Festival znanosti in modrost Jožefa Stefana

Letos se spominjamo 180. obletnice rojstva znamenitega rojaka, znanstvenika Jožefa Stefana. Spomin na njegovo življenje in delo je bil tako tudi v ospredju 21. Slovenskega festivala znanosti, ki je med 20. in 22. oktobrom potekal na našem največjem raziskovalnem inštitutu, ki nosi Stefanovo ime. Pod geslom Na krilih modrosti ga je tudi tokrat organizirala Slovenska znanstvena fundacija in njen vodja in spiritus agens dr. Edvard Kobal, poleg domačih pa so se ga udeležili še znanstveniki iz Avstrije, Velike Britanije, Kanade in ZDA.

Pester program festivalskih aktivnosti je bil namenjen predvsem mladim, njihovim učiteljem in staršem pa tudi vsem, ki jih veseli spoznavanje in osvajanje znanosti. Podporniki – vrsta gospodarskih družb, zavodov in darežljivih posameznikov – so omogočili prost vstop vsem zainteresiranim na sleherni festivalski dogodek, Institut Jožef Stefan (IJS) pa je brezplačno ponudil svoje prostore in tehnično pomoč.

Toda dogodek tokrat izkoriščamo za nekoliko podrobnejšo predstavitev slavnega rojaka. Jožef Stefan namreč ni bil samo veliki slovensko-avstrijski znanstvenik, ampak velja za enega najpomembnejših svetovnih fizikov 19. stoletja in utemeljitelja avstrijske fizikalne šole.

Rodil se je 24. marca 1835 v Šentpetru pri Žrelcu (danes je to predel Celovca) v Avstrijskem cesarstvu, umrl pa 7. januarja 1893 na Dunaju v tedanji Avstro-Ogrski. Oba starša sta bila nepismena, a sta edincu, ki je že v prvem razredu celovške normalke pokazal veliko nadarjenost, omogočila šolanje in ga gmotno podpirala tudi med študijem na univerzi. Že v nižjih razredih gimnazije je mladi Jožef v matematiki daleč presegel predpisano učno gradivo, tako da si ga profesorji sploh niso upali oceniti. Po burnem letu 1848 pa je revolucionarne spremembe okusila ne samo habsburška monarhija, ampak so zavele tudi na celovški gimnaziji: slovenščina je za slovenske dijake postala obvezni predmet ter sestavni del pisnega in ustnega dela mature.

Stefan se je takrat začel še bolj zanimati tudi za jezikoslovje in poezijo. S prijatelji so na gimnaziji ustanovili literarni krožek, v katerem so si izmenjevali knjige slovenskih in slovanskih književnikov, v letu Prešernove smrti (1849) pa začeli še sami pisati in izdajati dijaško glasilo Slavija; v njem je Stefan objavil svoje prve pesmi. Kljub navdušenju je v eni od njih samokritično zapisal:

Tudi slog ni prav oglájen,

jezik nema prav'ga dona,

saj se vidi, da navajen

je le iksa ipsilona.

Toda njegov dar za jezike je vendarle nesporen. Poleg slovenščine so ga zanimale še srbohrvaščina (ilirščina), latinščina, grščina, ruščina, češčina, najbolj pa sta ga seveda pritegovali matematika in fizika.

Iz teh dveh predmetov je tudi diplomiral na Filozofski fakulteti Univerze na Dunaju, na kateri je študiral od leta 1853. Tam je, željan vsakovrstnega znanja, poslušal še Miklošičeva predavanja iz jezikoslovja pa predavanja iz kemije, astronomije, anatomije, botanike in rastlinske fiziologije. Prav tako so ga privlačila filozofska in zgodovinska vprašanja, spoprijel pa se je še s francoščino in angleščino.

Najmlajši profesor

Jeseni 1857 je dobil prvo zaposlitev kot profesor na dunajski zasebni realki, na dunajski univerzi pa je študentom četrtega letnika farmacije predaval eksperimentalno fiziko. Naslednje leto je tam doktoriral na temo Opažanja o absorpciji plinov (Bemerkungen über Absorption der Gase) in nedolgo zatem kot »privatni docent« pridobil še uradno pravico predavati na univerzi. Naslednje leto je napisal svoje zadnje prozno besedilo v slovenščini Naturoznanske poskušnje, leta 1860 pa so ga že predlagali za dopisnega člana Cesarske akademije znanosti.

Leta 1863 je 28-letni Stefan na dunajski univerzi postal najmlajši redni profesor (matematike in fizike) v tedanji monarhiji, dve leti pozneje je prevzel še vodenje fizikalnega inštituta, ki ga je v okviru Filozofske fakultete leta 1850 ustanovil avstrijski matematik in fizik Christian Andreas Doppler. Medtem so mladega raziskovalca in znanstvenika izvolili za rednega člana avstrijske Cesarske akademije znanosti ter sprejeli v vrsto znanstvenih združenj po Evropi, med drugim v Kraljevo društvo v Uppsali ter Kraljevo akademijo v Münchnu. V letih 1876 in 1877 je bil rektor Univerze na Dunaju, od leta 1885 pa podpredsednik Avstrijske akademije znanosti.

Jožef Stefan se je raziskovalno ukvarjal s tako rekoč vsemi tedanjimi področji fizike: mehaniko, hidrodinamiko, akustiko, termodinamiko, kinetično teorijo plinov, kaloriko, teorijo toplotnega sevanja, elektromagnetizmom in optiko. Vse svoje znanstvene razprave – več kot 80 – je napisal v nemščini, večinoma v poročilih dunajske akademije. Najbolj znana je njegova določitev fizikalnega zakona, ki ga je eksperimentalno odkril leta 1879 in po katerem je gostota energijskega toka j*, ki ga seva črno telo, sorazmerna četrti potenci njegove termodinamične temperature.

Zakon je pet let pozneje teoretično izpeljal avstrijski fizik in filozof Ludwig Edward Boltzmann in je odtlej znan kot Stefan-Boltzmannov zakon. To je tudi edini fizikalni zakon, ki se imenuje po Slovencu.

Vsestranski raziskovalec

Leta 1872 je Jožef Stefan prvi izmeril toplotno prevodnost plinov. S posebno napravo, ki jo je izdelal in jo poimenoval diatermometer, je z meritvami potrdil napoved kinetične teorije. Raziskoval je difuzijo v plinih in izhlapevanje. Na podlagi njegovih računov so v sodobni meteorologiji zasledili tok med kapljicami vode in kristali ledu, ki je znan kot Stefanov tok.

Stefan je tudi prvi z zakonom določil temperaturo Sončeve površine – izračunanih 5430 stopinj Celzija je bilo po splošnem prepričanju prva smiselna določena vrednost za temperaturo Sončevega površja.

Leta 1869 je v razpravi O osnovnih enačbah elektrodinamike primerjal različne teorije o medsebojnem delovanju vodnikov s tokom, dve leti pozneje pa v razpravi O zakonih elektrodinamične indukcije zapisal enačbo za naraščanje toka v električnem krogu s tuljavo in upornikom, ko ga priključimo na vir s konstantno napetostjo. Razpravljal je o indukcijskem zakonu, o magnetni sili in trajnih magnetih. Izračunal je induktivnost tuljave s kvadratnim presekom. Eksperimentalno je raziskoval tudi učinke radijskih valov, ki jih je leta 1887 odkril nemški fizik Heinrich Rudolf Hertz.

Vsekakor Jožef Stefan velja za enega najplodovitejših in najuspešnejših slovenskih raziskovalcev vseh časov. Za številne dosežke, katerih golo naštevanje bi zavzelo vse preveč prostora, ga je odlikoval tudi avstrijski cesar; to mu je med drugim prineslo pravico do plemiškega naslova, a je do konca skromni učenjak, priljubljen tako med študenti kot kolegi, ni izkoristil.

Mednarodna obzorja ...

Seveda tudi Slovenija premore nekaj dobrih poznavalcev življenja in dela Jožefa Stefana, če omenimo le profesorja Janeza Strnada in dr. Sandija Sitarja, toda v Slovenski znanstveni fundaciji so sklenili, da za slavnostnega predavatelja o velikem slovensko-avstrijskem znanstveniku v okviru letošnjega Slovenskega festivala znanosti izberejo mlajšega fizika – dr. Nika Ottowitza, ki na Zvezni gimnaziji in zvezni realni gimnaziji za Slovence v Celovcu poučuje fiziko, matematiko in opisno geometrijo.

Ne le zato, ker je izvrsten predavatelj, kar je izborno pokazal tudi tokrat; o življenju in delu velikega znanstvenika je napisal dvojezično knjigo Jožef Stefan. Fizik/Physiker 1835–1893. Utrinki/Streiflichter. Izšla je leta 2010, ob 175. obletnici rojstva velikega fizika, založila in izdala pa jo je prav celovška gimnazija za Slovence v Avstriji.

Knjiga je napisana razumljivo in privlačno, da jo je mogoče prebrati brez večjih težav; poleg tega zahtevnejšega bralca z navajanjem številnih virov na svetovnem spletu spodbuja, da prebrano še razširi in poglobi. Posebna dragocenost knjige pa je seveda njena dvojezičnost, saj omogoča duhovno povezovanje ljudi iz Slovenije in Avstrije, ki občudujejo ali so celo ponosni na Jožefa Stefana.

Vsekakor je dunajska fizikalna šola kljub razmeroma skromnim sredstvom postala svetovno znana z imeni, kakršna so Christian Andreas Doppler, Ernst Mach, Jožef Stefan, Ludwig Edward Boltzmann in Johann Josef Loschmidt ter pozneje Paul Ehrenfest, Lise Meitner, Serafin Exner, Friedrich Hasenöhrl, Richard von Mises in Erwin Schrödinger.

... in pionirski duh

Po prepričanju strokovnjakov je bil Jožef Stefan tudi eden prvih fizikov, ki so v celoti razumeli teorijo elektromagnetnega polja škotskega matematika in fizika Jamesa Maxwella in eden redkih zunaj tedanje Anglije, ki so jo širili. Večina fizikov je bila namreč do nove teorije nezaupljiva, predvsem zaradi videza nedokončanosti in še nepopolne analize.

Toda dejstvo je, da je James Clerk Maxwell (1831–1879) odkril zakone elektrodinamike in dognal, da je svetloba elektromagnetno valovanje. Prav Maxwell je poleg Stefanovega učenca Ludwiga Boltzmanna v okviru proučevanja kinetične teorije plinov izračunal značilno porazdelitev molekul pri določeni temperaturi.

Tako ni naključje, da je velikega škotskega fizika Maxwella v letošnjem mednarodnem letu svetlobe na 21. slovenskem festivalu znanosti zelo simpatično predstavil matematični fizik iz Škotske Howie Firth, častni doktor Heriot-Wattove univerze v Edinburgu in direktor mednarodnega znanstvenega festivala v Orkneyju.

***

Predstavitev znamenitega rojaka Jožefa Stefana, ki je seveda vse prej kot popolna, sklenimo še z omembo nekaterih najbolj znanih poimenovanj po njem:

• po Jožefu Stefanu se imenuje istoimenski inštitut v Ljubljani, največja slovenska znanstvenoraziskovalna ustanova,

• po njem so poimenovali krater Stefan na Luni,

• po njem se imenuje tudi Državni izobraževalni zavod s slovenskim učnim jezikom v Trstu,

• prav tako nosi njegovo ime tekmovanje učencev in dijakov, ki se v znanju fizike potegujejo za Stefanova priznanja – in še marsikaj.

Vsekakor je ime Jožefa Stefana, enega najuspešnejših slovenskih raziskovalcev vseh časov, po besedah direktorja IJS dr. Jadrana Lenarčiča pa verjetno najbolj znanega Slovenca sploh, trdno zasidrano tudi v slovenski znanstveni in splošnonacionalni zavesti. Je neizogiben in neizbrisen del znanstvene in kulturne dediščine slovenskega naroda, Evrope in sveta. To dejstvo se je prepričljivo potrdilo tudi na letošnjem Slovenskem festivalu znanosti.