Schwarzschild, Carl

Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild
Fødselsdato 9. oktober 1873( 09-10-1873 )
Fødselssted Frankfurt am Main
Dødsdato 11. maj 1916 (42 år)( 11-05-1916 )
Et dødssted Potsdam
Land Tyskland
Videnskabelig sfære astronomi , fysik
Arbejdsplads
Alma Mater
videnskabelig rådgiver Hugo von Seeliger
Kendt som opnåede de første nøjagtige løsninger af feltligningerne for den generelle relativitetsteori med sfærisk symmetri
Autograf
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Karl Schwarzschild ( tysk  Karl Schwarzschild ; 9. oktober 1873 , Frankfurt am Main  - 11. maj 1916 , Potsdam ) - tysk astronom og fysiker , direktør for Det Astrofysiske Observatorium i Potsdam (1909-1914), akademiker ved Det Preussiske Videnskabsakademi (Prussian Academy of Sciences ) 1912). Far til den tysk-amerikanske astrofysiker Martin Schwarzschild .

Schwarzschild, en af ​​nøglefigurerne i den indledende fase af udviklingen af ​​teoretisk astrofysik, blev kendetegnet ved bredden af ​​videnskabelige interesser - han efterlod et mærkbart spor i fotografisk fotometri , teorien om stjernernes atmosfærer , generel relativitetsteori og gammel kvantemekanik . Hans navn er blandt andet navnet på den første og stadig den vigtigste eksakte løsning af Einstein-ligningerne opdaget af ham , der forudsiger eksistensen af ​​sorte huller  - Schwarzschild-løsningen .

Biografi

Karl Schwarzschild, født i Frankfurt am Main af en jødisk familie (far: Moses Martin Schwarzschild, mor: Henriette Sabel), var den ældste af seks børn [2] . Hans søster Clara (1887-1946) giftede sig med astrofysikeren Robert Emden i 1907 [3] . I det miljø, hvor Schwarzschild voksede op, blev en alsidig uddannelse tilskyndet med vægt på musik og kunst ; Karl var den første i familien, der viste interesse for naturvidenskab [2] . Han gik i en jødisk folkeskole indtil han var 11 år, derefter Statens Gymnasium. Lessing i Frankfurt, viste fra den tid interesse for astronomi , samlede lommepenge ind for at købe linser og bygge et teleskop [2] . Denne interesse blev opmuntret af hans fars ven, professor Epstein, som ejede sit eget amatørobservatorium [2] . Carl blev venner med sin søn, Paul Epstein , en berømt matematiker i fremtiden [2] . Allerede som 16-årig udgav Schwarzschild to korte artikler [4] om at bestemme planeters og dobbeltstjerners kredsløb [2] . Efter at have modtaget et studentereksamen med udmærkelse studerede han i 1891-1893 astronomi ved universitetet i Strasbourg [2] .

Så i 1893 flyttede Karl til universitetet i München og dimitterede i 1896 med stor udmærkelse ( summa cum laude ), hvor han modtog en doktorgrad ( afhandlingsemne: "Om Poincaré- teorien om ligevægtstal i roterende homogene flydende masser" [5] , supervisor — Hugo von Seeliger ) [2] .

Fra oktober 1896 arbejdede Schwarzschild i 2 år som assistent ved Kuffner Observatory i Wien [2] . Der studerede han stjerners fotometri, udviklede en formel til at bestemme eksponeringstiden for astronomisk fotometri og opdagede fænomenet ikke-gensidighed i fotografi, senere opkaldt efter ham ( Schwarzschild-effekten ) [2] . I 1899 vendte han tilbage til universitetet i München, hvor han modtog stillingen som Privatdozent , efter at have forsvaret en habiliteringsafhandling om målinger af stjerners lysstyrke [2] . I 1900 , længe før fremkomsten af ​​generel relativitetsteori , udforskede Schwarzschild muligheden for, at rummet er ikke-euklidisk , og udleder en nedre grænse for rummets krumningsradius på 4 millioner AU. for tilfældet med elliptisk geometri og 100 millioner a.u. — for hyperbolsk geometri [6] [2] [7] . I løbet af denne tid studerede han også støvpartiklernes bevægelse i komethalerne under påvirkning af strålingstryk og udledte størrelsen af ​​disse partikler fra observationer [2] .

I 1901 blev Schwarzschild en ekstraordinær (et år senere, i en alder af 28 - en almindelig, det vil sige fuld) professor ved universitetet i Göttingen og samtidig direktør for observatoriet [2] . Der arbejdede han med sådanne personligheder som David Hilbert og Herman Minkowski [2] . 11. juni 1909 blev valgt til Royal Astronomical Society (London) [2] . Mens han arbejdede i Göttingen, var Schwarzschild engageret i elektrodynamik og geometrisk optik, udførte en stor undersøgelse af fotografiske stjernestørrelser og skelnede mellem fotografiske og visuelle stjernestørrelser, studerede overførsel af stråling i stjerner og Solens fotosfære [2] og i 1906 introducerede begrebet strålingsligevægt , grundlæggende for modellering af stjerneatmosfærer [8] [9] . Deltog i en ekspedition til Algeriet for at observere den totale solformørkelse den 30. august 1905 [2] [10] .

Den 22. oktober 1909 giftede Schwarzschild sig med Else Rosenbach, datter af en professor i kirurgi ved universitetet i Göttingen [2] . Karl og Elsa havde tre børn - Agatha, Martin (senere professor i astronomi ved Princeton ) og Alfred [2] .

I slutningen af ​​1909 blev Karl Schwarzschild direktør for det astrofysiske observatorium i Potsdam (denne stilling blev betragtet som den mest prestigefyldte for en astronom i Tyskland), og i 1912 blev han valgt til medlem af det preussiske videnskabsakademi [2] . Han udgav monografien "Aktinometrie" ( 1 time - 1910, 2 timer - 1912) [2] . I denne periode var han interesseret i spektrometri , studerede fotografier af Halleys komet , opnået under dens tilbagevenden i 1910 [2] . I sommeren 1910 rejste han til USA og besøgte flere amerikanske observatorier. I 1914 forsøgte Schwarzschild (forgæves) at opdage den gravitationelle rødforskydning forudsagt af relativitetsteorien i solspektrene.

I begyndelsen af ​​Første Verdenskrig ( 1914 ) meldte han sig frivilligt til den tyske hær, på trods af at hans alder var over 40 år; tjente først i Namur (Belgien) på en militær meteorologisk station, og efter at have modtaget rang som løjtnant blev han overført til hovedkvarteret for en langdistance artilleridivision stationeret først i Frankrig og senere i Rusland [2] [9] . Schwarzschild var engageret i beregninger af skallernes baner [2] ; i 1915 sendte han en besked til Akademiet [11] om korrektioner for vind- og lufttæthed til baner [9] , først offentliggjort i 1920 , efter deklassificering. Han blev tildelt Jernkorset [9] .

Den 18. november 1915, mens han var på ferie, deltog Schwarzschild i Einsteins forelæsning foran det preussiske videnskabsakademi i Berlin, hvor Einstein præsenterede sit papir, der forklarer skiftet af Merkurs perihel ved hjælp af generel relativitetsteori [12] .

På østfronten blev han syg af en autoimmun sygdom kaldet pemphigus (engelsk pemphigus), på det tidspunkt uhelbredelig [2] . På et frontlinjehospital i Rusland skrev Schwarzschild to artikler [13] [14] om generel relativitetsteori og et grundlæggende papir om Bohr-Sommerfeld kvanteteori, der indeholder teorien om Stark-effekten for brintatomet [2] [15] . I marts 1916 blev Schwarzschild udskrevet på grund af sygdom, vendte tilbage til Tyskland og døde to måneder senere [2] . Han blev begravet på Göttingen City Cemetery .

Videnskabelige værker og resultater

Bredden af ​​dækningen af ​​emnerne fysik, matematik og astronomi i hans værker fik Eddington til at sammenligne Schwarzschild med Poincare , kun af en mere praktisk orientering [9] . Schwarzschild selv, i sin åbningstale til Berlins Videnskabsakademi (1913), forklarede det på denne måde:

Matematik, fysik, kemi, astronomi bevæger sig i en samlet front. Den, der er bagved, trækkes op. Hvem der er foran - hjælper resten. Den tætteste solidaritet eksisterer mellem astronomi og hele rækken af ​​de eksakte videnskaber. ... Fra dette synspunkt kan jeg betragte det som heldigt, at mine interesser aldrig var begrænset til det, der er hinsides Månen, men fulgte trådene, der strakte sig derfra til vores sublunar viden; Jeg har ofte været himlen utro. Det er en drivkraft for universalitet, som utilsigtet blev forstærket af min lærer Seeliger og derefter blomstret op af Felix Klein og hele det videnskabelige samfund i Göttingen. Der er et populært motto, hvorefter matematik, fysik og astronomi udgør en samlet viden, der ligesom græsk kultur skal opfattes som en ideel helhed.

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] Matematik, fysik, kemi, astronomi, march i én front. Det, der halter bagud, trækkes efter. Hvad der skynder sig frem, hjælper på de andre. Den tætteste solidaritet eksisterer mellem astronomi og hele kredsen af ​​eksakt videnskab. . . . Ud fra dette aspekt kan jeg godt regne det med, at min interesse aldrig har været begrænset til tingene hinsides månen, men har fulgt de tråde, som spinder sig derfra til vores undermåneske kundskab; Jeg har ofte været usand mod himlen. Det er en impuls til det universelle, som uforvarende blev styrket af min lærer Seeliger, og efterfølgende blev næret yderligere af Felix Klein og hele den videnskabelige kreds i Göttingen. Der lyder mottoet, at matematik, fysik og astronomi udgør én viden, der ligesom den græske kultur kun skal forstås som en perfekt helhed. - [9]

Schwarzschilds vigtigste præstationer inden for praktisk astronomi omfatter arbejde med det grundlæggende i præcis fotografisk fotometri, som begyndte i Göttingen og derefter fortsatte i Potsdam. Allerede i første omgang udviklede han en teknik til nøjagtig vurdering af stjerners lysstyrke ud fra fotografier og bestemte i praksis loven om forholdet mellem sortfarvning på en fotografisk plade med eksponeringstid og stjernelysstyrke ( Schwarzschilds lov ). Da fotografiske plader og øjet er forskellige i følsomhed over for forskellige bølgelængder af det elektromagnetiske spektrum, skal de visuelle og fotografiske stjernelysstyrkeskalaer forbindes med hinanden ved at etablere en vis fælles begyndelse - nulpunkt. Dette blev også gjort for første gang af Schwarzschild [16] . Forskellen mellem den visuelle og fotografiske størrelse kan tjene som et skøn over stjernens temperatur - og takket være dette opdagede Schwarzschild tilbage i 1899 udsving i Cepheidernes effektive temperatur [17] . I Potsdam i 1910-1912 udarbejdede han et nøjagtigt katalog over fotografiske størrelser på 3500 stjerner lysere end 7,5 m med deklinationer fra 0 ° til + 20 ° (den såkaldte "Göttingen-aktinometri"), som sammen med visuelle kataloger, tjente som grundlag for vigtige statistiske undersøgelser om estimering af stjerners temperatur og afstande til dem [16] [10] [9] .

Studiet af statistikken over stjernernes egenbevægelser , hvis drivkraft var teorien om to strømme af J. Kaptein , førte i 1907 Schwarzschild til at formulere en alternativ lov for den ellipsoidale fordeling af stjernernes hastigheder i galaksen, derefter bekræftet i rammen af teorien om galaksens rotation. I 1910-1912 udviklede og løste Schwarzschild i en generel form integralligningerne for stjernestatistikker, der relaterer stjernernes absolutte og tilsyneladende karakteristika til deres rumlige tæthed [16] .

I 1906 introducerede Schwarzschild begrebet strålingsligevægt i teorien om stjerneatmosfærer , ifølge hvilken energioverførsel i atmosfæren udføres af stråling, og konvektiv overførsel og termisk ledningsevne er ubetydelige. På grundlag af Wiens lov skabte han en matematisk teori om strålingsligevægt og udviklede en tilsvarende model for stjerneatmosfærens struktur, som stadig ligger til grund for ikke-konvektive modeller af stjerneskaller [17] [9] .

En række værker af Schwarzschild er helliget teorien om ligevægt mellem små partikler i stjernernes strålingsfelt og anvendelsen af ​​denne teori på komethaler [16] [10] , teorien om aberrationer i optiske instrumenter [10] [18 ] , variationsprincippet i elektronelektrodynamik [18] , teorien om direkte interpartikel elektromagnetisk interaktion [ 19] og hans seneste arbejde er viet teorien om Stark-effekten for brintatomet inden for rammerne af Bohrs gamle kvantemekanik [20 ] [10]  - heri introducerede Schwarzschild først aktionsvinkelvariablerne [18] , som er vigtige i teorien om konservative Hamilton-systemer [21] .

Hans værker om relativitetsteorien indeholdt de første eksakte løsninger af feltligningerne for generel relativitet med sfærisk symmetri - den såkaldte indre Schwarzschild-løsning for et ikke-roterende sfærisk legeme fra en homogen væske [14] og den eksterne Schwarzschild-løsning for et statisk tomt rum omkring et sfærisk symmetrisk legeme [13] (den anden nu almindeligvis blot omtalt som Schwarzschild-løsningen ). Schwarzschilds løsning var den første eksakte løsning af Einsteins ligninger med et klassisk sort hul , så flere udtryk fra sort huls fysik er opkaldt efter ham, såsom Schwarzschild-radius , Schwarzschild-koordinater og så videre [17] .

Det er kendt, at Einsteins første reaktion på Schwarzschilds arbejde var vantro: Einstein mente, at det var umuligt at finde en nøjagtig ekstern løsning for et så komplekst ligningssystem som det, der opstår i den generelle relativitetsteori. Det var først efter at have kontrolleret alle beregningerne på egen hånd, at Einstein blev overbevist om, at problemet faktisk var løst, og blev inficeret med entusiasme. Derudover udledte Schwarzschild på grundlag af sin nøjagtige eksterne løsning størrelsen af ​​virkningen af ​​skiftet af perihelion af Merkur-kredsløbet og afbøjningen af ​​lys forudsagt af den generelle relativitetsteori , hvilket bekræfter værdierne fundet af Einstein tidligere på baggrund af den omtrentlige løsning af ligningerne [22] [17] .

På et møde i Berlins Videnskabsakademi, dedikeret til minde om Schwarzschild, vurderede Einstein disse hans værker som følger:

I Schwarzschilds teoretiske værker er det særligt slående den sikre beherskelse af matematiske forskningsmetoder og den lethed, hvormed han forstår essensen af ​​et astronomisk eller fysisk problem. Sjældent finder du så dyb matematisk viden kombineret med sund fornuft og en sådan fleksibilitet i tænkning som hans. Det var disse talenter, der gjorde det muligt for ham at udføre vigtigt teoretisk arbejde på de områder, der skræmte andre forskere væk med matematiske vanskeligheder. Motivet for hans uudtømmelige kreativitet kan tilsyneladende i langt højere grad betragtes som glæden hos kunstneren, der opdager den subtile sammenhæng mellem matematiske begreber, end ønsket om at kende de skjulte afhængigheder i naturen.

- [23]

Genkendelse og hukommelse

Til ære for Karl Schwarzschild blev et observatorium navngivet i 1960 i byen Tautenburg , 10 km fra Jena ; observatoriet huser Tysklands største teleskop [24] [2] , samt Schwarzschild-asteroiden (837) opdaget i 1916 , et krater på Månen , gader i Göttingen og andre byer. Det tyske astronomiske selskab ( Astronomische Gesellschaft ) har hvert år siden 1959 tildelt Karl Schwarzschild-medaljen , hvoraf den første modtager var hans søn Martin [2] .

I videnskaben er navnet på Schwarzschild [18] :

Bibliografi

En komplet bibliografi over Karl Schwarzschilds arbejde blev udgivet i 1917 af Otto Blumenthal [25] . Göttingen-biblioteket rummer også en samling af hans breve og noter, mikrofilmet i 1975 for American Institute of Physics Center for the History of Physics [26] . De første samlede værker af Karl Schwarzschild i tre bind blev udgivet af Springer i 1992 [27] .

Værker af Karl Schwarzschild Ligevægtstal for en roterende væske

Schwarzschild K. Die Poincaresche Theorie Des Gleichgewichts Einer Homogenen Rotierenden  Flussigkeitsmasse . - BiblioLife, 2013. - 87 s. — ISBN 9781295437337 .

Optiske systemer Glans mål Teori om stjerneatmosfærer Teori om lysspredning af små partikler Variationsprincip i elektrodynamik Generel relativitetsteori
  • Über das Gravitationsfeld enes Massenpunktes nach der Einstein'schen Theorie. Reimer, Berlin 1916, S. 189ff. (Sitzungsberichte der Königlich-Preussischen Akademie der Wissenschaften; 1916)
  • Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit . Reimer, Berlin 1916, S. 424-434
Teori om Stark-effekten
  • Zur Quantenhypotese . 1916, Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, S. 548-568
Andre værker Samlede værker

Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Samlede værker)  (engelsk) / Ed. af Voigt Hans-Heinrich . - Springer Berlin Heidelberg, 1992. - Vol. 1-3. - ISBN 978-3-642-63467-3 . - doi : 10.1007/978-3-642-58086-4 .

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 MacTutor History of Mathematics Archive
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 J. J. O'Connor og E. Karl  Schwarzschild . MacTutor History of Mathematics-arkiv . Dato for adgang: 22. november 2015. Arkiveret fra originalen 17. november 2015.
  3. ↑ Deutsche Biography
  4. ↑ K. Schwarzschild "Zur Bahnbestimmung nach Bruns". Astronomische Nachrichten 124 (1890) kols. 211-216; K. Schwarzschild "Methode zur Bahnbestimung der Doppelsterne". Astronomische Nachrichten 124 (1890) kols. 215-218.
  5. ↑ K. Schwarzschild "Die Poincaré'sche Theorie des Gleichgewichts einter homogenen rotierenden Flüssigkeitsmasse" Neue Annalen der K. Sternwarte in München , 3 (1898), 231-299.
  6. ↑ K. Schwarzschild "Über das zulässige Krummungsmass des Raumes" Vierteljahrsschrift der Astronomischen Gesellschaft 35 (1900) 337-347.
  7. ↑ Vizgin, 1981 , s. 36.
  8. ↑ SCHWARZSCHILD, CARL . Encyclopedia Around the World . Hentet 23. november 2015. Arkiveret fra originalen 22. juli 2015.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Eddington AS Nekrolog, Associate: Schwarzschild, Karl  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  . - Oxford University Press , 1917. - Vol. 77 . - S. 314-319 . - doi : 10.1093/mnras/77.4.314 . - .
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Hertzsprung E. Karl Schwarzschild  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1917. - Vol. 45 . — S. 285 . - doi : 10.1086/142329 . - .
  11. ↑ K. Schwarzschild "Über den Einfluss von Wind und Luftdichte auf die Goschossbahn". Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1920 (1920) 37-63.
  12. ↑ Matthias Schemel. Schwarzschilds klassiske og relativistiske arbejde om kosmologi // The Genesis of General Relativity: Sources and Interpretations / redigeret af Jürgen Renn. — Springer Science & Business Media, 2007-02-16. — 2072 s. - S. 167. - ISBN 9781402039997 .
  13. ↑ 1 2 K. Schwarzschild. "Über das Gravitationsfeld enes Massenpunktes nach der Einstein'schen Theorie". Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 189-196.
  14. ↑ 1 2 K. Schwarzschild "Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit". Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 424.
  15. ↑ K. Schwarzschild "Zur Quantenhypothese". Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1916 (1916) 548-568.
  16. ↑ 1 2 3 4 Astronomers, 1977 , s. 290.
  17. ↑ 1 2 3 4 Astronomers, 1977 , s. 291.
  18. ↑ 1 2 3 4 Chandrasekhar S. Karl Schwarzschild Foredrag: Det æstetiske grundlag for den generelle relativitetsteori  //  Mitteilungen der Astronomischen Gesellschaft Hamburg. - 1986. - Bd. 67 . — S. 19 . - .
  19. ↑ Schwarzschild, K., Elektrodynamik, Z.: Zur Elektrodynamik. II. De elementære elektrodynamiske Kraft. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen 128, 132 (1903)
  20. ↑ Khramov Yu. A. Schwarzschild Karl (Schwarzschild Karl) // Physicists: Bigraphical Guide / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2. rev. og yderligere — M  .: Nauka , 1983. — S. 298. — 400 s. - 200.000 eksemplarer.
  21. ↑ Nekhoroshev N. N. Handlingsvinkelvariabler og deres generaliseringer  // Proceedings of the Moscow Mathematical Society. - Moscow Universitys forlag, 1972. - T. 26 . - S. 181-198 .
  22. ↑ Gutfreund H. , Renn J. , Stachel J. The Road to Relativity: The History and Meaning of Einsteins "The Foundation of General Relativity" Med originalmanuskriptet til Einsteins mesterværk  (engelsk) . - Princeton University Press, 2015. - ISBN 9781400865765 .
  23. ↑ Einstein A. Samling af videnskabelige artikler. - M. : Nauka, 1967. - T. 4. - S. 33. - 599 s. - 31.700 eksemplarer.
  24. ↑ Observatoriet  (eng.)  (utilgængeligt link) . Thüringer Landessternwarte 'Karl Schwarzschild' Tautenburg. Dato for adgang: 6. september 2010. Arkiveret fra originalen 20. februar 2012.
  25. ↑ Blumenthal, Otto. Karl Schwarzschild  (tysk)  // Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung. - 1917. - Bd. 26 , nr. 1/4 . - S. 56-75 . Arkiveret fra originalen den 5. oktober 2017.
  26. ↑ Nachlass. Karl Schwarzschild. Astronomi. 9.10.1873 - 11.5.1916 . Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen. Arkiveret fra originalen den 3. april 2016.
  27. ↑ Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Samlede værker)  (engelsk) / Ed. af Voigt Hans-Heinrich . - Springer Berlin Heidelberg, 1992. - Vol. 1-3. - ISBN 978-3-642-63467-3 . - doi : 10.1007/978-3-642-58086-4 .

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Tematiske steder
Ordbøger og encyklopædier
Slægtsforskning og nekropolis