Arnold sommerfeld

Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, ForMemRS ( Alemán: [ˈzɔmɐˌfɛlt]; 5 de diciembre de 1868 - 26 de abril 1951) fue un físico teórico alemán que fue pionero en el desarrollo de la física atómica y cuántica, y también educó y guió a muchos estudiantes para la nueva era de la física teórica. Se desempeñó como supervisor de doctorado de muchos ganadores del Premio Nobel de física y química (solo el registro de tutoría de J. J. Thomson ofrece una lista comparable de estudiantes de alto rendimiento).

Introdujo el segundo número cuántico (número cuántico azimutal) y el tercer número cuántico (número cuántico magnético). También introdujo la constante de estructura fina y fue pionero en la teoría de ondas de rayos X.

Vida temprana y educación

Sommerfeld nació en 1868 en el seno de una familia con profundas raíces ancestrales en Prusia. Su madre Cäcilie Matthias (1839-1902) era hija de un constructor de Potsdam. Su padre, Franz Sommerfeld (1820–1906), era un médico de una familia importante en Königsberg, donde el abuelo de Arnold se había reasentado desde el interior en 1822 para hacer carrera como secretario postal de la corte al servicio del Reino de Prusia. Sommerfeld fue bautizado cristiano en la Iglesia Evangélica Protestante Prusiana de su familia, y aunque no era religioso, nunca renunciaría a su fe cristiana.

Sommerfeld estudió matemáticas y ciencias físicas en la Universidad Albertina de su ciudad natal, Königsberg, Prusia Oriental. Su asesor de tesis fue el matemático Ferdinand von Lindemann, y también se benefició de clases con los matemáticos Adolf Hurwitz y David Hilbert y el físico Emil Wiechert. Su participación en la fraternidad estudiantil Deutsche Burschenschaft resultó en una cicatriz de duelo en su rostro. Recibió su Ph.D. el 24 de octubre de 1891 (22 años).

Después de recibir su doctorado, Sommerfeld permaneció en Königsberg para trabajar en su diploma de enseñanza. Aprobó el examen nacional en 1892 y luego comenzó un año de servicio militar, que se hizo con el regimiento de reserva en Königsberg. Completó su servicio militar obligatorio en septiembre de 1893 y durante los siguientes ocho años continuó con el servicio militar voluntario de ocho semanas. Con su bigote revuelto, su contextura física, su porte prusiano y la cicatriz de esgrima en el rostro, daba la impresión de ser un coronel de húsares.

Carrera

Gotinga

En octubre de 1893, Sommerfeld fue a la Universidad de Göttingen, que era el centro de las matemáticas en Alemania. Allí, se convirtió en asistente de Theodor Liebisch, en el Instituto Mineralógico, a través de un afortunado contacto personal: Liebisch había sido profesor en la Universidad de Königsberg y amigo de la familia Sommerfeld.

En septiembre de 1894, Sommerfeld se convirtió en asistente de Felix Klein, lo que incluía tomar notas completas durante las conferencias de Klein y escribirlas para la Sala de lectura de matemáticas, además de administrar la sala de lectura. Habilitationsschrift de Sommerfeld se completó bajo Klein, en 1895, lo que permitió a Sommerfeld convertirse en Privatdozent en Göttingen. Como Privatdozent, Sommerfeld dio conferencias sobre una amplia gama de temas matemáticos y de física matemática. Sus conferencias sobre ecuaciones diferenciales parciales se ofrecieron por primera vez en Göttingen, y evolucionaron a lo largo de su carrera docente hasta convertirse en el Volumen VI de su serie de libros de texto Conferencias sobre física teórica, bajo el título Ecuaciones diferenciales parciales en física .

Las conferencias de Klein en 1895 y 1896 sobre los cuerpos giratorios llevaron a Klein y Sommerfeld a escribir un texto en cuatro volúmenes Die Theorie des Kreisels: una colaboración de 13 años, 1897–1910. Los dos primeros volúmenes trataban de teoría y los dos últimos de aplicaciones en geofísica, astronomía y tecnología. La asociación que Sommerfeld tenía con Klein influyó en la mentalidad de Sommerfeld para aplicar las matemáticas y en el arte de dar conferencias.

Mientras estaba en Göttingen, Sommerfeld conoció a Johanna Höpfner, hija de Ernst Höpfner, conservador de Göttingen. En octubre de 1897, Sommerfeld inició el nombramiento para la Cátedra de Matemáticas en la Bergakademie en Clausthal-Zellerfeld; fue sucesor de Wilhelm Wien. Este nombramiento proporcionó ingresos suficientes para casarse eventualmente con Johanna.

A pedido de Klein, Sommerfeld asumió el cargo de editor del Volumen V de Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften; fue una empresa importante que duró desde 1898 hasta 1926.

Aquisgrán

En 1900, Sommerfeld comenzó su nombramiento para la Cátedra de Mecánica Aplicada en la Königliche Technische Hochschule Aachen (posteriormente Universidad RWTH Aachen) como profesor extraordinario, lo que fue organizado gracias a los esfuerzos de Klein. En Aachen, desarrolló la teoría de la hidrodinámica, que mantendría su interés durante mucho tiempo. Más tarde, en la Universidad de Munich, los estudiantes de Sommerfeld Ludwig Hopf y Werner Heisenberg escribirían su Ph.D. tesis sobre este tema. Por sus contribuciones a la comprensión de la lubricación de los cojinetes lisos durante su tiempo en Aquisgrán, fue nombrado uno de los 23 "Hombres de la tribología" por Duncan Dowson.

Múnich

Sommerfeld c. 1922-1923

Desde 1906, Sommerfeld se estableció como profesor ordinario de física y director del nuevo Instituto de Física Teórica de la Universidad de Múnich. Fue seleccionado para estos puestos por Wilhelm Röntgen, director del Instituto de Física de Munich, que Sommerfeld consideraba que estaba llamado a una "esfera de acción privilegiada".

Hasta finales del siglo XIX y principios del XX, se consideraba que la física experimental en Alemania tenía un estatus más alto dentro de la comunidad. A principios del siglo XX, teóricos como Sommerfeld en Munich y Max Born en la Universidad de Göttingen, con su temprana formación en matemáticas, dieron la vuelta a esta situación de modo que la física matemática, es decir, la física teórica, se convirtió en el motor principal, y la física experimental se utilizó para verificar o avanzar en la teoría. Después de obtener sus doctorados con Sommerfeld, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg y Walter Heitler se convirtieron en asistentes de Born e hicieron contribuciones significativas al desarrollo de la mecánica cuántica, que entonces estaba en un desarrollo muy rápido.

Durante sus 32 años de enseñanza en Munich, Sommerfeld impartió cursos generales y especializados, además de realizar seminarios y coloquios. Los cursos generales eran de mecánica, mecánica de cuerpos deformables, electrodinámica, óptica, termodinámica y mecánica estadística, y ecuaciones diferenciales parciales en física. Se llevaron a cabo cuatro horas por semana, 13 semanas en invierno y 11 semanas en verano, y eran para estudiantes que habían tomado cursos de física experimental de Röntgen y luego de Wilhelm Wien. También hubo una presentación semanal de dos horas para la discusión de problemas. Los cursos especializados fueron de interés temático y se basaron en los intereses de investigación de Sommerfeld; material de estos cursos apareció más tarde en las publicaciones de literatura científica de Sommerfeld. El objetivo de estas conferencias especiales era lidiar con problemas actuales de física teórica y que Sommerfeld y los estudiantes obtuvieran una comprensión sistemática del problema, independientemente de si lograron o no resolver el problema planteado por el problema actual. Para los periodos de seminarios y coloquios, a los estudiantes se les asignaron trabajos de la literatura actual y luego prepararon una presentación oral. De 1942 a 1951, Sommerfeld trabajó en ordenar las notas de sus conferencias para su publicación. Fueron publicados como Lectures on Theoretical Physics de seis volúmenes.

Para obtener una lista de estudiantes, consulte la lista organizada por tipo. Cuatro de los estudiantes de doctorado de Sommerfeld, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Peter Debye y Hans Bethe ganaron premios Nobel, mientras que otros, en particular, Walter Heitler, Rudolf Peierls, Karl Bechert, Hermann Brück, Paul Peter Ewald, Eugene Feenberg, Herbert Fröhlich, Erwin Fues, Ernst Guillemin, Helmut Hönl, Ludwig Hopf, Adolf Kratzer, Otto Laporte, Wilhelm Lenz, Karl Meissner, Rudolf Seeliger, Ernst C. Stückelberg, Heinrich Welker, Gregor Wentzel, Alfred Landé y Léon Brillouin se hizo famoso por derecho propio. Tres de los estudiantes posdoctorales de Sommerfeld, Linus Pauling, Isidor I. Rabi y Max von Laue, ganaron premios Nobel, y otros diez, William Allis, Edward Condon, Carl Eckart, Edwin C. Kemble, William V. Houston, Karl Herzfeld, Walther Kossel, Philip M. Morse, Howard Robertson y Wojciech Rubinowicz se hicieron famosos por derecho propio. Walter Rogowski, un estudiante universitario de Sommerfeld en RWTH Aachen, también se hizo famoso por derecho propio. Max Born creía que las habilidades de Sommerfeld incluían el "descubrimiento y desarrollo de talentos". Albert Einstein le dijo a Sommerfeld: "Lo que admiro especialmente de ti es que, por así decirlo, has sacado a golpes de la tierra a una gran cantidad de jóvenes talentos". El estilo de Sommerfeld como profesor y director de instituto no puso distancia entre él y sus colegas y alumnos. Los invitó a colaborar, y sus ideas a menudo influyeron en sus propios puntos de vista en física. Los entretenía en su casa y se reunía con ellos en cafés antes y después de seminarios y coloquios. Sommerfeld era dueño de una cabaña de esquí alpino a la que a menudo se invitaba a los estudiantes para discusiones de física tan exigentes como el deporte.

Mientras estaba en Munich, Sommerfeld entró en contacto con la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein, que aún no era ampliamente aceptada. Sus contribuciones matemáticas a la teoría ayudaron a su aceptación por parte de los escépticos. En 1914 trabajó con Léon Brillouin en la propagación de ondas electromagnéticas en medios dispersivos. Se convirtió en uno de los fundadores de la mecánica cuántica; algunas de sus contribuciones incluyeron el descubrimiento conjunto de las reglas de cuantificación de Sommerfeld-Wilson (1915), una generalización del modelo atómico de Bohr, la introducción de la constante de estructura fina de Sommerfeld (1916), el descubrimiento conjunto con Walther Kossel de la Ley de desplazamiento de Sommerfeld-Kossel (1919), y la publicación de Atombau und Spektrallinien (1919), que se convirtió en la "biblia" de la teoría atómica para la nueva generación de físicos que desarrollaron la física atómica y cuántica.

En 1918, Sommerfeld sucedió a Einstein como presidente de la Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG). Uno de sus logros fue la fundación de una nueva revista. Los artículos científicos publicados en las revistas de la DPG se volvieron tan voluminosos que en 1919 un comité de la DPG recomendó el establecimiento de Zeitschrift für Physik para la publicación de artículos de investigación originales, que comenzó en 1920. Dado que cualquier científico de renombre podría tener su artículo publicado sin arbitraje, el tiempo entre el envío y la publicación fue muy rápido, tan rápido como dos semanas. Esto estimuló enormemente los desarrollos teóricos científicos, especialmente el de la mecánica cuántica en Alemania en ese momento, ya que esta revista era el vehículo de publicación preferido por la nueva generación de teóricos cuánticos con puntos de vista vanguardistas.

En el semestre de invierno de 1922/1923, Sommerfeld dictó conferencias en la Universidad de Wisconsin-Madison en el Carl Schurz Memorial Professor of Physics.

En 1927, Sommerfeld aplicó las estadísticas de Fermi-Dirac al modelo Drude de electrones en metales, un modelo presentado por Paul Drude. La nueva teoría resolvió muchos de los problemas de predicción de las propiedades térmicas que tenía el modelo original y se conoció como el modelo de Drude-Sommerfeld.

En 1928/1929, Sommerfeld viajó por todo el mundo, con paradas importantes en India, China, Japón y Estados Unidos.

Sommerfeld fue un gran teórico. Además de sus invaluables contribuciones a la teoría cuántica, trabajó en otros campos de la física, como la teoría clásica del electromagnetismo. Por ejemplo, propuso una solución al problema de un dipolo hertziano radiante sobre una tierra conductora, que a lo largo de los años dio lugar a muchas aplicaciones. Su identidad de Sommerfeld y las integrales de Sommerfeld son hasta el día de hoy la forma más común de resolver este tipo de problemas. Además, como una marca de la destreza de la escuela de física teórica de Sommerfeld y el surgimiento de la física teórica a principios del siglo XX, en 1928, casi un tercio de los profesores ordinarios de física teórica en el mundo de habla alemana. eran estudiantes de Sommerfeld.

Arnold Sommerfeld, Stuttgart 1935

El 1 de abril de 1935, Sommerfeld alcanzó el estatus de emérito. Permaneció como su propio reemplazo temporal durante el proceso de selección de su sucesor, que duró hasta el 1 de diciembre de 1939. El proceso fue largo debido a las diferencias académicas y políticas entre la selección de la Facultad de Munich y la del Reichserziehungsministerium (REM; Ministerio de Educación del Reich) y los partidarios de Deutsche Physik, que era antisemita y tenía un sesgo contra la física teórica, especialmente la mecánica cuántica. El nombramiento de Wilhelm Müller, que no era físico teórico, no había publicado en una revista de física y no era miembro de la Deutsche Physikalische Gesellschaft, como reemplazo de Sommerfeld, se consideró una farsa y perjudicial para la educación de una nueva generación. de físicos que tanto Ludwig Prandtl, director del Kaiser Wilhelm Institut für Strömungsforschung (Kaiser Wilhelm Institute for Flow Research), como Carl Ramsauer, director de la división de investigación de Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft (General Electric Company) y presidente de Deutsche Physikalische Gesellschaft, hizo referencia a esto en su correspondencia con funcionarios del Reich. En un archivo adjunto a la carta de Prandtl del 28 de abril de 1941 al mariscal del Reich Hermann Göring, Prandtl se refirió al nombramiento como "sabotaje" de instrucción necesaria en física teórica. En un archivo adjunto a la carta de Ramsauer del 20 de enero de 1942 al ministro del Reich, Bernhard Rust, Ramsauer concluyó que el nombramiento equivalía a la "destrucción de la tradición de la física teórica de Munich".

En cuanto a los puntos de vista alguna vez patrióticos de Sommerfeld, le escribió a Einstein poco después de que Hitler tomara el poder: 'Puedo asegurarle que el mal uso de la palabra 'nacional' por parte de nuestros gobernantes me ha sacado por completo de la hábito de sentimientos nacionales que fue tan pronunciado en mi caso. Ahora estaría dispuesto a ver a Alemania desaparecer como potencia y fusionarse en una Europa pacificada."

Sommerfeld recibió muchos honores a lo largo de su vida, como la Medalla Lorentz, la Medalla Max-Planck, la Medalla Oersted, la elección a la Royal Society de Londres, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, la Academia de Ciencias de la URSS, la Academia de Ciencias de la India y otras academias, incluidas las de Berlín, Múnich, Göttingen y Viena, además de haberle otorgado numerosos títulos honoríficos de universidades como Rostock, Aquisgrán, Calcuta y Atenas. Fue nominado para el Premio Nobel 84 veces, más que cualquier otro físico (incluido Otto Stern, quien fue nominado 82 veces), pero nunca recibió el premio.

Grave of Sommerfeld on the Munich Nordfriedhof

Sommerfeld murió el 26 de abril de 1951 en Múnich a causa de las heridas sufridas tras un accidente de tráfico mientras paseaba con sus nietos. El accidente ocurrió en la esquina de Dietlindenstrasse y Biedersteiner Strasse, cerca de su casa, que estaba ubicada en Dunantstrasse 6. Está enterrado en Nordfriedhof, cerca de donde vivía en ese momento.

En 2004, el centro de física teórica de la Universidad de Múnich recibió su nombre.

Obras

Artículos

• Arnold Sommerfeld, "Mathematische Theorie der Diffraction" (The Mathematical Theory of Diffraction), Math. Ann. 47(2–3), pp. 317–374. (1896). doi:10.1007/bf01447273.
  • Traducido por Raymond J. Nagem, Mario Zampolli, y Guido Sandri en Teoría Matemática de Difracción (Birkhäuser Boston, 2003), ISBN 0-8176-3604-8
• Arnold Sommerfeld, "Uber die Ausbreitung der Wellen in der Drahtlosen Telegraphie" (The Propagation of Waves in Wireless Telegraphy), Ann. Physik [4] 28, 665 (1909); 62, 95 (1920); 81, 1135 (1926).
• Arnold Sommerfeld, "Some Reminiscences of My Teaching Career", American Journal of Physics Volumen 17, Número 5, 315-316 (1949). Discurso al recibo de la Medalla Oersted de 1948.

Libros

• Arnold Sommerfeld, Atombau und Spektrallinien (Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig, 1919)
  • Arnold Sommerfeld, traducido de la tercera edición alemana de Henry L. Brose Estructura atómica y líneas espectrales (Methuen, 1923)
• Arnold Sommerfeld, Tres conferencias sobre Física Atómica (Londres: Methuen, 1926)
• Arnold Sommerfeld, Atombau und Spektrallinien, Wellenmechanischer Ergänzungband (Vieweg, Braunschweig, 1929)
  • 

    Título página a Estructura atómica y líneas espectrales (1923), traducido por Henry Brose
    Arnold Sommerfeld, traducido por Henry L. Brose Wave-Mecánica: Volumen suplementario a la estructura atómica y líneas espectral (Dutton, 1929)
• Arnold Sommerfeld, Conferencias sobre Mecánica Wave Entregado antes de la Universidad Calcutta (Calcutta University, 1929)
• Arnold Sommerfeld y Hans Bethe, Elektronentheorie der Metalle, en H. Geiger y K. Scheel, editores Handbuch der Physik Volumen 24, Parte 2, 333–622 (Springer, 1933). Este capítulo de casi 300 páginas fue publicado posteriormente como un libro separado: Elektronentheorie der Metalle (Springer, 1967).
• Arnold Sommerfeld, Mechanik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 1 (Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler, 1943)
  • Arnold Sommerfeld, traducido de la cuarta edición alemana de Martin O. Stern, Mecánica – Conferencias sobre Física Teórica Volumen I (Academic Press, 1964)
• Arnold Sommerfeld, Mechanik der deformierbaren Medien – Vorlesungen über theoretische Physik Band 2 (Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler, 1945)
  • Arnold Sommerfeld, traducido de la segunda edición alemana por G. Kuerti, Mecánica de cuerpos deformables – Conferencias sobre Física Teórica Volumen II (Academic Press, 1964)
• Arnold Sommerfeld, Elektrodynamik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 3 (Klemm Verlag, Erscheinungsort, 1948)
  • Arnold Sommerfeld, traducido del alemán por Edward G. Ramberg Electrodinámica – Conferencias sobre Física Teórica Volumen III (Academic Press, 1964)
• Arnold Sommerfeld, Optik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 4 (Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, 1950)
  • Arnold Sommerfeld, traducido de la primera edición alemana de Otto Laporte y Peter A. Moldauer Óptica – Conferencias sobre Física Teórica Volumen IV (Academic Press, 1964)
• Arnold Sommerfeld, Thermodynamik und Statistik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 5 Herausgegeben von Fritz Bopp und Josef Meixner. (Diederich sche Verlagsbuchhandlung, 1952)
  • Arnold Sommerfeld, editado por F. Bopp y J. Meixner, y traducido por J. Kestin, Termodinámica y Mecánica Estadística – Conferencias sobre Física Teórica Volumen V (Academic Press, 1964)
• Arnold Sommerfeld, Partielle Differentialgleichungen der Physik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 6 (Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, 1947)
  • Arnold Sommerfeld, traducido por Ernest G. Straus, Ecuaciones diferenciales parciales en Física – Conferencias sobre Física Teórica Volumen VI (Academic Press, primera impresión 1949, segunda impresión 1953; también como n°1 de AP pura y aplicada colección de matemáticas)
• Felix Klein y Arnold Sommerfeld, Über die Theorie des Kreisels [4 volúmenes] (Teubner, 1897)