Макс Планк

Макс Карл Ернст Людвіґ Планк (; 23 квітня 1858, Кіль — 4 жовтня 1947, Ґеттінґен) — німецький фізик-теоретик, основоположник квантової фізики. Лавреат Нобелівської премії з фізики (1918) та інших нагород, член Прусської академії наук (1894), низки іноземних наукових товариств і академій наук, також дійсний член Наукового товариства ім. Шевченка у Львові з 13 березня 1924 року.

Наукові праці Планка присвячені термодинаміці, теорії теплового випромінювання, квантовій теорії, спеціальній теорії відносності, оптиці. Він сформулював друге начало термодинаміки у вигляді принципу підвищення ентропії та використав його для розв'язання різних задач фізичної хімії. Застосувавши до проблеми рівноважного теплого випромінювання методи електродинаміки та термодинаміки, Планк отримав закон розподілу енергії в спектрі абсолютно чорного тіла (формула Планка) й обґрунтував цей закон, ввівши уявлення про кванти енергії та квант дії. Це досягнення поклало початок розвитку квантової фізики, розробкою різних аспектів якої він займався в подальші роки («друга теорія» Планка, проблема структури фазового простору, статистична механіка квантових систем і так далі). Планк уперше вивів рівняння динаміки релятивістської частинки і заклав основи релятивістської термодинаміки. Низка праць Планка присвячена історичним, методологічним і філософським аспектам науки.

Біографія

Походження і освіта (1858—1878 роки) Макс ПланкЗа даними видання «Spiegel Online», справжнє ім'я Планка було не Макс, а Маркс (). Маркс — це форма латинського імені Маркус. Це відкриття зробив журналіст Карл Дамен, що працював у церковному архіві Кіля. Див.: народився 23 квітня 1858 року в місті Кіль. Планк належав до старовинного шляхетського роду; серед його предків — видатні юристи, вчені, військові та церковні діячі. Його дід Генріх Людвіг Планк (Heinrich Ludwig Planck, 1785—1831) і прадід Готліб Якоб Планк (Gottlieb Jakob Planck, 1751—1833) були професорами теології в Геттінгенському університеті, а дядько Готліб Карл Георг Планк (Gottlieb Karl Georg Planck, 1824—1910) — відомим юристом, одним із творців Німецького цивільного кодексу. Батько майбутнього фізика, Вільгельм Планк (Johann Julius Wilhelm von Planck, 1817—1900), також був юристом, професором права Кільського університету. Він був одружений двічі та мав двох дітей від першого шлюбу (Гуго і Емма) та п'ятьох від другого (Герман, Гільдеґард, Адальберт, Макс і Отто). Мати Макса, Емма Патціг (Emma Patzig, 1821—1914), походила з пастирської родини із померанського містечка Грайфсвальд. Як писав відомий фізик Макс Борн,…про походження Планка, про всіх цих людей — прекрасних, гідних, непідкупних, благородних і великодушних, які віддали себе служінню церкві і державі, — необхідно пам'ятати кожному, хто захоче зрозуміти характер Макса Планка і витоки його успіху.У 1880 році Планк написав докторську дисертацію «Рівноважні стани ізотропних тіл при різних температурах» (), у якій він пропонував різноманітні розв'язки фізико-хімічних проблем на основі своїх висновків. Після відкритої лекції на тему «Про принципи механічної теорії газів» та дискусії після неї, 14 червня 1880 року завершується процес захисту його докторської дисертації і у 22-річному віці він став приват-доцентом Мюнхенського університету. У ці часи Планк живе з батьками і серед професійних кіл він майже невідомий. Його дисертація і роботи на той час не привертають уваги.

Планк починає у цей час свої дослідницькі роботи в галузі термодинаміки й особливо ентропії. Він досліджує зміни агрегатних станів, газові суміші та розчини. У квітні 1885 року Кільський університет запрошує Планка на місце екстраординарія теоретичної фізики. Після коротких перемовин та добрих зв'язків його батька у Кілі Планк отримує місце професора університету, хоча у цей час там було мало студентів.

Улітку 1886 року Планк заручився, а 31 березня 1887 року одружився з Марією Мерк (1861—1909). 9 березня 1888 року народився його перший син Карл (1888—1916), а у квітні 1889-го — близнята Емма (1889—1919) та Ґрета (1889—1917), у 1893 році в сім'ї народжується четверта дитина — син Ервін (1893—1945).

У цей час Планк також визначає для себе теоретичну фізику як область наукових досліджень. Це рішення було незвичайним на той час, оскільки у Німеччині тоді цим займались лише дві кафедри. У той час домінує експериментальна фізика, а теоретична розглядалася лише як допоміжний інструмент чи прикра необхідність.

У 1889 році став першим директором нового Інституту теоретичної фізики Університету Фрідріха Вільгельма в Берліні, а з 1892 до 1926 року займав місце професора фізики Берлінського університету, ставши наступником Густава Кіргхофа на кафедрі фізики. Видав п'ятитомник «Вступ до теоретичної фізики», написаний у 1916—1932 роках. За цією книгою навчалися студенти не тільки Німеччини, а й інших країн світу.

Перша світова війна Початок Першої світової війни Макс Планк зустрів у піднесені й вдячності з переживання того «чудового часу». Політично та консервативно настроєний Планк був лояльним до кайзера і водночас патріотом своєї батьківщини. Він поділяв піднесення більшості населення і навіть використав це у щорічному святі заснування університету 3 серпня 1914 року, та вказав у своїй доповіді на фізичну тему, що у цій війні йдеться «про життя і смерть, про честь і навіть можливо про існування батьківщини»Planck: Physikalische Abhandlungen und Vorträge. Braunschweig 1948, 3. Band, S. 77 за: Hoffmann: Dieter Hoffmann]]: Max Planck. Die Entstehung der modernen Physik. Beck, München 2008, ISBN 978-3-406-56242-6, ст. 72 .

Планк належав до підписантів звернення «До культурного світу», що також відоме під назвою «Маніфест 93-х». У ньому численні науковці заперечують звіти про німецькі військові злочини у нейтральній Бельгії і визначають їх як ворожу пропаганду, чим виправдовують німецький мілітаризмDieter Hoffmann]]: Max Planck. Die Entstehung der modernen Physik. Beck, München 2008, ст. 71 . Протягом війни Планк показував себе її прихильником, але водночас він виступав проти шовінізму, у якому бачив загрозу науці. Він відкидає підпорядкування науки національним інтересам.

У 1916 році запобігає виключенню членів Академії наук із «ворожих країн». У тому ж 1916 році заявляє, що міжнародне співробітництво у науці може поєднуватися з «палаючою любов'ю та активною роботою для власної батьківщини».

Сини Макса Планка Карл та Ервін були солдатами на фронті, а доньки Емма та Ґрета медсестрами. Ервін був поранений на фронті 7 вересня 1914 року та потрапив у французький полон. Карл Планк загинув 16 травня 1916 року під Верденом. Макс Планк мужньо переніс втрату: деякі його друзі лише після декількох тижнів взнали про втрату. 15 травня 1917 року померла його дочка Ґрета від тромбоемболії легеневої артерії, лише декілька днів після народження її першої дитини. Про її народжену доньку почала турбуватися сестра-близнючка Емма. У січні 1919 року Емма одружується з вдівцем Ґрети — Фердинандом Фелінґу, професорові з Гайдельбергу. Однак 21 листопада 1919 року помирає і Емма, при народженні дочки.

Націонал-соціалізм та період Другої світової війни У 1930 році Макс Планк очолив Інститут фізики кайзера Вільгельма. У 1933-му — році приходу нацистів до влади, Планк уже був 74-річним чоловіком та перебував на посаді (з 1930 року) голови Товариства кайзера Вільгельма. Він був вихований у пруській традиції і для нього було само собою зрозумілою лояльність до державної влади. Проте Планк переживає тим, що багато його колег єврейського походження покидають свої посади та покидають Німеччину. Він пробує затримати їх своїм «протриматися і дальше працювати».

Отто Ган зробив запит Планку, чи не можна зробити загальний заклик для певного числа відомих німецьких професорів виступити проти такого ставлення влади до професорів єврейського походження, на що Планк відповів:Якщо ми сьогодні зберемо таких 30 чоловік, то завтра прийде 150, які виступлять проти, тому що вони хочуть мати їх робочі місця.Щодо самого Габера, Планк звертався безпосередньо до самого Гітлера, однак безуспішно. Габер помер у вигнанні в 1934 році. Рік пізніше Планку, як ще голові Товариства кайзера Вільгельма, вдається організувати відзначення роковин смерті Габера. У 1936 році після закінчення головування у Товаристві кайзера Вільгельма Планк відмовляється висувати свою кандидатуру. З цим ситуація навколо нього ускладнюється. Йоганнес Штарк, представник «німецької фізики» та президент фізично-технічного імперського інституту, обзиває публічно Планка, Зоммерфельда та Гайзенберга «білими жидами». Управління наукою досліджує походження Планка і визначає, що він лише на 1/16 єврей. У 1938 році Планк святкує своє 80-річчя. Під час святкувань організованих Німецьким фізичним товариством, Луї де Бройль отримує медаль Макса Планка. Сам Планк отримує близько 900 привітань, на які він сам відписав відповіді. Під кінець 1938 року Академія наук піддалася процесу «Гляйхшальтунг», через який Планк подає у відставку.

Під час Другої світової війни Планк залишає Берлін і перебирається з березня 1943 року в будинок для гостей Карла Штіля — багатого промисловця. Цей будинок побудований на місці замку Роґетц між Тангермюнде та Магдебургом стоїть і зараз. У лютому 1944 будинок Планка у Берліні зруйновано під час бомбування. В останні дні війни Планк та його дружина перебувають між двох фронтів, а після її закінчення він проживає у племінниці у Геттінгені. У 1945 році Планк повернувся на свою посаду (заклад було перейменовано на Інститут фізики імені Макса Планка) і очолював інститут до кінця життя.

Повоєнні роки По закінченні війни з Геттінгена під керівництвом Ернста Тельшова почалася відбудова Товариства кайзера Вільгельма. Планк стає знову його головою. 1 квітня 1946 року після повернення з Англії головування у товаристві перебирає Отто Ган. Влада Британської зони окупації Німеччини наполягає на зміні назви товариства. 11 вересня 1946 року Товариство кайзера Вільгельма перейменовують на Товариство імені Макса Планка. Планка називають його почесним головою. Незважаючи на свій вік, Планк проводить низку доповідей. Так, у липні 1946 року він присутній як єдиний представник Німеччини на святкуванні 300-річчя з дня народження Ісаака Ньютона влаштованому Лондонським королівським товариством.

4 жовтня 1947 року Планк помер. На його могильній плиті вибито тільки ім'я та прізвище ученого і чисельне значення сталої Планка.

Дослідження

Спектр абсолютно чорного тіла й зародження квантової механіки

Свої дослідження Планк присвячував в основному питанням термодинаміки. Популярність він здобув після пояснення спектра так званого «абсолютно чорного тіла». Цим поняттям позначають якийсь предмет, чиє випромінювання залежить тільки від температури і видимої площі поверхні. На противагу фізичним уявленням про неперервність усіх процесів, що було основою фізичної картини світу, побудованої Ньютоном і Лейбніцем, Планк увів уявлення про квантову природу випромінювання. А саме, згідно з його теорією електромагнітні хвилі випромінюються і поглинаються порціями (квантами) з енергією, пропорційною частоті , де  — частота випромінювання, а  — коефіцієнт пропорційності, універсальна фізична стала, яка отримала назву сталої Планка.

При термодинамічній рівновазі чорного тіла, нагрітого до температури T, із своїм випромінюванням, спектр випромінювання описується розподілом Планка: , де I(ν) — енергія, яка з одиниці площі в одиницю часу випромінюється в частотному діапазоні між ν і ν + dν у просторовий кут ; c — швидкість світла, k — стала Больцмана.