Arnold Sommerfeld

Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (5. joulukuuta 1868 – 26. huhtikuuta 1951) oli saksalainen fyysikko, joka tunnetaan hienorakennevakion tutkijana ja perustavanlaatuisesta tutkimuksesta kvanttimekaniikan alalla. Sommerfeld oli opettajana lukuisille nykyään hyvin tunnetuille fyysikoille.

Elämä 
Arnold Sommerfeld syntyi vuonna 1868 Königsbergissä, Itä-Preussissa (nyk. Kaliningrad, Venäjä). Sommerfeldin äidin nimi oli Cäcile Matthias ja isä, Franz Sommerfeld, oli ammatiltaan lääkäri. Franz oli Arnold Sommerfeldin syntyessä 48-vuotias, kun Cäcile-äiti oli vain 29-vuotias. Franz ja Cäcile olivat olleet naimisissa 6 vuotta ennen kuin Arnold syntyi.

Königsberg 
Sommerfeld aloitti opinnot Altstädtisches Gymnasiumissa vuonna 1875. Samaa koulua kävivät myös hieman vanhemmat Hermann Minkowski ja Wilhelm Wien. Sommerfeld menestyi hyvin kaikissa lukemissaan oppiaineissa. Sommerfeld kertookin omaelämäkerrassaan itsellään olleen vaikeuksia varsinaisen pääaineensa valinnassa. Hän mainitsee myös olleensa hieman kiinnostuneempi kirjallisuudesta ja historiasta kuin tieteistä. Sommerfeld suoritti päättökokeensa (Arbitur) vuonna 1886 ja päätti, että jatkaisi matematiikan opiskelua yliopistossa. Sommerfeld aloitti opinnot Königsbergin Albertus-yliopistossa välittömästi päästyään arbiturista läpi. Huolimatta siitä, että matematiikka oli hänen pääaineensa, hän jatkoi myös muiden itseään kiinnostaneiden aineiden luentojen seuraamista. Näitä aineita olivat muun muassa luonnontieteet, filosofia ja taloustiede. Matematiikan laitos Königsbergissä oli aikansa merkittävimpiä. Siellä opettivat aikansa suurimmat nimet, joita olivat muun muassa Adolf Hurwitz, David Hilbert sekä Ferdinand von Lindemann. He kaikki opettivat myös Sommerfeldia.

Sommerfeldin opiskellessa Königsbergissä yliopisto oli varsin tunnettu teoreettisen fysiikan laitoksensa ansiosta. Sommerfeld ei kuitenkaan pitänyt niin paljoa fysiikasta, että olisi vaihtanut pääaineensa fysiikkaan. Sommerfeld oli aktiivinen myös opiskelijayhteisössä. Hän kuului Burschenschaft-veljeskuntaan. Sommerfeld sai Königsbergin aikanaan myös arven otsaansa miekkailuottelun tuloksena. Tämä oli jonkinlainen käytäntö saksalaisopiskelijoiden keskuudessa.

Von Lindemann oli Sommerfeldin väitöstyön ohjaaja ja vuonna 1891 hän sai tohtorin arvon väitöstyöllään Die willkürlichen Functionen in der mathematischen Physik. Tohtoriksi väittelyn jälkeen Sommerfeld jäi töihin Königsbergiin opettajana saadakseen siitä todistuksen, jotta voisi toimia matematiikan ja fysiikan opettajana lukiossa. Hän oli töissä vuoden kunnes suoritti samana vuonna asepalveluksen.

Göttingen 
Asepalveluksensa jälkeen hän matkusti vuoden 1893 syyskuussa Göttingeniin. Sommerfeld saapui Göttingenin yliopistoon lokakuussa. Göttingen oli aikansa matematiikan keskus. Göttingenissä hän toimi Theodor Liebischin apulaisena vuoden ajan. Liebisch oli ystävystynyt aiemmin Sommerfeldin perheen kanssa ollessaan Königsbergin yliopistossa professorina. Vuoden apulaisena olon jälkeen Sommerfeld siirtyi Felix Kleinin apulaiseksi. Klein viimeisteli Sommerfeldin habilitaation vuonna 1895· Habilitaation valmistuttua Sommerfeldistä tuli dosentti Göttingenin yliopistoon. Päästyään dosentiksi Sommerfeld piti luentoja erilaisista matematiikkaan ja fysiikkaan liittyvistä aiheista.

Göttingenissä hän tapasi myös Ernst Höpfnerin tyttären Johanna Höpfnerin. Sommerfeld ei voinut mennä naimisiin Höpfnerin kanssa, koska Sommerfeld oli dosentti, jolla ei ollut tarpeeksi vakinaisia tuloja. Naimisiin meno tuli kuitenkin mahdolliseksi Sommerfeldin saatua professuurin Clausthal-Zellerfeldin teknillisestä yliopistosta. Avioliittoon syntyi kolme poikaa ja yksi tytär.

Aachen 

Sommerfeld aloitti viran mekaniikan professorina Aachenin yliopistossa vuonna 1900. Sommerfeldin päätökseen vaikutti Kleinin kova painostus. Hänen mukaansa tekniikan olisi pitänyt perustua enemmän matematiikkaan. Aachenissa Sommerfeld työsti hydrodynamiikan teoriaansa. Myöhemmin  Werner Heisenberg ja Ludwig Hopf kirjoittavat väitöstyönsä Münchenin yliopistossa samasta aiheesta.

München 
Sommerfeldistä tuli vuonna 1906 Münchenin yliopiston teoreettisen fysiikan professori. Münchenissä hän opetti monia kuuluisia fyysikoita kuten Peter Debyeta, Werner Heisenbergiä ja Wolfgang Paulia. Münchenissä häntä seurasi noin 30 oppilasta.

Vuonna 1915 Sommerfeld esitti oman atomimallinsa, joka oli parannettu versio Niels Bohrin kaksi vuotta aikaisemmin esittämästä mallista. Sommerfeldin mallissa elektronien kierto­ratojen ei oletettu välttämättä olevan ympyröitä vaan ne saattoivat olla myös ellipsejä. Radan säteen lisäksi myös sen eksentrisyys oli kvantittunut, mutta sen vaikutus elektronin kokonais­energiaan oli paljon pienempi kuin sen, millä etäisyydellä atomin ytimestä se oli. Tämä selitti atomien spektrien hienorakenteen. Lisäksi suhteellisuusteorian tuloksista seurasi, että ellipsi­radat jatkuvasti kiertyivät tasossaan eli niissä esiintyi periheli­liike.

Lähteet

Aiheesta muualla 
Elämäkertoja Arnold Sommerfeldistä AISOS:issa 
Arnold Sommerfeldin elämäkerta – American Philosophical Society (Sisältää myös tietoa hänen oppilaistaansa)
Arnold Sommerfeldin elämäkerta  – Zurich ETH-Bibliothek
Arnold Sommerfeld – die Vektorrechnung 
Arnold Sommerfledin oppilaat – The Mathematics Genealogy Project
 Arnold Sommerfeld – Intialaisen fysiikan tukija Saksassa
Hans Bethe puhuu ajastaan Sommerfeldin oppilaana Peoples Archivessa 
Relativitätstheorie 
Sommerfeld-Project – Leibniz-Rechenzentrum der Wissenschaften

 

Saksalaiset fyysikot
Max Planck -mitalin saajat
Vuonna 1868 syntyneet
Vuonna 1951 kuolleet