Pablo Ehrenfest

Paul Ehrenfest (18 de enero de 1880 - 25 de septiembre de 1933) fue un físico teórico austriaco que realizó importantes contribuciones al campo de la mecánica estadística y sus relaciones con la mecánica cuántica, incluida la teoría de la transición de fase. y el teorema de Ehrenfest. Se vinculó con Albert Einstein en una visita a Praga en 1912 y se convirtió en profesor en Leiden, donde recibía con frecuencia a Einstein.

Biografía

Paul Ehrenfest nació y creció en Viena de padres judíos de Loštice en Moravia (ahora parte de la República Checa). Sus padres, Sigmund Ehrenfest y Johanna Jellinek, tenían una tienda de comestibles. Aunque la familia no era demasiado religiosa, Paul estudió hebreo y la historia del pueblo judío. Posteriormente, siempre destacó sus raíces judías. Ehrenfest se destacó en la escuela primaria, pero no le fue bien en el Akademisches Gymnasium, siendo su mejor materia las matemáticas. Después de transferirse al Franz Josef Gymnasium, sus calificaciones mejoraron. En 1899, aprobó los exámenes finales.

Se especializó en química en el Instituto de Tecnología de Viena, pero tomó cursos en la Universidad de Viena, en particular con Ludwig Boltzmann sobre su teoría cinética de la termodinámica. Estas conferencias tuvieron una profunda influencia: fueron fundamentales para desarrollar el interés de Ehrenfest por la física teórica, definieron su principal área de investigación en los años venideros y proporcionaron un ejemplo de enseñanza inspirada. En ese momento, era costumbre en el mundo de habla alemana estudiar en más de una universidad, y en 1901, Ehrenfest se transfirió a la Universidad de Göttingen, que hasta 1933 fue un importante centro de matemáticas y física teórica. Allí conoció a su futura esposa, Tatyana Afanasyeva, una joven matemática nacida en Kyiv (entonces capital de la Gobernación de Kiev, Imperio Ruso) y educada en San Petersburgo. En la primavera de 1903 conoció al físico holandés H.A. Lorentz durante un viaje corto a Leiden, Países Bajos. Mientras tanto, preparó una disertación sobre Die Bewegung starrer Körper in Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz (El movimiento de cuerpos rígidos en fluidos y la mecánica de Hertz). Obtuvo su Ph.D. grado el 23 de junio de 1904 en Viena, donde permaneció desde 1904 hasta 1905.

El 21 de diciembre de 1904 se casó con Afanasyeva, quien colaboró con él en su obra. Tuvieron dos hijas y dos hijos: Tatyana ('Tanja') (1905–1984), también se convirtió en matemática; Galinka ('Galja') (1910–1979), se convirtió en autora e ilustradora de libros para niños; Paul, Jr. ('Pavlik') (1915–1939), quien también se convirtió en físico; y Vassily ('Wassik') (1918–1933).

Los Ehrenfest regresaron a Göttingen en septiembre de 1906. No volverían a ver a Boltzmann: el 5 de septiembre, Boltzmann se quitó la vida en Duino, cerca de Trieste. Ehrenfest publicó un extenso obituario en el que se describen los logros de Boltzmann. Felix Klein, decano de los matemáticos de Göttinger y editor jefe de la Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften ("Enciclopedia de las Ciencias Matemáticas"), había contado con Boltzmann para una revisión sobre mecánica estadística. Ahora le pidió a Ehrenfest que asumiera esta tarea. Junto con su esposa, Ehrenfest trabajó en él durante varios años; el artículo no se publicó hasta 1911. Es una revisión de la obra de Boltzmann y su escuela, y muestra un estilo propio: un análisis lógico agudo de las hipótesis fundamentales, una clara delimitación de las cuestiones no resueltas y una explicación de las cuestiones generales. principios mediante ejemplos transparentes hábilmente elegidos.

En 1907, la pareja se mudó a San Petersburgo. Ehrenfest encontró buenos amigos allí, en particular el físico soviético A.F. Joffe, pero se sintió científicamente aislado. Además, debido a que no estaba dispuesto a declarar su creencia en ninguna denominación religiosa, no podía solicitar una cátedra y, por lo tanto, no tenía perspectivas de obtener un puesto permanente. A principios de 1912, Ehrenfest emprendió una gira por universidades de habla alemana con la esperanza de conseguir un puesto. Visitó Berlín, donde conoció a Max Planck, Leipzig, donde conoció a su viejo amigo, el matemático alemán Gustav Herglotz, Munich, donde conoció al físico teórico alemán Arnold Sommerfeld, luego Zúrich y Viena. Mientras estaba en Praga, conoció a Albert Einstein por primera vez y, a partir de entonces, siguieron siendo amigos cercanos. Einstein recomendó a Ehrenfest para que lo sucediera en su cargo en Praga, pero eso no funcionó. Esto se debió al hecho de que Ehrenfest se había declarado ateo. Sommerfeld le ofreció un puesto en Munich, pero Ehrenfest recibió una oferta mejor; al mismo tiempo hubo un giro inesperado de los acontecimientos. H. A. Lorentz renunció a su puesto como profesor en la Universidad de Leiden y, siguiendo su consejo, Ehrenfest fue designado como su sucesor.

Carrera académica

En octubre de 1912, Ehrenfest llegó a Leiden y el 4 de diciembre dio su conferencia inaugural, Zur Krise der Lichtaether-Hypothese (Sobre la crisis de la hipótesis del éter de luz). Permaneció en Leiden por el resto de su carrera. Para estimular la interacción y el intercambio entre los estudiantes de física, organizó un grupo de discusión y una asociación de estudio llamada De Leidsche Flesch ("La botella de Leiden"). Mantuvo un estrecho contacto con destacados físicos del país y del extranjero, y los invitó a visitar la Universidad de Leiden y dar una presentación en su serie de conferencias. Ehrenfest fue un excelente orador, rápido para señalar las debilidades y resumir lo esencial.

Estudiantes de Ehrenfest, Leiden 1924. De izquierda a derecha: Gerhard Heinrich Dieke, Samuel Abraham Goudsmit, Jan Tinbergen, Paul Ehrenfest, Ralph Kronig y Enrico Fermi

En sus conferencias, se centraba en modelos y ejemplos simples para ilustrar y aclarar las suposiciones subyacentes. Sus clases eran pequeñas y se esforzaba por conocer a los alumnos que hacían uso de la sala de lectura. Aunque pocos de ellos fueron aceptados como especialistas en física teórica, tenía largas conversaciones con ellos casi a diario. Según Einstein:

Él no era meramente el mejor maestro de nuestra profesión que he conocido jamás; él también estaba apasionadamente preocupado con el desarrollo y el destino de los hombres, especialmente sus estudiantes. Para entender a los demás, para ganar su amistad y confianza, para ayudar a alguien envuelto en luchas externas o internas, para alentar el talento juvenil, todo esto fue su verdadero elemento, casi más que su inmersión en problemas científicos.

Si Ehrenfest sentía que había poco más que pudiera enseñarle a un estudiante, lo enviaba a otros centros en Europa para recibir más capacitación. También alentaría a los estudiantes a aceptar puestos en el extranjero.

Entre sus alumnos estaban Johannes Burgers, Hendrik Kramers, Dirk Coster, George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit, quien se hizo famoso por proponer conjuntamente el concepto de espín del electrón, Jan Tinbergen, Arend Rutgers, Hendrik Casimir, Gerhard Dieke, Dirk Struik y Gerard Kuiper. Sus asistentes incluyeron a Yuri Krutkov, Viktor Trkal, Adriaan Fokker, Paul Epstein y Gregory Breit. Otros jóvenes científicos extranjeros que pasaron un período prolongado en su laboratorio incluyeron a Gunnar Nordström, Enrico Fermi, Igor Tamm, Oskar Klein, J. Robert Oppenheimer, Walter Elsasser, Ralph Kronig, Werner Heisenberg, Paul Dirac y David Dennison.

Ehrenfest tenía puntos de vista ambivalentes sobre la ciencia, el progreso tecnológico y las cuestiones culturales y sociales.

En 1919, se convirtió en miembro de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos.

Últimos años

De la correspondencia con sus amigos cercanos, desde mayo de 1931, parece que Ehrenfest sufría de depresión severa. En agosto de 1932, Einstein estaba tan preocupado que escribió a la Junta de la Universidad de Leiden, expresando su profunda preocupación y sugiriendo formas en que se podría reducir la carga de trabajo de Ehrenfest.

Habiendo hecho arreglos para el cuidado de sus otros hijos, el 25 de septiembre de 1933, en Ámsterdam, Ehrenfest le disparó fatalmente a su hijo menor Wassik, que tenía síndrome de Down, y luego se suicidó.

Investigación

La mayoría de los artículos científicos de Ehrenfest se ocupan de los fundamentos y buscan aclarar puntos únicos. Sus publicaciones son reconocidas por la claridad, por resolver paradojas o por brindar descripciones más claras, o son inspiradoras por plantear preguntas melíferas. Su enfoque de la ciencia se ilustra mejor con lo que le escribió a Robert Oppenheimer en el verano de 1928, después de que Oppenheimer se invitara a sí mismo a una estadía prolongada en Leiden:

Si usted tiene la intención de montar una artillería matemática pesada de nuevo durante su próximo año en Europa, le pediría no sólo que no venga a Leiden, sino si es posible que ni siquiera a Holanda, y sólo porque estoy muy cariñoso de usted y quiero mantenerlo de esa manera. Pero si, por el contrario, quieres pasar al menos tus primeros meses pacientemente, cómodamente, y alegremente en discusiones que siguen volviendo a los mismos puntos, charlando sobre algunas preguntas básicas conmigo y nuestros jóvenes, y sin pensar mucho en publicar (!!!) — ¡por qué entonces te doy la bienvenida con los brazos abiertos!

De forma característica, no le gustaba la abstracción de la nueva teoría cuántica de Heisenberg y Dirac.

La contribución más importante de Ehrenfest entre 1912 y 1933 es la teoría de las invariantes adiabáticas. Es un concepto derivado de la mecánica clásica que, por un lado, puede servir para refinar ciertos métodos del modelo del átomo de Niels Bohr (aunque inicialmente Ehrenfest no aceptó las ideas de Bohr), y por otro Por otro lado, establece un vínculo entre la mecánica atómica y la mecánica estadística. Hizo importantes contribuciones a la física cuántica, incluida la teoría de las transiciones de fase y el teorema de Ehrenfest, que establece que los valores esperados de un sistema cuántico siguen la mecánica clásica. Su nombre también se le da a la paradoja de Ehrenfest, una aparente paradoja en la relatividad todavía discutida hoy, al modelo de Ehrenfest y al tiempo de Ehrenfest, el tiempo que caracteriza la desviación de la dinámica cuántica para observables de la dinámica clásica.

Ehrenfest también estaba interesado en desarrollar teorías matemáticas en economía. Este interés fue estimulado por su idea de que debería haber una analogía entre la termodinámica y los procesos económicos. Si bien esto no resultó en publicaciones, animó a su estudiante de posgrado Jan Tinbergen a hacer un seguimiento de esto. La tesis de Tinbergen se dedicó a problemas tanto de la física como de la economía, y luego se convirtió en economista y recibió el primer Premio Nobel de Ciencias Económicas en 1969.

Einstein y Bohr en Leiden

Niels Bohr y Albert Einstein debatiendo teoría cuántica en la casa de Ehrenfest en Leiden (diciembre de 1925)

Ehrenfest fue particularmente cercano tanto a Einstein como a Bohr. Después de la primera visita de Niels Bohr a Leiden en 1919, para Kramers' defensa de la tesis, escribió a Ehrenfest:

Estoy sentado y pensando en todo lo que me has dicho acerca de tantas cosas diferentes, y lo que pienso de mí siento que he aprendido tanto de ti que será de gran importancia para mí; pero, al mismo tiempo, deseo expresar mi sentimiento de felicidad sobre tu amistad y de gratitud por la confianza y la simpatía que me has mostrado, me encuentro muy incapaz de encontrar palabras para ello.

En su invitación, Einstein aceptó en 1920 un nombramiento como profesor extraordinario en la Universidad de Leiden. Este arreglo permitió a Einstein visitar Leiden durante algunas semanas cada año. En estas ocasiones, Einstein se hospedaba en la casa de Ehrenfest. En 1923, Einstein permaneció allí durante seis semanas, después de que los ultranacionalistas alemanes de Berlín amenazaran su vida. Con motivo del 50 aniversario de Lorentz' doctorado (diciembre de 1925) Ehrenfest invitó tanto a Bohr como a Einstein a Leiden, en un intento de reconciliar sus diferencias científicas sobre la emergente teoría cuántica. Estas discusiones continuaron en la Conferencia Solvay de 1927, donde Ehrenfest, para su consternación, tuvo que ponerse del lado de la posición de Bohr en este gran debate.

Cotizaciones

Ehrenfest usó un colorido idioma alemán en sus conferencias de física:

Das ist der springende Punkt (traducción: Ese es el punto crucial)

Das ist wo der Frosch ins Wasser springt (Es ahí donde la rana salta al agua)
Das ist der Patentanspruch (Esa es la reclamación de patente, la esencia)
Da hat Herr... schlieslich der Ratte aus der Suppe gezogen (Allí el Sr... finalmente sacó la rata de la sopa - cuando un científico había resuelto un problema desordenado)

Je besser man's versteht um so besser steht es dort (Lo mejor que se entiende, lo mejor que está escrito allí, comentario de Ehrenfest cuando Dirac fue pedido por escrito para una explicación de su trabajo, y Dirac característicamente simplemente reprodujo exactamente su explicación anterior.)

Legado

El coloquio vespertino mensual de física en la Universidad de Leiden, iniciado por Paul Ehrenfest en 1912 en su casa, aún continúa bajo el nombre de Colloquium Ehrenfestii.

El Instituto Austríaco de Óptica Cuántica e Información Cuántica patrocina el Premio Paul Ehrenfest al mejor artículo anual sobre fundamentos cuánticos.

El Consejo Holandés de Física patrocina el premio anual de tesis Ehrenfest-Afanassjewa.