Paul Ehrenfest - Paul Ehrenfest
Paul Ehrenfest (18 janvier 1880 - 25 septembre 1933) était un physicien théoricien austro-néerlandais , qui a apporté des contributions majeures au domaine de la mécanique statistique et à ses relations avec la mécanique quantique , notamment la théorie de la transition de phase et le théorème d'Ehrenfest .
Biographie
Paul Ehrenfest est né et a grandi à Vienne dans une famille juive de Loštice en Moravie . Ses parents, Sigmund Ehrenfest et Johanna Jellinek, tenaient une épicerie. Bien que la famille ne soit pas trop religieuse, Paul a étudié l' hébreu et l' histoire du peuple juif . Plus tard, il a toujours souligné ses racines juives. Ehrenfest a excellé à l'école primaire mais n'a pas bien réussi à l' Akademisches Gymnasium , sa meilleure matière étant les mathématiques . Après avoir été transféré au gymnase Franz Josef, ses notes se sont améliorées. En 1899, il réussit les examens finaux .
Il s'est spécialisé en chimie à l' Institut de technologie , mais a suivi des cours à l' Université de Vienne , en particulier de Ludwig Boltzmann sur sa théorie cinétique de la thermodynamique . Ces conférences ont eu une profonde influence : elles ont contribué à développer l'intérêt d'Ehrenfest pour la physique théorique , ont défini son principal domaine de recherche pour les années à venir et ont fourni un exemple d'enseignement inspiré. Au moment où il était d' usage dans le allemand monde -speaking à l' étude à plus d'une université et en 1901 Ehrenfest transféré à Göttingen , qui jusqu'en 1933 était un centre important pour les mathématiques et la physique théorique. Là , il rencontre sa future épouse Tatiana Afanasyeva , une jeune mathématicienne née à Kiev , alors capitale du gouvernorat de Kiev , Empire russe , et éduquée à Saint - Pétersbourg . Au printemps 1903, il rencontre HA Lorentz lors d'un court voyage à Leyde . Entre-temps, il a préparé une thèse sur Die Bewegung starrer Körper in Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz ( Le mouvement des corps rigides dans les fluides et la mécanique de Hertz ). Il a obtenu son doctorat. diplôme le 23 juin 1904 à Vienne, où il séjourna de 1904 à 1905.
Le 21 décembre 1904, il épousa Afanasyeva, qui collabora avec lui dans son travail. Ils eurent deux filles et deux fils : Tatyana (« Tanja ») (1905-1984), également devenue mathématicienne ; Galinka ('Galja') (1910-1979), est devenu auteur et illustrateur de livres pour enfants; Paul, Jr. ('Pavlik') (1915-1939), qui est également devenu physicien; et Vassily ('Wassik') (1918-1933).
Les Ehrenfest retournèrent à Göttingen en septembre 1906. Ils ne reverraient plus Boltzmann : le 5 septembre, Boltzmann se suicida à Duino près de Trieste . Ehrenfest a publié une nécrologie détaillée dans laquelle les réalisations de Boltzmann sont décrites. Felix Klein , doyen des mathématiciens de Göttinger et rédacteur en chef de l' Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften , avait compté sur Boltzmann pour une revue de mécanique statistique . Maintenant, il a demandé à Ehrenfest d'assumer cette tâche. Avec sa femme, Ehrenfest y a travaillé pendant plusieurs années ; l'article n'a été publié qu'en 1911. C'est une revue du travail de Boltzmann et de son école, et montre un style qui lui est propre : une analyse logique pointue des hypothèses fondamentales, une délimitation claire des questions non résolues et une explication des principes par des exemples transparents savamment choisis.
En 1907, le couple s'installe à Saint-Pétersbourg . Ehrenfest y trouva de bons amis, notamment AF Joffe , mais se sentit scientifiquement isolé. De plus, parce qu'il n'était pas disposé à déclarer sa croyance en une confession religieuse, il ne pouvait pas postuler pour un poste de professeur et n'avait donc aucune chance d'obtenir un poste permanent. Au début de 1912 Ehrenfest Embarquez pour une visite d' allemand des universités -speaking dans l'espoir d'une position. Il visite Berlin où il voit Max Planck , Leipzig où il voit son vieil ami Herglotz, Munich où il rencontre Arnold Sommerfeld , puis Zürich et Vienne. À Prague, il a rencontré Albert Einstein pour la première fois, et ils sont restés des amis proches par la suite. Einstein a recommandé Ehrenfest pour lui succéder à son poste à Prague, mais cela n'a pas fonctionné. Cela était dû au fait qu'Ehrenfest s'est déclaré athée . Sommerfeld lui a offert un poste à Munich, mais Ehrenfest a reçu une meilleure offre ; en même temps, il y avait une tournure inattendue des événements. HA Lorentz a démissionné de son poste de professeur à l' Université de Leyde et, sur son conseil, Ehrenfest a été nommé son successeur.
Carrière universitaire
En octobre 1912, Ehrenfest arriva à Leyde et, le 4 décembre, il donna sa conférence inaugurale Zur Krise der Lichtaether-Hypothese (À propos de la crise de l'hypothèse de l'éther léger). Il est resté à Leyde pour le reste de sa carrière. Afin de stimuler l'interaction et l'échange entre les étudiants en physique, il a organisé un groupe de discussion et une association d'étude appelée De Leidsche Flesch. Il a maintenu des contacts étroits avec des physiciens éminents dans le pays et à l'étranger, et les a invités à se rendre à Leyde et à faire une présentation dans sa série de conférences. Ehrenfest était un débatteur hors pair, prompt à souligner les faiblesses et à résumer l'essentiel.
Dans ses cours, il se concentrait sur des modèles et des exemples simples pour illustrer et clarifier les hypothèses sous-jacentes. Ses classes étaient petites et il s'efforçait d'apprendre à connaître les étudiants qui utilisaient la salle de lecture. Bien que peu d'entre eux aient été acceptés comme majors en physique théorique, il avait de longues discussions avec eux presque quotidiennement. Selon Einstein :
Il n'était pas simplement le meilleur professeur de notre profession que j'aie jamais connu ; il était aussi passionnément préoccupé par le développement et le destin des hommes, en particulier ses étudiants. Comprendre les autres, gagner leur amitié et leur confiance, aider quiconque est impliqué dans des luttes extérieures ou intérieures, encourager les jeunes talents, tout cela était son véritable élément, presque plus que son immersion dans les problèmes scientifiques.
Si Ehrenfest estimait qu'il ne pouvait plus rien enseigner à un étudiant, il enverrait l'étudiant dans d'autres centres en Europe pour une formation plus poussée. Il encouragerait également les étudiants à accepter des postes à l'étranger.
Parmi ses étudiants se trouvaient Johannes Burgers , Hendrik Kramers , Dirk Coster , George Uhlenbeck et Samuel Goudsmit , qui est devenu célèbre pour avoir proposé conjointement le concept de spin électronique , Jan Tinbergen , Arend Rutgers , Hendrik Casimir , Gerhard Dieke , Dirk Struik et Gerard Kuiper . Ses assistants comprenaient Yuri Krutkov , Viktor Trkal , Adriaan Fokker , Paul Epstein et Gregory Breit . Parmi les autres jeunes scientifiques étrangers qui ont passé une longue période dans son laboratoire, citons Gunnar Nordström , Enrico Fermi , Igor Tamm , Oskar Klein , Robert Oppenheimer , Walter Elsasser , Ralph Kronig , Werner Heisenberg , Paul Dirac et David Dennison .
Ehrenfest avait des opinions ambivalentes sur la science, le progrès technologique et les questions culturelles et sociales.
En 1919, il devient membre de l' Académie royale néerlandaise des arts et des sciences .
Dernières années
D'après la correspondance avec ses amis proches de mai 1931, il apparaît qu'Ehrenfest souffrait d'une grave dépression . En août 1932, Einstein était si inquiet qu'il écrivit au conseil d'administration de l'Université de Leyde, exprimant sa profonde préoccupation et suggérant des moyens de réduire la charge de travail d'Ehrenfest.
Après avoir pris des dispositions pour la garde de ses autres enfants, le 25 septembre 1933, à Amsterdam , Ehrenfest a abattu son fils cadet Wassik, atteint du syndrome de Down , puis s'est suicidé.
Recherche
La plupart des articles scientifiques d'Ehrenfest traitent de principes fondamentaux et cherchent à clarifier des points isolés. Ses publications sont réputées pour leur clarté, en résolvant des paradoxes ou en fournissant des descriptions plus claires, ou sont inspirantes en posant des questions mellifères. Son approche de la science est mieux illustrée par ce qu'il a écrit à Robert Oppenheimer à l'été 1928, après qu'Oppenheimer se soit invité pour un séjour prolongé à Leyde :
Si vous avez l'intention de monter à nouveau de l'artillerie lourde mathématique au cours de votre année à venir en Europe, je vous demande non seulement de ne pas venir à Leyde, mais si possible même pas en Hollande, et simplement parce que je vous aime vraiment beaucoup et que je veux garder c'est comme ça. Mais si, au contraire, vous voulez passer au moins vos premiers mois patiemment, confortablement et joyeusement dans des discussions qui reviennent toujours aux mêmes quelques points, discuter de quelques questions fondamentales avec moi et nos jeunes - et sans penser beaucoup à publier (!!!)—pourquoi alors je vous accueille à bras ouverts!!
De manière caractéristique, il n'aimait pas l'abstraction de la nouvelle théorie quantique de Heisenberg et Dirac.
La contribution la plus importante d'Ehrenfest de 1912 à 1933 est la théorie des invariants adiabatiques . C'est un concept dérivé de la mécanique classique qui d'une part peut servir à affiner certaines méthodes du modèle de Bohr de l'atome (bien qu'initialement Ehrenfest n'ait pas accepté les idées de Bohr ) et d'autre part fait un lien entre la mécanique atomique et la statistique mécanique. Il a apporté des contributions majeures à la physique quantique , y compris la théorie des transitions de phase et le théorème d'Ehrenfest , qui stipule que les valeurs attendues d'un système quantique suivent la mécanique classique. Son nom est également donné au paradoxe d'Ehrenfest , un paradoxe apparent en relativité encore discuté aujourd'hui, au modèle d'Ehrenfest , et au temps d'Ehrenfest , le temps caractérisant le départ de la dynamique quantique pour les observables de la dynamique classique.
Ehrenfest s'intéressait également au développement de théories mathématiques en économie. Cet intérêt a été stimulé par sa notion qu'il devrait y avoir une analogie entre la thermodynamique et les processus économiques. Bien que cela n'ait pas abouti à des publications, il a encouragé son étudiant diplômé Jan Tinbergen à donner suite à cela. La thèse de Tinbergen était consacrée à des problèmes de physique et d'économie, et il est devenu économiste et a reçu le premier prix Nobel commémoratif en sciences économiques en 1969.
Einstein et Bohr à Leyde
Ehrenfest était particulièrement proche d'Einstein et de Bohr . Après la première visite de Niels Bohr à Leyde en 1919, pour la soutenance de thèse de Kramers , il écrit à Ehrenfest :
Je suis assis et je pense à tout ce que vous m'avez dit sur tant de choses différentes, et quoi que je pense, je sens que j'ai tellement appris de vous qui sera d'une grande importance pour moi ; mais, en même temps, je désire tant exprimer mon sentiment de bonheur pour votre amitié et de reconnaissance pour la confiance et la sympathie que vous m'avez témoignées, je me trouve tellement incapable de trouver des mots pour cela.
Sur son invitation, Einstein accepta en 1920 une nomination en tant que professeur extraordinaire à l'Université de Leyde. Cet arrangement a permis à Einstein de visiter Leyde pendant quelques semaines chaque année. A ces occasions, Einstein restait chez Ehrenfest. En 1923, Einstein y resta six semaines, après que des ultranationalistes allemands à Berlin eurent proféré des menaces de mort. À l'occasion du 50e anniversaire du doctorat de Lorentz (décembre 1925), Ehrenfest a invité Bohr et Einstein à Leyde, dans une tentative de concilier leurs divergences scientifiques sur la théorie quantique émergente. Ces discussions se sont poursuivies lors de la conférence Solvay de 1927 , où Ehrenfest, à son grand désarroi, a dû se ranger du côté de Bohr dans ce grand débat.
Héritage
Le colloque du soir de physique à l'Université de Leyde, initié par Paul Ehrenfest en 1912, se poursuit toujours sous le nom de Colloque Ehrenfestii .
L'Institut d'optique quantique et d'information quantique parraine le prix Paul Ehrenfest du meilleur article pour les fondations quantiques .
Le Dutch Physics Council parraine le prix de thèse Ehrenfest-Afanassjewa .
Bibliographie
- Martin J. Klein : Paul Ehrenfest : La fabrication d'un physicien théoricien. Biographie de Paul Ehrenfest. Amsterdam : Elsevier . ISBN 0-7204-0163-1 . Édition 1985 : ISBN 0-444-86948-4