Arnold Sommerfeld (1868–1951): saksalainen matemaatikko ja teoreettinen fyysikko

Arnold Sommerfeld (1868–1951) — vaikutusvaltainen saksalainen matemaatikko ja teoreettinen fyysikko, Münchenin professori, kvanttimekaniikan uranuurtaja ja mentori.

Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (5. joulukuuta 1868 Königsberg, Itä-Preussi – 26. huhtikuuta 1951 München) oli saksalainen matemaatikko ja teoreettinen fyysikko, joka vaikutti ratkaisevasti kvanttimekaniikan ja atomifysiikan varhaisvaiheisiin sekä kehitti matemaattisia menetelmiä fysiikan eri aloille.

Sommerfeld syntyi lääkärin perheeseen. Lukion jälkeen hän aloitti matematiikan opinnot Königsbergin yliopistossa vuonna 1886. Vuonna 1891 hän väitteli aiheesta, joka liittyi mielivaltaisiin funktioihin matemaattisessa fysiikassa. Väittelyn jälkeen hän palveli joukkotuotannossa armeijassa ennen kuin jatkoi akateemista uraansa.

Myöhemmin hän siirtyi Göttingeniin, missä hän työskenteli aluksi mineralogian laitoksen assistenttina, mutta pysyi kiinnostuneena matemaattisesta fysiikasta. Vuonna 1894 hänestä tuli Felix Kleinin avustaja. Seuraavana vuonna hän teki habilitaationsa optisen diffraktion matemaattisesta teoriasta ja toimi sen jälkeen Göttingenin matematiikan dosenttina.

Vuonna 1897 Sommerfeld meni naimisiin. Samana vuonna hänet nimitettiin matematiikan professoriksi Clausthalin kaivosopistoon ja vuonna 1900 hän siirtyi professoriksi Aachenin teknilliselle yliopistolle (Aachen). Vuonna 1906 hän palasi akateemiseen elämään teoreettisen fysiikan professorina Müncheniin, missä hän työskenteli loppuelämänsä ajan.

Tieteelliset saavutukset ja vaikutus

Sommerfeldin tieteellinen työ kattoi laajan kirjon matemaattista fysiikkaa ja teoreettista fysiikkaa. Hän on erityisen tunnettu seuraavista asioista:

• Laajennus Bohrin atomimalliin: Sommerfeld kehitti Bohrin atomimallia ottamalla huomioon elliptiset elektroniradat ja suhteellisuudelliset korjaukset. Tämä selitti atomispektrien hienorakenteen (fine structure) ja johti uusien kvanttilukujen käyttöönottoon.
• Matemaattiset menetelmät: hän kehitti ja sovelsi keinoja, jotka yleistettiin sähkömagneettisen säteilyn ja diffraktion laskentaan. Monet näistä menetelmistä ovat perustavia analyysissa ja teoreettisessa fysikassa.
• Optiikka ja diffraktio: tutkimukset optisesta diffraktiosta ja aallonlehtien käyttäytymisestä vahvistivat yhteyttä matemaattisen analyysin ja fysiikan välillä.
• Teoreettisen fysiikan oppikirjat ja luentomuistiinpanot: Sommerfeld tunnettiin myös erinomaisena opettajana ja kirjoittajana; hänen luentonsa ja oppikirjansa levisivät laajalti ja vaikuttivat monien nuorten fyysikoiden koulutukseen.

Opetus ja oppilaat

Sommerfeld oli merkittävä opettaja ja ohjaaja: hänen työryhmänsä Münchenissä oli eräänlainen teoreettisen fysiikan keskus, josta lähti suuri joukko myöhemmin tunnettuja fyysikkoja. Hän koulutti monia oppilaita, jotka itse jatkoivat merkittävää tutkimustyötä ja levittivät moderneja teorioita ympäri maailmaa. Sommerfeld tunnettiin vaativana mutta kannustavana ohjaajana.

Kansainväliset vierailut

Professorina Münchenissä Sommerfeld teki useita opintomatkoja ulkomaille. Hän vieraili esimerkiksi Yhdysvalloissa vierailevana professorina vuonna 1922/23 Wisconsinissa, minkä jälkeen hän matkusti myös Intian, Kiinan ja Japanin kautta. Vuonna 1928/29 hän teki opetusrientoja Yhdysvaltoihin ja muihin yliopistoihin, mikä lisäsi kansainvälistä yhteistyötä ja tiedonvaihtoa.

Eläkkeelle jääminen ja poliittinen tilanne

Sommerfeld jäi virallisesti eläkkeelle vuonna 1935, mutta jatkoi aktiivista työskentelyä aina noin vuoteen 1940 asti. Eläkkeelle jäämisen jälkeen hänen seuraajansa valinta herätti riitoja. Sommerfeld kannatti esimerkiksi Werner Heisenbergin nimittämistä seuraajakseen, mutta natsi-Saksan aikana yliopistopäätöksiin vaikutti vahvasti niin kutsuttu "saksalainen fysiikka", jonka edustajat vastustivat modernia teoreettista fysiikkaa ideologisista syistä. Sommerfeld yritti vastustaa tämänkaltaista poliittista puuttumista tieteeseen.

Kuolema ja perintö

Arnold Sommerfeld kuoli vuonna 1951 Münchenissä liikenneonnettomuudessa. Hänen perintönsä on moninainen: hän edisti kvanttimekaniikan kehitystä, kehitti matemaattisia työkaluja fysiikassa ja koulutti useita sukupolvia teoreettisia fyysikkoja. Hänen luentonsa ja kirjoituksensa jäivät vaikutuksiltaan pitkäikäisiksi, ja hänen työnsä näkyy edelleen modernin atomifysiikan ja spektroskopian perustana.

Lisätietoja tarjoavat Sommerfeldin alkuperäiset julkaisut, hänen luentonsa sekä historiateokset, jotka käsittelevät 1900-luvun alun teoreettisen fysiikan kehitystä.

Kysymyksiä ja vastauksia

Kysymys: Kuka oli Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld?

K: Milloin hän syntyi?

K: Missä hän asui?

K: Minkä kansallisuuden hän oli?

K: Mitä saavutuksia hänellä oli?

K: Milloin hän kuoli?

Hae kirjaimella