25 september 1933
Sterfplaats Amsterdam
Wetenschappelijk werk
Vakgebied Statistische mechanica, kwantummechanica
Bekend van Ehrenfest-paradox
Portaal  Portaalicoon   Natuurkunde

Paul Ehrenfest (Wenen, 18 januari 1880Amsterdam, 25 september 1933) was een in Oostenrijk geboren Nederlands natuurkundige (genaturaliseerd in 1922). Zijn wetenschappelijk oeuvre bestaat vooral uit bijdragen aan de statistische mechanica en de kwantummechanica.

Biografie[bewerken]

Ehrenfest werd geboren in de Oostenrijkse hoofdstad als jongste van de vijf zonen van Sigmund Ehrenfest (1828-1896), winkelier, en Johanna Jellinek (1844-1892). Zijn joodse ouders hadden een goed lopende kruidenierszaak. Hoewel zijn ouders niet al te religieus waren werd hij onderwezen in het Hebreeuws en in de geschiedenis van het Joodse volk.

Hij studeerde in Wenen bij Ludwig Boltzmann en later te Göttingen. In het voorjaar van 1903 bracht hij een kort bezoek aan Leiden waar hij enkele colleges van Hendrik Lorentz bezocht. Geschoold in de klassieke mechanica promoveerde hij in 1904 bij Boltzmann in Wenen op het proefschrift "Die Bewegung starrer Körper in Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz".

Na zijn promotie huwde hij op 24 december 1904 met de in Oekraïne geboren en in Rusland opgeleide wiskundige Tatjana Afanasjeva (1876-1964), die hij tijdens zijn studie in Göttingen had leren kennen. In 1907 verhuisde het echtpaar naar Sint-Petersburg, waar hij bevriend raakte met Abram Joffe maar raakte er wetenschappelijk geïsoleerd. Vanwege zijn Oostenrijkse nationaliteit en zijn joodse afkomst had hij geen vooruitzichten op een vaste aanstelling. Samen schreven ze wel het artikel "Begriffliche Grundlagen der statischen Auffassung in der Mechanik" met een overzicht van de Boltzmann-theorie waarmee Ehrenfests carrière begon.[1]

Begin jaren 1912 reisde Ehrenfest langs Duitstalige universiteiten op zoek naar een baan. In Berlijn bezocht hij Max Planck, in Leipzig ontmoette hij zijn oude vriend Gustav Herglotz, in München waar hij Arnold Sommerfeld zag en vervolgens naar Zürich en Wenen. Ondanks zijn gevestigde naam en zijn gerespecteerde werk slaagde hij er niet in een baan als privaatdocent te verkrijgen.

In 1912 kwam Ehrenfest als opvolger van Hendrik Lorentz te werken aan de Rijksuniversiteit Leiden. Daar heeft hij mede door zijn enthousiasme een grote school gevormd, waartoe onder meer de natuurkundigen Johannes Burgers, Hendrik Casimir, Dirk Coster, Samuel Goudsmit, Hendrik Kramers maar ook de natuurkundige en econoom Jan Tinbergen behoorden.

Einstein op bezoek bij Ehrenfest
Einstein en Ehrenfest op bezoek bij Zeeman
Het 'gastenboek' in het Ehrenfesthuis

Ehrenfest was bevriend met de beroemde natuurkundigen Albert Einstein en Niels Bohr. In 1919 werd hij benoemd tot lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW). De jonge Robert Oppenheimer verbleef in Leiden om te discussiëren, waartoe hij Nederlands leerde.

De laatste jaren van zijn leven leed Paul Ehrenfest aan depressiviteit. Nadat Ehrenfest de toekomstige zorg voor zijn andere kinderen geregeld had, schoot hij op 25 september 1933 in het naast het Vondelpark gelegen Prof. Waterinkinstituut eerst zijn vijftienjarige zoon Wassik dood, die aan het syndroom van Down leed en daarna zichzelf. Uit een eerdere wanhoopsbrief bleek dat Ehrenfest de grip was kwijtgeraakt op de stormachtige ontwikkelingen binnen de theoretische natuurkunde, en dan met name door de opkomst van de kwantumfysica.[2] Zijn andere zoon, Paul jr (1915-1939), kwam later tijdens het skiën in de Franse Alpen door een lawine om het leven.[3] Zijn dochter Tatjana Pavlovna Ehrenfest (1905-1984) werd bekend als wiskundige; zijn andere dochter Anne Galinka ('Galja')(1910-1979) was auteur en illustrator van kinderboeken.

Zijn studenten[bewerken]

Promovendi met hun proefschrift[bewerken]

In de twintig jaar van zijn hoogleraarschap aan Leiden trad hij tien keer op als promotor.

Overige studenten[bewerken]

Colloquium Ehrenfestii[bewerken]

Na zijn komst in Leiden stelde hij gelijk het ‘woensdagavondcolloquium’ in, het later befaamd geworden Colloquium Ehrenfestii, welke hij eerder met succes had gedaan tijdens zijn periode in Sint-Petersburg. Tijdens deze informele bijeenkomsten werden door professoren en studenten voordrachten gehouden en werd er levendig gediscussieerd over de recente ontwikkelingen in de natuurwetenschappen. Ook de buitenlandse bezoekers van Ehrenfest (waaronder Bohr, Dirac, Einstein, Fermi, Pauli) hielden er hun voordrachten waarna ze hun naam bijschreven op een muur, waar ze bewaard zijn gebleven in het Ehrenfesthuis.

Onderzoek[bewerken]

Ehrenfest-paradox[bewerken]

In 1909 verscheen een kort artikel van de toen nog onbekende Ehrenfest waarin hij zich richtte op het gedrag van starre lichamen binnen de relativiteitstheorie.[4] In een cilinder van starre materie die met hoge snelheid roteert, zal wel een lorentzcontractie optreden in de circumferentiële richting maar niet in radiële richting.[5] Hiermee legde hij een probleem in de relativiteitstheorie bloot – de Ehrenfest-paradox. De paradox vormde een aangrijpingspunt voor Einsteins nadenken over de algemene relativiteitstheorie. De conclusie van Einstein in 1912 was dat de euclidische meetkunde op een roterend voorwerp niet geldig was.

Adiabatische principe[bewerken]

Ehrenfest belangrijkste bijdrage van 1912 tot 1933 was de formulering van het adiabatische principe.[6] (Zelf beschouwde hij het als zijn 'beste' bijdrage)[3] Het is een concept afgeleid van het theorema van Boltzmann uit de klassieke mechanica die aan de ene wijze diende om bepaalde methoden te verklaren van het atoommodel van Bohr (hoewel Ehrenfest aanvankelijk Bohrs ideeën niet accepteerde) en op de andere wijze een link legde tussen de atomaire mechanica en de statistische mechanica. Zijn adiabatische principe is dat de kwantumvoorwaarden steeds van dien aard moeten zijn dat daarbij de adiabatische invariante van de klassieke mechanica gelijk is aan een geheel aantal malen h (de constante van Planck).

Ehrenfest Theorema (1927)[bewerken]

Het theorema van Ehrenfest of correspondentieprincipe komt erop neer dat de kwantummechanische 'evolutie' van de gemiddelde waarde van de operatoren < x > en < p > voldoen aan de vergelijkingen van Newton, maar dan toegepast op verwachtingswaarden! Het relateert de kwantummechanica aan de klassieke mechanica.

\frac{d}{dt}\langle A\rangle = \frac{1}{i\hbar}\langle [A,H] \rangle + \left\langle \frac{\partial A}{\partial t}\right\rangle

Zie ook[bewerken]

Publicaties van Paul Ehrenfest[bewerken]

  • Die Bewegung starrer Körper in Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz, 1904. Wien, Univ. Diss.
  • Zur Stabilitätsfrage bei den Bucherer-Langevin-Elektronen, 1906. In: Physikalische Zeitschrift 7, S. 302-303
  • Mißt der Aberrationswinkel im Fall einer Disperison des Äthers die Wellengeschwindigkeit, 1910. In: Annalen der Physik 338 (16), S. 1571-1576. (Gallica)
  • Zu Herr v. Ignatowskys Behandlung der Bornschen Starrheitsdefinition, 1911. In: Physikalische Zeitschrift 11, S. 1127-1129
  • Zu Herr v. Ignatowskys Behandlung der Bornschen Starrheitsdefinition II, 1912. In: Physikalische Zeitschrift 12, S. 412-413
  • Das Prinzip von Le Chatelier-Braun und die Reziprozitätssätze der Thermodynamik, 1911. In: Zeitschrift für physikalische Chemie 76, S. 227-244.
  • Welche Züge der Lichtquantenhypothese spielen in der Theorie der Wärmestrahlung eine wesentliche Rolle?, 1911. In: Annalen der Physik 341 (1), S. 91-118. (Gallica)
  • Zur Krise der Lichtäther-Hypothese. Rede geh. zu Leiden, 1912. Berlin, Springer Verlag, 1913.
  • Golfmechanika. Den Haag, Van Stockum, 1932.
  • Collected scientific papers (ed. by Martin J. Klein, with an introd. by H.B.G. Casimir). Amsterdam, North-Holland Publishers, 1959

Publicaties over Paul Ehrenfest[bewerken]

  • M.J. Klein: Paul Ehrenfest: The Making of a Theoretical Physicist (Amsterdam, 1970). 3rd ed.: ISBN 0444869484
  • Marijn Hollestelle: Paul Ehrenfest, worstelingen met de moderne wetenschap, 1912-1933 (Leiden University Press, 2011) ISBN 9789087281229

Externe link[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Begriffliche Grundlagen der statistischen Auffassung in der Mechanik, abgeschlossen 1909, Nachtrag 1911. Zusammen mit Tatjana Ehrenfest (1876-1964). In: Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften mit Einschluss ihrer Anwendungen. 4. Band, 4. Theilband. English translation: The conceptual foundations of the statistical approach in mechanics. Ithaca, Cornell, 1959. Repr. 1990: New York, Dover Publ. ISBN 0486662500
  2. Dirk van Delft (2008). Afscheidsbrief van Paul Ehrenfest. Nederland Tijdschrift voor Natuurkunde 74: 18-20 .
  3. a b Herman de Lang (2005). De geestrijke Paul Ehrenfest. Nederland Tijdschrift voor Natuurkunde 71: 124-128 .
  4. P. Ehrenfest (1909). Gleichförmige Rotation starrer Körper und Relativitätstheorie. Physicalisch Zeitschrift 10: 918 .
  5. Marijn Hollestelle (2009). Honderd jaar Ehrenfestparadox. Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde 75: 316-318 .
  6. P. Ehrenfest (1916). On adiabatic changes of a system in connection with the quantum theory. Proceedings of the Amsterdam Academy of Sciences 19: 576-597 . Ook verschenen als Adiabatische Invarianten und Quantumtheorie, Annalen der Physik 51 en als Adiabatic Invariants and the theory of quanta, Philosophical Magazine 33