Paul Ehrenfest

Paul Ehrenfest (18. tammikuuta 1880 – 25. syyskuuta 1933) oli itävaltalainen fyysikko ja matemaatikko, joka tunnetaan töistään tilastollisessa mekaniikassa sekä kvanttimekaniikassa. Hän luokitteli ensimmäisenä faasitransitiot, mutta nykyään hänen mukaista luokittelua ei enää käytetä, sekä kehitti Ehrenfestin teoreeman. 21. joulukuuta 1904 hän meni naimisiin venäläisen matemaatikon Tatjana Aleksejevna Afanasjeva. He saivat neljä lasta Tatjana, Galinka, Paul Jr. ja Vassili Ehrenfest.

Elämä 
Ehrenfest syntyi ja kasvoi Wienissä juutalaisessa perheessä, joka oli alun perin kotoisin Määristä. Hänen vanhempansa, Sigmund Ehrenfest ja Johanna Jellinek, omistivat hyvin menestyvässä kaupan. Ehrefestit eivät olleet kovinkaan uskonnollisia, mutta se ei estänyt Paulia ottamasta heprean ja juutalaisten historian kursseja. Myöhemmin hän korosti juutalaista taustaansa. 

Ehrenfest menestyi loistavasti alakoulussa, mutta lukiossaan, Akademisches gymnasiumissa, hän ei menestynyt aivan yhtä hyvin. Hänen paras aineensa oli matematiikka. Hänen lukiotaan vaihdettiin Franz Josef gymnasiumiin, jossa hän menestyi jo paremmin ja vuonna 1899 hänestä tuli ylioppilas.

Hänen pääaineensa oli kemia teknillisessä korkeakoulussa, mutta otti Wienin yliopistosta myös Ludwig Boltzmannin kursseja muun muassa kineettisestä kaasuteoriasta. Boltzmannin kurssit saivat Ehrenfestin kiinnostumaan enemmän teoreettisesta fysiikasta. Tuohon ajan saksankielisessä maailmassa oli tavanomaista, että opiskelija kävi samaan aikaan usemmassa kuin yhdessä yliopistossa. Vuonna 1901 Ehrenfest siirrettiin Göttingeniin, joka oli aikansa nykyaikaisen fysiikan keskus. Siellä hän tapasi myös tulevan vaimonsa, Tatjana Afanasjevan. Afanasjeva oli matematiikan opiskelija, joka oli kotoisin Ukrainasta, mutta oli opiskellut Venäjällä. Ehrenfest tutustui keväällä 1903 hollantilaiseen Hendrik Lorentziin lyhyellä Leidenin matkallaan.

Samoihin aikoihin Ehrenfest valmisteli väitöskirjaansa, jonka aiheena oli klassinen mekaniikka (Die Bewegung starrer Körper in Flüssigkeiten und die Mechanik von Hertz). Hän väitteli Boltzmannin ohjaamana itsensä tohtoriksi 23. kesäkuuta 1904 Wienissä, jossa hän pysytteli 1904–1905.

Ehrenfest palasi Göttingeniin vuoden 1906 syyskuussa. Samaan aikaan, 6. syyskuuta, Boltzmann hirtti itsensä Italian Duinossa. tämä tiesi sitä, ettei Ehrenfest ja Boltzmann enää näkisi toisiaan. Ehrenfest teki laajan muistokirjoitelman, jossa hän kuvailee Boltzmannin saavutuksia. Felix Klein oli uskonut Boltzmannin tehtäväksi esitellä tilastollista mekaniikkaa. Nyt Klein kysyi Ehrefestiltä, jos hän olisi kiinnostunut. Ehrenfest otti tämän tehtäväkseensä, ja yhdessä vaimonsa kanssa he saivat artikkelin valmiiksi vuonna 1911. Artikkeli oli näytös Bolzmannin työstä; hypoteesien terävää analysointia, selvää ratkaisemattomien ongelmien rajausta ja yleisten periaatteiden havainnollistamista esimerkkien avulla. 

Pariskunta muuttivat vuonna 1907 Pietariin, josta Ehrenfest löysi muutamia ystäviä kuten Abram Ioffe. Itävaltalaisena ja juutalaisena Ehrenfest ei nähnyt, että hän saisi pysyvän työpaikan Venäjältä. Ehrenfest aloitti vuonna 1912 saksankielisen alueen yliopistojen kiertämisen yäpaikan toivossa. Hän kävi Berliinissä, jossa hän tapasi Max Planckin, Leipzigissä, missä hän tapasi vanhan ystävänsä Herglotzin, Münchenissä, jossa hän tapasi Arnold Sommerfeldin, ja lisäksi myös Zürichissä ja Wienissä. Ollessaan Prahassa hän tapsi ensimmäistä kertaa Albert Einsteinin ja sen jälkeen he olivat läheiset ystävät. Einstein ehdotti, että Ehrenfest jatkaisi hänen paikallaan Prahassa, mutta Ehrenfest ei hyväksynyt tarjousta. Sommerfeld tarjosi paikkaa Münchenistä, mutta Ehrenfest sai paremman tajouksen Alankomaista. Lorentz tarjosi Leidenin yliopistosta professorin paikkaa.

Professorina Leidenissä 

Lokakuussa 1912 Ehrenfest saapui Leideniin ja 4. joulukuuta hän piti virkaanastujaispuheen koskien valoeetteriä (Zur Krise der Lichtaether-Hypothese). Leidenissä hän työskenteli loppu elämänsä.

Ehrenfest toi uudistuksia paikalliseen tyyneen fysiikan opiskelun kulttuuriin. Ehrenfest järjesti keskusteluryhmiä ja veljeskuntia stimuloidakseen opiskelijoiden vuorovaikutussuhteita. Vastaavaan hän oli aikaisemmin törmännyt Göttingenissä. Ehrenfest piti yhteyden useisiin fyysikoihin niin Alankomaissa kuin ulkomaillakin. Hän myös kutsui heitä vierailemaan Leidenissä ja järjesti kuuluisan sarjan tapaamisia. Ehrenfest oli erinomainen väittelijä ja osoitti pian toisen heikkoudet ja tiivisti pääasiat. Ehrenfest kutui lupaavimpia onuoria tiedemihiä käymään Leidenissä ja vastaavasti rohkaisi omia oppilaitaan matkustamaan ulkomaille. Näin hän loi eräänlaisen koulukunnan ja suurin osa valmistuneista oppilaista loi onnistuneen tieteellisenuran itsekseen. 

Ehrenfestin luokat olivat kooltaan hyvin pieniä, joka mahdollisti paremman tutustumisen oppilaisiin, joiden kanssa hänellä oli hyvät suhteet. Luennoillaan hän käytti yksinkertaisia malleja ja yritti välttää matemaattista tarkkuutta.

Hänen oppilaina ovat olleet muun muassa Johannes Burgers, Hendrik Kramers, Dirk Coster, George Uhlenbeck, Samuel Goudsmit, Jan Tinbergen, Arend Rutgers, Hendrik Casimir, Gerhard Dieke, Dirk Struik, ja Gerard Kuiper. Hänen apulaisinaan ovat olleet Juri Krutkov, Viktor Trkal, Adriaan Fokker, Paul Epstein ja Gregory Breit. Muita ulkomaalaisia tiedemiehiä, jotka viettivät aikaa hänen laboratoriossaan oli Gunnar Nordström, Enrico Fermi, Igor Tamm, Oskar Klein, Robert Oppenheimer, Walter Elsasser, Ralph Kronig, Werner Heisenberg,  Paul Dirac, ja David Dennison.

Tutkimus 
Ehrenfestin julkaisut ovat tulleet tunnetuiksi ongelmien ratkaisun selkeydestä tai yrityksestä antaa paremman kuvauksen ongelmasta. Ehrenfestin lähestymisestä tieteeseen kuvaa se kuinka hän kirjoittaa Robert Oppenheimerille vuoden 1928 kesällä: "If you intend to mount heavy mathematical artillery again during your coming year in Europe, I would ask you not only not to come to Leiden, but if possible not even to Holland, and just because I am really so fond of you and want to keep it that way. But if, on the contrary, you want to spend at least your first few months patiently, comfortably, and joyfully in discussions that keep coming back to the same few points, chatting about a few basic questions with me and our young people- and without thinking much about publishing (!!!)-why then I welcome you with open arms!! ". Kirjoituksesta ilmenee se, ettei Ehrenfest ollut uuden kvanttimekaniikan suurin kannattaja. 

Tärkein Ehrenfestin työ vuosien 1912 ja 1933 välillä on teoria adiabaattisesta invariantista. Hän vaikutti myös kvanttimekaniikan alalla, kuten hänen teoriansa faasitransitiosta.

Viimeiset vuodet 
Ehrenfestin ja hänen ystäviensä kirjeenvaihdosta ilmenee, että Ehrenfest kärsi masennuksista. Ehrenfest kirjoitti hänen ystävillensä kirjeen, jossa hän selittää omaa elämäntilannettansa. Kirje oli osoitettu muun muassa Bohrille ja Einsteinille. Kirjettä ei kuitenkaan lähetetty. Ehrenfest kertoo kirjeessänsä, kuinka masentavaa ja vaikeaa hänen elämänsä on. Ehrenfestin mukaan hänellä ei ole muuta mahdollisuutta kuin tappaa itsensä ja tätä aiemmin hän aikoo tappaa downin syndroomasta kärsivän poikansa Wassikin. Kirjeen lopussa hän pyytää anteeksi tekoaansa.

Syyskuun 25. päivänä vuonna 1933 Ehrenfest ampui poikansa amsterdamilaisessa Professor Watering Instituten odotushuoneessa, missä poikaa hoidettiin. Tämän jälkeen hän ampui itsensä, kuten oli aiemmin kirjeessäänsä kirjoittanut.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Alankomaalaiset fyysikot
Itävaltalaiset fyysikot
Itsemurhan tehneet
Vuonna 1880 syntyneet
Vuonna 1933 kuolleet