Schwarzschild, Carl

Karlem Schwarzschildem
Karlem Schwarzschildem
Datum narození 9. října 1873( 1873-10-09 )
Místo narození Frankfurt nad Mohanem
Datum úmrtí 11. května 1916 (42 let)( 11.05.1916 )
Místo smrti Postupim
Země Německo
Vědecká sféra astronomie , fyzika
Místo výkonu práce
Alma mater
vědecký poradce Hugo von Seeliger
Známý jako získal první přesná řešení rovnic pole obecné teorie relativity se sférickou symetrií
Autogram
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Karl Schwarzschild ( německy  Karl Schwarzschild ; 9. října 1873 , Frankfurt nad Mohanem  - 11. května 1916 , Postupim ) - německý astronom a fyzik , ředitel Astrofyzikální observatoře v Postupimi (1909-1914), akademik Pruské akademie věd ( 1912). Otec německo-amerického astrofyzika Martina Schwarzschilda .

Schwarzschild, jedna z klíčových postav v počáteční fázi vývoje teoretické astrofyziky, se vyznačoval šíří vědeckých zájmů - zanechal výraznou stopu ve fotografické fotometrii , teorii hvězdných atmosfér , obecné teorii relativity a staré kvantové mechanice . Jeho jméno je mimo jiné názvem prvního a dodnes nejdůležitějšího exaktního řešení jím objevených Einsteinových rovnic , předpovídajících existenci černých děr  - Schwarzschildovo řešení .

Životopis

Karl Schwarzschild, narozený ve Frankfurtu nad Mohanem do židovské rodiny (otec: Moses Martin Schwarzschild, matka: Henriette Sabel), byl nejstarší ze šesti dětí [2] . Jeho sestra Clara (1887-1946) se v roce 1907 provdala za astrofyzika Roberta Emdena [3] . V prostředí, kde Schwarzschild vyrůstal, bylo podporováno všestranné vzdělání s důrazem na hudbu a umění ; Karl byl první v rodině, kdo projevil zájem o přírodní vědy [2] . Do 11 let navštěvoval židovskou základní školu, poté Státní gymnázium. Lessing ve Frankfurtu, který od té doby projevoval zájem o astronomii , vybíral kapesné na nákup čoček a stavbu dalekohledu [2] . Tento zájem podnítil přítel jeho otce, profesor Epstein, který vlastnil vlastní amatérskou observatoř [2] . Carl se spřátelil se svým synem Paulem Epsteinem , v budoucnu slavným matematikem [2] . Již ve věku 16 let, jako student střední školy, publikoval Schwarzschild dva krátké články [4] o určování drah planet a dvojhvězd [2] . Po maturitě s vyznamenáním studoval v letech 1891-1893 astronomii na univerzitě ve Štrasburku [2] .

V roce 1893 se Karl přestěhoval na univerzitu v Mnichově a v roce 1896 s velkým vyznamenáním promoval ( summa cum laude ) a získal doktorát ( téma diplomové práce: „O Poincarého teorii rovnovážných útvarů v rotujících homogenních kapalných hmotách“ [5] , dozorce — Hugo von Seeliger ) [2] .

Od října 1896 pracoval Schwarzschild 2 roky jako asistent na Kuffnerově observatoři ve Vídni [2] . Tam studoval fotometrii hvězd, vyvinul vzorec pro stanovení expozičního času pro astronomickou fotometrii a objevil fenomén nereciprocity ve fotografii, později po něm pojmenovaný ( Schwarzschildův efekt ) [2] . V roce 1899 se vrátil na mnichovskou univerzitu, kde po obhajobě habilitační práce o měření jasnosti hvězd získal místo Privatdozent [2] . V roce 1900 , dlouho před příchodem obecné teorie relativity , Schwarzschild prozkoumal možnost, že prostor není euklidovský , odvodil spodní hranici poloměru zakřivení prostoru 4 miliony AU. pro případ eliptické geometrie a 100 milionů a.u. — pro hyperbolickou geometrii [6] [2] [7] . Během této doby také studoval pohyb prachových částic v ohonech komet za působení radiačního tlaku a z pozorování odvodil velikosti těchto částic [2] .

V roce 1901 se Schwarzschild stal mimořádným (o rok později, ve svých 28 letech - řadovým, tedy řádným) profesorem na univerzitě v Göttingenu a zároveň ředitelem hvězdárny [2] . Tam spolupracoval s takovými osobnostmi jako David Hilbert a Herman Minkowski [2] . 11. června 1909 byl zvolen do Royal Astronomical Society (Londýn) [2] . Schwarzschild se při práci v Göttingenu zabýval elektrodynamikou a geometrickou optikou, provedl velký průzkum fotografických hvězdných magnitud a rozlišoval fotografické a vizuální hvězdné magnitudy, studoval přenos záření ve hvězdách a fotosféře Slunce [2] a v r. 1906 zavedl koncept radiační rovnováhy , zásadní pro modelování hvězdných atmosfér [8] [9] . Účastnil se expedice do Alžírska za účelem pozorování úplného zatmění Slunce 30. srpna 1905 [2] [10] .

22. října 1909 se Schwarzschild oženil s Else Rosenbachovou, dcerou profesora chirurgie na univerzitě v Göttingenu [2] . Karl a Elsa měli tři děti - Agátu, Martina (pozdějšího profesora astronomie na Princetonu ) a Alfreda [2] .

Na konci roku 1909 se Karl Schwarzschild stal ředitelem Astrofyzikální observatoře v Postupimi (tento post byl pro astronoma v Německu považován za nejprestižnější) a v roce 1912 byl zvolen členem Pruské akademie věd [2] . Vydal monografii "Aktinometrie" ( 1 hodina - 1910, 2 hodiny - 1912) [2] . V tomto období se zajímal o spektrometrii , studoval fotografie Halleyovy komety , získané při jejím návratu v roce 1910 [2] . V létě 1910 odcestoval do Spojených států, kde navštívil několik amerických observatoří. V roce 1914 se Schwarzschild pokusil (neúspěšně) detekovat gravitační rudý posuv předpovídaný teorií relativity ve slunečních spektrech.

Na začátku první světové války ( 1914 ) se dobrovolně přihlásil do německé armády, přestože mu bylo přes 40 let; sloužil nejprve v Namuru (Belgie) na vojenské meteorologické stanici, poté, co obdržel hodnost poručíka, byl převelen do velitelství divize dělostřelectva dlouhého doletu umístěné nejprve ve Francii a později v Rusku [2] [9] . Schwarzschild se zabýval výpočty trajektorií granátů [2] ; v roce 1915 poslal Akademii zprávu [11] o korekcích pro hustotu větru a vzduchu na trajektorie [9] , publikovanou až v roce 1920 , po odtajnění. Byl vyznamenán Železným křížem [9] .

18. listopadu 1915, když byl na dovolené, se Schwarzschild zúčastnil Einsteinovy ​​přednášky před Pruskou akademií věd v Berlíně, kde Einstein přednesl svůj příspěvek vysvětlující posun perihelia Merkuru pomocí obecné teorie relativity [12] .

Na východní frontě onemocněl autoimunitním onemocněním zvaným pemphigus (anglicky pemphigus), v té době nevyléčitelné [2] . V nemocnici v přední linii v Rusku napsal Schwarzschild dva články [13] [14] o obecné relativitě a základní článek o Bohr-Sommerfeldově kvantové teorii obsahující teorii Starkova jevu pro atom vodíku [2] [15]. . V březnu 1916 byl Schwarzschild kvůli nemoci propuštěn, vrátil se do Německa a o dva měsíce později zemřel [2] . Byl pohřben na městském hřbitově v Göttingenu .

Vědecké práce a úspěchy

Šíře pokrytí témat fyziky, matematiky a astronomie v jeho dílech vedla Eddingtona ke srovnání Schwarzschilda s Poincare , pouze s praktičtější orientací [9] . Sám Schwarzschild ve svém úvodním projevu k berlínské akademii věd (1913) to vysvětlil takto:

Matematika, fyzika, chemie, astronomie se pohybují v jednotné frontě. Kdo je pozadu, je vytažen nahoru. Kdo je napřed - pomáhá ostatním. Nejužší solidarita existuje mezi astronomií a celou řadou exaktních věd. … Z tohoto hlediska mohu považovat za štěstí, že mé zájmy se nikdy neomezovaly na to, co je za Měsícem, ale sledovaly nitky táhnoucí se odtud k našemu sublunárnímu poznání; Často jsem byl nevěrný nebi. Je to snaha o univerzálnost, kterou nechtěně posílil můj učitel Seeliger a poté rozkvetl Felixem Kleinem a celou vědeckou komunitou v Göttingenu. Existuje oblíbené heslo, podle kterého tvoří matematika, fyzika a astronomie jediné vědění, které by stejně jako řeckou kulturu mělo být vnímáno jako ideální celek.

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Matematika, fyzika, chemie, astronomie, pochod v jedné frontě. To, co zaostává, je taženo poté. To, co spěchá dopředu, pomáhá ostatním. Nejužší solidarita existuje mezi astronomií a celým okruhem exaktní vědy. . . . Z tohoto hlediska mohu dobře počítat, že můj zájem se nikdy neomezoval na věci za Měsícem, ale sledoval vlákna, která se odtamtud spřádají k našemu sublunárnímu poznání; Často jsem byl nepravdivý k nebesům. To je impuls k univerzálnosti, který byl nevědomky posílen mým učitelem Seeligerem a poté dále živen Felixem Kleinem a celým vědeckým kruhem v Göttingenu. Zde se řídí heslem, že matematika, fyzika a astronomie tvoří jedno vědění, které je stejně jako řecká kultura chápáno pouze jako dokonalý celek. - [9]

Schwarzschildovy hlavní úspěchy v praktické astronomii zahrnují práci na základech přesné fotografické fotometrie, která začala v Göttingenu a poté pokračovala v Postupimi. Dokonce v první řadě vyvinul techniku ​​pro přesné posouzení jasnosti hvězd z fotografií a v praxi určil zákon vztahu mezi zčernáním na fotografické desce s časem expozice a jasem hvězdy ( Schwarzschildův zákon ). Vzhledem k tomu, že fotografické desky a oko se liší citlivostí na různé vlnové délky elektromagnetického spektra, musí být vizuální a fotografická stupnice hvězdné jasnosti vzájemně propojena stanovením určitého společného začátku – nulového bodu. To také poprvé udělal Schwarzschild [16] . Rozdíl mezi vizuální a fotografickou magnitudou může sloužit jako odhad teploty hvězdy – a díky tomu Schwarzschild již v roce 1899 objevil kolísání efektivní teploty cefeid [17] . V Postupimi v letech 1910-1912 sestavil přesný katalog fotografických magnitud 3500 hvězd jasnějších než 7,5 m s deklinacemi v rozmezí 0° až + 20° (tzv. „Göttingenská aktinometrie“), který spolu s vizuálními katalogy, sloužily jako základ pro důležité statistické studie o odhadu teplot hvězd a vzdáleností k nim [16] [10] [9] .

Studium statistiky vlastních pohybů hvězd , jehož podnětem byla teorie dvou proudů od J. Kapteina , vedlo v roce 1907 Schwarzschilda k formulaci alternativního zákona pro elipsoidní rozložení hvězdných rychlostí v Galaxii, poté potvrzeného v rámci teorie rotace galaxie. V letech 1910-1912 Schwarzschild vyvinul a vyřešil v obecné formě integrální rovnice hvězdné statistiky vztahující absolutní a zdánlivé charakteristiky hvězd k jejich prostorové hustotě [16] .

V roce 1906 zavedl Schwarzschild do teorie hvězdných atmosfér koncept radiační rovnováhy , podle kterého přenos energie v atmosféře probíhá zářením a přenos konvekcí a tepelná vodivost jsou zanedbatelné. Na základě Wienova zákona vytvořil matematickou teorii radiační rovnováhy a vyvinul odpovídající model struktury hvězdné atmosféry, který je dodnes základem nekonvektivních modelů hvězdných obalů [17] [9] .

Řada prací Schwarzschilda se věnuje teorii rovnováhy malých částic v radiačním poli hvězd a aplikaci této teorie na kometární ohony [16] [10] , teorii aberací optických přístrojů [10] [18 ] , variační princip v elektronové elektrodynamice [18] , teorie přímé mezičásticové elektromagnetické interakce [19] a jeho nejnovější práce se věnuje teorii Starkova jevu pro atom vodíku v rámci Bohrovy staré kvantové mechaniky [20 ] [10]  - v něm Schwarzschild poprvé představil proměnné akčního úhlu [18] , které jsou důležité v teorii konzervativních hamiltonovských systémů [21] .

Jeho práce o teorii relativity obsahovaly první exaktní řešení rovnic pole obecné teorie relativity se sférickou symetrií - tzv. vnitřní Schwarzschildovo řešení pro nerotující kulové těleso z homogenní tekutiny [14] a vnější Schwarzschildovo řešení pro statický prázdný prostor kolem sféricky symetrického tělesa [13] (druhé nyní běžně označované jednoduše jako Schwarzschildovo řešení ). Schwarzschildovo řešení bylo prvním přesným řešením Einsteinových rovnic s klasickou černou dírou , proto je po něm pojmenováno několik termínů z fyziky černých děr, jako Schwarzschildův poloměr , Schwarzschildovy souřadnice a tak dále [17] .

Je známo, že Einsteinovou první reakcí na Schwarzschildovu práci byla nedůvěra: Einstein věřil, že je nemožné najít přesné vnější řešení pro tak složitý systém rovnic, jaký vzniká v obecné relativitě. Teprve po kontrole všech výpočtů na vlastní kůži Einstein nabyl přesvědčení, že problém byl skutečně vyřešen, a nakazil se nadšením. Schwarzschild navíc na základě svého přesného vnějšího řešení odvodil velikost vlivu posunu perihélia orbity Merkuru a odklonu světla předpovězeného obecnou teorií relativity , čímž potvrdil hodnoty zjištěné Einsteinem. dříve na základě přibližného řešení rovnic [22] [17] .

Na schůzi Berlínské akademie věd, věnované památce Schwarzschilda, Einstein hodnotil tato svá díla takto:

Na Schwarzschildových teoretických pracích je pozoruhodné zejména sebevědomé zvládnutí matematických metod výzkumu a snadnost, s jakou chápe podstatu astronomického nebo fyzikálního problému. Málokdy najdete tak hluboké matematické znalosti spojené se zdravým rozumem a takovou flexibilitou myšlení jako on. Právě tyto talenty mu umožnily provádět důležitou teoretickou práci v těch oblastech, které děsily ostatní badatele s matematickými obtížemi. Za motiv jeho nevyčerpatelné kreativity lze zřejmě v mnohem větší míře považovat radost umělce, který objevuje jemné propojení matematických pojmů, než touhu po poznání skrytých závislostí v přírodě.

- [23]

Rozpoznávání a paměť

Na počest Karla Schwarzschilda byla v roce 1960 ve městě Tautenburg , 10 km od Jeny , pojmenována observatoř ; v observatoři se nachází největší německý dalekohled [24] [2] , stejně jako Schwarzschildův asteroid (837) objevený v roce 1916 , kráter na Měsíci , ulice v Göttingenu a dalších městech. Německá astronomická společnost ( Astronomische Gesellschaft ) uděluje každoročně od roku 1959 medaili Karla Schwarzschilda , jejímž prvním držitelem byl jeho syn Martin [2] .

Ve vědě je jméno Schwarzschild [18] :

Bibliografie

Kompletní bibliografii díla Karla Schwarzschilda vydal v roce 1917 Otto Blumenthal [25] . Göttingenská knihovna také uchovává sbírku jeho dopisů a poznámek, mikrofilmovaných v roce 1975 pro americký institut fyzikálního centra pro historii fyziky [26] . První sebraná díla Karla Schwarzschilda ve třech svazcích vydala Springer v roce 1992 [27] .

Díla Karla Schwarzschilda Rovnovážné obrazce rotující kapaliny

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

Optické systémy Měření lesku Teorie hvězdných atmosfér Teorie rozptylu světla malými částicemi Variační princip v elektrodynamice Obecná teorie relativity
  • Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einstein'schen Theorie. Reimer, Berlín 1916, S. 189ff. (Sitzungsberichte der Königlich-Preussischen Akademie der Wissenschaften; 1916)
  • Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressible Flüssigkeit . Reimer, Berlín 1916, S. 424-434
Teorie Starkova jevu
  • Zur Quantenhypothese . 1916, Sitzungberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, S. 548-568
Další díla Sebrané spisy

Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Sebraná díla)  (anglicky) / Ed. od Voigta Hanse-Heinricha . - Springer Berlin Heidelberg, 1992. - Sv. 1-3. - ISBN 978-3-642-63467-3 . - doi : 10.1007/978-3-642-58086-4 .

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 Archiv historie matematiky MacTutor
  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 a E. E. Karlem  Schwarzschildem . MacTutor historie archivu matematiky . Datum přístupu: 22. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015.
  3. ↑ Deutsche Biography
  4. ↑ K. Schwarzschild "Zur Bahnbestimmung nach Bruns". Astronomische Nachrichten 124 (1890) cols. 211-216; K. Schwarzschild "Methode zur Bahnbestimung der Doppelsterne". Astronomische Nachrichten 124 (1890) cols. 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 , str. 36.
  8. ↑ SCHWARZSCHILD, CARL . Encyklopedie kolem světa . Získáno 23. listopadu 2015. Archivováno z originálu 22. července 2015.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Eddington AS Nekrolog, spolupracovník: Schwarzschild, Karl  // Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti  . - Oxford University Press , 1917. - Sv. 77 . - str. 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. - Sv. 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. Schwarzschildovo klasické a relativistické dílo o kosmologii // The Genesis of General Relativity: Sources and Interpretations / edited by Jürgen Renn. — Springer Science & Business Media, 2007-02-16. — 2072 s. - S. 167. - ISBN 9781402039997 .
  13. ↑ 1 2 K. Schwarzschild. "Über das Gravitationsfeld eines 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 , str. 290.
  17. ↑ 1 2 3 4 Astronomers, 1977 , str. 291.
  18. ↑ 1 2 3 4 Chandrasekhar S. Karl Schwarzschild Přednáška: Estetický základ obecné teorie relativity  //  Mitteilungen der Astronomischen Gesellschaft Hamburg. - 1986. - Sv. 67 . — S. 19 . - .
  19. ↑ Schwarzschild, K., Elektrodynamik, Z.: Zur Elektrodynamik. II. Elementary elektrodynamické kraft. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen 128, 132 (1903)
  20. ↑ Khramov Yu. A. Schwarzschild Karl (Schwarzschild Karl) // Fyzici: Biografický průvodce / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2., rev. a doplňkové — M  .: Nauka , 1983. — S. 298. — 400 s. - 200 000 výtisků.
  21. ↑ Nekhoroshev N. N. Proměnné akčního úhlu a jejich zobecnění  // Proceedings of the Moscow Mathematical Society. - Nakladatelství Moskevské univerzity, 1972. - T. 26 . - S. 181-198 .
  22. ↑ Gutfreund H. , Renn J. , Stachel J. Cesta k relativitě: Historie a význam Einsteinova „Základu obecné relativity“ s původním rukopisem Einsteinova mistrovského díla  (anglicky) . - Princeton University Press, 2015. - ISBN 9781400865765 .
  23. ↑ Einstein A. Sborník vědeckých prací. - M. : Nauka, 1967. - T. 4. - S. 33. - 599 s. - 31 700 výtisků.
  24. ↑ The Observatory  (anglicky)  (nepřístupný odkaz) . Thüringer Landessternwarte 'Karl Schwarzschild' Tautenburg. Datum přístupu: 6. září 2010. Archivováno z originálu 20. února 2012.
  25. ↑ Blumentál, Otto. Karl Schwarzschild  (německy)  // Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung. - 1917. - Bd. 26 , č. 1/4 . - S. 56-75 . Archivováno z originálu 5. října 2017.
  26. ↑ Nachlass. Karlem Schwarzschildem. Astronomie. 9.10.1873 - 11.5.1916 . Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen. Archivováno z originálu 3. dubna 2016.
  27. ↑ Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Sebraná díla)  (anglicky) / Ed. od Voigta Hanse-Heinricha . - Springer Berlin Heidelberg, 1992. - Sv. 1-3. - ISBN 978-3-642-63467-3 . - doi : 10.1007/978-3-642-58086-4 .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie
Genealogie a nekropole