بزرگنمايي:

آریا جوان - رودولف کلازیوس یکی از فیزیک‌دانان مشهور قرن نوزدهم است که مفاهیمی همچون ترمودینامیک و چرخه‌ی کارنو را در این شاخه از علم توسعه داد.

رودولف یولیوس امانوئل کلازیوس (Rudolf Julius Emanuel Clasius) فیزیک‌دان و ریاضی‌دان آلمانی قرن نوزدهم بود که یکی از بنیان‌گذاران اصلی مفهوم ترمودینامیک شناخته می‌شود. او با اصلاح مفاهیم ارائه‌شده‌ی نیکولا سعدی کارنو، چرخه‌ی کارنو را بهبود بخشید و تعریف جدیدی از نظریه‌ی گرما ارائه داد. قانون دوم ترمودینامیک نتیجه‌ی یکی از مقاله‌های کلازیوس با عنوان «نیروی محرکه‌ی گرما» بود. مقاله‌ی او در سال 1850 منتشر شد و اولین ایده‌ها از قانون دوم را ایجاد کرد. در سال 1865، کلازیوس مفهوم مهم‌تری در ترمودینامیک به‌نام «انتروپی» را تشریح کرد و چند سال بعد، «قضیه‌ی ویریال» از دل آن زاده شد.
امضای منتسب به رودلف کلازیوس تولد و تحصیل
پدر رودلف کلازیوس Rev C E G Clausius نام داشت که در دانشگاه سلطنتی پادشاهی پروس عضو هیئت‌امنا بود. او مدرسه‌ای خصوصی نیز تأسیس کرد و درکنار مدیریت آن، در مقام کشیش نیز در کلیسای محلی مشغول به فعالیت بود. رودلف در 2ژانویه‌ی1822 در شهر کاسلین پروس، بخشی از لهستان کنونی، به‌دنیا آمد. او در خانواده‌ای بزرگ تربیت شد و ششمین فرزند خانواده بود. کلازیوس در خانواده‌ای پرجمعیت و البته، علاقه‌مند به علم متولد شد
رودلف چند سالی را در مدرسه‌ی پدرش تحصیل کرد و برای تحصیلات مشابه با دبیرستان کنونی، به ژیمنازیوم اشتاتیمن رفت که امروزه، بخشی از لهستان محسوب می‌شود. تحصیلات رودلف در سال 1840 در همان ژیمنازیوم به‌پایان رسید. اعتمادبه‌نفس و صداقت از ویژگی‌های رودلف در دوران تحصیل بود که دوستان صمیمی‌اش به آن اشاره می‌کردند. کلازیوس در سال 1840 وارد دانشگاه برلین شد و البته، هنوز در انتخاب رشته و مسیر تحصیل مطمئن نبود. او مدتی به تاریخ علاقه‌مند شد؛ اما سپس، ریاضیات و فیزیک را به‌عنوان شاخه‌ی تمرکز تحصیلی خود انتخاب کرد. کلازیوس پس از تغییر رشته، زیرنظر استادانی همچون اهم و ددکیند تعلیم دید. رودلف در سال 1844 تحصیلات خود را در دانشگاه و همان رشته‌های ریاضی و فیزیک به‌پایان رساند و پس از آن، یک سال در ژیمنازیوم فردریک‌وردر به‌عنوان آموزگار مشغول به‌کار شد. رشته‌ی تدریس کلازیوس در آن مرکز، ریاضیات و فیزیک پیشرفته بود.
نمای کنونی شهر کاسلین، محل تولد کلازیوس رودولف کلازیوس در سال 1846 برای ارائه‌ی پایان‌نامه‌ به دانشگاه سلطنتی Boeck رفت. موضوع پایان‌نامه وی مسئله‌ی بازتاب نور در آسمان بود. رودلف در سال 1847 و در دانشگاه Halle از پایان‌نامه‌‌اش دفاع کرد. درنهایت، این دانشجوی آلمانی مدرک دکتری خود را در 15ژوئیه1848 دریافت کرد. موضوعی که رودلف برای پایان‌نامه‌‌اش انتخاب کرده بود، به‌نوعی با هدف توضیح آبی‌بودن آسمان و رنگ نارنجی طلوع و غروب و قطبیت در تابش مرتبط بود. این دانشمند بزرگ در پایان‌نامه‌ی دکتری خود، دلایل رنگ‌ها و قطبیت را به بازتاب نور مرتبط کرده بود. این درحالی‌که بود مفاهیم اساسی فیزیک در آن زمان و مطالعات دانشمندان بعدی، همچون تامسون، پراکندگی را دلیل ایجاد رنگ‌ها بیان می‌کرد. به‌همین‌دلیل، پایان‌نامه‌ی دکتری کلازیوس تاحدودی ارزش علمی خود را ازدست داد. به‌هرحال، رودلف در آن تحقیقات بیش از همه‌ی دانشمندان پیشین از ریاضیات در حل مسئله‌ی فیزیکی استفاده کرده بود. نکته‌ی این تحقیق در تاریخ علم، تأثیر فراوان مسائل فیزیکی بر بهبود و پیشرفت ریاضیات محسوب می‌شود.
دانشگاه Halle در سال 1836 تدریس و تحقیقات مشترک ریاضی و فیزیک
اولین مقاله‌ی کلازیوس درباره‌ی نظریه‌ی مکانیکی گرما در سال 1850 منتشر شد. این مقاله مهم‌ترین اثر این دانشمند آلمانی محسوب می‌شود که در ادامه، به‌تفصیل آن را توضیح خواهیم داد. ارزش اولین مقاله‌ی رسمی کلازیوس به‌سرعت در مجامع علمی دریافت شد و او به‌صورت رسمی در 25سپتامبر1850، برای تدریس در مقام استادی در دانشگاه سلطنتی نظامی و مهندسی برلین، دعوت شد. در آن زمان، وی برای تدریس در دانشگاه برلین نیز به‌عنوان استاد میهمان افتخاری دعوت شده بود. دوراهی سوئیس و آلمان همیشه ذهن کلازیوس را به‌خود مشغول می‌کرد
دانشگاه پلی‌تکنیک زوریخ در سوئیس مقصد بعدی تدریس و تحقیق کلازیوس بود. او که مدتی را در استخدام این دانشگاه فعالیت کرده بود، در 29اوت1855 عضو هیئت‌علمی ریاضیات و فیزیک دانشگاه شد. موقعیت دانشگاه زوریخ بهترین فرصت برای رودلف بود تا تحقیقات حرفه‌ای‌اش را در محضر استادان بزرگ ریاضی و فیزیک پیش ببرد و تکمیل کند. زندگی و تدریس در زوریخ کشمکشی درونی را نیز برای کلازیوس ایجاد می‌کرد. از یک طرف، او علاقه‌مند به تحقیق و تدریس درکنار بزرگان علم در زوریخ و از طرف دیگر، عاشق کشور آلمان بود. در سال 1858، پیشنهاد تدریس در دانشگاه پلی‌تکنیک کارلسروهه به رودلف داده شد؛ ولی او این پیشنهاد را رد کرد.
دانشگاه وورتسبورگ کلازیوس در سال 1859 با آدلاید ریمپام ازدواج کرد. در سال 1862، پیشنهادی از دانشگاه پلی‌تکنیک محل تولد همسر رودولف، یعنی براونشوایگ، به این دانشمند مشهور داده شد که او بازهم آن را رد کرد. 4 سال بعد نیز دانشگاه وین از او دعوت کرد و موفق نشد این دانشمند ریاضی‌فیزیک را جذب کرد. سرانجام در سال 1867، دانشگاه وورتسبورگ کلازیوس را به آلمان بازگرداند و او پیشنهاد این دانشگاه را برای اشتغال در مقام استاد تمامی پذیرفت. رودلف از ترک زوریخ ناراحت بود؛ اما نمی‌توانست تا ابد دربرابر وسوسه‌ی بازگشت به وطنش، آلمان مقاومت کند. پس از یک سال تدریس در وورتسبورگ، مونیخ به او پیشنهاد تدریس داد که با مخالفت دانشمند آلمانی رو‌به‌رو شد. در سال 1869، سرانجام دانشگاه بُن موفق شد کلازیوس را جذب کند. از سال‌های پایانی دهه‌ی 1860، مشکلات سیاسی آلمان روی زندگی دانشمندان، به‌ویژه کلازیوس، تأثیر گذاشت. بیسمارک در شمال آلمان، کنفدراسیونی ایالتی تشکیل داده بود و تلاش می‌کرد ایالت‌های جنوبی را به‌ عضوشدن دعوت کند. ازطرفی، فرانسه تصور می‌کرد ایالت‌های جدید آلمان را می‌تواند به‌راحتی شکست دهد. بیسمارک از این تهدید بهره برد و متوجه شد جنگ با فرانسه بهترین فرصت برای متحدکردن هرچه‌بیشتر آلمانی‌ها است.
نقشه‌ی جنگ امپراطوری پروس و فرانسه فرمانروای آن سال‌های آلمان درنهایت، سناریویی طراحی و فرانسوی‌ها را به شروع جنگ تحریک کرد. البته، هر دو کشور به شروع آن نبرد عطش فراوانی داشتند. پس از شروع جنگ، کلازیوس به‌عنوان میهن‌پرستی واقعی برای حضور در جنگ داوطلب شد. در آن زمان، وی حدودا 50 ساله بود. به‌هرحال، جنگ بین دو کشور شروع شد و آلمانی‌ها به‌سختی فرانسوی‌ها را شکست دادند و آن‌ها را مجبور به عقب‌نشینی کردند. برادر کلازیوس درباره‌ی حضور او در جنگ می‌نویسد: وطن‌پرستی دوآتشه‌ی او اجازه نمی‌داد در زمان جنگ سال‌های 1870 و 1871، در خانه بماند. او با همکاری دانشجویان دانشگاه بُن گروهی را برای مدیریت آمبولانس‌های جنگی شکل داد. او در دو نبرد اصلی، یعنی ویونویل و گریولوت، در جابه‌جایی مجروحان و کاهش تلفات نقش مهمی ایفا کرد. رودلف کلازیوس وطن‌پرستی افراطی بود
فعالیت کلازیوس در میدان‌های نبرد جایزه‌ی صلیب آهنین را در سال 1871 برایش به‌همراه داشت. البته، پای او در میدان جنگ مجروح شد و سالیان باقی‌مانده‌ی عمر را با درد و مشکلات فراوان گذراند. دیگر اتفاق ناگوار زندگی رودلف، مرگ همسرش در سال 1875 و در‌حال‌زایمان بود. پس از مرگ همسر، کلازیوس وظیفه‌ی نگه‌داری از فرزندانش را برعهده داشت. او 6 فرزند داشت که 4 نفر از آن‌ها، تا زمان مرگش زنده ماندند. مسئولیت‌های جدید و زخم جنگی، هرگونه تمرکز برای انجام فعالیت‌های علمی را ناممکن می‌کرد.
نمونه‌ای از صلیب آهنین آلمان پزشک رودلف به او پیشنهاد کرد برای تدریس و رفت‌وآمد به محل کار، اسب‌سواری بیاموزد. در سال 1878، او یادگیری را سوارکاری را آغاز کرد و کمی بعد، سوارکاری حرفه‌ای شد. کلازیوس در سال 1884، به‌عنوان مدیر دانشگاه بُن انتخاب شد و یک سال در آن سِمَت فعالیت کرد. در سال 1886، وی با سوفی استک ازدواج کرد که حاصل آن، یک فرزند پسر دیگر بود. او تا سال‌های پایانی عمرش نیز درباره‌ی مسائل متعدد فیزیک و ریاضی مطالعه و تحقیق می‌کرد. کلازیوس سرانجام در 24اوت1888 در شهر بُن آلمان دیده از جهان فروبست. تأثیر عمیق بر تاریخ فیزیک نظری
در تاریخ علم، کلازیوس به‌عنوان دانشمندی نظری در حوزه‌ی فیزیک شناخته می‌شود. درواقع، او بر شکل‌گیری فیزیک نظری به‌عنوان مفهومی پایه‌ای نیز تأثیر عمیقی گذاشت. همان‌طورکه در ابتدای این مطلب اشاره شد، مشهورترین مقاله‌ی این دانشمند آلمانی با نام Über die bewegende Kraft der Wärmeb در سال 1850 در مجله‌ی Annalen der Physik چاپ شد. آن مقاله، به‌نوعی پایه‌های اولیه‌ی ترمودینامیک را شرح می‌دهد. مقاله‌ی مرتبط:
فیزیک کلاسیک؛ تاریخ جهان فیزیک پیش از کوانتوم
این دانشمند آلمانی در مقاله‌ی مشهورش،‌ اولین مفاهیم «قانون دوم ترمودینامیک» را شرح داد. او با استفاده از آن مفاهیم نشان داد در چرخه‌ی کارنو که گرما را بین دو منبع گرمایی با دماهای مختلف جابه‌جا می‌کند و هم‌زمان گرما را نیز به کار تبدیل می‌کند، حداکثر کار دریافت‌شده از مقدار مشخصی گرما، فقط به دمای منابع گرمایی بستگی دارد.
سعدی کارنو، مؤلف چرخه‌ی کارنو در زمان کلازیوس، مفهوم نظریه‌ی گرما در بین فیزیک‌دانان بسیار شهرت داشت و به «نظریه‌ی کالریک» نیز مشهور بود. نظریه‌ی کالریک که امروزه به‌نوعی منسوخ شده، بر دو اصل اسوار بود: 1. گرمای موجود در زمین را به‌نوعی در آن حبس می‌دانست؛ 2. گرمای هر ماده را نتیجه‌ی حالت آن بیان می‌کرد. دانشمندان پیش از کلازیوس، همچون لاپلاس و کلاپیرون، از آن مفهوم به‌عنوان پایه‌های مطالعاتی‌شان استفاده می‌کردند. کلازیوس در مقاله‌ی مشهورش در سال 1850، به‌نوعی مفاهیم نظریه‌ی کالریک را نقض و دو قانون ترمودینامیک جدید را معرفی کرد. در نظریه‌ی او، توضیحی بر ماهیت گرمای آزاد و گرمای نهان نیز بیان شده بود. یافته‌های این دانشمند نظریه‌ی قبلی گرما، یعنی کالریک را نقض کرد
قانون اول ترمودینامیک هم‌ارزی کار و گرما را توضیح می‌دهد. طبق آن قانون، هرگاه کار با استفاده از گرما انجام شود، مقدار برابر یا هم‌ارزی از گرما مصرف می‌شود. کلازیوس شواهدی تجربی بر این قانون داشت که البته، براساس آزمایش‌های تجربی ژول بودند. اثبات همین قانون اول ترمودینامیک، هر دو پایه‌ی قانون قدیمی، یعنی کالریک را نقض کرد. کلازیوس در مقاله‌هایش، گرمای آزاد را به‌عنوان انرژی جنبشی ذرات ماده تفسیر کرد. کاری که برای افزایش این انرژی جنبشی انجام شود، درنهایت، دمای ماده را افزایش خواهد داد. طبق تعریف این دانشمند، گرمای نهان نیز گرمایی است که در کارِ انجام‌گرفته برای مقابله با نیروهای بین مولکولی مواد صرف می‌شود.
توضیح ساده‌ی چرخه‌ی کارنو اولین فرمول اساسی که کلازیوس آن را برای تشریح قوانین مذکور ارائه کرد، dQ = dU + dW بود. در آن فرمول، dQ افزایش گرمایی و dU تغییر انرژی جسم و dW تغییر در کار خارجیِ انجام‌شده تعریف می‌شود. تعریف U به‌عنوان انرژی ماده، کشفی بزرگ محسوب می‌شد؛ البته، کلازیوس در آن زمان نام خاصی برای مفهوم جدیدش انتخاب نکرده بود. چند سال پس از انتشار مقاله‌ی مشهور کلازیوس، تامسون نام انرژی داخلی را برای U برگزید که به‌معنای مجموع کاری است که می‌توان از ماده استخراج کرد. تامسون در مقاله‌ی خود به‌روشنی کشف آن مفهوم را به کلازیوس نسبت می‌دهد. جوسیا ویلارد گیبس دانشمند فیزیک‌دان دیگری بود که از کلازیوس به‌عنوان عاملی مهم در پیشرفت علم ترمودینامیک یاد کرد. گیبس در نوشته‌هایش، دانشمند آلمانی را اصل اساسی پیشرفت علم ترمودینامیک می‌داند. افزون‌براین، معتقد است پس از معرفی قانون دوم ترمودینامیک در مقاله‌ی سال 1850، سال‌های بعدی تحقیقات فیزیکی کلازیوس نیز پیرامون این مفاهیم می‌گذشت. کلازیوس علاوه‌بر توضیح مفاهیم اولیه‌ی ترمودینامیک، چرخه‌ی کارنو را نیز به‌نوعی بازطراحی و اصلاح کرد. تحقیقات او اصول بازدهی ماشین‌های گرمایی را متحول کرد. بعدها، نتیجه‌ی تحقیقات این دانشمند آلمانی با نام «معادله‌ی کلازیوس‌کلاپیرون» مشهور شد که رابطه‌ی بین فشار و دما را در حالت تعادل دو جسم تفسیر می‌کند.
سنگ یادبود کلازیوس در دانشگاه Koszalin در جریان اصلاح چرخه‌ی کارنو، کلازیوس مفهوم جدیدی به‌نام انتروپی را شناسایی کرد. او انتروپی را کمّیّتی معرفی کرد که در جریان تغییر حجم و دما در چرخه‌ی کارنو ثابت می‌ماند. البته، کلازیوس لغت انتروپی را در آن زمان مطرح نکرد. به‌هرحال در سال 1865 و پس از شناسایی دقیق کمّیّت جدید، کلازیوس دو قانون اصلی ترمودینامیک را به‌صورت زیر معرفی کرد: انرژی کل جهان، مقداری ثابت دارد. انتروپی جهان همیشه به‌سمت حداکثرشدن حرکت می‌کند. در سال 1857، یکی دیگر از دستاوردهای مهم کلازیوس در فیزیک به‌دست آمد. او اولین نظریه‌ی کامل «سینتیک مواد» را منتشر کرد. نظریه‌ی او برای اولین‌بار در تاریخ، از مفاهیم مکانیک آماری استفاده می‌کرد. مدل ایجادشده به‌دنبال آن نظریه، مدلی ایده‌آل برای ساختار گازها و اجرای قوانین مکانیک در آن‌ها بود. کلازیوس برپایه‌ی نظریه‌ی سینتیک خود، «معادله‌ی حالت» را نیز برای گازهای واقعی کشف کرد. پیش‌ازاین، به وطن‌پرستی افراطی کلازیوس اشاره کردیم. چنین باورهایی برخی اوقات به تحقیقات علمی‌اش خدشه وارد می‌کرد و به‌نوعی مشکلاتی هم برای وی به‌همراه داشت. او اختلاف‌نظرهای زیادی نیز با دانشمندان متعدد داشت که یکی از مشهورترین آن‌ها، تامسون بود. تامسون در یکی از مقاله‌های خود، به یافته‌های ژول اشاره کرده بود و کلازیوس از او انتقاد می‌کرد. درواقع، کلازیوس معتقد بود ابتدا دانشمندی آلمانی و نه ژول انگلیسی، به یافته‌های مهم ترمودینامیک دست یافته است. بحث و اختلاف‌نظرهای متعدد کلازیوس در سال‌های پایانی، اعتبار او را تاحدی خدشه‌دار کرد
پیتر تیت دیگر دانشمندی بود که کلازیوس با وی مشکل داشت. آن‌ها بر سر اینکه چه کسی ابتدا برابری و تعادل کار و گرما را کشف کرد، اختلاف‌نظر داشتند. بحث آن‌ها درباره‌ی کشف آن مفهوم علمی به‌وسیله‌ی خودشان نبود. درواقع، بحث اصلی بین تیت و تیندال بود که چه‌ کسی (ژول یا ژولیوس فون‌مایر) ابتدا آن را کشف کرده است. به‌هرحال، تیندال اتفاقی کلازیوس را وارد بحث کرد و در سال 1868، در مقاله‌ای ادعا کرد نه‌تنها فون‌مایر، بلکه ملت آلمان پیش‌گام آن کشف بوده‌اند. یکی دیگر از بحث‌های کلازیوس و تیت، در سال 1872 و پس از انتشار مقاله‌ی مکسوِل با نام نظریه‌ی گرما شروع شد. کلازیوس ادعا می‌کرد انگلیسی‌ها قصد دارند اعتبار کشف نظریه‌ی گرما را برای خود بیشتر کنند؛ درحالی‌که او به‌تنهایی آن نظریه را ارائه کرده است. افزون‌براین، مکسوِل در طول سال‌های تحقیق، همیشه به کشفیات کلازیوس احترام می‌گذاشت و با او وارد بحث نشد. نکته‌ی تأسف‌آور تأثیر ادعاها و بحث‌های کلازیوس بر اعتبار شخصی و دستاوردهای خودش بود. به‌‌هرحال، بحث‌ها و تعصب‌های بیش‌‌از‌‌اندازه‌ی کلازیوس صدماتی به اعتبار او زد و حتی برخی مورخان، اشاره‌نکردن این دانشمند به یافته‌های پیشینیان را دلیلی بر کم‌ارزش‌شدن دستاوردهایش می‌دانند. البته، هیچ‌گاه نمی‌توان ادعا کرد یافته‌های کلازیوس اهمیتی در تاریخ علم نداشتند. به‌علاوه، او فقط درباره‌ی ترمودینامیک تحقیق نمی‌کرد و از سال 1875، الکترودینامیک نیز موضوع تحقیقات کلازیوس بود. یکی از یافته‌های مهم‌ کلازیوس در حوزه‌ی الکترودینامیک، حفظ انرژی بود که به قانون نیروی اعمال‌شده از دور وابسته می‌شد. طبق آن قانون و برخلاف نظریه‌ی کلمب، انرژی به سرعت و شتاب وابسته بود. نظریه‌ی کلازیوس به یافته‌های آزمایش‌های تجربی نزدیک بود؛ اما انتقادهایی نیز در مجامع علمی به‌همراه داشت. به‌هرحال، آن نظریه با تمام مشکلاتش، نقشی اساسی در توسعه‌ی نظریه‌ی الکترودینامیک ایفا کرد. جوایز و افتخارات
1859: عضویت افتخاری انجمن مهندسان و کشتی‌سازهای اسکاتلند 1868: عضویت افتخاری انجمن سلطنتی لندن 1870: صلیب آهنین آلمان و مدال Huygens 1878: عضویت در آکادمی علوم سلطنتی سوئد 1879: دریافت مدال کاپلی 1880: عضو خارجی آکادمی علمی Accademia Nazionale dei Lincei در رم و عضویت در آکادمی علوم لئوپولدینا آلمان 1882: دکترای افتخاری از دانشگاه وورتسبورگ 1883: جایزه‌ی Poncelet 1886: عضو خارجی انجمن هنر و علم هلند نام‌گذاری دهانه‌ی آتشفشانی Clasius در کره‌ی ماه به افتخار کلازیوس