Γκούσταβ Κίρχοφ: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

{{πληροφορίες επιστήμονα}}Ο '''Γκούσταβ Ρόμπερτ Κίρχοφ''' (''Gustav Robert Kirchhoff'', [[12 Μαρτίου]] [[1824]] – [[17 Οκτωβρίου]] [[1887]]) ήταν [[Γερμανοί|Γερμανός]] [[φυσική|φυσικός]], ο οποίος έχει συνεισφέρει σε διάφορα πεδία της φυσικής και της χημείας[[χημεία]]ς, όπως η [[μηχανικήΜηχανική (φυσική)|μηχανική]], ο [[ηλεκτρισμός]], η [[φασματογραφία]], η [[θερμική ακτινοβολία]] και η [[αστροφυσική]]. Γύρω στο [[1845]] μελέτησε τους νόμους που διέπουν τα [[Ηλεκτρικό κύκλωμα|ηλεκτρικά κυκλώματα]], και στη συνέχεια έδειξε ότι η ταχύτητα αποστολής ενός ηλεκτρικού σήματος είναι ίση με την [[ταχύτητα του φωτός]]. Το [[1854]] μαζί με τον [[Ρόμπερτ Μπούνσεν]] (''Robert Bunsen'') επινόησαν τηντη [[φασματική ανάλυση]], μέσω της οποίας ανακάλυψαν δύο νέα [[χημικό στοιχείο|χημικά στοιχεία]], το [[καίσιο]] και το [[ρουβίδιο]]. Χρησιμοποίησε τηντη φασματική ανάλυση για να μελετήσει τη σύνθεση του [[Ήλιος|Ήλιου]] και ήταν ο πρώτος που ερμήνευσε τις μαύρες γραμμές που εμφανίζονται στο [[φάσμα]] του ([[1859]]). Το [[1860]] εισήγαγε τον όρο «[[μέλαν σώμα]]» για να περιγράψει ένα εξιδανικευμένο σώμα που εκπέμπει και απορροφά ακτινοβολία.

Ο Κίρχοφ γεννήθηκε στις [[12 Μαρτίου]] του [[1824]] στην [[Καινιξβέργη]] της [[Πρωσία|Πρωσίας]] (που σήμερα ονομάζεται [[Καλίνινγκραντ]] και ανήκει στη [[Ρωσία]]). Πατέρας του ήταν ο Φρίντριχ Κίρχοφ (''Friedrich Kirchhoff''), νομικός σύμβουλος, και μητέρα του η Johanna Henriette Wittke. Οι γονείς του είχαν έντονα πατριωτικά αισθήματα και θεωρούσαν ότι μπορεί κάποιος να προσφέρει τις υπηρεσίες του στο [[Πρωσία|Πρωσσικό κράτος]] από τη θέση του πανεπιστημιακού καθηγητή, έτσι φρόντισαν ώστε ο Γκούσταβ να ακολουθήσει ακαδημαϊκή καριέρα. Το [[1842]] μπήκε στο πανεπιστήμιο του Κένιγκσμπεργκ (''Albertus Universität von Königsberg''), από το οποίο αποφοίτησε το [[1847]].

Κατά την περίοδο [[1843]] – [[1846|46]] παρακολούθησε το σεμινάριο μαθηματικών και φυσικής των [[Φραντς Νόιμαν]] (''Franz Neumann'') και [[Καρλ Γιακόμπι]] (''Carl Jacobi''), το οποίο είχαν καθιερώσει από το [[1833]]. Το σεμινάριο αυτό καταπιανόταν επίσης και με τη διδασκαλία ερευνητικών μεθόδων. Ο Γιακόμπι είχε φύγει από το Κένινγκσμπεργκ τον Ιούλιο του [[1842]] και παρέμεινε μακρυά λόγω του κλίματος της περιοχής και της κλονισμένης του υγείας. Ο Νόιμαν όμως βρισκόταν στο Κένιξμπεργκ και είχε ιδιαίτερη επιρροή στον Κίρχοφ. Ο Νόιμαν είχε ασχοληθεί με τη [[μαθηματική φυσική]] και την εποχή που μπήκε ο Κίρχοφ στο πανεπιστήμιο, είχε αρχίσει να ασχολείται με το θέμα της [[ηλεκτρική επαγωγή|ηλεκτρικής επαγωγής]]. Μάλιστα δημοσίευσε την πρώτη από τις δύο σημαντικότερες εργασίες του στο θέμα αυτό το [[1845]]. Τον ίδιο χρόνο ο Κίρχοφ παρουσίασε τηντη δική του εργασία πάνω στο [[ηλεκτρικό ρεύμα]], διατυπώνοντας τους νόμους που έμειναν γνωστοί ως [[νόμοι του Κίρχοφ]]. Μέσω των νόμων αυτών μπορούν να υπολογιστούν οι [[ένταση ηλεκτρικού ρεύματος|εντάσεις των ρευμάτων]], τα [[ηλεκτρικό δυναμικό|δυναμικά]] και οι [[ηλεκτρική αντίσταση|αντιστάσεις]] που εμφανίζονται σε [[Ηλεκτρικό κύκλωμα|ηλεκτρικά κυκλώματα]] με πολλαπλούς κόμβους:

Το [[1847]] αποφοίτησε από το Κένινγκσμπεργκ και παντρεύτηκενυμφεύθηκε την Clara Richelot, την κόρη του καθηγητή του των μαθηματικών Friedrich Richelot, και μετακόμισαν στο Βερολίνο. Από το [[1848]] ως το [[1850]] δίδαξε στο πανεπιστήμιο του [[Βερολίνο|Βερολίνου]]υ στη θέση του άμισθου λέκτορα, ενώ το 1850 έφυγε για το [[Μπρεσλάου]] όπου τον διόρισαν ως επισκέπτη καθηγητή (''extraordinary professor''). Τον ίδιο χρόνο έλυσε ένα πρόβλημα που αφορούσε την παραμόρφωση ελασμάτων. Τον επόμενο χρόνο γνώρισε τον Μπούνσεν, που βρισκόταν στο Μπρεσλάου κατά τηντη διάρκεια του [[ακαδημαϊκό έτος|ακαδημαϊκού έτους]] [[1851]]-[[1852|52]], και έγιναν στενοί φίλοι και συνεργάτες.

Το [[1854]] ο Μπούνσεν εργαζόταν στο πανεπιστήμιο της [[Χαϊδελβέργη|Χαϊδελβέργης]] (Heidelberg) και κάλεσε τον Κίρχοφ να μετακομίσει εκεί, αφού μεσολάβησε έτσι ώστε να του προσφερθεί μια θέση καθηγητή της φυσικής την οποία αποδέχτηκεαποδέχθηκε.

Στη Χαϊδελβέργη ένωσαν τις δυνάμεις τους και εργάστηκαν μαζί θεμελιώνοντας τη [[φασματική ανάλυση]]. Ήδη ο Μπούνσεν δούλευε στον τομέα αυτό. Η μέθοδος που ακολουθούσε ήταν να θερμαίνει τις διάφορες ουσίες ως τη [[θερμοκρασία]] στην οποία ακτινοβολούσαν ορατό φως, και στη συνέχεια διαχώριζε τα [[χρώματα]] χρησιμοποιώντας χρωματιστά γυαλιά ή έγχρωμα διαλύματα. Ο Κίρχοφ εισηγήθηκε τηντη χρήση [[πρίσμα|πρίσματος]] για την [[ανάλυση του φωτός]], πράγμα που έκανε τις παρατηρήσεις πολύ πιο ακριβείς. Αυτό τους οδήγησε στην επινόηση του [[φασματοσκόπιο|φασματοσκοπίου]], μιας συσκευής που με τη βοήθεια ενός γυάλινου πρίσματος διαχωρίζει το φως που εκπέμπεται από μια θερμή ουσία στις χρωματικές του συνιστώσες, οι οποίες αποτελούν αυτό που ονομάζουμε «[[οπτικό φάσμα]]» μιας ουσίας. Ανακάλυψαν έτσι ότι το κάθε υλικό έχει το δικό του μοτίβο [[φασματικές γραμμές|φασματικών γραμμών]], παρατήρηση που αποτέλεσε την αρχή της φασματικής ανάλυσης. Η τελευταία αποδείχτηκε πολύτιμο εργαλείο στη [[χημεία]], ιδιαίτερα στον εντοπισμό καινούριων χημικών στοιχείων και στον προσδιορισμό της χημικής σύστασης των [[χημική ένωση|χημικών ενώσεων]]. Ήδη, την άνοιξη του [[1860]] οι Κίρχοφ και Μπούνσεν παρατήρησαν μέσα στο φάσμα που παρήγαγαν σταγόνες μεταλλικού νερού που έριχναν στη φλόγα του φασματοσκοπίου, δύο γραμμές έντονου μπλε χρώματος, που η μια βρισκόταν πολύ κοντά στην άλλη και που δεν αντιστοιχούσαν σε κανένα γνωστό στοιχείο. Έτσι, απέδωσαν τις γραμμές σε ένα καινούριο [[μέταλλα|μέταλλο]] το οποίο ονομάστηκε [[καίσιο]], από τη λατινική λέξη «caesius» που αναφέρεται στο [[μπλε]] χρώμα. Στη συνέχεια, συγκέντρωσαν [[άλας|άλατα]] καισίου εξατμίζοντας τεράστιους όγκους νερού και διαχωρίζοντάς τα από τα υπόλοιπα. Δεν πέτυχαν όμως να παρασκευάσουν καθαρό μεταλλικό καίσιο. Ένα χρόνο αργότερα, μελετώντας με το φασματοσκόπιο το ορυκτό [[λεπιδόλιθος]], ανακάλυψαν δύο καινούριες γραμμές σκούρου κόκκινου χρώματος, αναγνωρίζοντας έτσι ακόμα ένα στοιχείο. Το ονόμασαν [[ρουβίδιο]], από τηντη λατινική λέξη «rubidus», που σημαίνει βαθύ κόκκινο.

[[Αρχείο:Spectroscope.jpg|thumb|350px|right|Το φασματοσκόπιο των Κίρχοφ και Μπούνσεν. Από το περιοδικό Annalen der Physik (1860). Η φλόγα από ένα «[[λύχνο μπούνσεν]]» (D) θερμαίνει το υλικό που τοποθετείται μέσα σ' αυτήν με τηντη βοήθεια ενός στηρίγματος (E). Το φως από τη φλόγα συγκεντρώνεται στο πρίσμα (F) με τηντη βοήθεια ενός τηλεσκοπίου (B), και αναλύεται στις χρωματικές του συνιστώσες. Αυτό συμβαίνει διότι η ταχύτητα του φωτός μέσα σε ένα υλικό είναι διαφορετική για κάθε μήκος κύματος, με αποτέλεσμα η γωνία της διάθλασης που συμβαίνει στις επιφάνειες του πρίσματος να είναι διαφορετική, έτσι κάθε συνιστώσα διαφορετικού μήκους κύματος ακολουθεί διαφορετική πορεία. Τα διαφορετικά μήκη κύματος αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρώματα. Η παρατήρηση γίνεται μέσω ενός δεύτερου τηλεσκοπίου (C). Το πρίσμα μπορεί να περιστρέφεται γύρω από ένα άξονα με τηντη βοήθεια ενός [[μοχλός|μοχλού]] (Η). Αυτό γίνεται έτσι ώστε να αλλάζει η [[γωνία πρόσπτωσης]] του φωτός στο πρίσμα και, ως αποτέλεσμα, η [[γωνία διάθλασης]]. Με αυτό τον τρόπο μπορεί να γίνει επιλογή της χρωματικής συνιστώσας που πρόκειται να παρατηρηθεί στην κάθε περίπτωση. Η μεταβολή στη γωνία του πρίσματος μετριέται από ένα δείχτη προσαρμοσμένο στον άξονα περιστροφής (G)]]

Ακολούθησαν ανακαλύψεις στοιχείων από άλλους ερευνητές, με τηντη χρήση της ίδιας μεθόδου. Τα πρώτα από αυτά ήταν το [[θάλιοθάλλιο]] (Tl, William Crookes, 1861. Από την ελληνική λέξη «θάλλος» που αναφέρεται στο πράσινο, καθώς εμφανίζει στο φάσμα του λαμπρές πράσινες γραμμές), το [[ίνδιο]] (In, Ferdinand Reich και Hieronymous Theodor Richter, 1863. Από τηντη λέξη indigo, που σημαίνει μπλε του λουλακιού, την περιοχή του φάσματος στην οποία ανήκουν οι γραμμές που εκπέμπει) και το [[γάλλιο]] (Ga ,Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, 1875. Παρουσιάζει δύο ιώδεις φασματικές γραμμές).

H πείρα που απέκτησε ο Κίρχοφ στην πορεία του με τηντη [[θερμική ακτινοβολία]] των διαφόρων σωμάτων, αξιοποιήθηκε στην αναζήτηση των γενικότερων νόμων που διέπουν την εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας. Έτσι, στα τέλη του [[1859]], σε εργασία που κατάθεσε στην [[Πρωσική ακαδημία]], διαπίστωνε μεταξύ άλλων ότι ο λόγος της ισχύος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (e) προς την ισχύ της απορροφώμενης (α), e/α, είναι ο ίδιος για όλα τα σώματα για κάθε συγκεκριμένο [[μήκος κύματος]] και εφόσον αυτά βρίσκονται στην ίδια [[θερμοκρασία]].

Παράλληλα ο Κίρχοφ εφάρμοσε τηντη μέθοδο της φασματικής ανάλυσης για να μελετήσει το [[φάσμα του Ήλιου]]. Ήδη το 1814, ο [[Γιόζεφ Φραουνχόφερ]] (Josef von Fraunhofer) είχε παρατηρήσει ότι το φάσμα του Ήλιου είναι συνεχές, με εξαίρεση κάποια συγκεκριμένα μήκη κύματος που απουσιάζουν από το φάσμα και εμφανίζονται ως μαύρες γραμμές, οι οποίες ονομάστηκαν γραμμές Fraunhofer (στην πραγματικότητα, ο πρώτος που παρατήρησε την παρουσία σκοτεινών γραμμών στο φάσμα του [[Ήλιος|Ήλιου]] ήταν ο [[Αγγλία|Άγγλος]] [[Ουίλιαμ Χάιντ Βόλαστον]] (William Hyde Wollaston) το 1802). Ο Κίρχοφ ερμήνευσε την παρουσία των γραμμών Fraunhofer χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες παρατηρήσεις, που έμειναν γνωστές ως οι τρεις «νόμοι του Κίρχοφ για τη φασματογραφία»:

Το [[1869]] γυναίκα του Κλάρα, με την οποία απέκτησε δύο γιους, πεθαίνει. Το βάρος της φροντίδας των παιδιών πέφτει πάνω του ενώ ο ίδιος, μετά από ένα ατύχημα αναγκάζεται να χρησιμοποιεί [[αναπηρική καρέκλα]] ή [[δεκανίκια]] για να κινείται, κάτι που κάνει την κατάσταση ιδιαίτερα δύσκολη. Το [[1872]] παντρεύεταινυμφεύεται τηντη Luise Brömmel από το Goslar.

Αν και ο Κίρχοφ είχε δεχτεί προτάσεις από διάφορα πανεπιστήμια, ήταν αρκετά ευχαριστημένος στη Χαϊδελβέργη και δεν θέλησε ως τότε να φύγει από εκεί. Ειδικά το [[1871]] προσκλήθηκε μαζί με τον Μπούνσεν, από τον [[Χέρμαν φον Χέλμχολτς]], στη θέση του καθηγητή θεωρητικής φυσικής στο πανεπιστήμιο του Βερολίνου, την οποία δεν αποδέχτηκαν. Όμως, όσο η κατάσταση της υγείας του επιδεινωνόταν, οι δυσκολίες να συνεχίσει το πειραματικό του έργο γίνονταν μεγαλύτερες. Έτσι το [[1875]], όταν του προσφέρθηκε ξανά η ίδια θέση, την αποδέχτηκε. Εκεί δημοσίευσε ένα τετράτομο έργο σημαντικής αξίας για τη [[μαθηματική φυσική]], με τίτλο «Vorlesungen über mathematische Physik» - «Διαλέξεις πάνω στηνστη μαθηματική φυσική», (1876-1894). Μεταξύ των φοιτητών του στο Βερολίνο ήταν και οι [[Χάινριχ Χερτζ]] και [[Μαξ Πλανκ]].