Jožef Stefan

Ko uporabimo katerega od izrazov, kot so algoritem, dolomit in pasterizacija, se le redkokdaj vprašamo, kdo so bili znanstveniki, katerih imena so postala splošni strokovni pojmi. Podobno se s Stefanovim zakonom in Stefanovo konstanto med študijem srečajo številni študenti naravoslovja in tehnike, a tudi med njihovimi profesorji je le malo takih, ki o učenjaku, ki je za časa svojega življenja veljal za enega najpomembnejših znanstvenikov avstrijskega cesarstva, vedo kaj več kot to, kako mu je bilo ime.

Revna mladost na Koroškem

Jožef Stefan se je revnima, nepismenima in neporočenima staršema rodil 24. marca 1835 v vasi Šentpeter pri Celovcu. Mati Marija Startinik je bila ob sinovem rojstvu stara vsega 19 let in je delala kot dekla, oče Aleš Stefan pa je bil mlinarski pomočnik.

Čeprav je bil Jože že v mladosti zelo nadarjen za učenje, je moral kot otrok opravljati tudi veliko fizičnega dela. Ker je za očeta prenašal težke vreče z moko, je imel kasneje v življenju eno ramo malo povešeno. Tudi hrana, ki je bila na voljo doma, je bila zelo preprosta, se je spominjal v svojem prvem javno objavljenem sestavku v nemščini leta 1857, ko je za Klagenfurter Zeitung poročal o poljedelski in gozdarski razstavi na Dunaju.

Kot bister otrok je želel po štiriletni osnovni šoli izobraževanje nadaljevati na gimnaziji, a so mu bila vrata šole kot nezakonskemu otroku sprva zaprta.

Oče si je k sreči sčasoma dovolj gmotno opomogel, da je lahko odprl svojo pekarno v Celovcu, kar je staršema omogočilo, da sta se leta 1844 poročila in sinu omogočila nadaljevanje izobraževanja. Ob poroki staršev je Jože po očetu prevzel priimek Stefan, oziroma po slovensko Štefan. Dokler sta bila starša živa, se je Jože vsako poletje za dlje časa vračal na Koroško, hodil po hribih in veliko energije namenil temu, da je nepismena starša učil brati in pisati.

Šolanje in pisanje v slovenščini

Po burnemu letu 1848 so v Avstriji izvedli reformo šolstva. Prejšnja šestletna gimnazija in dvoletni licej sta se združila v osemletno gimnazijo. Z reformo so na gimnaziji kot samostojen učni predmet uvedli tudi slovenščino, ki je za slovenske učence postala obvezna, za nemške pa je bila na voljo kot izbirni predmet. Slovenščino je v Celovcu poučeval Anton Janežič, ki je imel sprva sicer dovoljenje le za učenje na šoli, ne pa tudi, da bi prejemal plačilo za delo, ki ga je opravljal. Med njegovimi prvimi učenci je bil prav Jože, ki je tečaj slovenščine končal z zelo dobro učiteljevo opisno oceno: »Rojen Slovenec, obiskuje tečaj tretje leto, popolnoma točno znanje literature, okusno pismeno oblikovanje, združeno s pohvalnim razumevanjem ilirščine in staro slovenščine.«

Kot najstnik je začel v slovenščini objavljati pesmi in razne druge spise, v katerih se je dotaknil romantičnih, domoljubnih in znanstvenih tem. Vendar njegovo pisanje v slovenski kulturni skupnosti žal ni bilo preveč dobro sprejeto. S svojim literarnim talentom se je sicer odkrito soočil v pesmi z naslovom Avtokritika, v kateri se nekako poslovil od pesnjenja: »Kaj hudiča na Parnasu/ matematičar počenja/ … saj se vidi, da navajen/ je le iksa, ipsilona.«

A bistveno bolj kot njegove mladostne pesmi, so z današnjega vidika zanimivi njegovi poljudnoznanstveni spisi. Takole je v reviji Šolski prijatel leta 1855 ob pojasnjevanju, zakaj je nebo modro, spotoma omenil tudi mavrico: »Solnčna luč je bela in sostavljena je iz več drugih barvenih luči. Sostavljena je iz tistih barv, ki se nam prikazujejo, kader se razpenja po nebu mavrica ali božji stol, iz ravno tistih barv, ktere vidimo gledajoči skoz trioglato steklo.«

Stefanovi poljudnoznanstveni sestavki bi gotovo zelo popestrili skromno ponudbo slovenske literature v sredini devetnajstega stoletja, vendar nekateri vplivni lokalni intelektualci nad strokovnim pisanjem niso bili ravno navdušeni. Fran Levstik je na primer menil, da Slovenci še niso dovolj zreli za prebiranje zahtevnih člankov o znanosti in da je treba naš narod najprej izobraziti in pritegniti h knjigi skozi povesti, šele nato ga seznanjati tudi z dosežki naravoslovja.

V polemičnem sestavku iz leta 1859, v katerem se je odzval na članek študenta medicine Valentina Janežiča z naslovom Potrebe Slovencev glede prirodnih ved, se je Levstik ponorčeval iz poskusov, da bi zabite Slovence že takrat morili s prirodoslovjem: »Preden končam, naj še opomnim, da čeravno je morda res jako treba ljudstvu ‘razlagati redivnost in vrednost njegovega živeža, imenitnost železnih cest’ itd., vendar menim, da bi narodu za zdaj mnogo bolj koristile dobre povesti, kratkočasnega in podučnega zapopadka, in druge take reči, pisane v domačem govoru in domačem duhu.«

Stefana so takšni posmehljivi komentarji prizadeli, čeprav niso leteli neposredno nanj. Odzval se je s sestavkom, v katerem je opozoril na težave, s katerimi se je srečal, ko je poskušal pisati članke o znanosti v domačem jeziku: »Stojim pred vami znabiti s celim košem nemškega znanja in s pestjo slovenskih besed. Iz koša bi bilo lahko jemati, a težko je vselej iz njega vzetej stvari najti prikladnega oblačila v skerčenej pesti. In nagih jih vendar ne morem pošiljati v svet. Zakaj Slovenci so zdaj močno sramežljivi, in jezične nesramnosti jim bodejo serca slovničarske. Studijo se jim besede, kterih prosti kmet v domovini slovenskega duha ne nosi na jeziku zjutra in večera.«

Kmalu po Levstikovem zafrkljivem sestavku na račun primernosti poljudnoznanstvenih sestavkov za Slovence je Stefan v starosti nekaj čez dvajset let, javno povsem prenehal pisati v svojem materinem jeziku. Osredotočil se je predvsem na akademsko kariero in postal vodilni fizik svojega časa.

Študij na Dunaju in začetek znanstvene kariere

Stefan se je na dunajsko univerzo vpisal jeseni 1853. Že v gimnaziji so ga zelo zanimale naravoslovne vede, in ker se pri pouku ni naučil dovolj, je veliko prebiral strokovne knjige. Med študijem na univerzi je spoznal še, da ga navdušuje raziskovalno delo v laboratoriju. Po diplomi leta 1857 je sprva poučeval fiziko študente farmacije, hkrati pa učil dijake na realki.

Za Stefanovo znanstveno kariero po študiju na Dunaju je bilo izjemno pomembno predavanje, ki ga je imel decembra 1857 na dunajski akademiji. Med poslušalci je bil namreč profesor fiziologije in pomemben dunajski znanstvenik Karel Ludwig, ki ga je Stefanovo delo navdušilo. Ko je izvedel, da se mlad učenjak težko preživlja s poučevanjem in da nima dostopa do laboratorija, mu je ponudil zaposlitev na Inštitutu za fiziologijo Univerze na Dunaju, ki ga je vodil. Po predavanju je Stefan v svoj dnevnik zapisal: »Znabiti pojde od tega dne z menoj boljše, obrazi se mi bolj prijazni kažejo, vendar pa Bog ve, ali bode kaj pomagalo, vsi me vabijo, da bi delal ž njimi, pa še nobeden mi ni rekel, da bi jedel ž njim.«

Čeprav je bilo delo na fiziološkem inštitutu naslednja leta za Stefana pomemben vir sredstev za preživljanje, si je vseeno želel zaposlitev, ki bi bila bolj povezana s fiziko. Po spletu okoliščin je že zelo hitro ponovno dobil možnost, da se izkaže. Januarja 1863 je postal najmlajši redni profesor v državi, zaradi prezgodnje smrti enega od raziskovalcev pa se je odprlo še mesto na fizikalnem inštitutu dunajske univerze.

Dve leti kasneje se je direktor fizikalnega inštituta upokojil in Stefan je prevzel njegovo mesto. V le nekaj letih se je tako s solidne zaposlitve na fiziološkem inštitutu povzpel na mesto vodje najbolj priznanega centra za fizikalne znanstvene raziskave v državi. Med nadaljnjo znanstveno kariero je to veliko priložnost, ki se mu je ponudila, zelo dobro izkoristil.

Vrhunski znanstvenik in priljubljen profesor

Stefan je na dunajski univerzi opravljal različne upravne funkcije, med drugim je bil med letoma 1869 in 1870 dekan filozofske fakultete, med letoma 1876 in 1877 pa rektor univerze. Bil je tudi tajnik in podpredsednik avstrijske akademije znanosti. Stanovanje je imel v isti hiši, v kateri je bil inštitut, tako da velikokrat zatopljen v delo tudi po več dni ni zapustil zgradbe. Čeprav je dobil več povabil za profesuro na uglednih evropskih univerzah, jih je vse zavrnil in raje ostal na Dunaju. V znanstveni skupnosti je postal posebej poznan, ko je leta 1865 prejel prvo nagrado Ignaza L. Liebena, ki so jo vsaka tri leta podeljevali mladim državljanom avstrijskega cesarstva za najboljšo znanstveno razpravo.

Poleg tega, da je postal Stefan odličen znanstvenik in sposoben organizator, se je uveljavil tudi kot priljubljen učitelj. Slovel je kot zanimiv predavatelj, ki je znal študente navdušiti, kar se je kazalo tudi v tem, da je bil po koncu predavanj pogosto vidno izčrpan. Njegovi študenti se ob njem niso le dobro počutili, ampak so bili tudi motivirani za poglobljeno znanstvenoraziskovalno delo na visoki ravni.

V Zborniku Slovenske matice so leta 1902 objavili zapis Ivana Šubica, ki se je spominjal vzdušja na Stefanovih predavanjih: »Leta 1878. sem prvič sedel med slušatelji dr. Josipa Stefana na dunajski univerzi. Predaval je v svojem fizikalnem inštitutu. Bil sem jako radoveden na moža, ki je slovel poleg Miklošiča kot najodličnejši član dunajskega vseučilišča. Kmalu je vstopil; mirno in živo je gledal po avditoriju in pričel govoriti. Beseda mu je tekla počasi, in izgovor je takoj spominjal na rojenega Slovenca. Glas mu je bil srednje krepek in jako simpatičen. Kar je izgovoril, je bilo po vsebini in obliki formalno dovršeno, kot za takojšen tisek prirejeno. Tuintam mala zabavljica, pikra opazka ali fina šala, navidezno brez namena in suhoparno izgovorjena, a ravno zato tem večjega učinka. Imel je poseben dar, obravnavati znanstvene predmete na lahko umljiv način. Z neprispodobno jasnostjo je razvijal najtežje probleme; vse matematične dedukcije je znal prilagoditi doumljivosti svojih slušateljev ter jih tako razvrstiti, da jih je moral vsakdo umeti. Stefanova predavanja so bila v vsakem oziru vzorna in naravnost klasična. Njegov mirni in premišljeni, od plemenite samozavesti in dobrohotnosti pronicani nastop mu je pridobil srca slušateljev, in čestikrat so z burnim ploskanjem izrekali svoje navdušenje, ko je končal.«

Učenec, ki ga je presegel

Tudi Ludwig Boltzmann eden Stefanovih najbolj znanih in uspešnih študentov, se je z navdušenjem spominjal dobrega vzdušja, ki ga je izžareval njegov mentor: »Nič ne zmanjša odličnosti njegovega značaja in čarobnosti, ki jo je prenašal na mlade znanstvenike. To čarobnost je bilo mogoče doživeti le osebno. Inštitut je ostal z mano vse življenje kot simbol resne in navdihujoče eksperimentalne dejavnosti.«

Stefan in Boltzmann sta si bila sicer dokaj različna. Čeprav je bil Stefan direktor inštituta, je bil le devet let starejši od Boltzmanna. Stefan se je rodil v kmečki družini nepismenim staršem, Boltzmann pa je odraščal v dobro izobraženi meščanski družini. Stefan je bil izjemen eksperimentator in sposoben teoretik, genialnost in slava Boltzmanna pa je izhajala predvsem iz njegovih analitično-teoretskih dosežkov.

Boltzmann je za svoj čas veliko akademsko potoval in bil aktiven pri promociji svojih idej, medtem ko Stefan ni rad zapuščal znanih krajev in je objavljal predvsem v lokalnih znanstvenih revijah. Stefan je celotno akademsko kariero preživel na dunajski univerzi, Boltzmann je svoj akademski uspeh izkoristil za gostovanja na univerzah po vsej Evropi. Boltzmann se je kmalu po doktoratu poročil in imel pet otrok, Stefan pa je skoraj do konca življenja ostal samski in ni imel potomcev.

Stefan je bil priljubljen učitelj ter direktor, a hkrati zelo osredotočen na svoje delo. Delu je bil predan tako močno, da je imel malo prijateljev in skoraj nič družabnega življenja. Boltzmann je po drugi strani užival v druženju, a hkrati ni bil prav spreten pri navezovanju novih znanstev, saj je močno nihal v razpoloženju. Kljub osebnostnim razlikam sta bila oba učenjaka izjemno predana znanosti.

Boltzmann je Stefana po smrti opisal z naslednjimi besedami: »Uporabljal je orodja napredne matematike in znal najtežja probleme predstaviti v najbolj jasni in razumljivi obliki, ne da bi se mu bilo treba zatekati k matematičnemu formalizmu. Nikoli ni skušal poudarjati svoje mentalne superiornosti. Name je naredil globok vtis njegov iskriv humor, ki je tudi najtežjo razpravo spremenil v zabavno igro za študenta.«

Vodenje fizikalnega inštituta in znanstvene raziskave

Druga polovica devetnajstega stoletja in začetek dvajsetega je bilo obdobje, ki je bilo za fiziko na dunajski univerzi posebej plodovito. Začelo se je z revolucionarnim letom 1848, ko se je država odločila, da bo bolj strateško podpirala izobraževanje in znanost, zaradi pospešene industrializacije pa so vse pomembnejša postajala tudi inženirska znanja. Inštitut za fiziko na dunajski univerzi je postal pomemben element tehnično-znanstvenega prebujenja monarhije in prav Jožef Stefan je postal ključna oseba, ki je odlično vodila to znanstveno ozaveščanje.

Prvi vodja dunajskega fizikalnega inštituta je leta 1850 postal Christian Doppler, ki je leta 1842 zaslovel s razpravo, v kateri je obravnaval spreminjanja frekvence vira svetlobe ali zvoka, če se ta premika, a je že pri 49 letih umrl zaradi pljučne bolezni. Nasledil ga je Andreas von Ettingshausen, ki je leta 1862 zaradi starosti in zdravstvenega stanja predlagal, da imenujejo še namestnika direktorja. Leta 1863 je za to mesto predlagal perspektivnega Stefana, saj je njegov takratni pomočnik in zet leta 1859 umrl za tuberkulozo. Tako se je Stefan postopoma seznanil z nalogami direktorja in od leta 1866 do svoje smrti leta delal kot direktor, raziskovalec in učitelj na fizikalnem inštitutu dunajske univerze.

Stefan je raziskovalno zanimanje poneslo na številna področja fizike. Eden od njegovih najbolj pomembnih dosežkov je bila prva natančna meritev toplotne prevodnosti plinov. Takrat se namreč fiziki debatirali o tem, ali plini sploh lahko prevajajo toploto ali ne. Leta 1872 mu je uspelo z napravo, ki jo je sam izdelal in poimenoval diatermometer, kot prvemu izmeriti toplotno prevodnost zraka in nekaterih drugih plinov.

Leta 1864 je John Tyndall objavil meritve infrardečega sevanja žarnice iz platine. Na osnovi teh meritev je Stefan leta 1879 izpeljal zakon o sevanju črnega telesa, katerega bistvo je, da je izsevana energija črnega telesa sorazmerna s četrto potenco njegove absolutne temperature. Odkritje je objavil v daljšem članku z naslovom »O povezavi med toplotnim sevanjem in temperaturo«, s pomočjo zakona pa je lahko med drugim zelo dobro ocenil temperaturo površine Sonca. Ker je Boltzmann pet let kasneje razmerje še teoretično izpeljal, se sedaj imenuje Stefan-Boltzmannov zakon, konstanta v enačbi pa Stefan-Boltzmannova konstanta. Gre za edini fizikalni zakon, ki ima ime po kakem Slovencu.

Kasneje se je sicer izkazalo, da so bile meritve, na osnovi katerih je Stefan izpeljal zakon, deloma napačno interpretirane, a se je več napak medsebojno izničilo, tako da je uspel z veliko sreče dobiti ravno pravi rezultat. Je pa zakon sevanja zelo skrbno obravnaval z raznolikih vidikov in prispeval pomembne teoretske uvide, tako da brez njegovih bogatih izkušenj, znanja in intuicije iz danih podatkov zakona ne bi bilo mogoče izpeljati. Med drugim je na podlagi svojih meritev toplotne prevodnosti in študija kinetične teorije razumel, da je za merjenje prenosa toplote zaradi sevanja pomembno uporabljati absolutne temperaturne enote in ne tistih, ki temeljijo na poljubno izbrani temperaturni lestvici.

Velika elektrotehniška razstava

Manj znano kot Stefanove raziskave toplote je njegovo delo na področju elektrotehnike, ki je v drugi polovici 19. stoletja vzbudila veliko svetovno znanstveno in tehnično zanimanje ter vse bolj prodirala v vsakdanje življenje. Bil je velik občudovalec Maxwellovih enačb in je imel pomembno vlogo pri njihovem uveljavljanju v celinski Evropi, saj je bil eden prvih, ki so v celoti razumeli Maxwellovo teorijo elektromagnetnega polja. Že od šestdesetih let se ukvarjal s problemi na področju izmeničnega toka in indukcijskega koeficienta tuljav.

Ker se je uveljavil tudi kot odličen elektroinženir, so ga imenovali za predsednika tehnično-znanstvene komisije za mednarodno elektrotehnično razstavo na Dunaju leta 1883. Na tej razstavi so ustanovili tudi Elektrotehniško društvo na Dunaju, ki se je pozneje preimenovalo v Avstrijsko društvo za elektrotehniko, Stefana pa so izvolili za njegovega prvega predsednika.

Ob ustanovitvi elektrotehniškega združenja so zapisali, da je namen društva »vnesti jasnost v kaotično zmedo stvari in idej: tehnikom zagotoviti nove številke in podatke, laikom navodila in razumevanje, poleg tega pa razširiti prejete vtise in predloge prek lokalnih in časovnih meja«.

Jožef Stefan je te cilje vzel zelo resno. Pod njegovim vodstvom je bila ustanovljena elektrotehniška revija, ki je sprva izhajala dvakrat tedensko in je bila namenjena obveščanju znanstvenikov in elektroinženirjev o strokovni praksi in aktualnem razvoju, služila pa je tudi kot platforma za objavo novih znanstvenih spoznanj. Poleg tega je Stefan podpiral prizadevanja za pripravo smernic za varno uporabo električne energije, kar je bil še eden od ustanovnih ciljev združenja. Tako velja leto 1883 tudi za začetek elektrotehnične standardizacije v avstrijskem cesarstvu.

V časopisu Slovenec so takole povzeli vtise z razstave: »Električna razstava odprla je strmečemu svetu čuda, o katerih si svoje dni veleumni še mislili niso! Davno gojene nade spolnile so se fizikom in mehanikom v mnogo večji meri, kakor so se sami nadejali. Skrivne in silne moči elektrike, povezane in vklenjene, so v človeških rokah na razpolaganje tovarnam, prometu, razsvitljavi in zdravnikom. … Basen pripoveduje o Prometeju, da je iz solnca ognja ukradel, ter ga na zemljo prinesel: Franklin spravil se je nad strašno moč nebeško, nad žarni blisk, ter mu po strelovodu pot predpisal; naši tehniki so pa to nebeško silo vklenili v stroje in jo prisilili, da človeku služi mesto konja, ker mu vozove vlači, mesto olja ali plina, ker mu temno noč razsvetljuje in mesto neznatnih mazil, ker mu trganje ozdravlja. Kje je na svetu še kaka druga reč, ki bi za toliko raznovrstnih opravil sposobna bila in vrh tega pa še iz kraja v kraj govorila in pisma pisala?«

Poroka in smrt

Leta 1891, pri 56 letih, je Stefan končal svoje dolgoletno samsko življenje in se poročil z Marijo Neumann, vdovo po inšpektorju državne železnice na Koroškem. Po poroki je postal ponovno bolj vesel, žal pa novo prijetno družinsko življenje, ki so ga bogatili tudi obiski ženinih vnukov, ni trajalo dolgo.

Približno leto po poroki ga je 18. decembra 1892 zadela možganska kap, po kateri si ni več opomogel. Do tragedije je prišlo med obiskom najboljšega prijatelja na Dunaju. Ko se je odpravljal domov, ga leva noga ni hotela ubogati, saj je ni mogel več dvigniti. Zaradi neubogljive noge se je sprva še šalil, nato pa se je zgrudil po tleh.

Omrtvičenje telesa zaradi kapi je naslednje tedne napredovalo, tako da je 7. januarja 1893, star manj kot 60 let, umrl. Pogreba na dunajskem osrednjem pokopališču se je udeležilo veliko ljudi, saj je bil kot vodilni znanstvenik takratne države znan širšemu krogu ljudi, ne le kolegom iz akademskih krogov.

Fizik Albert von Obermayer se je na skupni žalni seji več znanstvenih društev od svojega učitelja, mentorja in sodelavca poslovil z naslednjimi besedami: »Tako je za vedno odšel ne le eden najodličnejših duhov, marveč tudi redko plemenit človek. Upognjeni od bolečine žalujemo poleg njegovih najbližjih tudi vsi, ki nam je kot svojim učencem pokazal pot v znanost, nam stal ob strani z razsvetljenim nasvetom in ki nam bo ostal zgled resnično predanega in na žrtve za domovino zmeraj pripravljenega učitelja… Njegov spomin bo dalje živel v srcih njegovih učencev, v univerzitetnih analih in zgodovini znanosti.«

Na Slovenskem odmevi na nenadno smrt velikega znanstvenika niso bili tako čustveni kot na Dunaju. Neznan pisec je v časopisu Slovenski narod takole povzel delo in vpliv velikega fizika slovenskega rodu: »V svoji mladosti je bil umrli dr. Stefan unet narodnjak, a ko se je zaglobil v svoja znanstvena preiskovanja in se uživel v tuje, nemške razmere, prelevil se je s časoma v kozmopolitičnega učenjaka, zlasti ker naših narodnih teženj ni poznal in jih ni umel. Kot fizik bil je pokojnik po vsem svetu znan in si je za razvoj te znanosti stekel neprecenljivih zaslug. Bodi mu lahka tuja zemlja!«

Viri

• Crepeau, John. 2007. „Josef Stefan: His Life and Legacy in the Thermal Sciences“. Experimental Thermal and Fluid Science 31 (7): 795–803.
• Čermelj, Lavo. 1950. Josip Stefan: življenje in delo velikega fizika. V Ljubljani: Slovenski knjižni zavod.
• Sitar, Sandi. 1993. Jožef Stefan: pesnik in fizik : ob stoletnici smrti. Ljubljana: Park.
• Westritschnig, Karl. 2012. Josef Stefan – Eine biografische Spurensuche zum 120. Todestag: Zur Erinnerung an den Physiker und Menschen aus Kärnten. Norderstedt: GRIN Verlag.

-