thumb|right|250px|Stefanova rojstna hiša na Žrelški cesti (Ebentaler Straße) 88 v Celovcu. Stranska stavba, v kateri je verjetno prebivala mati s Stefanom, ne stoji več. Geigerjevo hišo so obnovili pred 2. svetovno vojno, nato je bila med vojno porušena, in so jo po njej na novo pozidali. thumb|right|250px|Doprsni kip Jožefa Stefana na Univerzi na Dunaju

Jožef Stefan [jóžef štéfan] fizik, matematik, elektrotehnik, profesor in pesnik, * 24. marec 1835, Šentpeter pri Žrelcu (sedaj predel Celovca), Avstrijsko cesarstvo (sedaj Avstrija), † 7. januar 1893, Dunaj, Avstro-Ogrska (sedaj Avstrija).

Ker se je Stefan rodil na ozemlju današnje Avstrije in ker je večino življenja preživel in deloval na Dunaju, ga nekateri viri navajajo kot avstrijskega fizika, čeprav se je rodil v slovenski družini. Zaradi prednikov in zaradi mladostnega pesništva ter pisanja poljudnoznanstvenih besedil in zavzemanja za slovenščino ga imajo mnogi slovenski in tujejezični viri za Slovenca. Stefan velja tudi za enega najuspešnejših slovenskih raziskovalcev vseh časov. Za njegove dosežke ga je odlikoval cesar, kar mu je prineslo pravico do plemiškega naslova, ki pa je ni izkoristil.

Življenje

Jožef se je rodil materi Mariji Startinik (1815–1863), hčeri mizarja Gregorja Startinika in njegove žene Apolonije, rojene Olip, iz Glinj pri Borovljah, dekli na posestvu Josipa Geigerja, in očetu Alešu (Aleksander) Stefanu (Stephan) (1805–1872), nezakonskemu sinu kmetice Elizabete iz Škocjana pri Podjuni, mlinarskemu pomočniku. Starša ob rojstvu še nista bila poročena.

Ko si je oče v Celovcu v Zgornji grajski ulici (nemško Obere Burggasse) 372 ustvaril skromno trgovino z mlinarskimi in pekarskimi izdelki, se je 25. avgusta 1844 poročil z Jožefovo materjo. Oče je formalno uveljavil očetovstvo šele 3. oktobra 1845, ko je Jožef že obiskoval celovško benediktinsko gimnazijo. Jožef verjetno ne bi mogel nadaljevati šolanja na gimnaziji, če s poroko ne bi dobil očetovega imena. Ostal je edinec. Starša sta bila nepismena. Stefan je poskušal učiti svojo mamo, da bi lahko brala njegova pisma, ki jih ji je pošiljal z Dunaja.

Zaradi nezakonstva pri rojstvu je spremljal njegovo mladost občutek manjvrednosti. Leta 1841 je začel obiskovati celovško normalko, ki je tedaj zaradi učnega programa veljala za »nemško« šolo. V osnovni šoli je pokazal veliko nadarjenost in so mu priporočili, da nadaljuje šolanje. Matematiko ga je učil benediktinec Johann Chrysostomus Sepper po Močnikovih učbenikih. Staršema je bil Stefan zelo hvaležen, ker sta mu to omogočila in ga podpirala tudi na univerzi.

Že v nižjih razredih gimnazije je v matematiki presegal učno snov. V letu 1848 je doživel revolucionarne dogodke v habsburški monarhiji, še posebej spremembe na celovški gimnaziji. Leta 1849 je postala slovenščina za slovenske dijake obvezen predmet in sestavni del pisnega in ustnega dela mature. Slovenščino je tedaj Stefana v četrtem razredu poučeval Janežič. Stefan se je začel zelo zanimati za jezik in pesništvo. Skupaj s prijatelji so na gimnaziji ustanovili literarni krožek, kjer so najprej zbirali in izmenjevali knjige slovenskih in slovanskih književnikov, nato pa so začeli v letu Prešernove smrti pisati sami in izdajati dijaško glasilo Slavija, ki se verjetno ni ohranilo. Tukaj je Stefan objavil tudi svoje prve pesmi. Zanimal se je za srbohrvaščino (ilirščino) in se poleg pouka ukvarjal še posebej z latinščino, grščino, drugimi slovanskimi jeziki (ruščino, češčino), matematiko in fiziko. V slovenščino je prevajal rusko pesništvo. Fiziko ga je tedaj poučeval Robida. Ob koncu sedmega razreda gimnazije je za prvo nagrado prejel Eisenlohrov učbenik fizike Lehrbuch der Physik iz leta 1860.

Diplomiral je iz matematike in fizike na Filozofski fakulteti Univerze na Dunaju, kjer je študiral od leta 1853. Med njegovimi profesorji so bili: Moth in Petzval za matematiko, Kunzek, Grailich in von Ettingshausen za fiziko. Na univerzi je poslušal tudi Miklošičeva predavanja iz jezikoslovja in predavanja iz kemije, astronomije, anatomije, botanike in rastlinske fiziologije. Zanimal se je tudi za filozofska in zgodovinska vprašanja, ter se učil francoščine in angleščine. V študentskih letih je napisal in objavil več pesmi, potopisov in poljudnoznanstvenih spisov v slovenskem jeziku. Jeseni leta 1857 je našel svojo prvo zaposlitev kot profesor na dunajski zasebni realki in v 4. letniku predaval eksperimentalno fiziko na dunajski univerzi študentom farmacije. V letu 1858 je na dunajski univerzi doktoriral z disertacijo Opažanja o absorpciji plinov (Bemerkungen über Absorption der Gase) pod von Ettingshausenovim mentorstvom. Malo kasneje je z naslovom »privatni docent« pridobil še pravico predavati na univerzi. Leta 1859 je skupaj z von Ettingshausenovim asistentom Reitlingerjem postal docent na tamkajšnjem fizikalnem inštitutu, ki ga je 17. januarja 1850 ustanovil Doppler. Tega leta je napisal zadnje slovensko prozno besedilo Naturoznanske poskušnje. Ludwig in von Brücke sta ga leta 1860 predlagala za dopisnega člana Cesarske akademije znanosti.

Leta 1863 je postal redni profesor matematike in fizike na Univerzi na Dunaju ter tako postal najmlajši redni profesor v tedanji državi. Leta 1865 je začel načelovati fizikalnemu inštitutu. Tedaj je nepričakovano umrl asistent E. Gailich, ki je bil predviden za naslednika predstojnika fizikalnega inštituta. Kmalu je iz zdravstvenih razlogov von Ettingshausen odšel v pokoj in njegovo mesto je zasedel Stefan. Še preden je postal predstojnik inštituta, so Stefana izvolili za rednega člana avstrijske Cesarske akademije znanosti. Bil je tudi njen podpredsednik, prvi predsednik avstrijskega elektrotehniškega društva in član več znanstvenih združenj po Evropi. V letih 1876 in 1877 je bil rektor Univerze na Dunaju.

Znanstveno delo

Stefan je raziskoval na vseh tedanjih področjih fizike: mehaniki, hidrodinamiki, akustiki, termodinamiki, kinetični teoriji plinov, kaloriki, teoriji toplotnega sevanja, elektromagnetizmu, optiki. Vse svoje znanstvene razprave je napisal v nemščini. Govoril in pisal je v južnobavarskem narečju. Najbolj je znan po določitvi fizikalnega zakona, ki ga je eksperimentalno odkril leta 1879, in, ki povezuje celotno izsevano energijo črnega telesa j* s četrto potenco termodinamične temperature T:

Zakon je pozneje leta 1884 teoretično izpeljal Boltzmann po termodinamični poti in je zato znan kot Stefan-Boltzmannov zakon. To je edini fizikalni zakon, ki se imenuje po kakšnem Slovencu. Konstanta, ki se pojavi v tem zakonu, se po njem imenuje Stefanova konstanta, njena številska vrednost v brezrazsežnem Planckovem sistemu enot pa je:

kjer je ζ(s) Riemannova funkcija ζ. Sedaj se izpelje zakon iz Planckovega zakona:

Z zakonom je Stefan določil temperaturo Sončeve površine in izračunal vrednost 5430 °C. To je bila prva smiselna določena vrednost za temperaturo Sončeve površine.

Stefan je leta 1872 prvi izmeril toplotno prevodnost plinov. Za ta namen je izdelal napravo in jo imenoval diatermometer. Z meritvami je potrdil napoved kinetične teorije. Raziskoval je difuzijo v plinih in izhlapevanje. Ponovil je Maxwellove izračune in drugih, ter med seboj primerjal podatke za hitrost difuzije. Na podlagi njegovih računov so v sodobni meteorologiji zasledili tok med kapljicami vode in kristali ledu, ki je znan kot Stefanov tok. V letu 1869 je v razpravi O osnovnih enačbah elektrodinamike primerjal različne teorije o delovanju vodnikov s tokom drugega na drugega. Leta 1871 je v razpravi O zakonih elektrodinamične indukcije zapisal enačbo za naraščanje toka v električnem krogu s tuljavo in upornikom, ko se ga priključi na izvir s konstantno napetostjo. Razpravljal je o indukcijskem zakonu, o magnetni sili in trajnih magnetih. Izračunal je induktivnost tuljave s kvadratnim presekom. V razpravi O spremenljivih električnih tokovih v debelih vodnikih je leta 1887 obravnaval kožni pojav in pri tem poenostavil izvajanje enačb, ki jih je za leta 1883 odkriti pojav navedel lord Rayleigh. V razpravi O električnem nihanju v premih vodnikih je leta 1890 obravnaval električni tok z zelo visoko frekvenco. Tu je uporabil svojo enačbo za kožni pojav. Iz te raprave je razvidno, da je temeljito eksperimentalno raziskal učinke radijskih valov, ki jih je leta 1887 odkril Heinrich Hertz.

Stefan je bil med prvimi fiziki, ki so v celoti razumeli Maxwellovo teorijo elektromagnetnega polja in eden redkih zunaj Anglije, ki so jo tedaj širili. Po Boltzmannovem mnenju je poleg Stefana tedaj le še Helmholtz spoznal pomen Maxwellove teorije. Drugi fiziki so bili do nje nezaupljivi ali pa jih je celo odbijala, predvsem zaradi videza nedokončanosti in še nerazvite vektorske analize.

S področja optike je pisal o polarizaciji svetlobe, o sipanju svetlobe po vrtenju polarizacijske ravnine v kremenu, o razpršitvi barv po vrtenju polarizacijske ravnine v sladkornih raztopinah. Na podlagi interferenčnih pojavov je podal novo metodo za merjenje valovne dolžine svetlobe.

Dunajska fizikalna šola je kljub izredno malo sredstev postala svetovno znana z imeni, kot so: Doppler, Mach, Stefan, Boltzmann in Loschmidt, ter kasneje z imeni, kot so: Ehrenfest, Meitner, Exner, Hasenöhrl, von Mises in Schrödinger.

V matematiki je pomembna Stefanova naloga, ki je primer naloge s premično fazno mejo. Okoli leta 1890 je Stefan obravnaval splošni razred takšnih nalog v povezavi z nastankom ledu in faznima prehodoma izparevanjem in taljenjem kot difuzijskima pojavoma. Problem sta prva raziskovala Lamé in Clapeyron leta 1831. Stefan je rešil problem pri računanju hitrosti nastajanja plasti ledu na vodi.

Bibliografija

Znanstvene razprave

12 Stefanovih razprav sodi v mehaniko in hidrodinamiko, 7 v akustiko, 25 v termodinamiko s kinetično teorijo plinov, 27 v elektriko in magnetizem in 12 v optiko.

Povzeto po

Splošne enačbe za nihajoče gibanje (Allgemeine Gleichungen für oszilatorische Bewegung), Poggendorf, Annalen (PA) B 102, str. 365–387 (1857). Pripombe o absorpciji plinov (Bemerkungen über die Absorption der Gase), Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften in Wien (SAW) 27, str. 375–430 (1858). O transverzalnem nihanju prožne palice (Über die Transversalschwingungen eines elastischen Stabes), SAW 32, str. 207–241 (1858). O Dulong-Petitovem zakonu (Über das Dulong-Petit'sches Gesetz), SAW 36, str. 85–118 (1858). O tlaku tekoče vode pravokotno na smer toka (Über den Druck, den das fliessende Wasser senkrecht zu seiner Stromrichtung ausübt), SAW 37, str. 25–42 (1859; skupaj s C. F. W. Ludwigom). O novem zakonu za kinetično energijo v gibajočih se tekočinah (Über ein neues Gesetz der lebendigen Kräfte in bewegten Flüßigkeiten), SAW 37, str. 420–438 (1859). O pojavih absorpcije v plinih (Über der Erscheinungen der Gasabsorption), Programm der Ober-Realschule, Dunaj (1859). Geometrično ponazarjanje fizikalnih problemov (Geometrische Darstellung physikalischer Probleme), Zeitschrift für Realschulen, Dunaj (1859). O specifični toploti vode (Über die specifische Wärme des Wasserdampfes), PA 110, str. 593 (1860). O gibanju tekočin I (Über die Bewegung flüßigger Körper, 1. Mitteilung), SAW 46, II, str. 8–31 (1862). O gibanju tekočin II (Über die Bewegung flüßigger Körper, 2. Mitteilung), SAW 46, II, str. 495–520 (1862). O hitrosti zvoka v plinih (Über die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schales in gasförmigen Körpern), PA 118, str. 494 (1863). Pripombe k teoriji plinov (Bemerkungen zur Theorie der Gase), SAW 47, II, str. 81–97; tudi PA 119, str. 492 (1863). O širjenju toplote (Über die Fortpflanzung de Wärme), SAW 47, II, str. 326–345; tudi PA 125, str. 257, 1865 (1863). O razsipanju svetlobe v kremenu pri vrtenju polarizacijske ravnine (Über die Dispersion des Lichtes durch Drehung der Polarisationsebene im Quarz), SAW 50, II, str. 88–124 (1864). O nekem pojavu pri Newtonovem barvnem steklu (Über eine Erscheinung am Newtonschen Farbenglase), SAW 50, II, str. 135–137; tudi PA 123, str. 650 (1864).