Макс Планк: идеалист, разрушивший устои | Политика и общество: анализ событий в Европе, России, мире | DW

В 1900 году Макс Планк (Max Planck) выдвинул новую теорию теплового излучения, оказавшую огромное влияние на развитие всей современной физики. Его гипотеза перевернула многие представления научного мира. В настоящее время специалисты считают создание квантовой теории крупнейшим открытием 20 века.

«Из него выйдет толк…»

23 апреля 1858 года в семье профессора юриспруденции Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка (Johann Julius von Planck) и его жены Эммы родился шестой ребенок. При крещении мальчику было дано имя Макса Карла Эрнста Людвига.

В 1867 году семья переехала из Киля в Мюнхен, где отцу будущего ученого предложили кафедру гражданско-процессуального права в местном университете. 9-летний Макс поступил в гимназию. Учителя оценивали его достаточно высоко: «Дельный и любезный… Послушный, прилежный и одаренный ученик… Из него выйдет толк».

Макс получал гуманитарное образование, но это не помешало ему увлечься физикой — благодаря гимназическому учителя математики. «Я до сих пор не могу забыть пример потенциальной и кинетической энергии, который привел Мюллер, — вспоминал Макс Планк позже. — Когда каменщик тащит на крышу дома тяжелый кирпич, потраченная им энергия не пропадает. Она полностью сохраняется многие годы, пока однажды камень не отделится от стены и не упадет на голову случайному прохожему».

Понять законы природы

После блестящего окончания гимназии перед Планком встал вопрос о дальнейшем образовании. В итоге победило желание приблизиться к знанию законов природы. Планк изучал физику в Мюнхенском, а затем в Берлинском университетах. Его главным интересом была термодинамика — область физики, которая изучает явления теплоты, механической энергии и преобразования энергии.

В 21 год он окончил университет и получил научную степень. В 1879 году Макс Планк защитил диссертацию о законе термодинамики, утверждающем, что ни один непрерывный самоподдерживающийся процесс не может переносить тепло от более холодного тела к более теплому. Через год Планк защитил вторую диссертацию на тему «Равновесное состояние изотропных тел при различных температурах» и получил место младшего ассистента на факультете физики.

За время работы ассистентом в Мюнхенском, а позже в Кильском университете Планк стал автором нескольких работ по термодинамике. Однако эти работы не нашли отклика в ученых кругах.

Лишь благодаря протекции друзей отца Максу Планку удалось получить должность профессора в Берлинском университете. Это была единственная профессорская кафедра по теоретической физике в Германии в то время.

Постоянная Планка

В 1900 году Планку удалось вывести сложную алгебраическую формулу, которая верно описывала излучение коротких волн. Вскоре Планк получил результаты экспериментов с длинными волнами. Он вывел для них, на основе старой формулы, новую, затем скомбинировал обе и получил универсальный закон излучения. Результаты своей работы Планк представил в Берлинском физическом обществе 19 октября 1900 года. Большинство его коллег не сумели, однако, сразу оценить значение открытия.

Планк погрузился в работу. Его формула была результатом гениальной догадки. Теперь требовалось найти теоретическое обоснование. Следующий месяц ученый провел в напряженных исследованиях. Он пришел к выводу, что излучение состоит из отдельных групп атомов, а не из постоянного потока, как полагала наука.

14 декабря 1900 года, через четыре недели после обнародования первой формулы в том же зале Берлинского физического общества Макс Планк представил собравшимся свою гипотезу. В ней вводилось новая постоянная — «h», ныне называемая постоянной Планка, а дискретные порции энергии назывались квантами.

Сам автор квантовой теории не подозревал о важности своего открытия. Для него квант был средством, позволившим подтвердить формулу.

В 1919 году Планк был удостоен Нобелевской премии «в знак признания заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». В своей речи на вручении премии знаменитый физик признал: «Введение кванта еще не привело к созданию подлинной квантовой теории».

Планк верил в разумность человечества

Планк продолжал заниматься исследовательской и преподавательской деятельностью вплоть до обязательной отставки в 1928 году, когда ему исполнилось 70 лет. Но и после этого неутомимый ученый продолжал заниматься наукой.

Воспитанный в классических традициях, с чувством долга и верой в разумность человечества, Планк не мог представить себе опасности, исходившей от пришедших к власти национал-социалистов. Поэтому он не мог согласиться с призывом Эйнштейна уклоняться от военной службы. Но при этом он же встал на защиту Альберта Эйнштейна и других ученых еврейского происхождения, когда в немецких университетах начались гонения.

Впрочем, сделать Планк ничего не мог. Не помогла даже его личная беседа с Гитлером. Сам Планк оставался в Германии. Бегство за рубеж крупных ученых он расценивал как победу нацистов, и поэтому призывал своих коллег продолжать работу. Планк не боялся гонений и говорил то, что считал правильным.

«Я дал толчок, и теперь мое творение развивается». ..

После войны Планк способствовал воссозданию науки в Германии и новому открытию Научного общества имени кайзера Вильгельма. Оккупационные власти позволили возобновить работу общества лишь при условии изменить его название. Так эта организация получила имя Макса Планка.

Подводя итог своей научной карьеры, Планк сказал: «Открытие физических свойств кванта — вот мое главное открытие. В то время я и не подозревал, каким значением обладало это открытие. И я мало думал о его последствиях. Я дал толчок, и теперь мое творение развивается…»

Макс Планк умер 4 октября 1947 года в Гёттингене, полгода не дожив до своего 90-летия.

Федор Буцко

Бомба Макса Планка — ТАСС

Макс Планк не был единственным создателем квантовой механики. На формирование квантовой теории потребовалось больше четверти века и усилия множества ученых, включая Альберта Эйнштейна и Эрвина Шредингера. Созданная их общим трудом новая физика включала свой собственный математический аппарат вкупе с рядом ранее отсутствовавших понятий, однако все началось с решения одной конкретной проблемы.

1900 год

Начало карьеры Макса Планка было связано с теоретическими работами по термодинамике — эксперименты ученый ставить перестал еще в университете во время учебы, но зато он учился математике у самого Карла Вейерштрасса и изучал публикации Рудольфа Клаузиса. Вейерштрасс по праву считается основателем современного математического анализа, а Клаузиус фактически заложил фундамент термодинамики. С такой базой Планк уже в 1887 году, в возрасте 29 лет, возглавил кафедру теоретической физики в Берлинском университете.

В конце 1890-х годов Макс Планк, бывший тогда также и руководителем Института теоретической физики в Берлине, работал над математическим описанием спектра нагретого тела. Суть этой задачи состояла в следующем: надо было найти формулу, связывающую интенсивность свечения раскаленного объекта с длиной волны излучения — последняя величина в случае видимого света определяет цвет.

Свечение нагретого тела. Фото: Fir0002/Flagstaffotos

Зависимость интенсивности свечения от длины волны можно представить графиком:

По горизонтали здесь отложена длина волны, а по вертикали — интенсивность. Чем выше кривая, тем больше излучения испускает нагретое тело с данной длиной волны: можно заметить, что нагретый до 5000 кельвинов (это те же градусы Цельсия, но с отсчетом от -273 °C, абсолютного нуля) предмет сильнее всего светится желтым, а вот при нагреве «всего» до 3000 кельвинов максимум приходится на область инфракрасного излучения. Подобные графики к моменту начала работы Макса Планка уже умели получать при помощи специальных приборов-спектрографов, однако найти для них удачное математическое описание не получалось. Черная кривая на картинке соответствует одной из существовавших до Планка моделей — видно, что она очень плохо соответствует реальности.

Задача о спектре нагретого тела была важна для металлургии и производства электрических лампочек, но с фундаментальной точки зрения казалась многим исследователям чем-то второстепенным. Более того, всю физику многие ученые считали фактически законченной и построенной на сочетании нескольких больших теорий. Это были атомно-молекулярная теория, электродинамика и ньютонова механика — все вместе объясняло большую часть наблюдаемых в мире процессов, от движения планет до работы парового двигателя.

Но когда Макс Планк 14 декабря на заседании Немецкого физического общества представил свою формулу и впервые смог корректно вывести экспериментальные кривые спектров из теоретических соображений, под стройное здание классической физики была фактически заложена бомба. Доклад «К теории распределения энергии излучения нормального спектра» (Zur des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum) содержал идею о том, что испускающие электромагнитное излучение в форме света и инфракрасных лучей атомы отдают энергию вовне не непрерывным потоком, а порциями, квантами. Это была настолько революционная идея, что даже сам Макс Планк поначалу недооценил ее потенциал.

Для решения проблемы нахождения термодинамического равновесия Планк придумал красивый вычислительный прием: не прибегая к «тяжелой артиллерии» в виде интегрального исчисления, как делали все другие занимавшиеся этой проблемой физики, просто просуммировать отдельные порции энергии, полагая их конечными. Он надеялся получить ответ, который не будет зависеть от величины отдельной порции. А вместо этого получил точное значение каждой их них — hν, где ν — частота излучения, а h — постоянная Планка, имеющая размерность действия, то есть произведения энергии на время. Сам Планк называл эту постоянную квантом действия. Согласно современным данным, h = 6,626 × 10⁻³⁴ Дж×с.

Кстати, оригинальное издание доклада Планка в тот день — на сегодня раритет, цена которого составляет свыше 22 тысяч долларов.

1905 год

1905 год стал звездным для самого, пожалуй, известного в мире ученого — Альберта Эйнштейна. Ранее мало кому известный служащий патентного бюро практически одномоментно публикует три статьи, вошедшие в историю физики: первая — по теории относительности, вторая — по анализу броуновского движения (хаотичное перемещение частиц по действием ударов отдельных молекул) и третья, за которую дали Нобелевскую премию, — с теоретическим описанием фотоэффекта.

Фотоэффект, открытый изначально Генрихом Герцем и изученный Александром Столетовым, заключается в испускании металлами электронов под действием падающего света. Это явление Альберт Эйнштейн объяснил при помощи тех самых квантов излучения, которые сам Макс Планк рассматривал в качестве разве что удачного математического приема. Согласно Эйнштейну, кванты, будучи реальными частицами электромагнитного излучения, передают свою энергию электронам в веществе и выбивают эти электроны наружу.

Несмотря на то что теория Эйнштейна хорошо описывала экспериментальные данные, многие ученые отнеслись к ней скептически. Блестящий физик-экспериментатор Роберт Милликен, до этого поставивший тонкие и точные опыты по измерению заряда электрона, потратил около десяти лет на проверку предсказаний Эйнштейна, но в итоге был вынужден признать реальность квантов.

Схематическое изображение фотоэффекта. Падающие слева кванты выбивают отрицательно заряженные электроны из металла. Иллюстрация: Wolfmankurd / Wikimedia

Примириться с существованием квантов было непросто и самому Планку. Он, равно как и многие другие физики, считал, что деление излучения на некие порции противоречит классической теории электромагнетизма (с ее электромагнитными волнами) и целому ряду экспериментальных данных, из которых также следовала волновая природа света. Работа Планка по спектру нагретого тела стала первым аргументом против использования классической физики для описания микромира, а статья Эйнштейна про фотоэффект и его теоретическое описание — вторым. Далее последовали попытки разных физиков создать модель атома; на этом этапе необходимость строить новую физику стала очевидной уже практически для всех специалистов.

1910-й и около

Электроны были открыты в конце XIX века, и практически сразу стало понятно, что эти частицы входят в состав атомов. Возник вопрос: если атом вовсе не элементарен, а включает в себя электроны, то как же он устроен?

Опыты британского физика Эрнеста Резерфорда в 1909 году показали, что в атомах явно должно быть некое положительно заряженное, очень маленькое и при этом массивное ядро. На основе этого ученый пришел в 1911 году к модели, в которой ядро окружают вращающиеся вокруг электроны. Но проблема этой теории заключается в том, что движущиеся по окружности заряженные электроны по законам электродинамики обязаны излучать электромагнитные волны. Атомы, во-первых, будут буквально светиться, а во-вторых, излучающий электрон очень быстро теряет энергию и должен упасть на ядро. Ни того ни другого, как можно заметить без всяких опытов, не наблюдается; кризис в науке с открытием атомного ядра обострился настолько, что в 1911 году пришлось собрать международный конгресс по теме «Излучение и кванты» с участием почти всех ученых мировой величины.

Альберт Эйнштейн, Мария Кюри, Эрнест Резерфорд, Хендрик Лоренц, Анри Пуанкаре и, конечно, Макс Планк (второй слева)

И хотя к этому моменту квантовая механика еще не получила своего математического аппарата, плодотворность идеи о квантовании энергии стала очевидна по крайней мере большинству ведущих физиков мира.

1920-е

Спустя еще полтора десятка лет квантовая механика приобрела свой математический аппарат, а число указывающих на существование квантования энергии экспериментов существенно возросло. И хотя поначалу Макс Планк не мог свыкнуться с тем, что материя на микроскопическом уровне все-таки не является непрерывной (он долгое время сомневался и в существовании атомов), появление идеи о волновой функции — разработка Эрвина Шредингера — все-таки отчасти примирило великого теоретика с квантовомеханической картиной мира.

Волновая функция стала заменой классическим частицам, которые имеют четко очерченные границы и которые можно представить, например, в виде твердых шариков. Волновые функции распределены по всему пространству, и благодаря этому понятию любой объект можно представить не как частицу, а как волну, которая способна, например, рассеиваться на препятствиях или даже проникать под барьеры, непроницаемые с точки зрения классической физики. Если бы квантовая механика работала не в масштабе микромира, а на привычных нам расстояниях, положенная на стол книга могла бы самопроизвольно провалится («туннелировать») сквозь столешницу, да и протянув к ней руку мы бы встретили желаемое лишь с определенной вероятностью. Эти странные свойства квантового мира уже не вытекают напрямую из формулы Планка для спектра нагретых тел, но они являются логическим следствием из той новой физики, которая началась с этой формулы.

После формирования основ квантовой механики последовали исследования в области строения атомного ядра (это привело к ядерному реактору и ядерному оружию), физики полупроводников (на этом выросла вся современная электроника) и квантовой химии. В середине XX века квантовая механика дополнилась теорией, описывающей кроме электромагнетизма еще и два вида взаимодействий внутри атомного ядра и между элементарными частицами. Так появилась Стандартная модель, ставшая самым фундаментальным описанием строения материи. Квантовая механика позволила создать лазеры, оптоволоконные линии связи и микропроцессоры; она позволила понять, почему светят звезды и как возникла Вселенная.

Макс Планк дожил до преклонного возраста (он скончался в возрасте 89 лет, в 1947 году), пережив нацистов и Вторую мировую войну. После прихода Гитлера к власти физик попытался стать защитником науки, которому чужда всякая политика, но это закончилось тем, что с Планком прекратил общение Эйнштейн (того не устроила слишком пассивная позиция Планка), а сам ученый стал мишенью для нападок со стороны сторонников «арийской физики»: те отрицали и квантовую механику, и теорию относительности как продукты «еврейской физики». Старший сын Планка погиб в Первую мировую войну, а обе его дочери умерли при родах. В 1945 году второго сына Макса Планка казнили за участие в антигитлеровском заговоре, сам физик чуть не погиб при бомбардировках, но после окончания войны стал главой Общества кайзера Вильгельма, объединения ведущих научно-исследовательских институтов Германии. Дом и личная библиотека Планка погибли во время воздушного налета на Берлин.

На его могильной плите выбиты только имя и фамилия ученого и численное значение постоянной Планка.

В 1948 году, вскоре после его смерти, на основе этой организации было основано Общество научных исследований имени Макса Планка, состоящее ныне из 80 институтов и научно-исследовательских организаций.

 Алексей Тимошенко

Как Макс Планк перевернул представления о реальности и долго не хотел себе верить — Наука

Еще во время учебы в университете Макс Планк забросил эксперименты и занялся теоретическими расчетами. Математике он учился у самого Карла Вейерштрасса, который стоял у истоков современного математического анализа, а еще читал работы Рудольфа Клаузиуса, заложившего фундамент термодинамики. С такой подготовкой Планк уже в 29 лет возглавил кафедру теоретической физики в Берлинском университете.

В конце 1890-х годов Макс Планк работал над математическим описанием спектра нагретого тела. Горячий гвоздь с ростом температуры краснеет, желтеет и наконец белеет (отсюда пошло выражение «довести до белого каления»). Цвет раскаленного предмета зависит от того, какой длины волны его излучение: каждой температуре соответствует пик волн определенной длины. В конце XIX века уже было оборудование, позволяющее анализировать нагретые тела и строить графики излучения. Но подвести под эти графики формулу у физиков не получалось.  

Задача о спектре нагретого тела была важна для металлургии и производства электрических лампочек, но с точки зрения фундаментальной науки казалась чем-то второстепенным. Более того, всю физику многие ученые считали фактически законченной. Несколько больших теорий — атомно-молекулярное учение, электродинамика, ньютонова механика — объясняли почти все наблюдаемые процессы: от движения планет до работы парового двигателя.

14 декабря 1900 года красивое здание классической физики пошатнулось. На заседании Немецкого физического общества Планк представил формулу, которая позволяла правильно рассчитать кривые излучения. Чтобы выкладки сошлись с показаниями приборов, Планку пришлось пойти на хитрость. Он допустил, что испускающие лучи атомы отдают энергию не сплошным потоком, а порциями, или квантами. Это была настолько революционная идея, что даже сам Планк поначалу недооценил ее потенциал.

Как Эйнштейн подхватил идею Планка

В 1905 году настал звездный час, пожалуй, самого известного ученого в мире — Альберта Эйнштейна. Ранее мало кому известный служащий патентного бюро опубликовал друг за другом три статьи, вошедшие в историю физики: первая — о теории относительности, вторая — о броуновском движении частиц под действием ударов отдельных молекул и третья, за которую ему дали Нобелевскую премию, с теоретическим описанием фотоэффекта.

Фотоэффект, открытый Генрихом Герцем и изученный Александром Столетовым, заключается в испускании металлами электронов на свету. Это явление Альберт Эйнштейн объяснил при помощи тех самых квантов излучения, которые Планку казались просто удачным математическим приемом. Эйнштейн же считал кванты настоящими частицами электромагнитного излучения, передающими свою энергию электронам в веществе и выбивающими их наружу.

Макс Планк, Джеймс Рамсей Макдональд и Альберт Эйнштейн

© bpk/Salomon/ullstein bild via Getty Images

Несмотря на то что теория Эйнштейна согласовалась с экспериментальными данными, коллеги отнеслись к ней скептически. Блестящий физик-экспериментатор Роберт Милликен, до этого измеривший заряд электрона, потратил около десяти лет на проверку утверждений Эйнштейна и в итоге был вынужден с ним согласиться. Примириться с существованием квантов было непросто и самому Планку. Как и многие, он считал, что деление излучения на порции противоречит классической теории электромагнетизма с ее волнами и целому ряду экспериментальных данных.

Работа Планка о спектре нагретого тела стала первым аргументом против использования классической физики для описания микромира, а статья Эйнштейна про фотоэффект и его теоретическое описание — вторым. Необходимость в новой физике стала очевидна практически всем ученым.

Как Шрёдингер размазал микромир

Одним из вопросов, над которыми бились физики в начале XX века, было строение атома. Незадолго до того был открыт электрон. Эта отрицательно заряженная частица присутствует в атомах. Опыты британского физика Эрнеста Резерфорда в 1909 году показали, что в атомах должно быть и некое положительно заряженное, очень маленькое и при этом массивное ядро. Спустя два года он построил модель, где электроны вращаются вокруг ядра. Но проблема была в том, что в таком случае электроны должны излучать волны — от этого атомы буквально засветились бы, а электроны быстро потеряли бы энергию и упали бы на ядро. На деле не происходит ни того ни другого.

С открытием атомного ядра кризис в науке обострился настолько, что в 1911 году почти все исследователи мировой величины собрались на международном конгрессе об излучении и квантах. Большинство физиков признали, что в квантовании энергии что-то есть, и принялись дорабатывать модель атома.

Эрвин Шрёдингер

© SSPL/Getty Images

Австриец Эрвин Шрёдингер догадался описывать крошечные объекты с помощью размазанной в пространстве волновой функции. Волновая функция стала заменой классическим частицам с четкими границами, которые можно представить в виде твердых шариков. В отличие от частицы волна способна рассеиваться на препятствиях или даже проникать под барьеры, непроницаемые с точки зрения классической физики.

Если бы те же законы действовали на привычных нам расстояниях, то положенная на стол книга могла бы самопроизвольно провалиться («туннелировать») сквозь столешницу, а протянув к томику руку, мы бы совсем не обязательно его нащупали. Но на уровне атомов в этом нет ничего невозможного.

С годами новая физика — квантовая механика — позволила объяснить строение материи на мельчайшем уровне, разобраться в возникновении Вселенной. Благодаря странным свойствам квантового мира люди создали ядерное оружие и реакторы, полупроводники для электроники, лазеры, оптоволоконные линии связи, цифровые фотоаппараты.

Эти свойства напрямую не вытекают из формулы Планка для спектра нагретых тел. Сам он долго не мог свыкнуться с предсказаниями новой теории. Поначалу Планк не верил даже в то, что атомы вообще существуют. Но именно с его формулы началась физика, в которой возможны настолько удивительные явления и которая изменила наш мир до неузнаваемости.

Алексей Тимошенко

Нобелевские лауреаты: Макс Планк. Самый постоянный из физиков

Почему Макс Планк, выбирая между физикой и музыкой, предпочел науку, что общего у его учебы и фильмов о кунг-фу, почему он рассорился с Эйнштейном и как пострадал от Первой и Второй мировых войн, рассказывает рубрика «Как получить Нобелевку».

Родился: 23 апреля 1858 года, Киль, Германия

Умер: 4 октября 1947 года, Геттинген, Германия

Нобелевская премия по физике 1918 года. Формулировка Нобелевского комитета: «В знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии».

Когда ты пишешь биографии нобелевских лауреатов в хронологическом порядке, приходится удивляться, насколько разное количество информации доступно о великих ученых. В одном случае приходится «закапываться» в журнальные статьи, пытаться понять тексты на языках, отличных от английского и русского, в другом же, наоборот, даже важных фактов столько, что приходится устраивать им строгий конкурс.

Случай нобелевского лауреата по физике за 1918 год явно относится ко второй категории. Макс Планк номинировался на премию ежегодно с 1910 года и получил награду сравнительно быстро, несмотря на то, что большая часть физического сообщества, включая многих первых лауреатов премии, была совсем не готова признать наступление новой физики. Даже под грузом накопившихся фактов.

Макс Планк — человек, имя которого сейчас для немецкой науки стало нарицательным (вспомните Общество Макса Планка, аналог нашей Академии наук). Его практически обожествляла немецкая наука при жизни (медаль имени Макса Планка — первую получил сам Планк и Эйнштейн — и Институт физики имени Макса Планка появились еще при жизни ученого). Наш герой был «человеком с происхождением». Его отец, Вильгельм Планк, представлял древний дворянский род, многие члены которого были известными деятелями науки и культуры. Например, дед Макса, Хайнрих Людвиг, как и прадед Готтлиб Якоб, преподавали теологию в Геттингене. Мама, Эмма Патциг, происходила из церковной семьи.

Макс Планк: квант милосердия — Федеральное министерство иностранных дел Германии

Гениальный пианист, страстный альпинист, наследник именитого дворянского рода, отец заговорщика, помогавшего готовить покушение на Гитлера, и друг Альберта Эйнштейна – биография немецкого физика-теоретика Макса Планка так разнообразна, что вполне может послужить основой для голливудского фильма.

Когда 16-летний Макс Планк, студент Мюнхенского университета, пришел за советом к профессору Филиппу фон Жолли, тот попытался отговорить его от занятий теоретической физикой. «В этой области уже все открыто, – заявил Жолли талантливому ученику. – Остается заполнить лишь несколько лакун». К счастью, Планк решил проигнорировать совет профессора. Из незаполненных «лакун» позже родилась квантовая физика.

Макс Планк был выходцем из известной дворянской семьи, подарившей Германии выдающихся ученых, юристов, военных и церковных деятелей. Его дед и прадед преподавали теологию в Гёттингене, дядя считался одним из создателей принятого в кайзеровскую эпоху Гражданского кодекса. Его отец тоже был юристом – профессором права сначала в Кильском, а потом в Мюнхенском университете.

Во время обучения в гимназии Планк увлекался и гуманитарными, и естественными науками. Всерьез думал о филологии. Еще одной его страстью была музыка. В детстве он пел в церковном хоре, играл на нескольких музыкальных инструментах и имел все шансы прославиться в качестве пианиста. Пытался сочинять сам и в студенческие годы даже написал оперетту с романтическим названием «Die Liebe im Walde» («Любовь в лесу»), которая, увы, не сохранилась.

Занятия музыкой он не оставил и во взрослом возрасте – кстати, как и многие другие выдающиеся физики XX века. Историк науки Джон Л. Хейлброн в своих работах утверждает, что Планк был обладателем абсолютного слуха. Уже став академиком, он обожал устраивать у себя дома музыкальные салоны, где роль музыкантов играли его коллеги. Известно, что вместе с пианистом Планком часто музицировал скрипач Альберт Эйнштейн. Помимо музыки, физик также страстно увлекался альпинизмом и даже в зрелые годы покорял альпийские вершины.

Ученую степень Макс Планк получил в 1879 году, защитив в Мюнхенском университете диссертацию «О втором законе механической теории теплоты». Он отправил ее нескольким известным физикам, однако никакого отклика не получил. В 1889 году Планк стал профессором Университета Фридриха Вильгельма в Берлине (сейчас это Университет имени Гумбольдта).

К этому периоду относится его главное научное достижение. 14 декабря 1900 года на заседании Берлинского физического общества Планк сделал доклад, в котором изложил теорию излучения энергии нагретыми телами. Он предположил, что электромагнитное излучение не является непрерывным, а излучается отдельными порциями – квантами, величина которых зависит от частоты излучения. В этом же докладе был введен термин «квант действия» (позже названный в честь ученого постоянной Планка) – основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта с его частотой.

Вторым важнейшим открытием Планка, по мнению все того же Джона Л. Хейлброна, можно назвать Альберта Эйнштейна. Это, конечно, некоторое художественное преувеличение, но доля правды в заявлении историка науки есть. Планк действительно одним из первых оценил труды Эйнштейна и оказал молодому коллеге поддержку в продвижении по карьерной лестнице. Также он способствовал популяризации термина «теория» для описания знаменитой работы Эйнштейна и ввел в широкое употребление термин Relativitätstheorie («теория относительности»).

В 1919 году Максу Планку была присуждена Нобелевская премия с формулировкой «в знак признания услуг, которые он оказал физике своим открытием квантов энергии». В 1920-м ученый прочитал в Стокгольме лекцию «Возникновение и постепенное развитие теории квантов». В 1930 году он был избран президентом Общества кайзера Вильгельма – организации, объединявшей главные научно-исследовательские институты Германии.

По мнению биографов, у него были довольно прогрессивные для той эпохи взгляды. Планк, например, выступал против запрета на университетское образование для женщин и позволял студенткам посещать свои лекции. Его ассистенткой несколько лет проработала уроженка Вены Лиза Мейтнер – физик и радиохимик, в честь которой назван 109-й элемент таблицы Менделеева мейтнерий. Используя свой авторитет, Планк поддерживал ученых, которых преследовали из-за их политических взглядов или происхождения.

После 1933 года он не выступал открыто против нацистского режима, шел на многие уступки и не защитил своего друга Эйнштейна, когда того начали травить. При этом известно, что Планк лично встречался с Гитлером и пытался заступиться за другого еврейского коллегу, химика и Нобелевского лауреата Фрица Габера. Когда отправившийся в эмиграцию Габер умер от остановки сердца, Планк вопреки запрету правительства созвал торжественное собрание Общества кайзера Вильгельма, чтобы почтить его память.

Во второй половине 30-х он и сам стал жертвой травли. Националистическое движение «арийских физиков», не принимавшее ни теорию относительности, ни квантовую механику, официально объявило его «ставленником эйнштейновской клики» и сместило с поста президента Общества. Известно, что его родословную тщательно изучали в Гестапо.

В войнах, которые вела Германия, Планк потерял двоих сыновей. Старший Карл погиб в битве под Верденом в 1916 году. Младший Эрвин сблизился с группой заговорщиков под руководством Клауса фон Штауффенберга, готовившего покушение на Гитлера, и помогал им разрабатывать конституцию для пост-нацистского правительства. Заговор был раскрыт, а Эрвин Планк вместе с другими участниками был казнен. Трагическая судьба постигла и дочерей-близнецов ученого, Грету и Эмму. Грета вышла замуж гейдельбергского профессора Фердинанда Фелинга и умерла вскоре после родов. Тогда Фелинг женился на второй сестре, Эмме, но и она скончалась в тех же обстоятельствах. До середины XX века удалось дожить лишь Герману – сыну Планка от второго брака.

Даже во время Второй мировой ученый продолжал выступать с лекциями. Весной 1945-го он чуть не погиб во время бомбежки в Касселе. А уже в июле 1946-го посетил Англию, где в качестве единственного представителя Германии принял участие в праздновании 300-летия со дня рождения Исаака Ньютона. В 1948 году научное сообщество готовилось отметить и его юбилей – 90 лет. Но Планк до него не дожил. 4 октября 1947-го он скончался от инсульта в Гёттингене, где и был похоронен.

Любому, кто занимается наукой, его фамилия встречается постоянно. Существует закон Планка, частицы Планка, планковские единицы и планковская эпоха. Имя ученого носят астероид, лунный кратер, астрономический спутник Европейского космического агентства, несколько учебных заведений и, конечно, Общество научных исследований Макса Планка, пришедшее на смену Обществу кайзера Вильгельма. В 2008 году, к 150-летнему юбилею физика, была выпущена памятная серебряная монета номиналом в 10 евро.

Ксения Реутова

Постоянный Макс Планк / Наука / Независимая газета

Экспериментаторы могут открывать миры, находящиеся за границами наших чувств, теоретики – за границами нашего разума

Пять нобелевских лауреатов, слева направо: Вальтер Нернст, Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Роберт Милликен и Макс фон Лауэ. 1931. Фото Национального архива Нидерландов

Теперь я точно знал, что квант действия играет в физике гораздо бóльшую роль,чем я вначале был склонен считать, и благодаря этому полностью осознал то, что при разработке атомистических проблем необходимы совершенно новые методы рассмотрения.

Макс Планк. Научная автобиография

С именем немецкого физика-теоретика Макса Планка (1858–1947) связана одна из величайших революций в истории человеческого разума – начало проникновения в фантастический мир квантовых явлений. Теоретические исследования 1896–1900 годов, приведшие Планка к открытию квантов (термин «квант» в физику также был введен им), стали толчком к созданию одного из важнейших разделов современного естествознания – квантовой физики. В 1919 году Максу Планку была присуждена Нобелевская премия по физике «в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». 2 июня 1920 года, выступая в Стокгольме с Нобелевской лекцией, Планк отметил: «Именно на этом пути… передо мной забрезжил свет новых далей».

Предельная последовательность

В ХХ веке имя Макса Планка достигло вершин известности. Именем ученого названа введенная им фундаментальная физическая константа h – «постоянная Планка», связавшая макро- и микромиры и входящая в ряд уравнений и законов в различных разделах физики. Элементарные представления о квантах энергии включены в современные программы школьной физики, а постоянная Планка даже стала героиней анекдота, в котором ученик утверждает, что h – это высота планки.

Во множестве книг и статей, посвященных ученому, отмечается, что, хотя его работы в значительной степени революционизировали физику, сам Планк в науке был скорее консерватором. Впрочем, именно консерватизм, глубокая приверженность принципам классической физики привели Планка к его революционному открытию.

Один из создателей квантовой механики, Вернер Гейзенберг, писал, что революции в науке вызываются не внезапными открытиями или гениальными идеями, а наоборот, предельной последовательностью в применении традиционных понятий. Революции, по мнению Гейзенберга, делают те ученые, которые стремятся вносить как можно меньше изменений в прежнюю науку, так как именно стремление минимизировать изменения делает очевидным то, что к введению принципиально новых представлений нас толкает сама природа, а не жажда оригинальности. К таким необычайно последовательным, я бы даже сказал, радикальным консерваторам Гейзенберг относил создателя теории квантов – Макса Планка.

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 года, в г. Киле в семье профессора гражданского права. В 1867 году семья будущего ученого переехала в Мюнхен. Там Макс Планк поступил в Королевскую Максимилиановскую классическую гимназию, прекрасные преподаватели которой сумели пробудить в юноше глубокий интерес как к гуманитарным, так и к естественным и точным наукам.

После окончания гимназии Макс Планк некоторое время колебался, выбирая между филологией, музыкой, где он обнаружил незаурядные способности, и физикой. Победила любовь к физике. С 1874 по 1878 год Планк изучал физику и математику, вначале в Мюнхенском, а затем Берлинском университетах. Так началось становление ученого.

Гуманитарные истоки

Интересно отметить, что и Макс Планк, и ряд других создателей неклассической физики выросли в семьях гуманитариев и получили в детстве качественное классическое образование, включающее основательное изучение языков, в том числе древних, истории и философии. В 1949 году, выступая на торжествах, посвященных столетию со дня основания Максимилиановской гимназии, Вернер Гейзенберг (он, как и Планк, тоже вырос в семье гуманитариев и учился в этой же гимназии) подробно говорил о глубокой связи гуманитарного образования и естествознания и о том, что эта связь фундаментальна для западноевропейской культуры. В своем выступлении Гейзенберг отметил также то плодотворное влияние, которое оказало на мышление Планка гуманитарное образование, и вспоминал о том, какую важную роль играл философский анализ в годы становления квантовой механики.

Похожие рассуждения о роли философского осмысления в научном познании в изобилии можно найти в статьях и выступлениях Альберта Эйнштейна, Нильса Бора, Германа Вейля, Вольфганга Паули и других выдающихся ученых ХХ века. Можно сказать, что с квантами и относительностью в физику вернулась настоящая философия, и именно это является, на мой взгляд, наиболее важной чертой науки первой половины ХХ века.

К сожалению, в последующие десятилетия гуманитарная составляющая естественно-научного знания стремительно сократилась. Это сокращение, по-видимому, стало главной причиной того, что, несмотря на колоссальный прогресс в расширении наших знаний о мире, физика перестала давать те «безумные идеи» (Нильс Бор), которые способны радикально изменять наши представления о месте человека в нем.

На первый взгляд гуманитарные знания не имеют никакого отношения к изучению природы, законы которой по самому своему смыслу не должны зависеть от познающего их человека. Однако опыт научной революции ХХ века показал, что все не так просто. Пытаясь постичь объективные законы природы, мы периодически должны анализировать наше понимание объективности, то есть наше понимание той границы, которая отделяет человеческое мышление от того, что в данный момент противостоит ему в качестве предмета постижения. А это уже проблема скорее гуманитарного, а не естественно-научного характера.

В XVII веке, когда закладывались основы науки Нового времени, Джон Локк в споре с Готфридом Лейбницем отстаивал тезис о том, что все человеческое знание проистекает из опыта и что в мышлении нет ничего, что ранее не содержалось бы в ощущениях. Да, соглашался с ним Лейбниц, нет ничего, кроме самого мышления.

Другими словами, человеческое мышление обладает фундаментальной способностью относиться к самому себе как к объекту, анализировать себя и благодаря этому постоянно выходить за свои границы. И если не учитывать эту способность, мы вряд ли в полной мере поймем истоки того непрерывного прогресса в познании законов природы, к которому приводит работа теоретиков.

Если экспериментаторы открывают миры, находящиеся за границами наших чувств, то теоретики открывают миры, находящиеся за границами нашего разума. Исследуя возможность представления любого числа в виде несократимой дроби (рационального числа), античные математики полагали, что могут полностью заполнить такими дробями всю числовую ось. Однако анализ проблемы соизмеримости стороны квадрата и его диагонали показал, что на этой оси между рациональными числами находится бесконечное множество иррациональных чисел.

Казалось бы, этого «между» просто не может быть, но упрямый факт невозможности выразить корень квадратный из 2 в виде рационального числа указывал математикам, что их анализ ведет к признанию каких-то принципиально новых реалий. С похожей ситуацией пришлось столкнуться и Максу Планку.

Квант действия

В 1879 году Планк успешно защитил в Мюнхенском университете докторскую диссертацию, посвященную проблемам обоснования второго начала термодинамики. С 1880 года он – приват-доцент Мюнхенского университета, а с 1885 года – адъюнкт-профессор университета в Киле. Планк продолжает вести теоретические исследования в области термодинамики и ее приложений к физической химии и электрохимии. В 1888 году Планк становится адъюнкт-профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (эта должность была создана специально для него). Действительным профессором этого университета Планк стал в 1892 году.

Появление гипотезы квант потребовало преобразования самих основ нашего физического мышления.  Почтовая марка Швеции, посвященная Нобелевскому лауреату 1918 года Максу Планку.

В 1896 году Планк заинтересовался проблемой теплового излучения так называемого абсолютно черного тела (АЧТ), то есть тела, которое поглощает все падающее на него излучение и ничего при этом не отражает. В принципе АЧТ – это теоретическая идеализация, неким приближением к которой может служить небольшое отверстие в замкнутом сосуде, стенки которого изнутри закрашены черной краской. В то же время АЧТ само может испускать излучение, плотность энергии которого, как это было показано еще в 1850-е годы немецким физиком Густавом Кирхгофом, должна быть функцией, зависящей только от частоты излучения и температуры тела.

Теоретическое определение конкретного вида этой функции представляло собой важную и интересную физическую задачу, однако многочисленные попытки найти решение этой задачи не только не увенчались успехом, но и вели к парадоксальному выводу о том, что с ростом частоты плотность энергии излучения должна непрерывно возрастать. Как следствие, общая энергия излучения тела при любой температуре оказывалась бесконечной, что являлось явным абсурдом, получившим у физиков красивое название «ультрафиолетовая катастрофа».

Решение этой проблемы было найдено Планком в 1889–1900 годах, когда он выдвинул предположение о том, что тепловое излучение испускается атомами не непрерывно, как это следовало из законов электродинамики, а определенными порциями, квантами, энергия которых равна hν, где ν – частота излучения, а h – постоянная Планка, имеющая размерность действия, то есть произведения энергии на время. Луи де Бройль, один из основоположников квантовой механики, писал, что за несколько лет до этих эпохальных работ физик-теоретик Людвиг Больцман предупреждал Планка, что не сможет построить термодинамику электромагнитного излучения «без введения в процессы излучения ранее неизвестного элемента дискретности» (Луи де Бройль. По тропам науки. М., 1962. С. 140).

Сам Планк называл эту постоянную квантом действия. Согласно современным данным, h = 6,626·10–34 Дж·с. При этом днем рождения квантовой теории принято считать 14 декабря 1900 года, когда на заседании Прусской академии наук Планк сделал доклад «К теории распределения энергии излучения нормального спектра», в котором изложил основные результаты своих исследований.

Предложенная Планком формула плотности энергии излучения не только позволяла избавиться от парадокса «ультрафиолетовой катастрофы», но и прекрасно согласовывалась с экспериментом. В то же время сама идея квантов рассматривалась не только коллегами Планка, но и им самим как типичная гипотеза ad hoc.

В своей Нобелевской лекции Планк так обрисовал стоявшую перед ним дилемму: «Или квант действия был фиктивной величиной – тогда весь вывод закона излучения был принципиально иллюзорным и представлял просто лишенную содержания игру в формулы, или при выводе этого закона в основу была положена правильная физическая мысль – тогда квант действия должен был играть в физике фундаментальную роль, тогда появление его возвещало нечто совершенно новое, дотоле неслыханное, что, казалось, требовало преобразования самих основ нашего физического мышления, покоившегося со времен обоснования анализа бесконечно малых Ньютоном и Лейбницем на предположении о непрерывности всех причинных связей» (М. Планк. Избр. тр. С. 608).

Парадоксальные объекты науки

Парадоксальные свойства квантовых объектов, в частности их дуализм, как правило, объясняют тем, что явления микромира подчиняются особым законам, не похожим на законы, которым подчиняются явления, наблюдаемые нами в повседневной жизни. Под дуализмом «волна-частица» при описании, например, свойств фотона понимают необходимость использования взаимоисключающих языков. Так, в ряде явлений фотон надо описывать как частицу, обладающую определенными энергией (E = hν, где ν – частота) и импульсом (p = hν/c, где c – скорость света). Однако в значения этих величин входит частота фотона, который в других классах явлений должен рассматриваться как волна, то есть как нечто нелокализуемое, принципиально отличное от частицы.

Ни в коей мере не отрицая первичность природы по отношению к познающему ее разуму, отмечу все же, что парадоксы – это порождение нашего теоретического мышления. Если сон разума рождает чудовищ, то его пробуждение – парадоксы.

Явления движения представлялись всем очевидными и понятными, а попытавшись их объяснить, античные философы получили апории Зенона. Исходя из повседневного опыта, Аристотель утверждал, что для того, чтобы тело перемещалось с постоянной скоростью, на него должна постоянно действовать какая-то сила. Но что тогда перемещает летящий камень? Опять-таки для обыденного мышления тут нет никакой загадки. Камень летит, потому что я его бросил. Аристотелю же пришлось допустить, что на камень действует среда, в которой он перемещается.

Когда Симпличио, один из персонажей «Диалога» Галилея, повторяет эту мысль Аристотеля, собеседники незадачливого перипатетика смеются и напоминают ему, что среда может только тормозить движение. Однако далее начинаются знаменитые мысленные эксперименты с движением тел в пустоте или по бесконечным, идеально гладким плоскостям, благодаря которым становится понятным, что для движения тела с постоянной скоростью сила не нужна, но нужна особая среда – абсолютное пространство. Формирование идеи такого пространства было завершено Ньютоном. При этом для того, чтобы распространить разработанное им понятие силы как причины ускорения тел на описание движения планет, Ньютону в его законе всемирного тяготения пришлось наделить абсолютное пространство загадочным свойством мгновенно на любые расстояния передавать силу действия одного небесного тела на другое.

Стремление избавиться от идеи мгновенного дальнодействия в явлениях электричества и магнетизма привело физиков к созданию теории электромагнитного поля, продолжившей традицию введения в науку парадоксальных объектов. Термин «поле» (точнее, «магнитное поле», «поле магнитных сил») в физику в 1845 году ввел Майкл Фарадей.

В каждой своей точке и в каждый момент времени электромагнитное поле обнаруживается по действию электрических и магнитных сил и описывается векторами напряженностей этих сил. Можно было бы сказать, что поле «состоит» из сил, но это будет неправильно. Так, Джеймс Клерк Максвелл, создатель теории электромагнитного поля, в одной из своих статей пояснял, что попытки рассматривать силу как субстанцию противоречат ее определению. «Сам Ньютон напоминает нам, – писал Максвелл, – что сила существует только до тех пор, пока она действует; ее действие может сохраниться, но сама сила как таковая по существу явление преходящее». Поле, рассматриваемое как реальность, означало бы реальность сил, существующих вне действия, что противоречило бы их исходному определению.

Поэтому, продолжал Максвелл, когда мы говорим о «сохранении силы», «постоянстве силы» и т.п., лучше пользоваться термином «энергия». Но энергией чего является энергия поля? К тому времени, когда Максвелл писал приведенные выше строки, он уже показал, что плотность энергии, например, электрического поля пропорциональна квадрату напряженности этого поля, то есть опять-таки силы, распределенной в пространстве.

Введение в физику теории электромагнитного поля привело к новым проблемам. В 1920 году в статье «Эфир и теория относительности» Альберт Эйнштейн писал, что, говоря об электромагнитном поле как реальности, мы должны допустить существование особого физического объекта, который принципиально нельзя представить состоящим из частиц, поведение каждой из которых поддается изучению во времени. При описании поведения поля неприменимы понятия механического движения и покоя.

Непротиворечивое описание этого объекта оказалось возможным в пространстве-времени Эйнштейна-Минковского, то есть в рамках принципиально новой физики. Собственно, об этом же в 1920 году в своей Нобелевской речи говорил Макс Планк. Внедрение теории электромагнитного излучения в термодинамику привело физику к революции, начало которой положил консерватор Планк.

Тоска по классической физике

Научной революции в физике 1920-х годов в немалой степени помогла духовная атмосфера послевоенной Европы. Устав от безумия войны и революций и ощущая, что мирная передышка будет недолгой, европейцы испытывали острую потребность хотя бы прикоснуться к выдающимся достижениям человеческого разума. Залы, в которых читали популярные лекции, посвященные теории относительности, заполнялись до отказа.

В 1970-е годы среди историков науки сильный резонанс вызвала работа их американского коллеги Пола Формана о том, как социально-политическая атмосфера неустойчивости и разочарования в прежних идеалах в Веймарской Германии содействовала распространению идей индетерминизма, что сыграло важную роль в становлении квантовой механики (P. Forman. Weimar Culture, Causality, and Quantum Theory, 1918–1927: Adaptation by German Physicists and Mathematicians to a Hostile Intellectual Environment).

Что же касается Макса Планка, то он, как и немало других физиков, с нескрываемым сожалением воспринял отход от идеалов классической физики. Тем не менее он продолжал научно-исследовательскую, педагогическую и организационную деятельность.

К числу его важнейших достижений относится предложенный им вывод уравнения Фоккера-Планка, описывающего поведение системы частиц под действием небольших случайных импульсов. С 1912 по 1943 год Планк являлся непременным секретарем Берлинской (Прусской) академии наук, членом которой он был избран в 1894 году. С 1930 года он являлся президентом Общества фундаментальных наук кайзера Вильгельма (с 1948 года – имени Макса Планка).

Последовательный консерватизм Планка проявился и в обычной жизни. Воспитанный в религиозной семье и сам будучи глубоко верующим человеком, Макс Планк до последних дней сохранял стойкость духа и верность нравственным идеалам. После прихода к власти нацистов Планк неоднократно публично, в том числе во время личной встречи с Гитлером, выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов. В то же время он продолжал служить в различных научных обществах Германии в надежде сохранить остатки немецкой науки и иметь возможность помогать другим ученым.

Личная жизнь Планка была отмечена рядом трагедий. Его первая жена, Мария Мерк, от которой у Планка было двое сыновей и две дочери-близнеца, умерла в 1909 году. Через два года Планк женился на своей племяннице Марте фон Хёсслин, от которой у него тоже родился сын. Старший сын Планка погиб в 1916 году на фронте, а обе его дочери, по чудовищному совпадению, умерли в родах. Второй сын Планка был казнен в начале 1945 года за участие в заговоре против Гитлера. Дом и личная библиотека Планка погибли во время воздушного налета на Берлин.

В 1946 году, будучи тяжело больным человеком, Планк отправился в Англию, чтобы принять участие в торжествах, посвященных 300-летию со дня рождения Ньютона. При этом Планк был единственным представителем научного мира Германии, кого англичане пригласили на юбилей.

Несмотря на плохое самочувствие, Планк продолжал читать лекции студентам. Последние лекции он читал в марте 1947 года. Умер Макс Планк 4 октября 1947 года в Гёттингене. На скромной плите памятника выбиты только имя и фамилия ученого и численное значение открытой им физической величины – постоянной Планка. 

120 лет назад Макс Планк дал начало квантовой теории

14 декабря 1900 года на заседании немецкого Физического сообщества Макс Планк представил формулу излучения абсолютно черного тела

Старые идеи уступают новым таким образом, что носители
старого умирают, а новое поколение воспитывается в новых идеях,
воспринимая их как нечто само собой разумеющееся.
Макс Планк

14 декабря 1900 года Макс
Планк гулял со своим сыном и сообщил ему, что, возможно,
совершил открытие столь же важное, как в свое время Исаак Ньютон.
В этот же день он выступил на заседании немецкого Физического
сообщества, где представил формулу излучения абсолютно
черного тела.

Справка. В физике абсолютно черным телом
(АЧТ) называют тело, которое поглощает все падающее на него
излучение. Концепция была введена Густавом Кирхгофом в 1862 году.
Если абсолютно черное тело находится в термодинамическом
равновесии с окружающей средой, оно не только поглощает
излучение, но и излучает само.

В истории физики изучение теплового излучения имело решающее
значение. Именно оно привело к возникновению теории квантов.
Ранее ни одна из существующих теорий не могла объяснить
получаемые экспериментальные результаты по излучению абсолютно
черного тела. Закон об излучении черного тела должен был открыть
важнейшие физические взаимосвязи, и поиском такого закона Планк
целенаправленно занимался. Все свои силы ученый положил на то,
чтобы сделать теоретический расчет излучения.

Полученная Планком формула позволяла правильно рассчитать кривые
излучения, но для этого ему пришлось допустить, что испускающие
лучи атомы отдают энергию не сплошным потоком, а маленькими
неделимыми порциями, которые ученый назвал «квантами энергии».
Ученый выдвинул физическую постоянную (h) для описания закона
распределения энергии в спектре абсолютно черного тела, позже
получившую название постоянной Планка — это основная
константа квантовой теории, которая связывает величину энергии
кванта электромагнитного излучения с его частотой.

В начале XX века работа Планка о спектре нагретого тела стала
первым аргументом против использования классической физики для
описания микромира. Новая теория радикально расходилась с
тогдашними представлениями о природе электромагнитных волн: все
волновые процессы считались абсолютно непрерывными. Назрела
необходимость в новой физике. Фактически открытие Планка можно
считать рождением новой, квантовой теории. Планк 
перевернул физику и определил направление ее развития на весь XX
век и дальше. Сам же ученый писал, что и не помышлял о
создании новой науки, а лишь хотел подробнее исследовать
излучение абсолютно черного тела, но его работы дали неожиданный
результат: выдвинув свою гипотезу о квантовой природе излучения,
Планк позднее убедился в ее подлинности, и пути назад уже не
было.

Квантовая физика позволила узнать многое о
прошлом Вселенной, по-новому взглянуть на периодическую
таблицу химических элементов Менделеева, объяснить строение
материи на микроуровне, создать все современные приборы
электроники и т.д. И более того, квантовая теория
кардинально изменила наше мировоззрение и представление о мире,
включив в него неопределенность и удивительные парадоксы.

Фото: Max-Planck-Gesellschaft

Макс Планк — Биография — NobelPrize.org

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился в Киле, Германия, 23 апреля 1858 года, в семье Юлиуса Вильгельма и Эммы ( урожденной Патциг) Планк. Его отец был профессором конституционного права в Кильском университете, а затем в Геттингене.

Планк учился в университетах Мюнхена и Берлина, среди его учителей были Кирхгоф и Гельмгольц, и получил докторскую степень по философии в Мюнхене в 1879 году.Он был приват-доцентом в Мюнхене с 1880 по 1885 год, затем доцентом теоретической физики в Киле до 1889 года, в этом году он сменил Кирхгофа на посту профессора Берлинского университета, где он оставался до своей пенсии в 1926 году. После этого он стал президентом кайзера Вильгельма. Общество содействия науке, этот пост он занимал до 1937 года. Прусская академия наук назначила его членом в 1894 году и постоянным секретарем в 1912 году.

Самая ранняя работа Планка была посвящена термодинамике, интерес, который он приобрел благодаря исследованиям под руководством Кирхгофа, которым он очень восхищался, и очень значительно благодаря чтению Р.Публикации Клаузиуса. Он опубликовал статьи по энтропии, термоэлектричеству и теории разбавленных растворов.

В то же время его внимание привлекли также проблемы радиационных процессов, и он показал, что они должны рассматриваться как электромагнитные по своей природе. Эти исследования привели его к проблеме распределения энергии в спектре полного излучения. Экспериментальные наблюдения распределения длин волн энергии, излучаемой черным телом, в зависимости от температуры расходились с предсказаниями классической физики.Планку удалось установить связь между энергией и частотой излучения. В статье, опубликованной в 1900 году, он объявил о своем выводе отношения: оно было основано на революционной идее о том, что энергия, излучаемая резонатором, может принимать только дискретные значения или кванты. Энергия для резонатора с частотой v составляет hv , где h — универсальная постоянная, которая теперь называется постоянной Планка.

Это была не только самая важная работа Планка, но и ознаменовала поворотный момент в истории физики.Важность открытия, оказавшего далеко идущее влияние на классическую физику, поначалу не оценивалась. Однако доказательства его достоверности постепенно становились неопровержимыми, поскольку его применение объясняло множество расхождений между наблюдаемыми явлениями и классической теорией. Среди этих приложений и разработок можно упомянуть объяснение фотоэлектрического эффекта Эйнштейном.

Работа Планка по квантовой теории, как она стала называться, была опубликована в Annalen der Physik .Его работа кратко изложена в двух книгах Thermodynamik (Термодинамика) (1897) и Theorie der Wärmestrahlung (Теория иона теплового излучения) (1906).

Он был избран иностранным членом Королевского общества в 1926 году, а в 1928 году был награжден медалью Копли общества.

Планк столкнулся с тревожным и трагическим периодом в своей жизни во время нацистского правительства в Германии, когда он чувствовал своим долгом остаться в своей стране, но открыто выступал против некоторых правительственных политик, особенно в отношении преследования евреи.В последние недели войны он перенес большие трудности после того, как его дом был разрушен бомбардировкой.

Коллеги уважали его не только за важность своих открытий, но и за выдающиеся личные качества. Он также был одаренным пианистом и, как говорят, одно время считал музыку своей карьерой.

Планк был дважды женат. После назначения в 1885 году адъюнкт-профессором в своем родном городе Киль он женился на подруге своего детства Мари Мерк, которая умерла в 1909 году.Он повторно женился на ее кузине Марге фон Хесслин. Трое из его детей умерли молодыми, оставив его с двумя сыновьями.

Он пережил личную трагедию, когда один из них был казнен за свою безуспешную попытку убийства Гитлера в 1944 году.

Он умер в Геттингене 4 октября 1947 года.

Из Нобелевских лекций по физике 1901-1921 гг. , издательство Elsevier Publishing Company, Амстердам, 1967 г.

Эта автобиография / биография была написана
на момент награждения и первый
опубликовано в книжной серии Les Prix Nobel .Позже он был отредактирован и переиздан в Нобелевских лекциях . Чтобы цитировать этот документ, всегда указывайте источник, как показано выше.

Для получения более свежей биографической информации см .: Planck, Max, Scientific Autobiography and Other Papers . Философская библиотека, Нью-Йорк, 1949.

© Нобелевский фонд, 1918 г.

Чтобы процитировать этот раздел
MLA style: Max Planck — Biography.NobelPrize.org. Nobel Media AB 2021. Вс. 2 мая 2021 г.

Вернуться наверх
Вернуться к началу Возвращает пользователей к началу страницы.

Макс Планк | Биография, открытия и квантовая теория

Ранняя жизнь

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк был шестым ребенком выдающегося юриста и профессора права в Кильском университете. Давняя семейная традиция преданности церкви и государству, передовая ученость, неподкупность, консерватизм, идеализм, надежность и щедрость прочно вошли в жизнь и работу Планка. Когда Планку было девять лет, его отец поступил в Мюнхенский университет, и Планк поступил в известную городскую гимназию Максимилиана, где учитель Герман Мюллер стимулировал его интерес к физике и математике. Но Планк преуспел во всех предметах, и после окончания учебы в возрасте 17 лет ему пришлось принять трудное решение о карьере. В конце концов, он предпочел физику классической филологии или музыке, потому что бесстрастно пришел к выводу, что его величайшая оригинальность заключалась в физике.Тем не менее музыка оставалась неотъемлемой частью его жизни. Он обладал даром абсолютного слуха и был превосходным пианистом, который ежедневно находил безмятежность и восторг от игры на клавишных, особенно наслаждаясь произведениями Шуберта и Брамса. Он также любил гулять на свежем воздухе, каждый день совершать длительные прогулки, а на каникулах ходить в походы и лазать по горам, даже в преклонном возрасте.

Планк поступил в Мюнхенский университет осенью 1874 года, но не нашел там особой поддержки со стороны профессора физики Филиппа фон Джолли. В течение года, проведенного в Берлинском университете (1877–78), он не был впечатлен лекциями Германа фон Гельмгольца и Густава Роберта Кирхгофа, несмотря на их выдающийся статус ученых-исследователей. Однако его интеллектуальные способности были выявлены в результате его независимого исследования, особенно работ Рудольфа Клаузиуса по термодинамике. Вернувшись в Мюнхен, он получил докторскую степень в июле 1879 года (год рождения Эйнштейна) в необычно молодом возрасте 21 года. В следующем году он завершил свой Habilitationsschrift (квалификационная диссертация) в Мюнхене и стал Privatdozent (преподаватель) ).В 1885 году, благодаря профессиональным связям своего отца, он был назначен ausserordentlicher Professor (адъюнкт-профессором) в Кильском университете. В 1889 году, после смерти Кирхгофа, Планк получил назначение в Берлинский университет, где он приехал почитать Гельмгольца как наставника и коллегу. В 1892 году он был повышен до ординарных профессоров (полный профессор). Всего у него было всего девять докторантов, но его берлинские лекции по всем разделам теоретической физики выдержали множество изданий и оказали большое влияние.Он оставался в Берлине до конца своей активной жизни.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Планк напомнил, что его «первоначальное решение посвятить себя науке было прямым результатом открытия… того, что законы человеческого мышления совпадают с законами, управляющими последовательностями впечатлений, которые мы получаем от окружающего нас мира; что, следовательно, чистое рассуждение может позволить человеку получить представление о механизме [мира]….Другими словами, он сознательно решил стать физиком-теоретиком в то время, когда теоретическая физика еще не была признана самостоятельной дисциплиной. Но он пошел дальше: он пришел к выводу, что существование физических законов предполагает, что «внешний мир является чем-то независимым от человека, чем-то абсолютным, и поиск законов, применимых к этому абсолюту, выглядел . .. как наиболее возвышенное научное занятие в жизни. ”

Узнайте о Максе Планке и его открытии постоянной Планка

Обзор постоянной Планка, включая ее открытие Максом Планком.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео к этой статье

Первым примером абсолюта в природе, который глубоко поразил Планка, даже когда он был учеником гимназии , был закон сохранения энергии, первый закон термодинамики. Позже, во время учебы в университете, он также пришел к убеждению, что закон энтропии, второй закон термодинамики, также является абсолютным законом природы. Второй закон стал предметом его докторской диссертации в Мюнхене и лег в основу исследований, которые привели его к открытию кванта действия, известного теперь как постоянная Планка h , в 1900 году.

В 1859–1860 Кирхгоф определил черное тело как объект, который отражает всю падающую на него лучистую энергию; то есть это идеальный излучатель и поглотитель излучения. Следовательно, в излучении черного тела было что-то абсолютное, и к 1890-м годам были предприняты различные экспериментальные и теоретические попытки определить его спектральное распределение энергии — кривую, показывающую, сколько лучистой энергии испускается на разных частотах для данной температуры черного тела. Планка особенно привлекла формула, найденная в 1896 году его коллегой Вильгельмом Вином из Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) в Берлине-Шарлоттенбурге, и впоследствии он предпринял серию попыток вывести «закон Вина» на основе второго закона. термодинамики.К октябрю 1900 года, однако, другие коллеги из PTR, экспериментаторы Отто Ричард Люммер, Эрнст Прингсхайм, Генрих Рубенс и Фердинанд Курльбаум, нашли определенные признаки того, что закон Вина, хотя и действителен на высоких частотах, полностью нарушается на низких частотах.

Планк узнал об этих результатах незадолго до собрания Немецкого физического общества 19 октября. Он знал, как энтропия излучения должна математически зависеть от его энергии в высокочастотной области, если там действует закон Вина.Он также увидел, какой должна быть эта зависимость в области низких частот, чтобы воспроизвести там экспериментальные результаты. Поэтому Планк предположил, что ему следует попытаться объединить эти два выражения как можно более простым способом и преобразовать результат в формулу, связывающую энергию излучения с его частотой.

Результат, известный как закон излучения Планка, был признан бесспорно правильным. Однако для Планка это была просто догадка, «удачная интуиция». Если к этому следует относиться серьезно, это должно быть каким-то образом основано на основных принципах.Это была задача, на которую Планк немедленно направил свою энергию, и к 14 декабря 1900 года ему это удалось, но дорогой ценой. Чтобы достичь своей цели, Планк обнаружил, что он должен отказаться от одного из своих самых заветных убеждений, что второй закон термодинамики является абсолютным законом природы. Вместо этого ему пришлось принять интерпретацию Людвига Больцмана, согласно которой второй закон является статистическим законом. Вдобавок Планку пришлось предположить, что осцилляторы, составляющие черное тело и повторно испускающие падающую на них лучистую энергию, не могут поглощать эту энергию непрерывно, а только в дискретных количествах, в квантах энергии; только статистически распределив эти кванты, каждый из которых содержит количество энергии h ν, пропорциональное его частоте, по всем осцилляторам, присутствующим в черном теле, Планк мог вывести формулу, которую он придумал двумя месяцами ранее. Он привел дополнительные доказательства важности своей формулы, используя ее для оценки константы ч (его значение было 6,55 × 10 ⁻²⁷ эрг-секунды, что близко к современному значению 6,626 × 10 ⁻²⁷ эрг- второй), а также так называемая постоянная Больцмана (фундаментальная постоянная в кинетической теории и статистической механике), число Авогадро и заряд электрона. С течением времени физики все яснее осознавали, что, поскольку постоянная Планка не была равна нулю, а имела небольшое, но конечное значение, микрофизический мир, мир атомных измерений, в принципе не мог быть описан обычной классической механикой.Произошла глубокая революция в физической теории.

Планковская концепция квантов энергии, другими словами, коренным образом противоречила всей предшествующей физической теории. Он был вынужден ввести это строго в силу своей логики; он был, как выразился один историк, сопротивлявшимся революционером. Действительно, прошли годы, прежде чем далеко идущие последствия достижений Планка стали общепризнанными, и в этом Эйнштейн сыграл центральную роль. В 1905 году, независимо от работы Планка, Эйнштейн утверждал, что при определенных обстоятельствах сама лучистая энергия, по-видимому, состоит из квантов (световых квантов, позже названных фотонами), а в 1907 году он продемонстрировал общность квантовой гипотезы, используя ее для интерпретации температурной зависимости. удельной теплоемкости твердых тел.В 1909 году Эйнштейн ввел в физику дуализм волна-частица. В октябре 1911 года Планк и Эйнштейн были среди группы выдающихся физиков, посетивших первую Сольвеевскую конференцию в Брюсселе. Обсуждения там побудили Анри Пуанкаре предоставить математическое доказательство того, что закон излучения Планка обязательно требует введения квантов — доказательство, которое превратило Джеймса Джинса и других в сторонников квантовой теории. В 1913 году Нильс Бор также внес большой вклад в его создание, создав квантовую теорию атома водорода.По иронии судьбы, сам Планк был одним из последних, кто боролся за возврат к классической теории — позицию, которую он позже рассматривал не с сожалением, а как средство, с помощью которого он полностью убедил себя в необходимости квантовой теории. Оппозиция радикальной гипотезы Эйнштейна о кванте света 1905 года сохранялась до открытия эффекта Комптона в 1922 году.

Постоянная Планка | Определение, единицы, символ и факты

Узнайте о Максе Планке и его открытии постоянной Планка

Обзор постоянной Планка, включая ее открытие Максом Планком.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видео к этой статье

Постоянная Планка , (символ h ), фундаментальная физическая постоянная, характерная для математических формулировок квантовой механики, которая описывает поведение частиц и волн на атомный масштаб, включая аспект частиц света. Немецкий физик Макс Планк ввел константу в 1900 году в своей точной формулировке распределения излучения, испускаемого черным телом или идеальным поглотителем лучистой энергии ( см. Закон излучения Планка ).Значение постоянной Планка в этом контексте состоит в том, что излучение, такое как свет, испускается, передается и поглощается дискретными энергетическими пакетами или квантами, определяемыми частотой излучения и значением постоянной Планка. Энергия E каждого кванта или каждого фотона равна постоянной Планка h , умноженной на частоту излучения, обозначенную греческой буквой nu, ν, или просто E = h ν. Модифицированная форма постоянной Планка, называемая ч бар (), или приведенная постоянная Планка, в которой ℏ равно час , деленному на 2π, является квантованием углового момента.Например, угловой момент электрона, связанного с ядром атома, квантуется и может быть кратным только ч бар.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Размерность постоянной Планка — это произведение энергии, умноженное на время, величина, называемая действием. Поэтому постоянную Планка часто определяют как элементарный квант действия. Его значение в единицах метр-килограмм-секунда определяется как точно 6,62607015 × 10 ⁻³⁴ джоуль-секунда.

Киль | Германия | Британника

Киль , город, столица (1945 г.) земли Шлезвиг-Гольштейн Земля (штат), северная Германия.Киль — это порт по обе стороны Кильского фьорда, вход в западную часть Балтийского моря, расположенный на восточной оконечности Кильского канала. Название Кайл (что означает «фьорд» или «источник», возможно, происходит от англосаксонского kille : «безопасное место для кораблей») использовалось для поселения еще в 10 веке. Город был основан в 1242 году, и в нем были приняты Любекские законы — соглашение об общей защите торговли. Он вошел в Ганзейский союз в 1284 году и получил дополнительные торговые привилегии в 14 веке.В 1773 году Киль стал частью Дании, которая уступила Норвегию Швеции по Кильскому договору 1814 года. Город перешел к Пруссии в 1866 году вместе с остальной землей Шлезвиг-Гольштейн и стал столицей этой провинции в 1917 году. стал важной военно-морской базой; это было место немецкого военно-морского мятежа (1918 г.) и цель бомбардировок союзников во время Второй мировой войны.

Кильский порт, Гер.

© Бильдерберг / Управление прессы и информации Федерального правительства Германии

Помимо шлюзов Кильского канала (открыт в 1895 г.), в городе есть великолепная торговая гавань и яхтенные возможности.Паромы курсируют между восточным и западным берегами Киля и обслуживают соседние рыбацкие деревни и курорты. Судостроение и машиностроение — основные отрасли промышленности города. Другие отрасли промышленности производят судовые двигатели, локомотивы, электрооборудование, точные инструменты и продукты питания.

Киль был в значительной степени разрушен во время Второй мировой войны, но с тех пор застроен обширными зелеными насаждениями. Исторические достопримечательности, восстановленные после 1945 года, включают церковь Святого Николая ( ок. 1240) и дворец герцогов Гольштейн-Готторпских ( ок. 1280), где родился будущий царь России Петр III. Кильский университет Христиана-Альбрехта (основан в 1665 году) включает в себя известный институт мировой экономики. Художественная галерея и старейшие в Германии ботанические сады находятся недалеко от территории старого университета. В городе есть музеи судоходства и этнографии, а в Институте биологии моря есть аквариум. Ежегодная Kieler Woche (Кильская неделя) в июне — это международная регата и культурный фестиваль. Поп. (2005 г.) 234 433.

Германия | Факты, география, карты и история

Германия , официально Федеративная Республика Германия , Германия Deutschland или Bundesrepublik Deutschland , страна северо-центральной Европы, пересекающая основные физические подразделения континента с внешних границ Альп на север через разнообразный ландшафт Среднегерманского нагорья, а затем через Северо-Германскую равнину.

Британская викторина

Страны Мира

Какая страна называет «Вальсирующую Матильду» своим неофициальным гимном? В какой стране самое большое мусульманское население? Сортируйте случайные интересные факты о странах мира.

Германия, одна из крупнейших стран Европы, отличается широким разнообразием ландшафтов: высокими отвесными горами на юге; песчаные холмистые равнины севера; лесные холмы урбанизированного запада; и равнины сельскохозяйственного востока. В духовном центре страны находится великолепный центрально-восточный город Берлин, который, как феникс, вырос из пепла Второй мировой войны и теперь, после десятилетий раздела, является столицей объединенной Германии и реки Рейн, которая протекает к северу от Швейцарии и отмечается в изобразительном искусстве, литературе, фольклоре и песнях.Вдоль его берегов и берегов его основных притоков — среди них Неккар, Майн, Мозель и Рур — стоят сотни средневековых замков, церквей, живописных деревень, рыночных городов и центров образования и культуры, в том числе Гейдельберг, где был построен один из них. старейших университетов Европы (основан в 1386 г.) и Майнц, исторически один из важнейших издательских центров Европы. Все они являются центральными элементами процветающей туристической экономики Германии, которая ежегодно привлекает в страну миллионы посетителей, привлеченных ее природной красотой, историей, культурой и кухней (включая знаменитые вина и пиво).

Германия Encyclopædia Britannica, Inc.

Название Германия долгое время описывало не конкретное место, а рыхлую, изменчивую государственную систему германоязычных народов, которые тысячелетиями господствовали над большей частью Западной Европы к северу от Альп. Хотя Германия в этом смысле является древним образованием, немецкая нация в более или менее ее нынешнем виде возникла только в 19 веке, когда премьер-министр Пруссии Отто фон Бисмарк объединил десятки немецкоязычных королевств, княжеств, вольных городов, епископства и герцогства, образовавшие Германскую империю в 1871 году.Этот так называемый Второй Рейх быстро стал ведущей державой Европы и приобрел колонии в Африке, Азии и Тихоокеанском регионе. Эта заморская империя была распущена после поражения Германии в Первой мировой войне и отречения императора Вильгельма II. За этим последовали экономическая депрессия, повсеместная безработица и политические раздоры, граничащие с гражданской войной, что привело к краху прогрессивной Веймарской республики и подъему нацистской партии при Адольфе Гитлере. После прихода к власти в 1933 году Гитлер основал Третий рейх и вскоре после этого предпринял разрушительный крестовый поход, чтобы завоевать Европу и истребить евреев, цыган (цыган), гомосексуалистов и других.

Третий рейх распался в 1945 году, разгромленный союзными армиями США, Великобритании, Советского Союза, Франции и других стран. Державы-победительницы разделили Германию на четыре зоны оккупации, а затем на две страны: Федеративную Республику Германия (Западная Германия) и Германская Демократическая Республика (Восточная Германия), разделенные более чем на 40 лет длинной границей. В Восточной Германии эта граница до падения коммунистического правительства в 1989 году была обозначена оборонительными сооружениями, призванными предотвратить побег.В период с 1961 по 1989 год 185 квадратных миль (480 квадратных километров) «острова» Западного Берлина были также окружены Берлинской стеной, проходящей через город, и хорошо охраняемым забором из проволочной сетки в районах, примыкающих к сельской местности Восточной Германии. Хотя Берлин был горячей точкой между Соединенными Штатами и Советским Союзом во время холодной войны, город терял национальное и международное значение до 1989–1990 годов, когда народное и мирное восстание свергло правительство Восточной Германии и вскоре после этого восстановило единый Берлин как столица объединенной Германии.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Испытайте превращение Берлина в современный и космополитический город после падения стены

Обзор Берлина.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Просмотреть все видеоролики к этой статье

Со времен Второй мировой войны Германия приложила огромные усилия как для увековечения памяти жертв, так и для возмещения ущерба за преступления Холокоста, оказывая сильную материальную и политическую поддержку государству Израиль и активное преследование преступлений на почве ненависти и пропаганда неонацистской доктрины; последнее стало проблемой в 1990-х годах, когда в Германии стали появляться антииммигрантские группы скинхедов, а в Интернете появилась гитлеровская книга Mein Kampf .Очевидно, что современная Германия изо всех сил пытается сбалансировать свои национальные интересы с интересами притока политических и экономических беженцев из дальних стран, особенно из Северной Африки, Турции и Южной Азии, притока, который усилил межэтническую напряженность и пополнил ряды националистических политических партий. особенно в Восточной Германии, где безработица была вдвое выше, чем на Западе. Напряженность особенно обострилась во втором десятилетии 21 века, когда в Германию прибыло более миллиона мигрантов после революций арабской весны и сирийской гражданской войны.

Узнайте об истории создания Берлина, а не Бонна, столицы объединенной Германии.

Обзор решения сделать Берлин, а не Бонн, столицей объединенной Германии.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц См. Все видеоролики к этой статье

Конституция республики, принятая в 1949 году Западной Германией, создала федеральную систему, которая дает значительные правительственные полномочия составляющим ее землям (штатам). До объединения насчитывалось 11 западногерманских земель (включая Западный Берлин, который имел особый статус земель без права голоса), но с присоединением Восточной Германии теперь в объединенной республике насчитывается 16 земель . .Самый большой из штатов — Бавария (Бавария), самый богатый — Баден-Вюртемберг, а самый густонаселенный — Северный Рейн-Вестфалия (Nordrhein-Westfalen).

Вопросы государственной важности, такие как оборона и иностранные дела, относятся к компетенции федерального правительства. Как на уровне штатов, так и на федеральном уровне преобладает парламентская демократия. Федеративная Республика является членом Организации Североатлантического договора (НАТО) с 1955 года и одним из основателей Европейского экономического сообщества ( см. Европейский союз).В течение четырех десятилетий раздела Федеративная Республика заключила ряд соглашений с Советским Союзом и Восточной Германией, которые она поддерживала в определенной степени экономически в обмен на различные уступки в отношении гуманитарных вопросов и доступа в Берлин. Быстрое восстановление экономики Западной Германии в 1950-х годах ( Wirtschaftswunder , или «экономическое чудо») вывело ее на лидирующую позицию среди мировых экономических держав, которую она сохранила.

Успех Германии после Второй мировой войны во многом стал результатом известного трудолюбия и самопожертвования ее народа, о котором писатель Гюнтер Грасс, лауреат Нобелевской премии по литературе в 1999 году, заметил: «Быть ​​немцем. сделать невозможное возможным.Он добавил более критически:

Потому что в нашей стране все ориентировано на рост. Мы никогда не бываем довольны. Для нас никогда не бывает достаточно. Мы всегда хотим большего. Если это на бумаге, мы превращаем это в реальность. Даже во сне мы работаем продуктивно.

Эта преданность тяжелой работе в сочетании с публичным поведением — одновременно сдержанным и напористым — сформировали стереотип о немецком народе как о равнодушном и отстраненном. Тем не менее, немцы ценят как свою личную дружбу, так и дружеские отношения с соседями и гостями, высоко ценят досуг и культуру и пользуются благами жизни в либеральной демократии, которая становится все более интегрированной в объединенную Европу и становится центральной для нее.

Медаль Копли | Британская научная премия

Макс Планк — Биография, факты и изображения

Жил 1858 — 1947.

Макс Планк навсегда изменил физику и наше понимание мира, когда он обнаружил, что горячие объекты не излучают плавный, непрерывный диапазон энергий, как предполагалось в классической физике. Вместо этого он обнаружил, что энергия, излучаемая горячими объектами, имеет разные значения, а все другие значения запрещены.Это открытие стало началом квантовой теории — совершенно нового типа физики, которая заменила классическую физику для событий атомного масштаба.

Квантовая теория произвела революцию в нашем понимании атомных и субатомных процессов, точно так же, как теории относительности Альберта Эйнштейна произвели революцию в нашем понимании гравитации, пространства и времени. Вместе эти теории представляют собой наиболее впечатляющие открытия в физике двадцатого века.

Обладая высоким интеллектом, демонстрируя блестящие способности в математике, естественных науках и музыке, Планк был глубоко вдумчивым и этичным человеком.Он прожил долгую жизнь, прожив почти 90 лет. В последние годы своей жизни он пережил в Германии Великую депрессию и обе мировые войны, пережив череду личных трагедий.

Объявления

Начало

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился в Киле, на северном побережье Германии, 23 апреля 1858 года. У него было пятеро старших братьев и сестер.

Его отец, Иоганн Планк, был профессором права из академической семьи. Мать Макса звали Эмма Патциг.Ее отец был бухгалтером. Эмма была живой и популярной в академических кругах, куда переехала семья Макса.

Макс учился в начальной школе в Киле. В 1867 году, когда ему было 9 лет, его семья переехала за 500 миль в Мюнхен на юге Германии, где его отцу предложили заманчивую должность профессора.

Макс поступил в гимназию Максимилиана — школу для академически способных детей. Один из его учителей, математик Герман Мюллер, заметил, что Макс был довольно одарен математикой, поэтому предложил ему дополнительные уроки астрономии и механики.Макс с энтузиазмом принял это предложение, и Мюллер научил своего восприимчивого молодого ученика, как визуализировать законы физики в своем уме — жизненно важное оружие в арсенале великих физиков.

Часто случается, что ученики, одаренные математически, также одарены музыкальными, как в случае с Максом Планком, который сочинял классическую музыку, обладал абсолютным слухом и искусно играл на виолончели и фортепиано. Как будто этого было недостаточно, у него был прекрасный певческий голос.

Перед тем, как окончить среднюю школу, Планк решил, что он будет заниматься наукой как призванием, а музыка останется приятным хобби.Позже он вспомнит, почему он решил стать человеком науки:

«как прямой результат открытия, что чистое рассуждение может позволить человеку получить представление о механизме окружающего нас мира».

университет и доктор философии. в 21 год

В 1874 году, когда ему было 17 лет, а теперь он первокурсник Мюнхенского университета, Планк говорил с профессором Филиппом фон Джолли о достоинствах физики. Джолли лихо ответил:

«В этой области [физике] почти все уже открыто, и остается лишь заполнить несколько незначительных пробелов.”

Филипп фон Джолли, физик

1874

Не испугавшись, Планк решил изучать физику. Однажды ему суждено было найти доказательства абсурдности убеждений своего профессора. Честно говоря, Филиппу фон Джолли — и хотя сегодня в это трудно поверить, учитывая стремительное развитие науки и технологий, — многие физики той эпохи разделяли точку зрения Джолли: они считали, что уже открыли и поняли большую часть того, что было во Вселенной. открыл и понял!

В университете Планк обнаружил, что экспериментальная работа ему не нравится.Его математический талант нашел свое естественное воплощение в мире теоретической физики.

Он продолжал наслаждаться музыкой. Пел в университетском хоре и сочинил мини-оперу.

Важный отпуск

Во время весенних каникул 1877 года, незадолго до своего двадцатилетия, Планк отправился в поход по северной Италии с друзьями из университета, включая математика Карла Рунге. Во время прогулки студенты обсуждали естественные науки, математику и свои взгляды на мир.

Озеро Комо на севере Италии, одно из мест, где гуляли Макс Планк и его друзья. Походы среди живописных пейзажей стали одним из удовольствий на всю жизнь Планка.

Рунге поднял вопрос о том, приносят ли христианство и религия больше вреда, чем пользы, — вопрос, который шокировал Планка, получившего традиционное лютеранское воспитание. Планк начал сомневаться в своем личном видении мира. Он оставался лютеранином на протяжении всей своей жизни и отвергал атеизм, но стал очень терпимым к альтернативным философиям и религиям.

Берлин и термодинамика

В зимнем семестре 1877 года, в возрасте 20 лет, Планк перешел на год в Берлинский университет Фридриха Вильгельма, где его преподавали два гиганта физики — Герман фон Гельмгольц и Густав Кирхгоф.

По мнению Планка, каждый из этих известных деятелей науки читал лекции, отличавшиеся только своей мрачностью.

Тем не менее они с Гельмгольцем стали большими друзьями. Планк восхищался — и даже почти преклонялся — Гельмольцем за его научную честность, честность, доброту, скромность и терпимость.

Одним из увлечений Гельмгольца в физике была термодинамика — изучение взаимосвязи между температурой, теплотой, энергией и работой. Планка все больше увлекала термодинамическая теория.

Он начал свою собственную программу работы в этой области, проводя бесконечные часы над статьями, написанными Рудольфом Клаузиусом, одним из основателей термодинамики.

В отличие от лекций, которые он посещал, он находил работу Клаузиуса интересной, хорошо изложенной и ясной.

Высшие почести и первая работа

После года в Берлине Планк вернулся в Мюнхен в конце 1878 года, где сдал государственный экзамен, позволяющий ему преподавать физику в средней школе.

Несколько месяцев спустя, в феврале 1879 года, он представил докторскую диссертацию, посвященную второму закону термодинамики. Через три месяца он защитил диссертацию на устном экзамене и в возрасте 21 года получил степень доктора философии. по физике с отличием — с отличием .

Как ни странно, из вопросов, которые ему задавали во время защиты диссертации, Планк пришел к выводу, что ни один из допрашивавших его профессоров не понял его диссертации!

Год спустя Планк успешно защитил еще одну диссертацию по термодинамике на свою квалификацию — квалификация гораздо более требовательная, чем степень доктора философии.Д., что позволило его владельцу стать профессором, если такая работа стала доступной.

В возрасте 22 лет Планк стал лектором по физике (неоплачиваемым) в Мюнхенском университете. Без зарплаты он продолжал жить с родителями. Его исследования были сосредоточены на энтропии — величине, которую иногда в широком смысле определяют как меру степени беспорядка на атомном уровне.

Возвращение на родину, затем обратно в Берлин

Наконец, почти в свой 27-й день рождения Планк стал адъюнкт-профессором теоретической физики в Кильском университете, где он еще глубже изучил термодинамику.Он продолжал добиваться успехов в этой сложной области, но не добился больших успехов.

В апреле 1889 года в возрасте 31 года Планк вернулся в Берлин, чтобы взять на себя обязанности читать лекции Густаву Кирхгофу, умершему осенью 1887 года.

В 1892 году Планк стал профессором теоретической физики. По общему мнению, его студенты находили его лекции намного интереснее, чем Планк находил его лекции своего предшественника. Один из его учеников, британский химик Джеймс Партингтон, описал лекции Планка:

«без заметок, без ошибок, без сбоев; лучший лектор, которого я когда-либо слышал.Вокруг комнаты всегда было много людей. Поскольку аудитория была хорошо отапливаемой и довольно тесной, часть слушателей время от времени падала на пол, но это не мешало лекции ».

Две докторские диссертации Планка. Позже студенты получат Нобелевские премии по физике: Макс фон Лауэ и Вальтер Боте.

Наступила сцена для важного открытия Планка — квантовой теории.

Вклад Макса Планка в науку

Большинство физиков-теоретиков оставляют свой след в молодости.Максу Планку было 42 года, когда он, наконец, оставил неизгладимый след в мире.

Проблема, которую он решил в 1900 году, была вызвана недоумением по поводу электромагнитного спектра, излучаемого горячими объектами.

Классическая физика не соответствует действительности

Когда вещи становятся горячими, они излучают энергию. Например, если вы наблюдали, как кузнец нагревает подкову, вы бы заметили, что, когда башмак нагревается, он светится красным цветом, а когда становится еще сильнее, он светится белым.

Чугун светится, испуская электромагнитное излучение.

Физики рассматривали случай черного тела — тела, которое поглощает все падающее на него электромагнитное излучение. При нагревании черное тело излучает энергию в виде электромагнитных волн. Эти волны имеют широкий диапазон длин волн, включая видимый, ультрафиолетовый и инфракрасный свет.

НО, в 1800-х годах люди заметили, что цвета света, излучаемого в экспериментах, не соответствовали тем, которые предсказывала теория. Говоря научным языком, наблюдалось несоответствие между длинами волн, излучаемых горячими объектами, и длинами волн, предсказанными классическими теориями термодинамики.

На графике ниже показана проблема. Черная кривая показывает предсказанное поведение черного тела при температуре 5000 К. Синяя линия показывает фактическое поведение.

Зависимость интенсивности излучения черного тела от длины волны

Сравните кривую, ожидаемую из классической термодинамической теории при температуре 5000 K (черная линия), с кривой, наблюдаемой в экспериментах (синяя линия). Они очень разные! Также зеленым и красным показаны кривые при несколько более низких температурах.

Квантовая теория

Чтобы привести теорию в соответствие с наблюдениями, Планк сделал революционное предложение. Если вы еще не знакомы с квантовой теорией, чтобы понять, что он предложил, можно подумать о таблице умножения — например, о таблице умножения — 3, 6, 9, 12, 15… в которой только числа, делящиеся на 3 разрешены, а все остальные числа запрещены.

Идея Планка заключалась в том, что энергия излучается аналогичным образом. Он предположил, что может выделяться только определенное количество энергии — т.е.е. кванты. Классическая физика считала возможными все значения энергии.

Это было рождение квантовой теории. Планк обнаружил, что его новая теория, основанная на квантах энергии, точно предсказывает длины волн света, излучаемого черным телом.

Планк обнаружил, что энергия, переносимая электромагнитным излучением, должна делиться на число, которое теперь называется постоянной Планка и обозначается буквой h. Затем энергию можно рассчитать по уравнению:

E = hν

где E — энергия, h — постоянная Планка, а ν — частота электромагнитного излучения.Постоянная Планка на самом деле очень и очень малая величина. Его небольшой размер объясняет, почему экспериментаторы того времени не поняли, что электромагнитная энергия квантуется. С четырьмя значащими цифрами постоянная Планка составляет 6,626 x 10 ^-34 Дж · с.

Планк не намеревался ниспровергнуть классическую физику. Его намерением было найти теорию, которая соответствовала бы экспериментальным наблюдениям. Тем не менее, последствия его открытия были огромными. Квантовая теория — осознание того, что природа «разрешает» и «запрещает» состояния — родилась, и то, как мы интерпретируем природу, уже никогда не будет прежним.

Планк был удостоен Нобелевской премии по физике 1918 года за:

«Услуги, которые он оказал развитию физики, открыв кванты энергии».

Сам Планк позже напишет:

«… Это казалось настолько несовместимым с традиционным взглядом на Вселенную, представленным Физикой, что в конечном итоге разрушило основу этого старого взгляда. Какое-то время казалось, что полный крах классической физики не выходит за пределы возможности; постепенно, однако, казалось, как уверенно ожидали все, кто верил в неуклонный прогресс науки, что введение квантовой теории привело не к разрушению физики, а к некоторой глубокой реконструкции … »

Макс Планк, 1931

Вселенная в свете современной физики

Планковский масштаб

Шкала Планка появилась на свет в 1899 году.Он заменил ориентированную на Землю систему измерения:

• килограмм — масса литра воды
• метр — одна десятимиллионная расстояния от Северного полюса до экватора
• в секунду — ¹ ⁄ ₈₆₄₀₀ земных суток

с новыми универсальными агрегатами на основе:

• скорость света
• постоянная Планка
• гравитационная постоянная

В следующем столетии Стивен Хокинг обнаружил, что шкала Планка действительно измеряет что-то фундаментальное о природе, показывая, что наименьшая возможная черная дыра имеет массу 1 планковскую единицу массы, радиус Шварцшильда 1 единицу длины Планка и полторы секунды. жизнь 1 единицы планковского времени.

Более того, Якоб Бекенштейн обнаружил, что когда любая черная дыра поглощает одну элементарную частицу, содержащую 1 бит информации, площадь горизонта событий увеличивается на 1 квадрат планковской длины, обнаруживая замечательную связь между масштабом Планка и информацией.

Некоторые личные данные и конец

В марте 1887 года, в возрасте 28 лет, Планк женился на Мари Мерк. У пары было четверо детей: Карл, Грете, Эмма и Эрвин.

К сожалению, Планк дожил до смерти своей жены и всех их детей.Его жена Мари умерла в 1909 году от туберкулеза. Карл был убит в бою в 1916 году во время Первой мировой войны. Грета умерла во время родов в 1917 году, затем Эмма умерла во время родов в 1919 году. (Их дети выжили.) Эрвин был казнен нацистами в 1945 году за его предполагаемое участие в заговоре. убить Адольфа Гитлера.

Через два года после смерти своей первой жены Планк женился на Марге фон Хесслин. У них был один сын Германн. И Марга, и Герман пережили Планка.

Как и знаменитый математик Давид Гильберт, Планк был довольно стар (74 года), когда нацисты пришли к власти в 1933 году, и он продолжал жить в Германии при нацистах.Гильберт и Планк осуждали поведение нацистов и их политику.

Планк был одним из первых ученых, признавших великолепие работы Альберта Эйнштейна. Он подготовил Эйнштейну путь к переезду в Берлин, где он стал профессором в 1914 году. Позже они встретятся и получат огромное удовольствие, играя вместе музыку.

«В 1905 году, когда Эйнштейн, а не неизвестный сотрудник швейцарского патентного бюро в Берне, отправил пять революционных статей в физический журнал, который Планк редактировал в Берлине, Планк сразу же признал их гениальными и быстро опубликовал, не отправляя рецензентам. .”

Фриман Дайсон, 2015

Нью-Йоркское обозрение книг

Когда нацисты взяли под свой контроль Германию, Планк был обеспокоен необходимостью того, чтобы Эйнштейн и все большее число еврейских ученых бежали из Германии. В 1938 году нацисты захватили Прусскую академию. Планк ушел с поста президента Академии.

Во все времена пожилой Планк оставался патриотом Германии, шагая по канату морали, надеясь, что нацисты одумаются и будут действовать так, как приличествует правильному немецкому правительству.Его надежды все больше и больше рушились, кульминацией чего стала казнь его сына Эрвина за «измену» в январе 1945 года.

В начале 1944 года дом Планка в Берлине был разрушен в результате авиаудара союзников. Все его личные документы и научные записи были уничтожены.

Когда война в Европе закончилась в мае 1945 года, Планк, его жена и оставшийся сын Германн нашли убежище у родственника в знаменитом немецком университетском городке Геттинген. Именно там два года спустя Макс Планк скончался в возрасте 89 лет, 4 октября 1947 года.Сегодня он похоронен на старом городском кладбище Геттингена. Могилы Марги и Германа лежат рядом с ним.

В 1948 году Общество кайзера Вильгельма в Германии было переименовано в Общество Макса Планка как дань уважения человеку, который дважды занимал пост президента и положил начало квантовой теории. Сегодня Общество Макса Планка — одна из самых успешных научных организаций в мире, управляющая более чем 80 научными учреждениями. С 1950-х годов исследователи из институтов Макса Планка были удостоены четырех Нобелевских премий по физике, восьми по химии и шести по медицине.

«Законы физики не принимают во внимание человеческие чувства; они зависят от фактов, а не от очевидности фактов ».

Макс Планк, 1931

Вселенная в свете современной физики

«Открытие [Планка] стало основой всех исследований в области физики двадцатого века и с тех пор почти полностью обусловило его развитие. Без этого открытия было бы невозможно создать работоспособную теорию молекул и атомов, а также энергетических процессов, управляющих их превращениями.Более того, он разрушил всю структуру классической механики и электродинамики и поставил перед наукой новую задачу: найти новую концептуальную основу для всей физики ».

Альберт Эйнштейн, 1948

Макс Планк в Мемориуме

Объявления

Автор этой страницы: The Doc
Изображения, улучшенные и раскрашенные в цифровом виде с помощью этого веб-сайта. © Все права защищены.

Цитируйте эту страницу

Используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 "Макс Планк."Известные ученые. Famousscientists.org. 17 мая. 2016. Интернет.
. 

Опубликовано FamousScientists.org

Дополнительная литература
Макс Планк
Вселенная в свете современной физики
W.W. Norton & Company, Inc.