Max Planck: Povestea creatorului Teoriei Cuantice
Dacă fizicienii ar scrie istoria, ne-am afla acum anul 1900, când fizicianul german Max Karl Ernst Ludwig Planck a schimbat viziunea noastră asupra lumii atunci când a pus piatra de temelie a teoriei cuantice. Și, incredibil, unii dintre profesorii săi i-au recomandat să se dedice matematicii, deoarece fizica nu avea niciun viitor.
Când Max Planck a intrat la universitate, se părea că în domeniul fizicii totul fusese deja descoperit. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, fizicienii înțelegeau foarte bine mișcarea, materia, energia, căldura, electromagnetismul și lumina atunci când erau considerate separat, însă modul în care acestea erau legate între ele era mai puțin clar.
Lui Max Karl Ernst Ludwig Planck îi datorăm descoperirea cuantelor. Prin această descoperire, el a marcat începutul unui punct de cotitură epocal pentru fizica contemporană și a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică în 1918.
Dar care este povestea omului care a adus această schimbare enormă pentru studiul tuturor lucrurilor care există?
Origini și formare
Max Planck s-a născut în data de 23 aprilie 1858 la Kiel, în nordul Germaniei, tatăl său fiind Johann Julius Wilhelm Planck, iar mama sa Emma Patzig. A fost al șaselea copil al familiei și a fost botezat inițial Karl Ernst Ludwig Marx Planck, dar apoi, din greșeală sau poate intenționat, „Marx” și-a schimbat numele în „Max”. De la o vârstă fragedă, Max a fost înconjurat de numeroși stimuli culturali: tatăl său era profesor de drept constituțional la Universitatea din Kiel, în timp ce bunicul și străbunicul său au fost profesori de teologie la Göttingen.
În 1867, întreaga familie s-a mutat la München, cu puțin timp înainte de unificarea Germaniei. În acest oraș a urmat cursurile liceale și l-a întâlnit pe matematicianul Hermann Müller, care l-a învățat matematică, mecanică și astronomie. Max era remarcabil în toate aceste discipline, așa că nu este o coincidență faptul că a obținut diploma mai devreme, la numai 17 ani.
A urmat apoi Facultatea de Fizică a Universității din München (unde și-a luat doctoratul în 1879) și Universitatea din Berlin, dar în același timp era și un muzician foarte talentat: cânta la pian, orgă și violoncel. În timpul anilor săi de formare la München, profesorul său Philipp Von Jolly l-a sfătuit să nu își continue studiile în fizică, deoarece acest domeniu era deja complet saturat: în opinia sa, nu mai era nimic de descoperit. Cine s-ar fi așteptat ca Max să demonstreze exact contrariul?
Rudolf Dührkoop
Când s-a mutat la Berlin, a studiat cu unii dintre cei mai mari oameni de știință ai vremii: fizicienii Hermann von Helmholts, Gustav Kirchhoff și matematicianul Karl Weierstrass, iar la numai 28 de ani, Max a devenit profesor de fizică teoretică la Universitatea din Kiel, orașul său natal.
În cursul anului următor, s-a căsătorit cu Marie Merck, cu care a avut patru copii. Casa lor a devenit curând un loc de întâlnire pentru profesori, intelectuali și oameni de știință. Printre aceștia s-au numărat Albert Einstein, Otto Hahn și Elise Meinter: acești savanți frecventau casa lui Max și a Mariei în mod constant și făceau din acest loc un loc ideal pentru schimbul de gânduri și reflecții.
Premiul Nobel pentru Fizică
În 1894, Max a devenit interesat de așa-numita „problemă a radiației corpului negru”, adică de radiația electromagnetică emisă de un absorbant perfect.
Un „absorbant perfect”, în termeni simpli, nu este altceva decât un obiect care absoarbe complet toate radiațiile care îl lovesc, fără să reflecte sau să împrăștie nici măcar o mică parte din acestea.
Problema constă în faptul că datele colectate experimental spun un lucru, în timp ce teoria spune altceva. Max, mânat de dorința de a rezolva această problemă, a propus prima versiune a legii sale abia în 1900, dar aceasta nu includea nici cuantificarea energiei, nici mecanica statistică.
Mai târziu în același an, el și-a revizuit propunerea pe baza interpretării statistice a celei de-a doua legi a termodinamicii de către Boltzmann. Acest lucru este folosit de Max pentru a înțelege mai bine unele dintre principiile din spatele propriei sale legi a radiației (deși era profund suspicios cu privire la ceea ce tezele colegului său ar provoca la nivel filosofic).
În decembrie 1900, Max a susținut că energia electromagnetică poate fi emisă doar sub formă cuantificată, adică împărțită în „pachete discrete de energie” numărabile și, prin urmare, că energia poate fi doar un multiplu al unei unități elementare. El scrie acest lucru în formula sa celebră: E = h ν. În această formulă:
– h este constanta lui Planck sau cuanta de acțiune a lui Planck;
– ν este frecvența radiației.
Fizicienii numesc aceste „pachete de energie” fotoni, iar un foton de frecvență ν va avea propria sa energie specifică și unică. Energia totală la frecvența respectivă este deci egală cu produsul hν înmulțit la rândul său cu numărul de fotoni la frecvența respectivă. Astfel s-a născut fizica cuantică, iar în 1918 Max a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică.
Relațiile cu Albert Einstein
Nationaal Archief, Den Haag wikipedia.org
În 1905, au fost publicate cele trei lucrări ale lui Albert Einstein, iar Max a recunoscut imediat importanța teoriei speciale a relativității, iar datorită poziției și influenței sale, teoria lui Einstein a fost acceptată pe scară largă în Germania.
Ipoteza fotonilor a lui Einstein, bazată pe descoperirea din 1887 a efectului fotoelectric de către Heinrich Hertz (și pe investigațiile ulterioare ale lui Philipp Lenard), nu i-a plăcut inițial lui Max: acesta nu putea respinge complet teoria electrodinamică a lui Maxwell. Însă, în 1911, a fost în cele din urmă convins de dovezile aduse de Einstein în favoarea tezei sale la Prima Conferință Solvay de la Bruxelles din 1911.
În cele din urmă, Max este numit rector al Universității din Berlin, ceea ce îi oferă ocazia de a-l chema pe Einstein la Berlin și de a-i înființa o nouă catedră în 1914. Astfel, cei doi devin prieteni apropiați.
Citește și: Hypatia din Alexandria: Mai mult decât un matematician, o legendă
Max Planck nu are încredere în propria sa descoperire
În jurul anilor 1920, interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice a fost dezvoltată de oameni de știință precum Bohr, Heisenberg și Pauli. Max, pe de altă parte, împreună cu Schrödinger și Einstein, a respins-o deoarece era sigur că mecanica ondulatorie ar face ca mecanica cuantică, cea pe care el însuși o inițiase, să devină de prisos.
Totuși, datorită studiilor ulterioare, teoria cuantică este confirmată, în ciuda perplexităților inițiatorului însuși, și se dovedește a fi o descoperire radicală în întreaga istorie a fizicii.
Max Planck în timpul războaielor mondiale
Hugo Erfurth
La începutul Primului Război Mondial, Max Planck s-a numărat printre cei care au semnat „Manifestul celor 93 de intelectuali”, un document de propagandă de război. Prietenul său Albert Eisntein, în schimb, a păstrat o atitudine extrem de pacifistă pe tot parcursul războiului.
În ciuda susținerii conflictului, războiul i-a adus și ghinioane personale lui Max care, după ce și-a pierdut soția din cauza tuberculozei în 1909, și-a pierdut și fiul cel mare în timpul bătăliei de la Verdun, iar ambele fiice au murit dând naștere unor fii. Chiar și fiul cel mic al lui Max, Erwin, a fost luat prizonier de francezi în 1914, dar – din fericire – a supraviețuit.
În 1933, Max – care la vremea respectivă avea 74 de ani, și-a văzut – încet, încet, prietenii și colegii dați afară de la locul de muncă și alungați din țară. În ciuda tuturor lucrurilor, el a continuat să lucreze și a încercat să le ceară unor oameni de știință să rămână cu el în Germania, încrezător că situația va fi de scurtă durată.
Max a condus Societatea Kaiser Wilhelm (KWG) în acei ani și a încercat să evite conflictul deschis cu regimul nazist, dar nu a reușit întotdeauna. De exemplu, laureatul Premiului Nobel pentru Chimie, Fritz Haber, din cauza faptului că era evreu, a fost forțat să emigreze în Anglia, chiar dacă Max încercase să discute problema direct cu Adolf Hitler. Führerul a răspuns că, în calitate de evreu, Haber era un dușman.
În 1936, Max și-a încheiat mandatul de președinte al KWG, iar naziștii l-au obligat să nu mai candideze. Unii dintre colegii săi chiar l-au blamat pentru că a continuat să predea teoriile lui Einstein, care era evreu.
La sfârșitul anului 1938, când Max avea 80 de ani, Academia Prusacă de Științe (al cărei secretar fusese din 1912) a fost ocupată de naziști, astfel că el a demisionat din funcția de președinte. Apoi a început cel de- Al Doilea Război Mondial, iar el și Marga von Hoesslin – cea de-a doua soţie a sa (cu care se căsătorise în 1911), pleacă să locuiască la țară pentru a se proteja.
În februarie 1944, casa sa din oraș a fost complet distrusă de un raid aerian și toate lucrările sale științifice și corespondența au fost distruse.
În 1944, fiul lui Max, Erwin, a fost arestat de Gestapo în urma tentativei de asasinare a lui Hitler în complotul din 20 iulie, apoi judecat și condamnat la moarte de Tribunalul Poporului în octombrie 1944 și spânzurat în 1945. Max a fost distrus de pierderea celui de-al patrulea fiu și – odată cu sfârșitul războiului – a plecat la Göttingen, unde Max Planck a murit în data de 4 octombrie 1947.