جوزيف ستيفان

كان جوزيف ستيفان ( بالسلوفينية : Jožef Štefan ؛ 24 مارس 1835 - 7 يناير 1893) ^{[ 1 ]} فيزيائيًا ورياضيًا وشاعرًا سلوفينيًا من كارينثيا من الإمبراطورية النمساوية .

وُلد ستيفان في قرية سانت بيتر (بالسلوفينية: Sveti Peter ) على مشارف كلاغنفورت ، لأبويه أليش (ألكسندر) ستيفان (1805-1872) وماريا ستارتينيك (1815-1863). لم يتزوج والداه، وكلاهما من أصل سلوفيني، إلا عندما بلغ جوزيف الحادية عشرة من عمره. كانت عائلة ستيفان من ذوي الدخل المحدود؛ كان والده مساعدًا في مطحنة، وكانت والدته خادمة. وكان جوزيف طفلهما الوحيد. ^{[ 2 ]}

التحق ستيفان بالمدرسة الابتدائية في كلاغنفورت، حيث أظهر موهبة، وتم ترشيحه للالتحاق بمدرسة كلاغنفورت الثانوية في عام 1845. وفي سن الثالثة عشرة، شهد عام 1848 الثوري ، الذي ألهمه لإظهار التعاطف مع الحركة الأدبية والوطنية السلوفينية .

بعد تخرجه بتفوق من المدرسة الثانوية، فكّر لفترة وجيزة في الانضمام إلى الرهبنة البندكتية ، لكن شغفه الكبير بالفيزياء غلب عليه. فسافر إلى فيينا عام ١٨٥٣ لدراسة الرياضيات والفيزياء . وكان أستاذه في الفيزياء في المدرسة الثانوية كارل روبيدا ، مؤلف أول كتاب مدرسي في الفيزياء باللغة السلوفينية. ثم حصل ستيفان على شهادة التأهيل العلمي في الفيزياء الرياضية من جامعة فيينا عام ١٨٥٨. وخلال سنوات دراسته، كتب ونشر أيضاً عدداً من القصائد باللغة السلوفينية.

درّس ستيفان الفيزياء في جامعة فيينا، وشغل منصب مدير المعهد الفيزيائي منذ عام 1866، ونائب رئيس أكاديمية فيينا للعلوم ، وعضوًا في العديد من المؤسسات العلمية في أوروبا. توفي في فيينا ، النمسا-المجر. وقد وثّق الفيزيائي يانيز سترناد حياته وعمله بشكلٍ مُفصّل .

نشر ستيفان ما يقرب من 80 مقالاً علمياً، معظمها في نشرات أكاديمية فيينا للعلوم. ^{[ 3 ]} وهو معروف بشكل أساسي بابتكاره قانون ستيفان في عام 1879، وهو قانون فيزيائي ينص على أن الإشعاع الكلي من جسم أسود يتناسب مع القوة الرابعة لدرجة حرارته الديناميكية الحرارية T :

${\displaystyle j^{\star }=\sigma T^{4}}$

استنبط ستيفان هذا القانون من قياسات الفيزيائيين الفرنسيين دولونغ وبيتيت . وبما أن الإشعاع الساقط وانبعاث الجسم الأسود متساويان دائمًا، فإن هذه المعادلة تنطبق بالتساوي على درجة حرارة أي جسم مثالي يتعرض لإشعاع ساقط على سطحه. في عام 1884، وُسِّع نطاق القانون ليشمل انبعاثات الجسم الرمادي على يد لودفيغ بولتزمان، تلميذ ستيفان، ومن هنا يُعرف بقانون ستيفان-بولتزمان . وقد افترض بولتزمان أن المحرك الحراري الذي يعمل بالضوء هو المادة العاملة. يُعد هذا القانون القانون الفيزيائي الوحيد في الطبيعة الذي سُمِّيَ على اسم فيزيائي سلوفيني. واليوم، يُستمد هذا القانون من قانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود.

${\displaystyle j^{\star }=\int _{0}^{\infty }\left({dj^{\star } \over d\lambda }\right)d\lambda }$

باستخدام قانونه، حدد ستيفان درجة حرارة سطح الشمس ، والتي حسبها لتكون 5430 درجة مئوية (9810 درجة فهرنهايت) . وكانت هذه أول قيمة معقولة لدرجة حرارة الشمس.  

قدّم ستيفان أولى القياسات للتوصيل الحراري للغازات، ودرس التبخر ، ومن بين أمور أخرى، درس الانتشار والتوصيل الحراري في السوائل . وقد منحته جامعة فيينا جائزة ليبن تقديرًا لأطروحته في علم البصريات . وبفضل أعماله المبكرة في حساب معدلات التبخر والانتشار، يُطلق الآن على التدفق الناتج عن قطرة أو جسيم بفعل التبخر أو التسامي على السطح اسم تدفق ستيفان .

تُعدّ معادلاته الكهرومغناطيسية ، المُعرّفة بالترميز المتجهي ، وأعماله في النظرية الحركية للحرارة، ذات أهمية بالغة. كان ستيفان من أوائل الفيزيائيين في أوروبا الذين فهموا نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية فهمًا كاملًا ، ومن القلائل خارج إنجلترا الذين توسّعوا فيها. فقد حسب حثّية ملف ذي مقطع عرضي تربيعي، وصحّح خطأ ماكسويل في الحساب. كما بحث في ظاهرة تُعرف باسم " تأثير الجلد " ، حيث يكون التيار الكهربائي عالي التردد أكبر على سطح الموصل منه في داخله.

في الرياضيات، تُعرف مسائل ستيفان أو مهام ستيفان ذات الحدود المتحركة جيداً. وقد درس لاميه وكلابيرون هذه المسألة لأول مرة عام 1831. وقد حل ستيفان المسألة عندما كان يحسب سرعة نمو طبقة الجليد على الماء ( معادلة ستيفان ^{[ 4 ]} ).

سُميت العديد من المفاهيم في الفيزياء والرياضيات باسم جوزيف ستيفان:

• قانون ستيفان-بولتزمان
• ثابت ستيفان-بولتزمان σ
• التصاق ستيفان
• مشكلة ستيفان
• معادلة ستيفان
• معادلة ستيفان
• تدفق ستيفان
• رقم ستيفان
• أنبوب ستيفان
• انتشار ماكسويل-ستيفان

كما سُمّي معهد جوزيف ستيفان ، وهو المؤسسة العلمية الرائدة في سلوفينيا ، باسمه، وكذلك:

• فوهة ستيفان على سطح القمر

• "جوزيف ستيفان: حياته وإرثه في العلوم الحرارية"، مجلة العلوم الحرارية والموائع التجريبية ، المجلد 31، العدد 7، يوليو 2007، الصفحات 795-803، بقلم جون سي. كريبو
• أوكونور، جون جيه؛ روبرتسون، إدموند إف ، "جوزيف ستيفان" ، أرشيف ماك تيوتور لتاريخ الرياضيات ، جامعة سانت أندروز
• سيرة ذاتية موسعة لجوزيف ستيفان ، بقلم جون سي. كريبو