Si quieres ser físico, debes hacer tres cosas: primero, estudiar matemáticas; segundo, estudiar más matemáticas; y tercero, hacer lo mismo.
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld fue un físico teórico alemán que pionero en el desarrollo de la física atómica y cuántica, y también educó y mentoró a muchos estudiantes para la nueva era de la física teórica. Sirvió como supervisor doctoral para muchos ganadores del Premio Nobel en física y química; solo el récord de mentoría de J. J. Thomson es comparable al suyo.
Introdujo el segundo número cuántico, número cuántico azimutal, y el tercer número cuántico, número cuántico magnético. También introdujo la constante de estructura fina e impulsó la teoría ondulatoria de rayos X.
Vida temprana y educación
Sommerfeld estudió matemáticas y ciencias físicas en la Universidad Albertina de su ciudad natal, Königsberg, Prusia Oriental. Su asesor de disertación fue el matemático Ferdinand von Lindemann, y también se benefició de las clases de los matemáticos Adolf Hurwitz y David Hilbert y del físico Emil Wiechert. Su participación en la fraternidad estudiantil Deutsche Burschenschaft resultó en una cicatriz de duelo en su rostro. Recibió su Ph.D. el 24 de octubre de 1891 a los 22 años.
Después de recibir su doctorado, Sommerfeld permaneció en Königsberg para trabajar en su diploma de enseñanza. Pasó el examen nacional en 1892 y luego comenzó un año de servicio militar, que realizó con el regimiento de reserva en Königsberg. Completó su servicio militar obligatorio en septiembre de 1893, y durante los siguientes ocho años continuó con el servicio militar voluntario de ocho semanas. Con su bigote levantado, su complexión física, su porte prusiano y la cicatriz de esgrima en su rostro, daba la impresión de ser un coronel de húsares.
Carrera
Göttingen
En octubre de 1893, Sommerfeld fue a la Universidad de Göttingen, que era el centro de matemáticas en Alemania. Allí, se convirtió en asistente de Theodor Liebisch, en el Instituto Mineralógico, a través de un contacto personal afortunado – Liebisch había sido profesor en la Universidad de Königsberg y amigo de la familia Sommerfeld.
En septiembre de 1894, Sommerfeld se convirtió en asistente de Felix Klein, lo que incluía tomar notas exhaustivas durante las conferencias de Klein y escribirlas para la Sala de Lectura de Matemáticas, así como administrar la sala de lectura. La Habilitationsschrift de Sommerfeld fue completada bajo Klein, en 1895, lo que permitió a Sommerfeld convertirse en Privatdozent en Göttingen. Como Privatdozent, Sommerfeld impartió conferencias sobre una amplia gama de temas de física matemática y matemáticas. Sus conferencias sobre ecuaciones diferenciales parciales se ofrecieron por primera vez en Göttingen, y evolucionaron a lo largo de su carrera docente para convertirse en el Volumen VI de su serie de libros de texto Lectures on Theoretical Physics, bajo el título Partial Differential Equations in Physics.
Las conferencias de Klein en 1895 y 1896 sobre cuerpos rotatorios llevaron a Klein y Sommerfeld a escribir un texto de cuatro volúmenes Die Theorie des Kreisels – una colaboración de 13 años, 1897–1910. Los primeros dos volúmenes trataban sobre teoría, y los dos últimos sobre aplicaciones en geofísica, astronomía y tecnología. La asociación que Sommerfeld tuvo con Klein influyó en el giro mental de Sommerfeld hacia las matemáticas aplicadas y en el arte de la enseñanza.
Mientras estaba en Göttingen, Sommerfeld conoció a Johanna Höpfner, hija de Ernst Höpfner, curador en Göttingen. En octubre de 1897, Sommerfeld comenzó el nombramiento a la Cátedra de Matemáticas en la Bergakademie en Clausthal-Zellerfeld; fue sucesor de Wilhelm Wien. Este nombramiento proporcionó suficientes ingresos para eventualmente casarse con Johanna.
A solicitud de Klein, Sommerfeld asumió la posición de editor del Volumen V de Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften; fue una empresa importante que duró de 1898 a 1926.
Aachen
En 1900, Sommerfeld comenzó su nombramiento a la Cátedra de Mecánica Aplicada en la Königliche Technische Hochschule Aachen, posteriormente RWTH Aachen University como profesor extraordinarius, que fue organizado a través de los esfuerzos de Klein. En Aachen, desarrolló la teoría de la hidrodinámica, que retendría su interés durante mucho tiempo. Más tarde, en la Universidad de Munich, los estudiantes de Sommerfeld Ludwig Hopf y Werner Heisenberg escribirían sus tesis de Ph.D. sobre este tema.
Munich
A partir de 1906, Sommerfeld se estableció como profesor ordinarius de física y director del nuevo Instituto de Física Teórica en la Universidad de Munich. Fue seleccionado para estos puestos por Wilhelm Röntgen, Director del Instituto de Física en Munich, que fue considerado por Sommerfeld como siendo llamado a una "esfera privilegiada de acción".
Hasta finales del siglo XIX y principios del siglo XX, la física experimental en Alemania era considerada como teniendo un estatus superior dentro de la comunidad. Sin embargo, a principios del siglo XX, teóricos, como Sommerfeld en Munich y Max Born en la Universidad de Göttingen, con su capacitación inicial en matemáticas, le dieron la vuelta a esto, de manera que la física matemática, es decir, la física teórica, se convirtió en el motor principal, y la física experimental fue utilizada para verificar o avanzar la teoría. Después de obtener sus doctorados con Sommerfeld, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg y Walter Heitler se convirtieron en asistentes de Born e hicieron contribuciones significativas al desarrollo de la mecánica cuántica, que entonces estaba en desarrollo muy rápido.
Durante sus 32 años de enseñanza en Munich, Sommerfeld impartió cursos generales y especializados, así como seminarios y coloquios. Los cursos generales fueron sobre mecánica, mecánica de cuerpos deformables, electrodinámica, óptica, termodinámica y mecánica estadística, y ecuaciones diferenciales parciales en física. Se realizaban cuatro horas por semana, 13 semanas en invierno y 11 semanas en verano, y fueron para estudiantes que habían tomado cursos de física experimental de Röntgen y posteriormente por Wilhelm Wien. También había una presentación semanal de dos horas para la discusión de problemas. Los cursos especializados fueron de interés temático y basados en los intereses de investigación de Sommerfeld; material de estos cursos apareció posteriormente en las publicaciones de literatura científica de Sommerfeld. El objetivo de estas conferencias especiales era enfrentarse a cuestiones actuales en física teórica y para que Sommerfeld y los estudiantes obtuvieran una comprensión sistemática de la cuestión, independientemente de si tuvieron éxito o no en resolver el problema planteado por la cuestión actual. Para los períodos de seminario y coloquio, a los estudiantes se les asignaban artículos de la literatura actual y luego preparaban una presentación oral. De 1942 a 1951, Sommerfeld trabajó en ordenar sus notas de clase para su publicación. Fueron publicadas como las Lectures on Theoretical Physics de seis volúmenes.
Para una lista de estudiantes, por favor ver la lista organizada por tipo. Cuatro de los estudiantes doctorales de Sommerfeld, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Peter Debye y Hans Bethe ganaron Premios Nobel, mientras que otros, más notablemente, Walter Heitler, Rudolf Peierls, Karl Bechert, Hermann Brück, Paul Peter Ewald, Eugene Feenberg, Herbert Fröhlich, Erwin Fues, Ernst Guillemin, Helmut Hönl, Ludwig Hopf, Adolf Kratzer, Otto Laporte, Wilhelm Lenz, Karl Meissner, Rudolf Seeliger, Ernst C. Stückelberg, Heinrich Welker, Gregor Wentzel, Alfred Landé y Léon Brillouin se hicieron famosos por derecho propio. Tres de los estudiantes posdoctorales de Sommerfeld, Linus Pauling, Isidor I. Rabi y Max von Laue, ganaron Premios Nobel, y diez otros, William Allis, Edward Condon, Carl Eckart, Edwin C. Kemble, William V. Houston, Karl Herzfeld, Walther Kossel, Philip M. Morse, Howard Robertson y Wojciech Rubinowicz se convirtieron en famosos por derecho propio. Walter Rogowski, un estudiante de pregrado de Sommerfeld en RWTH Aachen, también se convirtió en famoso por derecho propio. Max Born creía que las habilidades de Sommerfeld incluían el "descubrimiento y desarrollo de talentos". Albert Einstein le dijo a Sommerfeld: "Lo que especialmente admiro de ti es que has, por así decirlo, sacado del suelo un número tan grande de jóvenes talentos". El estilo de Sommerfeld como profesor y director del instituto no puso distancia entre él y sus colegas y estudiantes. Invitaba a la colaboración de ellos, y sus ideas a menudo influyeron en sus propias opiniones sobre física. Los entretenía en su hogar y se reunía con ellos en cafés antes y después de seminarios y coloquios. Sommerfeld poseía una cabaña de esquí alpino a la que a menudo se invitaba a estudiantes para discusiones de física tan exigentes como el deporte.
Mientras estaba en Munich, Sommerfeld entró en contacto con la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein, que aún no era ampliamente aceptada en ese momento. Sus contribuciones matemáticas a la teoría ayudaron a su aceptación por los escépticos. En 1914 trabajó con Léon Brillouin sobre la propagación de ondas electromagnéticas en medios dispersivos. Se convirtió en uno de los fundadores de la mecánica cuántica; algunas de sus contribuciones incluidas el codescubrimiento de las reglas de cuantificación Sommerfeld–Wilson 1915, una generalización del modelo atómico de Bohr, la introducción de la constante de estructura fina Sommerfeld 1916, el codescubrimiento con Walther Kossel de la ley de desplazamiento Sommerfeld–Kossel 1919, y la publicación de Atombau und Spektrallinien 1919, que se convirtió en la "biblia" de la teoría atómica para la nueva generación de físicos que desarrollaron la física atómica y cuántica.
En 1918, Sommerfeld sucedió a Einstein como presidente de la Deutsche Physikalische Gesellschaft DPG. Uno de sus logros fue la fundación de una nueva revista. Los artículos científicos publicados en revistas de la DPG se volvieron tan voluminosos que un comité de la DPG, en 1919, recomendó el establecimiento de Zeitschrift für Physik para la publicación de artículos de investigación originales, que comenzó en 1920. Como cualquier científico reputado podía tener su artículo publicado sin revisión, el tiempo entre presentación y publicación fue muy rápido – tan rápido como dos semanas. Esto estimuló enormemente los desarrollos científicos teóricos, especialmente el de la mecánica cuántica en Alemania en ese momento, ya que esta revista fue el vehículo de publicación preferido para la nueva generación de teóricos cuánticos con opiniones de vanguardia.
En el semestre de invierno de 1922/1923, Sommerfeld dio las conferencias del Profesor Conmemorativo Carl Schurz de Física en la Universidad de Wisconsin–Madison.
En 1927, Sommerfeld aplicó estadísticas de Fermi–Dirac al modelo de Drude de electrones en metales – un modelo presentado por Paul Drude. La nueva teoría resolvió muchos de los problemas prediciendo propiedades térmicas que el modelo original tenía y se conoció como el modelo Drude–Sommerfeld.
En 1928/1929, Sommerfeld viajó alrededor del mundo con paradas principales en India, China, Japón y Estados Unidos.
Sommerfeld fue un gran teórico, y además de sus invaluables contribuciones a la teoría cuántica, trabajó en otros campos de la física, como la teoría clásica del electromagnetismo. Por ejemplo, propuso una solución al problema de un dipolo hertziano radiante sobre una tierra conductora, que a lo largo de los años condujo a muchas aplicaciones. Su identidad de Sommerfeld e integrales de Sommerfeld siguen siendo hoy en día la forma más común de resolver este tipo de problema. También, como marca del poder de la escuela de física teórica de Sommerfeld y el ascenso de la física teórica a principios de 1900, a partir de 1928, casi un tercio de los profesores ordinarius de física teórica en el mundo de habla alemana eran estudiantes de Sommerfeld.
El 1 de abril de 1935, Sommerfeld logró el estatus de emérito, sin embargo, se mantuvo como su propio reemplazo temporal durante el proceso de selección de su sucesor, que duró hasta el 1 de diciembre de 1939. El proceso fue largo debido a diferencias académicas y políticas entre la selección de la Facultad de Munich y la del Reichserziehungsministerium REM; Ministerio de Educación del Reich y los partidarios de Deutsche Physik, que era antisemita y tenía un sesgo contra la física teórica, especialmente incluida la mecánica cuántica. El nombramiento de Wilhelm Müller – que no era físico teórico, no había publicado en una revista de física y no era miembro de la Deutsche Physikalische Gesellschaft – como reemplazo de Sommerfeld, fue considerado tal travesía y detrimental para educar a una nueva generación de físicos que tanto Ludwig Prandtl, director del Kaiser Wilhelm Institut für Strömungsforschung Kaiser Wilhelm Institute for Flow Research, como Carl Ramsauer, director de la división de investigación de la Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft General Electric Company y presidente de la Deutsche Physikalische Gesellschaft, hicieron referencia a esto en su correspondencia con oficiales del Reich. En un anexo a la carta de Prandtl del 28 de abril de 1941 al Mariscal del Reich Hermann Göring, Prandtl se refirió al nombramiento como "sabotaje" de la instrucción de física teórica necesaria. En un anexo a la carta de Ramsauer del 20 de enero de 1942 al Ministro del Reich Bernhard Rust, Ramsauer concluyó que el nombramiento equivalía a la "destrucción de la tradición de física teórica de Munich".
En cuanto a las opiniones una vez patrióticas de Sommerfeld, escribió a Einstein poco después de que Hitler tomara el poder: "Puedo asegurarte que el abuso de la palabra 'nacional' por nuestros gobernantes me ha roto completamente del hábito de sentimientos nacionales que fue tan pronunciado en mi caso. Ahora estaría dispuesto a ver a Alemania desaparecer como potencia y fusionarse en una Europa pacificada".
Sommerfeld fue galardonado con muchos honores en su vi
