Paul Ehrenfest

Paul Ehrenfest (18. tammikuuta 1880 – 25. syyskuuta 1933) oli itävaltalainen fyysikko ja matemaatikko, joka tunnetaan tilastollista mekaniikkaa ja kvanttimekaniikkaa käsittelevistä töistään. Hän esitteli nimeään kantavan faasitransitioiden luokittelun, sekä kehitti kvanttimekaanisten operaattorien odotusarvoja koskevan Ehrenfestin teoreeman.

Elämä 
Ehrenfest syntyi ja kasvoi Wienissä juutalaisessa perheessä, joka oli alun perin kotoisin Määristä. Hänen vanhempansa, Sigmund Ehrenfest ja Johanna Jellinek, omistivat hyvin menestyvän 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 lukiossa hänen menestyksensä oli aluksi vaatimattomampaa. Hänen paras aineensa oli matematiikka. Vaihdettuaan lukiota hän alkoi menestymään paremmin ja valmistui ylioppilaaksi vuonna 1899.

Hän opiskeli kemiaa teknillisessä korkeakoulussa, mutta kävi samaan aikaan myös Wienin yliopistossa Ludwig Boltzmannin luennoimilla kursseilla, jotka käsittelivät muun muassa kineettistä kaasuteoriaa. Boltzmannin kurssit saivat Ehrenfestin kiinnostumaan enemmän teoreettisesta fysiikasta. Tuohon ajan saksankielisessä maailmassa oli tavanomaista, että opiskelija kävi samaan aikaan useammassa kuin yhdessä yliopistossa. Vuonna 1901 Ehrenfest siirtyi 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. Hän väitteli Boltzmannin ohjaamana tohtoriksi 23. kesäkuuta 1904 Wienissä jossa hän pysyi seuraavat pari vuotta.

Ehrenfest palasi Göttingeniin vuoden 1906 syyskuussa, mutta Boltzmann hirtti itsensä Italian Duinossa 6. syyskuuta, joten he eivät enää nähneet toisiaan. Ehrenfest kirjoitti laajan muistokirjoituksen Boltzmannin saavutuksista. Felix Klein uskoi alun perin Boltzmannin tehtäväksi tilastollisen mekaniikan esittelemisen, mutta kun Boltzmann kuoli, Klein kysyi Ehrenfestiltä, olisiko hän kiinnostunut tehtävästä. Ehrenfest otti sen vastaan ja kirjoitti vaimonsa kanssa vuonna 1911 artikkelin, joka esitteli Boltzmannin työtä. Työ sisälsi tilastollisen mekaanikan hypoteesien terävää analyysiä, ja lisäksi se rajasi selvästi alan ratkaisemattomat ongelmat sekä havainnollisti yleisiä periaatteita esimerkkien avulla.

Vuonna 1907 pariskunta muutti Pietariin, jossa Ehrenfest tutustui Abram Ioffeen ja ystävystyi hänen kanssaan. Koska Ehrenfest oli itävaltalainen ja juutalainen, hän ei odottanut saavansa pysyvää työpaikkaa Venäjältä. Vuonna 1912 Ehrenfest aloitti kiertueen saksankielisissä yliopistoissa etsiessään työpaikkaa. Hän vieraili Berliinissä, jossa hän tapasi Max Planckin, Leipzigissa, jossa hän tapasi vanhan ystävänsä Herglotzin, Münchenissä, jossa hän tapasi Arnold Sommerfeldin, sekä Zürichissä ja Wienissä. Prahassa hän tapasi Albert Einsteinin ensimmäistä kertaa, ja heistä tuli läheisiä ystäviä. Einstein ehdotti, että Ehrenfest jatkaisi hänen paikallaan Prahassa, mutta Ehrenfest kieltäytyi. Sen sijaan hän sai paremman tarjouksen Alankomaista Lorentzin tarjottua hänelle professorin paikkaa Leidenin yliopistossa.

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