Schwarzschild, Carl

Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild
Födelsedatum 9 oktober 1873( 1873-10-09 )
Födelseort Frankfurt am Main
Dödsdatum 11 maj 1916 (42 år)( 1916-05-11 )
En plats för döden Potsdam
Land Tyskland
Vetenskaplig sfär astronomi , fysik
Arbetsplats
Alma mater
vetenskaplig rådgivare Hugo von Seeliger
Känd som erhållit de första exakta lösningarna av fältekvationerna för allmän relativitet med sfärisk symmetri
Autograf
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Karl Schwarzschild ( tyska  Karl Schwarzschild ; 9 oktober 1873 , Frankfurt am Main  - 11 maj 1916 , Potsdam ) - tysk astronom och fysiker , chef för det astrofysiska observatoriet i Potsdam (1909-1914), akademiker vid Preussiska vetenskapsakademin ( Prussian Academy of Science) 1912). Far till den tysk-amerikanske astrofysikern Martin Schwarzschild .

Schwarzschild, en av nyckelfigurerna i det inledande skedet av utvecklingen av teoretisk astrofysik, kännetecknades av bredden av vetenskapliga intressen - han lämnade ett märkbart spår i fotografisk fotometri , teorin om stjärnatmosfärer , allmän relativitetsteori och gammal kvantmekanik . Hans namn, bland annat, är namnet på den första och fortfarande den viktigaste exakta lösningen av Einstein-ekvationerna som upptäcktes av honom , som förutsäger förekomsten av svarta hål  - Schwarzschild-lösningen .

Biografi

Karl Schwarzschild, född i Frankfurt am Main i en judisk familj (far: Moses Martin Schwarzschild, mor: Henriette Sabel), var den äldsta av sex barn [2] . Hans syster Clara (1887-1946) gifte sig med astrofysikern Robert Emden 1907 [3] . I miljön där Schwarzschild växte upp uppmuntrades en allsidig utbildning, med tonvikt på musik och konst ; Karl var den förste i familjen som visade intresse för naturvetenskap [2] . Han gick i en judisk grundskola fram till 11 års ålder, sedan Statens Gymnasium. Lessing i Frankfurt, från den tiden visade intresse för astronomi , samlade in fickpengar för att köpa linser och bygga ett teleskop [2] . Detta intresse uppmuntrades av hans fars vän, professor Epstein, som ägde sitt eget amatörobservatorium [2] . Carl blev vän med sin son, Paul Epstein , en berömd matematiker i framtiden [2] . Redan vid 16 års ålder, som gymnasieelev, publicerade Schwarzschild två korta artiklar [4] om att bestämma omloppsbanor för planeter och dubbelstjärnor [2] . Efter att ha mottagit ett studentexamen med utmärkelser studerade han 1891-1893 astronomi vid universitetet i Strasbourg [2] .

Sedan 1893 flyttade Karl till universitetet i München och tog examen 1896 med stor utmärkelse ( summa cum laude ), och tog emot en doktorsexamen ( avhandlingsämne: "Om Poincaré- teorin om jämviktssiffror i roterande homogena flytande massor" [5] , handledare — Hugo von Seeliger ) [2] .

Från oktober 1896 arbetade Schwarzschild i två år som assistent vid Kuffner Observatory i Wien [2] . Där studerade han stjärnors fotometri, utvecklade en formel för att bestämma exponeringstiden för astronomisk fotometri och upptäckte fenomenet icke-reciprocitet inom fotografi, senare uppkallat efter honom ( Schwarzschild-effekten ) [2] . År 1899 återvände han till universitetet i München, där han fick tjänsten Privatdozent , efter att ha försvarat en habiliteringsavhandling om mätningar av stjärnors ljusstyrka [2] . År 1900 , långt före tillkomsten av den allmänna relativitetsteorien , undersökte Schwarzschild möjligheten att rymden är icke-euklidisk , och härledde en nedre gräns för rymdens krökningsradie på 4 miljoner AU. för fallet med elliptisk geometri och 100 miljoner a.u. — för hyperbolisk geometri [6] [2] [7] . Under denna tid studerade han också dammpartiklars rörelse i kometernas svansar under inverkan av strålningstryck och härledde storleken på dessa partiklar från observationer [2] .

1901 blev Schwarzschild en extraordinär (ett år senare, vid 28 års ålder - en vanlig, det vill säga fullsatt) professor vid universitetet i Göttingen och samtidigt föreståndare för observatoriet [2] . Där arbetade han med sådana personligheter som David Hilbert och Hermann Minkowski [2] . Den 11 juni 1909 valdes in i Royal Astronomical Society (London) [2] . När Schwarzschild arbetade i Göttingen var Schwarzschild engagerad i elektrodynamik och geometrisk optik, genomförde en stor undersökning av fotografiska stjärnstorlekar och skiljde mellan fotografiska och visuella stjärnstorlekar, studerade överföringen av strålning i stjärnor och solens fotosfär [2] och i 1906 introducerade begreppet strålningsjämvikt , grundläggande för modellering av stjärnatmosfärer [8] [9] . Deltog i en expedition till Algeriet för att observera den totala solförmörkelsen den 30 augusti 1905 [2] [10] .

Den 22 oktober 1909 gifte Schwarzschild sig med Else Rosenbach, dotter till en professor i kirurgi vid universitetet i Göttingen [2] . Karl och Elsa fick tre barn - Agatha, Martin (senare professor i astronomi vid Princeton ) och Alfred [2] .

I slutet av 1909 blev Karl Schwarzschild chef för det astrofysiska observatoriet i Potsdam (denna tjänst ansågs vara den mest prestigefyllda för en astronom i Tyskland), och 1912 valdes han till medlem av Preussiska vetenskapsakademin [2] . Han publicerade monografin "Aktinometrie" ( 1 timme - 1910, 2 timmar - 1912) [2] . Under denna period var han intresserad av spektrometri , studerade fotografier av Halleys komet , erhållna under dess återkomst 1910 [2] . Sommaren 1910 reste han till USA och besökte flera amerikanska observatorier. 1914 försökte Schwarzschild (förgäves) att upptäcka den gravitationsrödförskjutning som förutspåddes av relativitetsteorin i solspektra.

I början av första världskriget ( 1914 ) anmälde han sig frivilligt till den tyska armén, trots att hans ålder var över 40; tjänstgjorde först i Namur (Belgien) på en militär meteorologisk station, sedan, efter att ha erhållit rang som löjtnant, överfördes han till högkvarteret för en långdistansartilleridivision stationerad först i Frankrike och senare i Ryssland [2] [9] . Schwarzschild var engagerad i beräkningar av snäckornas banor [2] ; 1915 skickade han ett meddelande till Akademien [11] om korrigeringar av vind- och lufttäthet till banor [9] , publicerat först 1920 , efter avklassificering. Han belönades med järnkorset [9] .

Den 18 november 1915, när han var på semester, deltog Schwarzschild i Einsteins föreläsning framför den preussiska vetenskapsakademin i Berlin, där Einstein presenterade sitt papper som förklarade skiftet av Merkurius perihelium med hjälp av allmän relativitetsteori [12] .

På östfronten insjuknade han i en autoimmun sjukdom kallad pemphigus (engelsk pemphigus), på den tiden obotlig [2] . På ett frontlinjesjukhus i Ryssland skrev Schwarzschild två artiklar [13] [14] om allmän relativitet och en grundläggande artikel om Bohr-Sommerfelds kvantteorin som innehåller teorin om Stark-effekten för väteatomen [2] [15] . I mars 1916 skrevs Schwarzschild ut på grund av sjukdom, återvände till Tyskland och dog två månader senare [2] . Han begravdes på Göttingens stadskyrkogård .

Vetenskapliga arbeten och prestationer

Bredden av täckning av ämnen av fysik, matematik och astronomi i hans verk ledde Eddington att jämföra Schwarzschild med Poincare , endast av en mer praktisk inriktning [9] . Schwarzschild själv, i sitt öppningstal till Berlins vetenskapsakademi (1913), förklarade det så här:

Matematik, fysik, kemi, astronomi rör sig i en enad front. Den som ligger bakom dras upp. Vem som ligger före - hjälper resten. Den närmaste solidariteten finns mellan astronomi och hela skalan av de exakta vetenskaperna. … Ur denna synvinkel kan jag anse det som tur att mina intressen aldrig var begränsade till det som är bortom månen, utan följde trådarna som sträckte sig därifrån till vår sublunar kunskap; Jag har ofta varit otrogen mot himlen. Det är en drivkraft för universalitet som oavsiktligt förstärktes av min lärare Seeliger och sedan blomstrade av Felix Klein och hela det vetenskapliga samfundet i Göttingen. Det finns ett populärt motto, enligt vilket matematik, fysik och astronomi utgör en enda kunskap, som liksom den grekiska kulturen ska uppfattas som en idealisk helhet.

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Matematik, fysik, kemi, astronomi, marsch i en front. Det som ligger efter dras efter. Det som skyndar framåt hjälper de andra. Den närmaste solidariteten finns mellan astronomi och hela kretsen av exakt vetenskap. . . . Ur denna aspekt kan jag väl räkna med att mitt intresse aldrig har begränsats till sakerna bortom månen, utan har följt de trådar som spinner sig därifrån till vår sublunära kunskap; Jag har ofta varit osann mot himlen. Det är en impuls till det universella som omedvetet stärktes av min lärare Seeliger, och som efteråt fick näring av Felix Klein och hela den vetenskapliga kretsen i Göttingen. Där lyder mottot att matematik, fysik och astronomi utgör en kunskap, som, liksom den grekiska kulturen, bara är att förstå som en perfekt helhet. - [9]

Schwarzschilds främsta prestationer inom praktisk astronomi inkluderar arbete med grunderna för exakt fotografisk fotometri, som påbörjades i Göttingen och fortsatte sedan i Potsdam. Till och med i första hand utvecklade han en teknik för att noggrant bedöma stjärnors ljusstyrka från fotografier och bestämde i praktiken lagen om förhållandet mellan svärtning på en fotografisk platta med exponeringstid och stjärnans ljusstyrka ( Schwarzschilds lag ). Eftersom fotografiska plattor och ögat skiljer sig åt i känslighet för olika våglängder i det elektromagnetiska spektrumet, måste de visuella och fotografiska stjärnornas ljusstyrkaskalor kopplas till varandra genom att fastställa en viss gemensam början - nollpunkt. Detta gjordes också för första gången av Schwarzschild [16] . Skillnaden mellan den visuella och fotografiska magnituden kan tjäna som en uppskattning av stjärnans temperatur - och tack vare detta upptäckte Schwarzschild redan 1899 fluktuationer i den effektiva temperaturen hos cefeider [17] . I Potsdam 1910-1912 sammanställde han en noggrann katalog över fotografiska magnituder på 3500 stjärnor ljusare än 7,5 m med deklinationer från 0 ° till + 20 ° (den så kallade "Göttingen-aktinometrin"), som tillsammans med visuella kataloger, tjänat som grund för viktiga statistiska studier om uppskattning av stjärnornas temperaturer och avstånd till dem [16] [10] [9] .

Studiet av statistiken för stjärnas egenrörelser , vars drivkraft var teorin om två strömmar av J. Kaptein , ledde 1907 till att Schwarzschild formulerade en alternativ lag för den ellipsoidala fördelningen av stjärnhastigheter i galaxen, som sedan bekräftades i ramverket teorin om galaxens rotation. 1910-1912 utvecklade och löste Schwarzschild i en allmän form integralekvationerna för stjärnstatistik som relaterar stjärnornas absoluta och skenbara egenskaper till deras rumsliga täthet [16] .

1906 introducerade Schwarzschild begreppet strålningsjämvikt i teorin om stjärnatmosfärer , enligt vilken energiöverföring i atmosfären utförs av strålning, och konvektiv överföring och värmeledningsförmåga är försumbara. På grundval av Wiens lag skapade han en matematisk teori om strålningsjämvikt och utvecklade en motsvarande modell av stjärnatmosfärens struktur, som fortfarande ligger till grund för icke-konvektiva modeller av stjärnskal [17] [9] .

Ett antal verk av Schwarzschild ägnas åt teorin om jämvikt hos små partiklar i strålningsfältet för stjärnor och tillämpningen av denna teori på kometstjärtar [16] [10] , teorin om aberrationer hos optiska instrument [10] [18 ] , variationsprincipen inom elektronelektrodynamik [18] , teorin om direkt interpartikulär elektromagnetisk interaktion [ 19] och hans senaste arbete ägnas åt teorin om Stark-effekten för väteatomen inom ramen för Bohrs gamla kvantmekanik [20] ] [10]  - i den introducerade Schwarzschild först handlingsvinkelvariablerna [18] , som är viktiga i teorin om konservativa Hamiltonska system [21] .

Hans arbeten om relativitetsteorin innehöll de första exakta lösningarna av fältekvationerna för allmän relativitet med sfärisk symmetri - den så kallade inre Schwarzschild-lösningen för en icke-roterande sfärisk kropp från en homogen vätska [14] och den yttre Schwarzschild-lösningen för ett statiskt tomt utrymme runt en sfäriskt symmetrisk kropp [13] (den andra numera vanligen kallad Schwarzschild-lösningen ). Schwarzschilds lösning var den första exakta lösningen av Einsteins ekvationer med ett klassiskt svart hål , så flera termer från svarta håls fysik är uppkallade efter honom, som Schwarzschild-radien , Schwarzschild-koordinater och så vidare [17] .

Det är känt att Einsteins första reaktion på Schwarzschilds arbete var misstro: Einstein trodde att det var omöjligt att hitta en exakt extern lösning för ett så komplext ekvationssystem som det som uppstår i den allmänna relativitetsteorien. Det var först efter att ha kontrollerat alla beräkningar på egen hand som Einstein blev övertygad om att problemet verkligen var löst, och blev infekterad av entusiasm. På grundval av sin exakta externa lösning härledde Schwarzschild dessutom storleken på effekten av förskjutningen av perihelionen av Merkurius omloppsbana och avböjningen av ljus som förutspåtts av den allmänna relativitetsteorin , vilket bekräftar de värden som Einstein hittade tidigare på basis av den ungefärliga lösningen av ekvationerna [22] [17] .

Vid ett möte med Berlins vetenskapsakademi, tillägnat minnet av Schwarzschild, bedömde Einstein sina verk enligt följande:

I Schwarzschilds teoretiska arbeten är det som är särskilt slående det säkra behärskandet av matematiska forskningsmetoder och den lätthet med vilken han förstår essensen av ett astronomiskt eller fysiskt problem. Sällan hittar man så djupa matematiska kunskaper i kombination med sunt förnuft och en sådan flexibilitet i tänkandet som hans. Det var dessa talanger som gjorde att han kunde utföra viktiga teoretiska arbeten inom de områden som skrämde bort andra forskare med matematiska svårigheter. Motivet för hans outtömliga kreativitet kan tydligen i mycket större utsträckning betraktas som konstnärens glädje, som upptäcker matematiska begrepps subtila samband, än önskan att känna till de dolda beroenden i naturen.

- [23]

Igenkänning och minne

För att hedra Karl Schwarzschild, namngavs ett observatorium 1960 i staden Tautenburg , 10 km från Jena ; observatoriet hyser Tysklands största teleskop [24] [2] , såväl som Schwarzschild-asteroiden (837) som upptäcktes 1916 , en krater på månen , gator i Göttingen och andra städer. Det tyska astronomiska sällskapet ( Astronomische Gesellschaft ) har delat ut Karl Schwarzschild-medaljen varje år sedan 1959 , vars första mottagare var hans son Martin [2] .

Inom vetenskapen är namnet på Schwarzschild [18] :

Bibliografi

En fullständig bibliografi över Karl Schwarzschilds arbete publicerades 1917 av Otto Blumenthal [25] . Göttingen bibliotek har också en samling av hans brev och anteckningar, mikrofilmade 1975 för American Institute of Physics Center for the History of Physics [26] . De första samlade verken av Karl Schwarzschild i tre volymer publicerades av Springer 1992 [27] .

Verk av Karl Schwarzschild Jämviktssiffror för en roterande vätska

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

Optiska system Glansmått Teori om stjärnatmosfärer Teori om ljusspridning av små partiklar Variationsprincip inom elektrodynamik Allmän relativitetsteori
  • Über das Gravitationsfeld eines 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
Teorin om Stark-effekten
  • Zur Quantenhypotes . 1916, Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, S. 548-568
Andra verk Samlade verk

Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Samlade verk)  (engelska) / Ed. av Voigt Hans-Heinrich . - Springer Berlin Heidelberg, 1992. - Vol. 1-3. - ISBN 978-3-642-63467-3 . - doi : 10.1007/978-3-642-58086-4 .

Anteckningar

  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 och E. Karl  Schwarzschild . MacTutor History of Mathematics arkiv . Datum för åtkomst: 22 november 2015. Arkiverad från originalet 17 november 2015.
  3. ↑ Deutsche Biography
  4. ↑ K. Schwarzschild "Zur Bahnbestimmung nach Bruns". Astronomische Nachrichten 124 (1890) kol. 211-216; K. Schwarzschild "Methode zur Bahnbestimung der Doppelsterne". Astronomische Nachrichten 124 (1890) kol. 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 , sid. 36.
  8. ↑ SCHWARZSCHILD, CARL . Encyclopedia Around the World . Hämtad 23 november 2015. Arkiverad från originalet 22 juli 2015.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Eddington AS Obituary notis, 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 klassiska och relativistiska arbete om kosmologi // The Genesis of General Relativity: Sources and Interpretations / redigerad av Jürgen Renn. — Springer Science & Business Media, 2007-02-16. — 2072 sid. - 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 , sid. 290.
  17. ↑ 1 2 3 4 Astronomers, 1977 , sid. 291.
  18. ↑ 1 2 3 4 Chandrasekhar S. Karl Schwarzschild Föreläsning: Den estetiska basen för den allmänna relativitetsteorin  //  Mitteilungen der Astronomischen Gesellschaft Hamburg. - 1986. - Vol. 67 . — S. 19 . - .
  19. ↑ Schwarzschild, K., Elektrodynamik, Z.: Zur Elektrodynamik. II. De elementära elektrodynamiska krafterna. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen 128, 132 (1903)
  20. ↑ Khramov Yu. A. Schwarzschild Karl (Schwarzschild Karl) // Fysiker: Biografisk guide / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2:a, rev. och ytterligare — M  .: Nauka , 1983. — S. 298. — 400 sid. - 200 000 exemplar.
  21. ↑ Nekhoroshev N. N. Handlingsvinkelvariabler och deras generaliseringar  // Proceedings of the Moscow Mathematical Society. - Moscow Universitys förlag, 1972. - T. 26 . - S. 181-198 .
  22. ↑ Gutfreund H. , Renn J. , Stachel J. Vägen till relativitet: Historien och meningen med Einsteins "grunden för allmän relativitet" med originalmanuskriptet till Einsteins mästerverk  (engelska) . - Princeton University Press, 2015. - ISBN 9781400865765 .
  23. ↑ Einstein A. Samling av vetenskapliga artiklar. - M. : Nauka, 1967. - T. 4. - S. 33. - 599 sid. - 31 700 exemplar.
  24. ↑ Observatoriet  (eng.)  (otillgänglig länk) . Thüringer Landessternwarte 'Karl Schwarzschild' Tautenburg. Datum för åtkomst: 6 september 2010. Arkiverad från originalet den 20 februari 2012.
  25. ↑ Blumenthal, Otto. Karl Schwarzschild  (tyska)  // Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung. - 1917. - Bd. 26 , nr. 1/4 . - S. 56-75 . Arkiverad från originalet den 5 oktober 2017.
  26. ↑ Nachlass. Karl Schwarzschild. Astronomi. 9.10.1873 - 11.5.1916 . Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen. Arkiverad från originalet den 3 april 2016.
  27. ↑ Schwarzschild Karl. Gesammelte Werke (Samlade verk)  (engelska) / Ed. av 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

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
Släktforskning och nekropol