Se você quer ser um físico, você deve fazer três coisas - primeiro, estudar matemática, segundo, estudar mais matemática, e terceiro, fazer o mesmo.
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld foi um físico teórico alemão que pioneirou desenvolvimentos em física atômica e quântica, e também educou e orientou muitos estudantes para a nova era da física teórica. Ele serviu como supervisor de doutorado para muitos ganhadores do Prêmio Nobel em física e química; apenas o recorde de orientação de J. J. Thomson é comparável ao seu.
Ele introduziu o segundo número quântico número quântico azimutal e o terceiro número quântico número quântico magnético. Ele também introduziu a constante de estrutura fina e foi pioneiro na teoria das ondas de raios X.
Primeiros anos e educação
Sommerfeld estudou matemática e ciências físicas na Universidade Albertina de sua cidade natal, Königsberg, Prússia Oriental. Seu orientador de dissertação foi o matemático Ferdinand von Lindemann, e ele também se beneficiou de aulas com os matemáticos Adolf Hurwitz e David Hilbert e do físico Emil Wiechert. Sua participação na fraternidade estudantil Deutsche Burschenschaft resultou em uma cicatriz de duelo em seu rosto. Ele recebeu seu Ph.D. em 24 de outubro de 1891 aos 22 anos.
Após receber seu doutorado, Sommerfeld permaneceu em Königsberg para trabalhar em seu diploma de ensino. Ele passou no exame nacional em 1892 e então começou um ano de serviço militar, que foi feito com o regimento de reserva em Königsberg. Ele completou seu serviço militar obrigatório em setembro de 1893, e pelos próximos oito anos continuou serviço militar voluntário de oito semanas. Com seu bigode arrebitado, sua constituição física, seu porte prussiano e a cicatriz de esgrima em seu rosto, ele dava a impressão de ser um coronel nos hussardos.
Carreira
Göttingen
Em outubro de 1893, Sommerfeld foi para a Universidade de Göttingen, que era o centro da matemática na Alemanha. Lá, ele se tornou assistente de Theodor Liebisch, no Instituto Mineralógico, através de um contato pessoal fortuito – Liebisch havia sido professor na Universidade de Königsberg e amigo da família Sommerfeld.
Em setembro de 1894, Sommerfeld se tornou assistente de Felix Klein, o que incluía tomar notas abrangentes durante as aulas de Klein e escrevê-las para a Sala de Leitura de Matemática, bem como gerenciar a sala de leitura. A Habilitationsschrift de Sommerfeld foi concluída sob Klein, em 1895, o que permitiu que Sommerfeld se tornasse um Privatdozent em Göttingen. Como Privatdozent, Sommerfeld lecionou sobre uma ampla gama de tópicos de física matemática e matemática. Suas aulas sobre equações diferenciais parciais foram oferecidas pela primeira vez em Göttingen, e evoluíram ao longo de sua carreira de ensino para se tornar Volume VI de sua série de livros didáticos Lectures on Theoretical Physics, sob o título Partial Differential Equations in Physics.
Palestras de Klein em 1895 e 1896 sobre corpos em rotação levaram Klein e Sommerfeld a escrever um texto de quatro volumes Die Theorie des Kreisels – uma colaboração de 13 anos, 1897–1910. Os dois primeiros volumes foram sobre teoria, e os dois últimos foram sobre aplicações em geofísica, astronomia e tecnologia. A associação que Sommerfeld tinha com Klein influenciou a mentalidade de Sommerfeld para ser matemática aplicada e na arte de lecionar.
Enquanto estava em Göttingen, Sommerfeld conheceu Johanna Höpfner, filha de Ernst Höpfner, curador em Göttingen. Em outubro de 1897, Sommerfeld começou o cargo de Professor de Matemática na Bergakademie em Clausthal-Zellerfeld; ele foi sucessor de Wilhelm Wien. Este cargo fornecia renda suficiente para eventualmente se casar com Johanna.
A pedido de Klein, Sommerfeld assumiu a posição de editor do Volume V de Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften; foi um empreendimento importante que durou de 1898 a 1926.
Aachen
Em 1900, Sommerfeld começou seu cargo de Professor de Mecânica Aplicada na Königliche Technische Hochschule Aachen, mais tarde Universidade RWTH Aachen, como professor extraordinarius, o que foi arranjado através dos esforços de Klein. Em Aachen, ele desenvolveu a teoria da hidrodinâmica, que manteria seu interesse por muito tempo. Mais tarde, na Universidade de Munich, os alunos de Sommerfeld Ludwig Hopf e Werner Heisenberg escreveriam suas teses de Ph.D. sobre este tópico.
Munich
A partir de 1906, Sommerfeld se estabeleceu como professor ordinarius de física e diretor do novo Instituto de Física Teórica na Universidade de Munich. Ele foi selecionado para estas posições por Wilhelm Röntgen, Diretor do Instituto de Física em Munich, o que foi considerado por Sommerfeld como sendo chamado a uma "esfera de ação privilegiada".
Até o final do século XIX e início do século XX, a física experimental na Alemanha era considerada como tendo um status mais elevado na comunidade. No entanto, no início do século XX, teóricos, como Sommerfeld em Munich e Max Born na Universidade de Göttingen, com seu treinamento inicial em matemática, reverteram isso de modo que a física matemática, ou seja, a física teórica, se tornou o motor principal, e a física experimental foi usada para verificar ou avançar a teoria. Depois de obter seus doutorads com Sommerfeld, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg e Walter Heitler se tornaram assistentes de Born e fizeram contribuições significativas para o desenvolvimento da mecânica quântica, que estava em desenvolvimento muito rápido.
Durante seus 32 anos de ensino em Munich, Sommerfeld ensinou cursos gerais e especializados, bem como seminários e colóquios. Os cursos gerais foram sobre mecânica, mecânica de corpos deformáveis, eletrodinâmica, óptica, termodinâmica e mecânica estatística, e equações diferenciais parciais em física. Eles eram realizados quatro horas por semana, 13 semanas no inverno e 11 semanas no verão, e eram para estudantes que haviam feito cursos de física experimental com Röntgen e depois por Wilhelm Wien. Havia também uma apresentação semanal de duas horas para a discussão de problemas. Os cursos especializados eram de interesse temático e baseados nos interesses de pesquisa de Sommerfeld; material desses cursos apareceu mais tarde nas publicações da literatura científica de Sommerfeld. O objetivo dessas palestras especiais era lidar com questões atuais em física teórica e para Sommerfeld e os estudantes obterem uma compreensão sistemática da questão, independentemente de terem ou não sucesso em resolver o problema colocado pela questão atual. Para os períodos de seminário e colóquio, os estudantes recebiam artigos da literatura atual e então preparavam uma apresentação oral. De 1942 a 1951, Sommerfeld trabalhou para colocar suas notas de aula em ordem para publicação. Elas foram publicadas como os seis volumes de Lectures on Theoretical Physics.
Para uma lista de alunos, consulte a lista organizada por tipo. Quatro dos alunos de doutorado de Sommerfeld, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Peter Debye e Hans Bethe, continuaram a ganhar Prêmios Nobel, enquanto outros, mais notavelmente, 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 e Léon Brillouin se tornaram famosos por direito próprio. Três dos alunos pós-doutorais de Sommerfeld, Linus Pauling, Isidor I. Rabi e Max von Laue, ganharam Prêmios Nobel, e dez outros, William Allis, Edward Condon, Carl Eckart, Edwin C. Kemble, William V. Houston, Karl Herzfeld, Walther Kossel, Philip M. Morse, Howard Robertson e Wojciech Rubinowicz continuaram a se tornar famosos por direito próprio. Walter Rogowski, um aluno de graduação de Sommerfeld na RWTH Aachen, também continuou a se tornar famoso por direito próprio. Max Born acreditava que as habilidades de Sommerfeld incluíam a "descoberta e desenvolvimento de talentos". Albert Einstein disse a Sommerfeld: "O que eu especialmente admiro em você é que você, por assim dizer, extraiu do solo uma grande quantidade de jovens talentos". O estilo de Sommerfeld como professor e diretor de instituto não colocava distância entre ele e seus colegas e alunos. Ele convidava colaboração deles, e suas ideias frequentemente influenciavam seus próprios pontos de vista em física. Ele os entretinha em sua casa e se encontrava com eles em cafés antes e depois de seminários e colóquios. Sommerfeld possuía uma cabana de esqui alpino para a qual os alunos eram frequentemente convidados para discussões de física tão exigentes quanto o esporte.
Enquanto estava em Munich, Sommerfeld entrou em contato com a teoria especial da relatividade de Albert Einstein, que ainda não era amplamente aceita naquela época. Suas contribuições matemáticas à teoria ajudaram sua aceitação pelos céticos. Em 1914, ele trabalhou com Léon Brillouin sobre a propagação de ondas eletromagnéticas em meios dispersivos. Ele se tornou um dos fundadores da mecânica quântica; algumas de suas contribuições incluíram a co-descoberta das regras de quantização Sommerfeld–Wilson (1915), uma generalização do modelo atômico de Bohr, introdução da constante de estrutura fina Sommerfeld (1916), co-descoberta com Walther Kossel da lei de deslocamento Sommerfeld–Kossel (1919) e publicação de Atombau und Spektrallinien (1919), que se tornou a "bíblia" da teoria atômica para a nova geração de físicos que desenvolveram a física atômica e quântica.
Em 1918, Sommerfeld sucedeu Einstein como presidente da Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG). Uma de suas realizações foi a fundação de um novo journal. Os artigos científicos publicados nos jornais da DPG se tornaram tão volumosos que um comitê da DPG, em 1919, recomendou o estabelecimento de Zeitschrift für Physik para publicação de artigos de pesquisa original, que começou em 1920. Como qualquer cientista respeitável poderia ter seu artigo publicado sem revisão, o tempo entre envio e publicação foi muito rápido – tão rápido quanto duas semanas. Isso estimulou muito os desenvolvimentos teóricos científicos, especialmente o da mecânica quântica na Alemanha naquela época, pois este journal era o veículo de publicação preferido para a nova geração de teóricos quânticos com visões de vanguarda.
No semestre de inverno de 1922/1923, Sommerfeld deu as palestras do Professor Carl Schurz Memorial de Física na Universidade de Wisconsin–Madison.
Em 1927, Sommerfeld aplicou estatísticas de Fermi–Dirac ao modelo de Drude de elétrons em metais – um modelo apresentado por Paul Drude. A nova teoria resolveu muitos dos problemas que previam propriedades térmicas que o modelo original tinha e se tornou conhecida como o modelo de Drude–Sommerfeld.
Em 1928/1929, Sommerfeld viajou ao redor do mundo com paradas principais na Índia, China, Japão e Estados Unidos.
Sommerfeld era um grande teórico, e além de suas contribuições inestimáveis para a teoria quântica, trabalhou em outros campos da física, como a teoria clássica do eletromagnetismo. Por exemplo, ele propôs uma solução para o problema de um dipolo hertziano radiante sobre uma terra condutora, o que ao longo dos anos levou a muitas aplicações. Sua identidade de Sommerfeld e integrais de Sommerfeld ainda são até o presente dia a forma mais comum de resolver este tipo de problema. Também, como marca do engenho da escola de física teórica de Sommerfeld e o aumento da física teórica no início de 1900, a partir de 1928, quase um terço dos professores ordinarius de física teórica no mundo de língua alemã eram alunos de Sommerfeld.
Em 1º de abril de 1935, Sommerfeld atingiu o status de emérito, no entanto, permaneceu como seu próprio substituto temporário durante o processo de seleção de seu sucessor, que durou até 1º de dezembro de 1939. O processo foi longo devido a diferenças acadêmicas e políticas entre a seleção da Faculdade de Munich e a do Reichserziehungsministerium (REM; Ministério da Educação do Reich) e os apoiadores da Deutsche Physik, que era anti-semita e tinha preconceito contra a física teórica, especialmente incluindo mecânica quântica. A indicação de Wilhelm Müller – que não era um físico teórico, não havia publicado em um journal de física e não era membro da Deutsche Physikalische Gesellschaft – como substituto de Sommerfeld, foi considerada tal travessia e prejudicial para educar uma nova geração de físicos que tanto Ludwig Prandtl, diretor do Kaiser Wilhelm Institut für Strömungsforschung (Instituto Kaiser Wilhelm para Pesquisa de Fluxo), como Carl Ramsauer, diretor da divisão de pesquisa da Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft (Companhia Geral de Eletricidade) e presidente da Deutsche Physikalische Gesellschaft, fizeram referência a isso em suas correspondências com oficiais do Reich. Em um anexo à carta de Prandtl de 28 de abril de 1941 para o Marechal do Reich Hermann Göring, Prandtl se referiu à indicação como "sabotagem" da instrução de física teórica necessária. Em um anexo à carta de Ramsauer de 20 de janeiro de 1942 para o Ministro do Reich Bernhard Rust, Ramsauer concluiu que a indicação equivalia à "destruição da tradição de física teórica de Munich".
Quanto aos seus pontos de vista outrora patrióticos, Sommerfeld escreveu para Einstein logo após Hitler tomar o poder: "Posso assegurar-lhe que o abuso da palavra 'nacional' por nossos governantes me quebrou completamente do hábito de sentimentos nacionais que era tão pronunciado no meu caso. Agora eu estaria disposto a ver a Alemanha desaparecer como potência e se fundir em uma Europa pacificada".
Sommerfeld foi agraciado com muitas honrarias em sua vida
