Karl Schwarzschild - Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild | |
---|---|
narozený |
|
09.10.1873
Zemřel | 11.05.1916
Postupim , Německá říše
|
(ve věku 42)
Národnost | Němec |
Alma mater | Univerzita Ludwiga Maximiliana v Mnichově Univerzita ve Štrasburku |
Vědecká kariéra | |
Pole |
Fyzika Astronomie |
Doktorský poradce | Hugo von Seeliger |
Ovlivněn | Martin Schwarzschild |
Vojenská kariéra | |
Věrnost | Německá říše |
Služba/ |
Císařská německá armáda |
Roky služby | 1914–1916 |
Hodnost | Poručík |
Bitvy/války | první světová válka |
Podpis | |
Karl Schwarzschild ( německy: [kaʁl ˈʃvaʁtsʃɪlt] ( poslech ) ; 9. října 1873 - 11. května 1916) byl německý fyzik a astronom.
Schwarzschildův za předpokladu, že první přesné řešení se Einstein polních rovnic z obecné relativity , pro omezený případě jediného kulového nerotační hmota, která se provádí v roce 1915, téhož roku, že Einstein poprvé představil obecnou relativitu. Schwarzschild řešení , které využívá Schwarzschildův souřadnic a Schwarzschildovo metrika vede k odvození poloměru Schwarzschildově , což je velikost horizontu událostí z non-rotující černé díry .
Schwarzschild toho dosáhl, když sloužil v německé armádě během první světové války . Následující rok zemřel na autoimunitní onemocnění pemphigus , které vyvinul na ruské frontě . Různé formy onemocnění postihují zejména lidi aškenázského židovského původu.
Asteroid 837 Schwarzschilda je pojmenován na jeho počest, stejně jako velký kráter Schwarzschild , na odvrácené straně Měsíce .
Život
Karl Schwarzschild se narodil 9. října 1873 ve Frankfurtu nad Mohanem se židovským rodičům. Jeho otec byl aktivní v obchodní komunitě města a rodina měla předky ve městě sahající až do šestnáctého století. Rodina vlastnila dva obchody s látkami ve Frankfurtu. Jedním z jeho bratrů je malíř Alfred Schwarzschild . Navštěvoval židovskou základní školu do 11 let a poté Lessingovo gymnázium (jako na střední škole). Získal všeobsáhlé vzdělání, včetně předmětů jako latina, starověká řečtina, hudba a umění, ale hned na začátku si vytvořil zvláštní zájem o astronomii . Ve skutečnosti byl něco jako zázračné dítě, protože měl dva papíry na binárních oběžných drahách ( nebeská mechanika ) vydané před šestnácti lety.
Po promoci v roce 1890 studoval na univerzitě ve Štrasburku studium astronomie. Po 2 letech přešel na univerzitu Ludwiga Maximiliana v Mnichově, kde v roce 1896 získal doktorát za práci na teoriích Henriho Poincarého .
Od roku 1897 pracoval jako asistent na Kuffnerově hvězdárně ve Vídni. Jeho práce zde byla věnována fotometrii hvězdokup a položila základy vzorce spojujícího intenzitu hvězdného světla, dobu expozice a výsledný kontrast na fotografické desce . Nedílnou součástí této teorie je Schwarzschildův exponent ( astrofotografie ). V roce 1899 se vrátil do Mnichova, aby dokončil habilitaci .
Od roku 1901 do roku 1909 byl profesorem prestižního ústavu v Göttingenu , kde měl možnost pracovat s některými významnými osobnostmi, včetně Davida Hilberta a Hermanna Minkowského . Schwarzschild se stal ředitelem hvězdárny v Göttingenu . V roce 1909 se oženil s Else Rosenbachovou, pravnučkou Friedricha Wöhlera a dcerou profesora chirurgie v Göttingenu. Později téhož roku se přestěhovali do Postupimi , kde nastoupil na místo ředitele astrofyzikální observatoře. To byl tehdy nejprestižnější příspěvek dostupný pro astronoma v Německu.
Od roku 1912 byl Schwarzschild členem pruské akademie věd .
Po vypuknutí první světové války v roce 1914 se Schwarzschild dobrovolně přihlásil do služby v německé armádě, přestože mu bylo přes 40 let. Sloužil na západní i východní frontě, konkrétně pomáhal s balistickými výpočty. Tím se zvýšil na hodnost poručíka v dělostřelectvu.
Když sloužil na frontě v Rusku v roce 1915, začal trpět vzácným a bolestivým autoimunitním kožním onemocněním zvaným pemfigus . Přesto se mu podařilo napsat tři vynikající práce, dva o teorii relativity a jeden o kvantové teorii . Jeho články o relativitě vytvořily první přesná řešení Einsteinových polních rovnic a menší modifikace těchto výsledků dává známé řešení, které nyní nese jeho jméno- Schwarzschildovu metriku .
V březnu 1916 byl Schwarzschild kvůli nemoci propuštěn ze služby a vrátil se do Göttingenu . O dva měsíce později, 11. května 1916, mohl Schwarzschildův boj s pemfigem vést k jeho smrti ve věku 42 let.
Odpočívá ve svém rodinném hrobě na Stadtfriedhof Göttingen .
Se svou manželkou Else měl tři děti: Agathe Thornton (1910-2006), která emigrovala do Velké Británie v roce 1933. V roce 1946 se přestěhovala na Nový Zéland, kde se stala profesorkou klasiky na univerzitě v Otagu v Dunedinu; Martin, který se stal profesorem astronomie na Princetonské univerzitě; a Alfreda (1914-1944), kteří si vzali život kvůli pronásledování Židů v holocaustu.
Práce
Tisíce disertačních prací, článků a knih se od té doby věnují studiu Schwarzschildových řešení Einsteinových polních rovnic . Ačkoli jeho nejznámější práce leží v oblasti obecné relativity , jeho výzkumné zájmy byly extrémně široké, včetně práce v nebeské mechanice , pozorovací hvězdné fotometrii , kvantové mechanice , instrumentální astronomii , hvězdné struktuře, hvězdné statistice , Halleyově kometě a spektroskopii .
Mezi jeho konkrétní úspěchy patří měření proměnných hvězd pomocí fotografie a zdokonalení optických systémů prostřednictvím poruchového zkoumání geometrických aberací.
Fyzika fotografie
Zatímco ve Vídni v roce 1897 vyvinul Schwarzschild vzorec, nyní známý jako Schwarzschildův zákon , pro výpočet optické hustoty fotografického materiálu. Jednalo se o exponent nyní známý jako Schwarzschildův exponent, což je ve vzorci:
(kde je optická hustota exponované fotografické emulze, funkce , intenzita pozorovaného zdroje a doba expozice s konstantou). Tento vzorec byl důležitý pro umožnění přesnějších fotografických měření intenzit slabých astronomických zdrojů.
Elektrodynamika
Podle Wolfganga Pauliho (Teorie relativity) je Schwarzschild první, kdo zavedl správný Lagrangeův formalismus elektromagnetického pole jako
kde jsou elektrická a aplikovaná magnetická pole, je vektorový potenciál a je elektrický potenciál.
Rovněž zavedl variabilní formulaci elektrodynamiky bez pole (také známou jako „akce na dálku“ nebo „přímá mezičásticová akce“) založenou pouze na světové linii částic jako
kde jsou světové čáry částice, (vektorový) obloukový prvek podél světové čáry. Dva body na dvou světových liniích přispívají k Lagrangeovi (jsou spřaženy) pouze v případě, že jsou nulovou minkowskou vzdáleností (spojenou světelným paprskem), odtud termín . Tato myšlenka byla dále rozvinuta Tetrodem a Fokkerem ve 20. letech 20. století a Wheelerem a Feynmanem ve 40. letech 20. století a představuje alternativní/ekvivalentní formulaci elektrodynamiky.
Relativita
Sám Einstein byl příjemně překvapen, když zjistil, že rovnice pole připouštějí přesná řešení, kvůli jejich prima facie složitosti a protože sám vytvořil pouze přibližné řešení. Einsteinovo přibližné řešení bylo uvedeno v jeho slavném článku z roku 1915 o postupu perihélia Merkuru. Einstein tam pomocí obdélníkových souřadnic aproximoval gravitační pole kolem sféricky symetrické, nerotující, nenabité hmoty. Naproti tomu Schwarzschild zvolil elegantnější „polární“ souřadnicový systém a dokázal vyrobit přesné řešení, které poprvé stanovil v dopise Einsteinovi ze dne 22. prosince 1915, napsaném v době, kdy sloužil ve válce umístěné na Ruská fronta. Dopis zakončil slovy: „Jak vidíte, válka se ke mně i přes těžkou střelbu chovala dostatečně laskavě, abych mi umožnil se od toho všeho dostat a projít se po zemi vašich myšlenek.“ V roce 1916 napsal Einstein Schwarzschildovi o tomto výsledku:
Přečetl jsem si váš příspěvek s maximálním zájmem. Nečekal jsem, že by bylo možné takto jednoduše formulovat přesné řešení problému. Velmi se mi líbilo vaše matematické zpracování předmětu. Příští čtvrtek představím práci Akademii s několika slovy vysvětlení.
- Albert Einstein ,
Druhý Schwarzschildův dokument, který uvádí to, co je nyní známé jako „řešení vnitřního Schwarzschilda“ (v němčině: „innere Schwarzschild-Lösung“), platí v oblasti homogenních a izotropních distribuovaných molekul v obalu o poloměru r = R. Je použitelný pro pevné látky; nestlačitelné tekutiny; slunce a hvězdy vnímány jako kvazi-izotropní zahřívaný plyn; a jakýkoli homogenní a izotropní distribuovaný plyn.
První (sféricky symetrická) Schwarzschild řešení se nebude obsahovat souřadnicový výstřednost na povrch, který je nyní po něm pojmenován. V jeho souřadnicích leží tato singularita na sféře bodů v určitém poloměru, nazývaném Schwarzschildův poloměr :
kde G je gravitační konstanta , M je hmotnost centrálního tělesa a c je rychlost světla ve vakuu. V případech, kdy je poloměr centrálního tělesa menší než Schwarzschildův poloměr, představuje poloměr, ve kterém musí všechna hmotná tělesa, a dokonce i fotony , nevyhnutelně spadnout do centrálního tělesa (ignorování efektů kvantového tunelování poblíž hranice). Když hmotnostní hustota tohoto centrálního tělesa překročí určitou mez, spustí gravitační kolaps, který, pokud k němu dojde s sférickou symetrií, vytvoří takzvanou Schwarzschildovu černou díru . K tomu dochází například tehdy, když hmotnost neutronové hvězdy překročí mezní hodnotu Tolman – Oppenheimer – Volkoff (asi tři sluneční hmotnosti).
Kulturní reference
Karl Schwarzschild vystupuje jako postava ve sci -fi povídce „Schwarzschild Radius“ (1987) od Connie Willisové .
Schwarzschildova kočka je komiks na XKCD.com porovnávající velikost a roztomilost koček.
Funguje
Vědecký statek Karla Schwarzschilda je uložen ve speciální sbírce Dolnosaské národní a univerzitní knihovny v Göttingenu .
- Relativita
- Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einstein'schen Theorie. Reimer, Berlin 1916, S. 189 a násl. (Sitzungsberichte der Königlich-Preussischen Akademie der Wissenschaften; 1916)
- Über das Gravitationsfeld einer Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit. Reimer, Berlin 1916, S. 424-434 (Sitzungsberichte der Königlich-Preussischen Akademie der Wissenschaften; 1916)
- Jiné papíry
- Untersuchungen zur geometrischen Optik I. Einleitung in die Fehlertheorie optischer Instrumente auf Grund des Eikonalbegriffs , 1906, Abhandlungen der Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen, Band 4 , Nummero 1, S. 1-31
- Untersuchungen zur geometrischen Optik II. Theorie der Spiegelteleskope , 1906, Abhandlungen der Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen, Band 4 , Nummero 2, S. 1-28
- Untersuchungen zur geometrischen Optik III. Über die astrophotographischen Objektive , 1906, Abhandlungen der Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen, Band 4 , Nummero 3, S. 1-54
- Über Differenzformeln zur Durchrechnung optischer Systeme , 1907, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 551-570
- Aktinometrie der Sterne der BD bis zur Größe 7,5 in der Zone 0 ° bis +20 ° Deklination. Teil A. Unter Mitwirkung von Br. Meyermann, A. Kohlschütter und O. Birck , 1910, Abhandlungen der Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen, Band 6 , Numero 6, S. 1-117
- Über das Gleichgewicht der Sonnenatmosphäre , 1906, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 41-53
- Prohlédněte si všechny možnosti polarizace. I. , 1902, Mathematische Annalen, Band 55 , S. 177-247
- Zur Elektrodynamik. I. Zwei Formen des Princips der Action in der Elektronentheorie , 1903, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 126-131
- Zur Elektrodynamik. II. Die elementare elektrodynamische Kraft , 1903, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 132-141
- Zur Elektrodynamik. III. Ueber die Bewegung des Elektrons , 1903, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 245-278
- Ueber die Eigenbewegungen der Fixsterne , 1907, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 614-632
- Ueber die Bestimmung von Vertex und Apex nach der Ellipsoidhypothese aus einer geringeren Anzahl beobachteter Eigenbewegungen , 1908, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 191-200
- K. Schwarzschild, E. Kron: Ueber die Helligkeitsverteilung im Schweif des Halley´schen Kometen , 1911, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen , S. 197-208
- Die naturwissenschaftlichen Ergebnisse und Ziele der neueren Mechanik. , 1904, Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung, Band 13 , S. 145-156
- Über die astronomische Ausbildung der Lehramtskandidaten. , 1907, Jahresbericht der Deutschen Mathematiker-Vereinigung, Band 16 , S. 519-522
- Anglické překlady
- On Gravitational Field of a Point-Mass, Podle Einsteinovy teorie , The Abraham Zelmanov Journal, 2008, Volume 1, P. 10-19
- On Gravitational Field of a Sphere of Incompressible Liquid, Podle Einsteinovy teorie , The Abraham Zelmanov Journal, 2008, Volume 1, S. 20-32
- O přípustné číselné hodnotě zakřivení vesmíru , The Abraham Zelmanov Journal, Volume 1, 2008, pp. 64-73
Viz také
Reference
externí odkazy
- O'Connor, John J .; Robertson, Edmund F. , „Karl Schwarzschild“ , MacTutor Dějiny archivu matematiky , University of St Andrews
- Roberto B. Salgado The Light Cone: The Schwarzschild Black Hole
- Nekrolog v astrofyzikálním časopise , napsaný Ejnarem Hertzsprungem
- Karl Schwarzschild z projektu Mathematics Genealogy Project
- Životopis Karla Schwarzschilda od Indranu Suhendra, The Abraham Zelmanov Journal , 2008, svazek 1.