Bernard H. Lavenda - Bernard H. Lavenda

Bernard H. Lavenda
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Bernard H. Lavenda
Geboren ( 1945-09-18 )18. September 1945 (75 Jahre)
New York City , USA
Staatsangehörigkeit Italienisch
Auszeichnungen Telesio-Galilei Academy Award im Jahr 2009
Wissenschaftliche Karriere
Felder Physik

Bernard Howard Lavenda (geb. 18. September 1945) ist Professor für chemische Physik an der Universität von Camerino im Ruhestand und Experte für irreversible Thermodynamik . Er hat zu vielen Bereichen der Physik beigetragen, einschließlich der Brownschen Bewegung , und zur Festlegung der statistischen Grundlagen der Thermodynamik und nichteuklidischer geometrischer Relativitätstheorien. Er war wissenschaftlicher Koordinator des "European Thermodynamics Network" im Programm für Humankapital und Mobilität der Europäischen Kommission. Er war auch ein Befürworter der Gründung und des wissenschaftlichen Direktors eines nationalen (italienischen) Zentrums für Thermodynamik und war wissenschaftlicher Berater von Unternehmen wie der ENI Group, wo er zur Gründung von TEMA, einer Beratungsfirma für SNAM, beitrug Progetti, ENEA (Italienische Nationalagentur für neue Technologien, Energie und Umwelt) und das Solar Energy Research Institute in Golden, Colorado . Er hat über 130 wissenschaftliche Arbeiten in internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht, von denen einige die neuen Moden und Modi der theoretischen Physik kritisieren.

Professor Lavenda lebt derzeit in Trevignano Romano in der Nähe von Rom, ist verheiratet, hat zwei erwachsene Kinder und zwei Enkelkinder, denen sein Lehrbuch "Eine neue Perspektive auf Thermodynamik" gewidmet ist.

Biografie

Frühe Jahre

Bernard H. Lavenda wurde in New York City geboren. Nach Abschluss der Sekundarschule in North Adams, Massachusetts , besuchte er die Clark University, wo er 1966 mit einem B.Sc in Chemie cum laude abschloss. Nachdem er die Aufnahmeprüfung für das Doktorandenprogramm am Weizmann Institute of Science bestanden hatte , begann er unter der Leitung von Ephraim Katzir , der später Präsident Israels werden sollte , mit experimentellen Arbeiten an Enzymen . Als er erkannte, dass er nicht für experimentelle Arbeiten geeignet war, geriet er unter den Einfluss von Ephraims Bruder Aaron, nachdem er zusammen mit Peter Curran sein Buch Nonequilibrium Thermodynamics in Biophysics gelesen hatte .

Nach dem Sechs-Tage-Krieg half ihm Aaron Katchalsky, ein Doktorandenstipendium in der Gruppe von Ilya Prigogine in Brüssel zu erhalten.

Doktorarbeit

Seine Doktorarbeit "Kinetische Analyse und thermodynamische Interpretation instabiler Übergänge ohne Gleichgewicht in offenen Systemen" zeigte, dass homogene nichtlineare chemische Reaktionen, die weit vom Gleichgewicht entfernt sind, auf dem thermodynamischen Zweig, der eine Erweiterung des Gesetzes der Massenwirkung im Gleichgewicht darstellt, instabil werden Übergänge zu kinetischen Zweigen mit geringerer Entropieproduktion als der thermodynamische Zweig.

Dieses Ergebnis wurde ursprünglich von Prigogine bestritten, der auf hydrodynamischen Instabilitäten wie der Rayleigh-Benard-Instabilität beruhte, die eine größere Entropieproduktion über den kritischen Punkt hinaus zeigen, um räumliche Strukturen aufrechtzuerhalten. Prigogine betrachtete diese räumlichen Strukturen später als durch instabile chemisch diffundierende Systeme erzeugt, die auf Alan Turings morphologischen Modellen basierten und sie als "dissipative Strukturen" bezeichneten und für die Prigogine 1977 den Nobelpreis für Chemie erhielt.

Prigogine räumte später ein, dass solche Übergänge zu niedrigeren Entropie-Reduktionszuständen möglich waren, da keine räumlichen Strukturänderungen beteiligt waren, und nahm Lavendas Arbeit später in ein Kapitel seines neuen Buches Thermodynamische Theorie der Struktur, Stabilität und Fluktuationen auf, das gemeinsam mit Paul Glansdorff verfasst wurde . Nach seiner Promotion an der Universite Libre de Bruxelles mit Auszeichnung kehrte er 1970 nach Israel zurück, um als Postdoktorand in der Abteilung für Physikalische Chemie der Hebräischen Universität zu arbeiten. Während dieser Zeit veröffentlichte er eine kurze Notiz in der italienischen Physikzeitschrift Lettere Al Nuovo Cimento [3 (1972) 385-390], in der er die universellen Evolutionskriterien von Glansdorff-Prigogine kritisierte, die einem Potential, das nur eine Funktion von Intensität ist, eine Ungleichung zuschreibt Variablen, die Kräfte. Er wies darauf hin, dass kein solches thermodynamisches Potential existieren könne, da es keine Informationen darüber geben würde, wie groß das System ist oder wie viele Partikel es enthält. Die Ungleichung wäre ein Kriterium für die Stabilität, aber aufgrund der Annahme eines lokalen (stabilen) Gleichgewichts der Komponenten, in die das System zerlegt wird, kann die Summe der stabilen Komponenten kaum instabil werden. Die Notiz wäre wahrscheinlich unbemerkt geblieben, wenn Peter Landsberg sie nicht in seiner Nature- Rezension des Glansdorff-Prigogine-Buches [PT Landsberg, "Der vierte Hauptsatz der Thermodynamik"] zitiert hätte , in der er "den gelegentlichen Mangel an Klarheit in der." Buch, das in den nächsten Jahren zu Diskussionen führen könnte ".

Werdegang

Beratungsunternehmen

Nach dem Mord an Aharon Katzir beim Massaker am Flughafen Lod im Mai 1972 übernahm Lavenda eine Beraterposition bei Nuovo Pignone in Florenz, Italien, zusammen mit einer Lehrstelle an der Universität von Pisa. Durch den Vizepräsidenten von Nuovo Pignone kam er mit Vicenzo Gervasio in Kontakt, der später Präsident von ENI Data werden sollte, und es entstand die Idee, ein Unternehmen zu gründen, das sich der Analyse und dynamischen Modellierung von Verschmutzungsprozessen in Raffinerien und Reaktoren widmet. Er stellte Beziehungen zwischen ENI und Northwest Research, Boeing und SERI (Solar Energy Research Institute) her. Er half bei der Gründung eines neuen Unternehmens innerhalb der ENI-Gruppe TEMA, das von SNAM Progetti unterstützt wurde. Während Lavenda eine unbezahlte Vorlesung in Thermodynamik an der Universität von Neapel erhielt, veröffentlichte er 1978 seine kritische Auseinandersetzung mit den damals aktuellen Theorien der irreversiblen Thermodynamik, der Thermodynamik irreversibler Prozesse. Sie wurde ursprünglich von der Macmillan Press veröffentlicht und später zu einem Dover-Klassiker von Wissenschaft und Mathematik.

Camerino Jahre

1980 gewann er einen Lehrstuhl für Physikalische Chemie. Er wechselte nach Camerino und sollte dort mehr als drei Jahrzehnte verbringen. Sein erstes Buch in dieser Zeit, "Nonequilibrium Statistical Thermodynamics", veröffentlicht von Wiley im Jahr 1985, entwickelte die nichtlineare Verallgemeinerung der Onsager-Machlup-Formulierung von Nichtgleichgewichtsschwankungen, die auf lineare (Gaußsche) Prozesse beschränkt war. So wie das Gleichgewicht durch den Zustand maximaler Entropie gekennzeichnet ist, der der maximalen Wahrscheinlichkeit entspricht, sind Nichtgleichgewichtszustände durch das Prinzip der geringsten Energiedissipation gekennzeichnet, das der maximalen Wahrscheinlichkeit eines Übergangs zwischen zeitlich nicht gut getrennten Nichtgleichgewichtszuständen entspricht. Dieses Prinzip kann auf nicht-Gaußsche Schwankungen in der Grenze des kleinen thermischen Rauschens verallgemeinert werden und stellt ein kinetisches Analogon zum Boltzmann-Prinzip dar.

Während eines Sabbatjahres 1986 in Porto Alegre hatte Lavenda genügend Zeit, um in der gut ausgestatteten Bibliothek der Universidade Federale di Rio Grande del Sud zu stöbern. Er war beeindruckt von der Parallelität zwischen statistischer Inferenz und statistischer Thermodynamik: zwei unterschiedliche und getrennte Zweige, die im Wesentlichen an denselben Problemen arbeiten, aber keinen offensichtlichen Zusammenhang aufweisen. Seine Arbeit, zusammengefasst in Statistical Physics: A Probabilistic Approach, veröffentlicht von Wiley-Interscience im Jahr 1991, vervollständigt Boltzmanns Prinzip, das die Entropie als Logarithmus eines kombinatorischen Faktors ausdrückt, indem er zeigt, dass die Entropie das Potential ist, das das Gaußsche Gesetz von bestimmt Fehler, für den der Durchschnittswert der wahrscheinlichste Wert ist. Ebenso wie es Interpretationen der statistischen Inferenz in Bezug auf Häufigkeit und Grad des Glaubens ( Bayes-Theorem ) gibt, sollte dies auch für die statistische Thermodynamik gelten. Die Frequenzinterpretation gilt für umfangreiche Variablen wie Energie und Volumen, die abgetastet werden können, während die Interpretation des Grads des Glaubens für die intensiven Variablen wie Temperatur und Druck gilt, für die die Abtastung keine Bedeutung hat. Die Verbindung zwischen den beiden Zweigen übersetzt die Cramer-Rao-Ungleichung in thermodynamische Unsicherheitsrelationen, analog zu quantenmechanischen Unsicherheitsrelationen. Je mehr Wissen wir über eine thermodynamische Variable haben, desto weniger wissen wir über ihr Konjugat. Da das Fehlen einer Wahrscheinlichkeitsverteilung das Fehlen einer Statistik bedeutet, besteht keine Möglichkeit einer Zwischenstatistik oder einer sogenannten Parastatistik zwischen der Bose-Einstein-Statistik und der Fermi-Dirac-Statistik .

Die statistische Thermodynamik befasst sich normalerweise mit dem wahrscheinlichsten Verhalten, das fast sicher wird, wenn ausreichend große Proben entnommen werden. Aber manchmal gibt es Überraschungen, bei denen extremes Verhalten vorherrscht. Lavenda wandte sich solchen seltenen Ereignissen zu und veröffentlichte 1995 Thermodynamics of Extremes, deren wirkliches Interesse in der Formulierung einer Thermodynamik von Erdbeben liegt, die später in Annali di Geofisica (Extremwertstatistik und Thermodynamik von Erdbeben: "Große Erdbeben") veröffentlicht wurde. Nachbebensequenzen "), die zunehmend an Aufmerksamkeit gewinnen. Durch die richtige Definition von Entropie und Energie kann eine Temperatur einer Nachbebensequenz zugeordnet werden, was ihr ein zusätzliches Mittel zur Charakterisierung gibt. Es wird eine neue Größen-Frequenz-Beziehung vorhergesagt, die im Gegensatz zum [Gutenberg-Richter-Gesetz], das sie als unabhängige und identisch verteilte zufällige Ereignisse behandelt, für gruppierte Nachschocks gilt.

Versuche, ein Zentrum für Thermodynamik zu bilden

In den neunziger Jahren betrachtete Lavenda die Thermodynamik als ein kulturelles Erbe, das einen Platz in der italienischen Gesellschaft haben könnte und sowohl für die industrielle Forschung als auch für die Erhaltung ihres künstlerischen Erbes von Bedeutung sein würde. Er war ein Befürworter der Einrichtung eines Nationalen Zentrums für Thermodynamik, für das keine finanziellen Mittel zur Verfügung standen. Er erregte das Interesse der ENEA oder der italienischen Agentur für alternative Energieressourcen und beantragte eine Finanzierung im Rahmen des Programms der Europäischen Kommission für Humankapital und Mobilität. Sein Projekt "Thermodynamik komplexer Systeme" belegte 1992 mit maximaler Finanzierung den sechsten Platz in der Sektion Chemie. Dies führte zur Bildung eines europäischen Netzwerks für Thermodynamik, das aus 16 Partnern in der EU und der Schweiz bestand. Es wurde später im PECO-Programm der Europäischen Kommission auf die osteuropäischen Länder ausgedehnt. Dies führte schließlich zur Einrichtung eines Nationalen Zentrums für Thermodynamik, das von der ENEA ins Leben gerufen wurde, aber nur einige Monate dauerte, da europäische Mittel von anderen Projekten übernommen wurden

Spätere Jahre

Lavenda kritisierte häufig neue Moden und Modi in der Thermodynamik und schrieb eine neue Perspektive auf Thermodynamik , die 2009 veröffentlicht wurde, indem er zu Carnots ursprünglicher Auffassung zurückkehrte, dass Arbeiten nur durchgeführt werden können, wenn es einen Temperaturunterschied gibt, und die Notwendigkeit, den Zyklus vorher zu schließen diese Arbeit kann bewertet werden. In jüngerer Zeit hat Lavenda seine Interessen auf die Relativitätstheorie gerichtet, indem er ihr eine neue Grundlage gegeben hat, die auf nichteuklidischen Geometrien basiert . Anstatt Entfernungen anhand der üblichen euklidischen Metrik zu messen, werden Entfernungen anhand eines sogenannten Kreuzverhältnisses definiert, einer perspektivischen Invariante von vier Punkten, die für den Geschwindigkeitsraum zufällig die Zusammensetzung der Längsrichtung ist Doppler verschiebt sich . Doppler-Verschiebungen sind für die Relativitätstheorie von grundlegender Bedeutung: Schräge Doppler-Verschiebungen beschreiben Aberration, während solche zweiter Ordnung die Längenkontraktion beschreiben, aber nicht in Bewegungsrichtung, sondern senkrecht dazu sind. Die gleichmäßig rotierende Scheibe, die von einigen als das fehlende Glied in Einsteins Formulierung der allgemeinen Relativitätstheorie angesehen wird, wird genau durch die hyperbolische Metrik in Polarkoordinaten beschrieben, die nach dem italienischen Geometer Eugenio Beltrami aus dem 19. Jahrhundert benannt ist, der den Umfang der Scheibe vorhersagt in Bewegung größer sein als in Ruhe. Somit gehört eine gleichmäßig rotierende Scheibe zum hyperbolischen und nicht zum euklidischen Raum, ebenso wie die Relativitätstheorie.

Monographien und Lehrbücher

  • Eine neue Relativitätsperspektive: Eine Odyssee in nichtuklidischen Räumen : World Scientific (2011)
  • Eine neue Perspektive auf die Thermodynamik : Springer , New York (2009) ISBN  978-1-4419-1429-3
  • Thermodynamik der Extreme : Horwood (1995)
  • Statistische Physik: Ein probabilistischer Ansatz (1991), Dover Reprint 2016 ISBN  978-0486810317 (pbk)
  • Statistische Thermodynamik ohne Gleichgewicht - Wiley (1985) ISBN  0-471-90670-0 , Dover Reprint 2019 ISBN  978-0486833125 (pbk)
  • Thermodynamik irreversibler Prozesse - Macmillan Press, London, 1978 ISBN  0-333-21616-4 , Dover-Nachdruck in Dover Classics of Science and Mathematics 1993 ISBN  0-486-67576-9 (pbk)
  • Russische Übersetzung Mir, Moskau, 1999 ISBN  5-03-003211-8
  • Introduzione alla Fisica Atomica und Statistica - (E. Santamato Co-Autor) Liguori Editore, Neapel , 1989
  • Thermodynamik irreversibler Prozesse - Italienische Übersetzung, Liguori Editore, Neapel, 1980 ISBN  978-88-207-0952-5
  • Einführung in die Atomphysik und Statistik - In italienischer Sprache
  • Wo die Physik schief gelaufen ist : World Scientific , Singapur (2015) ISBN  978-9814632928
  • Schwerkraft sehen : (2019) ISBN  978-1092314022

Akademische Positionen

  • 1980-2014 - ordentlicher Professor für chemische Physik, Universität Camerino , Camerino , Italien
  • 1997 - Wissenschaftlicher Direktor des Nationalen Zentrums für Thermodynamik, ENEA Rom
  • 1992–1996 - Wissenschaftlicher Koordinator des Europäischen Netzwerks für Thermodynamik
  • 1993–1996 - Wissenschaftlicher Koordinator des Osteuropäischen Thermodynamiknetzwerks der Europäischen Kommission (PECO)
  • 1986 - Gastprofessor am Institut für Physik der Universidade Federal in Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre (RS), Brasilien
  • 1978–1984 - Wissenschaftlicher Berater bei TEMA (ENI Group) Bologna
  • 1975–1980 - Professore Incaricato von der Thermodynamik Universität Neapel , Fakultät für Naturwissenschaften
  • 1975–1976 - Professore Incaricato für Elektronik, Universität Neapel , Fakultät für Ingenieurwissenschaften
  • 1974–1975 - Incarico di Ricerca am Internationalen Institut für Genetik und Biophysik, Neapel
  • 1972–1973 - Professore Incaricato für chemische Statistik, Universität Pisa , Fakultät für Naturwissenschaften

Akademische Geschichte

Auszeichnungen und Preise

  • Der Telesio-Galilei Academy Award 2009 wurde für seine Arbeiten zur irreversiblen Thermodynamik und zu Beiträgen zu vielen Bereichen der Physik, einschließlich der Brownschen Bewegung, sowie zur Festlegung der statistischen Grundlagen der Thermodynamik und für seine Beiträge zur Astrophysik / Kosmologie verliehen. http://www.telesio-galilei.com/tg/index.php/academy-award-2009

Verweise