Kirchhoff Gustaw
ur: 12 marca 1824 w Królewcu - Niemcy
zm: 17 października 1887 w Berlinie - Niemcy
Fizyk i prof. uniw. we Wrocławiu, Heidelbergu i Berlinie. W historii nauki często zapomina się o Gustavie Kirchhoffie, a przecież jego przekonania stanowią podstawę fizyki XX w. W 1859 r. Kirchhoff stwierdził, że każdy pierwiastek chemiczny ma charakterystyczne widmo i opracował doskonałą metodę analityczną - spektroskopię. Pozwala ona identyfikację wszystkich pierwiastków.
Ponadto Kirchhoff dostrzegł natychmiast możliwość zastosowania tej metody do zbadania substancji chemicznych występujących w przestrzeni kosmicznej. Około 1860 r. przedstawił bardzo ważny problemem "promieniowania ciała doskonale czarnego", którego sam nie zdołał rozwiązać. Doprowadziło to w końcu - czterdzieści lat później - do powstania teorii kwantów.
Był doskonałym wykładowcą, "dążył do przejrzystego ścisłego przedstawienia ilościowych wyników doświadczeń - pisze L. Rosenfeid posługując się przy tym bezpośrednimi metodami i prostymi koncepcjami". Kirchhoff już w młodości przejawiał zainteresowanie tematyką. Na uniwersytecie w Królewcu studiował pod kierunkiem Franza von Neumanna, mineraloga, który zajmował się nową fizyką matematyczną i teorią elektromagnetyzmu.
Po uzyskaniu dyplomu w 1847 r. otrzymał stypendium na studia w Paryżu, ale wyjazd udaremniła rewolucja 1848 r. W związku z tym udał się najpierw do Berlina, gdzie wykładał, a w 1850 r. został profesorem we Wrocławiu. W tym okresie poznał chemika Roberta Bunsena, wynalazcę popularnego gazowego "palnika Bunsena", i zaprzyjaźnił się z nim blisko. Bunsen przyczynił się do ściągnięcia Kirchhoffa w 1854 r. na uniwersytet w Heidelbergu.
Pierwsze osiągnięcia Kirchhoffa, związane z elektrycznością, mają duże znaczenie praktyczne oraz teoretyczne. Jeszcze podczas studiów w 1845 r. sformułował dwa prawa noszące dziś jego nazwisko i nadal stosowane w elektrotechnice. Odkrywszy przyczynę błędu w prawie Ohma, które określa zależność między oporem a natężeniem prądu.
W swych obliczeniach skorzystał z wyników doświadczeń, w których oznaczono pewną stałą wielkość, wchodzącą do wzoru określającego prędkość przepływu prądu elektrycznego. Kirchhoff zauważył, że stała ta jest w przybliżeniu równa zmierzonej prędkości światła - niestety, nie docenił swego odkrycia i uznał to za zbieg okoliczności. Dopiero James Clerk Maxwell stwierdził, że światło jest falą elektromagnetyczną.
Najważniejsze prace Kirchhoffa pochodzą z lat 1859-1862; ich wynikiem są narodziny spektroskopii jako metody analitycznej i poznanie dalszych jej możliwości. Według niektórych relacji Kirchhoff odwiedził laboratorium Bunsena, który akurat badał różne sole nadające płomieniowi specyficzną barwę. Bunsen oglądał płomień przez kolorowe szkła i inne materiały. Kirchhoff zasugerował, że można by osiągnąć dokładniejsze wyniki, gdyby przepuścić światło płomienia przez pryzmat.
Zrobili to i okazało się, że każdy pierwiastek ma określone widmo, które można zobaczyć, zapisać i zmierzyć. Zrozumieli od razu wagę swego odkrycia. "Ich wyniki - zauważa Abraham Pais - miały niesłychane znaczenie". Każdy pierwiastek i związek chemiczny ma charakterystyczne widmo, równie specyficzne jak odcisk palca. Analiza widmowa, napisali wkrótce potem Kirchhoff i Bunsen, daje możliwość chemicznego badania dziedziny całkowicie dotąd zamkniętej".
Posługując się spektroskopem, Kirchhoff i Bunsen nie tylko analizowali znane pierwiastki, ale również odkryli nowe. Badając sole pozostałe po odparowaniu wody mineralnej, Kirchhoff i Bunsen zobaczyli niebieskie linie widmowe pochodzące od pierwiastka, który nazwali cezem. W 1862 r" analizując widmo lepidolitu, Bunsen znalazł metal alkaliczny nazwany przez niego rubidem, używany obecnie w zegarach atomowych.
Dzięki spektroskopii do końca stulecia wykryto jeszcze dziesięć nie znanych wcześniej pierwiastków. Nowa dziedzina rozwijała się zdumiewająco szybko. Wyniki analizy widmowej miały szczególne znaczenie. Kirchhoff zauważył, że pewne ciemne linie w widmie światła słonecznego - zwane liniami Fraunhofera - pokrywają się z żółtymi liniami w widmie płonącego sodu.
Gdy przepuścił światło słoneczne przez światło płomienia sodu, ciemniejsze prążki w widmie słonecznym pociemniały jeszcze bardziej. Kirchhoff zdał sobie sprawę, że jest bliski fundamentalnego odkrycia i wyciągnął prawidłowy wniosek: ciemnienie linii widmowych wskazuje na absorpcję tej samej długości fali, co oznacza, że w atmosferze słonecznej znajduje się sód. Widma innych pierwiastków chemicznych wykazały również wyraźne ciemne linie.
Porównując widma, Kirchhoff i Bunsen uświadomili sobie natychmiast znaczenie tej metody dla badań składu chemicznego Słońca i innych ciał niebieskich. "Jest prawdopodobne - pisał Kirchhoff- że [spektroskopię] można stosować również do atmosfery słonecznej i jaśniejszych gwiazd stałych". I rzeczywiście, metodę stosowano potem do badania całego wszechświata.
W 1861 r. Kirchhoff i Bunsen, nadal porównując linie widmowe pierwiastków z liniami widma słonecznego, odkryli w widmie słonecznym hel. W XX w. spektroskopia stała się podstawową metodą fizyki atomowej i astrofizyki. Kirchhoff, w wyniku prac nad liniami Fraunhofera, opierając się na termodynamice, sformułował ogólne prawo emisji i absorpcji promieniowania, znane dziś jako prawo promieniowania Kirchhoffa.
W uproszczeniu mówiąc - Kirchhoff podał również równania ilościowe - prawo to stwierdza, że w tej samej temperaturze zdolność substancji do emisji światła odpowiada zdolności do jego absorpcji. Jednym z następstw prawa promieniowania Kirchhoffa było sformułowanie "zagadnienia promieniowania ciała doskonale czarnego", które przez 40 lat intrygowało fizyków.
Ten szczególny, ale zasadniczy problem był związany z faktem, że rozgrzane ciało doskonale czarne - na przykład gorące żelazo - emituje ciepło i światło. Promieniowanie ciała doskonale czarnego w niskiej temperaturze jest niewidoczne, gdyż ciało emituje głównie promieniowanie podczerwone, ale w miarę wzrostu temperatury staje się widzialne, aż w końcu ciało osiąga stan białego żaru, co oznacza, że emituje wszystkie barwy widma.
Fizyka klasyczna nie może wyjaśnić, dlaczego widmo zależy tylko od temperatury ogrzanego ciała, a nie od materiału, z którego ciało jest wykonane. Kirchhoff uznał, że "niezwykle ważnym zadaniem jest znalezienie tej uniwersalnej zależności". Promieniowanie ciała doskonale czarnego miało duże znaczenie dla ogólnego wyjaśnienia problemu energii. Rozwiązanie znalazł Max Pianek w 1900 r. dzięki wprowadzeniu koncepcji kwantów, która odegrała olbrzymią rolę w nauce XX w.
W hagiograficznych wspomnieniach opublikowanych w 1890 r. Robert von Helmholtz pisał, że Kirchhoff "był doskonałym przykładem prawdziwego niemieckiego badacza. Poszukiwanie prawdy w najczystszej postaci i ogłaszanie jej w abstrakcyjnej postaci, niemal całkowite pomijanie swojej roli, było religią i celem jego życia".
Istotnie, choć nie pomija się jego największych osiągnięć i Kirchhoff zazwyczaj pojawia się w angielskich historiach fizyki, rzadko ukazują się poświęcone mu szkice biograficzne. Być może dlatego, że nie był zapalonym atomistą i jego bezpośredni wpływ na fizykę skończył się wraz z fizyką klasyczną. Jednak, jak podkreślają to Lioyd Motz i Jefferson Weaver, spektroskop "mimo swej prostoty, jest prawdopodobnie najważniejszym prostym instrumentem naukowym, jaki do tej pory wynaleziono.
Od czasu powstania przyczynił się do wielkich odkryć naukowych - od fizyki jądrowej do kosmologii i astronomii, we wszystkich gałęziach geologii, chemii i medycyny, w stopniu większym niż jakikolwiek inny instrument lub zespół instrumentów". Kirchhoff i Bunsen pierwsi sformułowali prawo, na którym opiera się cała spektroskopia. Gustav Kirchhoff był wysoce cenionym profesorem, choć nie najlepszym wykładowcą.
Wskutek wypadku musiał poruszać się o kulach lub na wózku, ale kalectwo nie pozbawiło go dobrego humoru i dowcipu. Do 1875 r. prowadził prace eksperymentalne, później nie pracował już tak intensywnie. Został profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Berlinie. Pracował tam do 1886 r. Przeszedł na emeryturę tuż przed śmiercią, 17 października 1887 r.
