Za najwybitniejszych fizyków wszech czasów uchodzą Izaak Newton i Albert Einstein. Trochę niezasłużenie w ich cieniu pozostaje niemiecki fizyk Max Planck, który odkrył, że tradycyjna fizyka newtonowska nie pasuje do niewidocznych części materii – atomów. Sam tak był zaskoczony odkryciem, że nie mógł się z nim pogodzić.
Albert Einstein też powiedział kiedyś, że to niemożliwe, by Bóg grał w kości ze wszechświatem, komentując przypadkowość zdarzeń w fizyce kwantowej.
W grudniu 1900 roku Max Planck zaskoczył świat śmiałą hipotezą, że energia promieniowania (np. energia fal świetlnych) nie jest emitowana w sposób ciągły, lecz w postaci małych porcji, „paczek”, które nazwał kwantami. Hipoteza kwantów obaliła tradycyjne pojęcia dotyczące światła i elektromagnetyzmu. Stanowiła punkt wyjścia dla teorii, które zrewolucjonizowały fizykę, tworząc nowy jej dział – fizykę kwantową.
Max Planck urodził się 23 kwietnia 1858 roku w Kilonii, jako szóste dziecko w rodzinie. Kształcił się w gimnazjum w Monachium. Był uczniem bardzo dobrym, ale nie wybitnym. Przejawiał zdolności muzyczne, grał na fortepianie.
Doktoryzował się w 1879 roku z drugiej zasady termodynamiki, też w Monachium. Miał wówczas 21 lat. Po pracy na uczelniach w Monachium i Kilonii przeniósł się w 1889 roku do Berlina. Został profesorem tamtejszego uniwersytetu, gdzie zajmował się nauką do 1928 roku. Przeszedł na emeryturę w wieku 70 lat.
Doktoryzował się w 1879 roku z drugiej zasady termodynamiki, też w Monachium. Miał wówczas 21 lat. Po pracy na uczelniach w Monachium i Kilonii przeniósł się w 1889 roku do Berlina. Został profesorem tamtejszego uniwersytetu, gdzie zajmował się nauką do 1928 roku. Przeszedł na emeryturę w wieku 70 lat.
W stolicy Niemiec pracował nad rozwiązaniem problemu promieniowania ciała doskonale czarnego czyli takiego, które nie odbija światła, a całkowicie je pochłania.
Według fizyki klasycznej, rozgrzane ciało promieniuje energię w postaci fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach, ale jego zdolność emisyjna jest tym większa, im większa jest częstotliwość fali emitowanego światła. Oznaczałoby to, że rozgrzane ciało w każdej temperaturze najwięcej energii emituje w postaci fal nadfioletowych, a suma energii we wszystkich częstotliwościach jest nieskończona. To nonsens, który nazwano “katastrofą w nadfiolecie”. W rzeczywistości, kawałek rozgrzanego żelaza promieniuje, ale barwa emitowanego światła (maksimum emisji) zmienia się wraz z temperaturą.
E = h·f
Wyjaśniając to zjawisko, próbując dopasować wzór teoretyczny do wyników eksperymentu, Planck przyjął ad hoc założenie, że cząsteczki ciała emitującego promieniowanie mogą drgać tylko z wybranymi energiami, a samo promieniowanie rozchodzi się w postaci porcji energii nazywanych kwantami. Energia takiej porcji jest uzależniona od częstotliwości światła (f) i dana wzorem: E = h·f. Stała h, zwana dzisiaj stałą Plancka, jest jedną z podstawowych stałych w fizyce.
Pomimo, że teoria Plancka prawidłowo wyjaśniała wyniki eksperymentów i miała daleko idące konsekwencje w wielu innych dziedzinach fizyki, sam uczony nie mógł w nią uwierzyć. Nie chciał się pogodzić z myślą, że natura działa w sposób skokowy. Wciąż chciał powrócić do praw mechaniki Newtona i pozbyć się kwantów. Fizyka doświadczalna potwierdziła jednak wielokrotnie teorię Plancka.
Planck odkrył też geniusz Einsteina. To on wprowadził go do Pruskiej Akademii Nauk. Pojęcie kwantu Albert Einstein wykorzystał do wyjaśnienia efektu fotoelektrycznego, a w 1913 r. Niels Bohr – użył go do opisania budowy atomu.
Badając efekt fotoelektryczny można wyznaczyć w szkolnej pracowni fizycznej stałą Plancka, z dokładnością do 5%, za pomocą zestawu PASCO, opisanego na stronie https://pasco.com.pl/pasco-scientific-twoi-eksperci-od-doswiadczen-fizycznych/
W 1918 r., gdy Max Planck otrzymał za swoje odkrycia nagrodę Nobla, było już wiadomo, że jego hipoteza jest słuszna.
Planck zmarł w 1947 roku w wieku 89 lat. Znacznie gorzej niż w nauce wiodło mu się w życiu osobistym. Z pierwszą żoną Margą von Hoesslin miał czworo dzieci. Dwie córki po wyjściu za mąż zmarły na skutek powikłań po porodzie. W 1945 roku jeden z jego synów został stracony za nieudany zamach na Hitlera. Sam Planck był zdeklarowanym antyfaszystą. Drugi syn zginął wcześniej, podczas I wojny światowej.
Kopernik zatrzymał Słońce, ruszył Ziemię; Planck – zatrzymał Porządek, ruszył Chaos
Kwanty Plancka, a w konsekwencji postęp fizyki kwantowej, położyły podwaliny pod rozwój wieku dziedzin współczesnej techniki, między innymi energetyki atomowej, komputerów, diagnostyki i badań medycznych.
Wprowadziły jednak, za sprawą późniejszych badań Wernera Heisenberga, ferment w postrzeganym przez nas świecie. Okazało się między innymi, że:
– światło obserwowane „zachowuje się” inaczej niż nieobserwowane,
– fizyka małych obiektów pozwala jedynie na badanie statystyczne: uczony może obliczyć energię promieniowania radu, ale nie przewidzi, który atom radu będzie promieniował.
Przyglądanie się atomom doprowadziło do „smutnych” wniosków, że w pewnym sensie fizyka:
– jest nieprzewidywalna,
– nie ma przyczynowości i celu,
– ludzie nie mają na nią wpływu.
O ile Kopernik zatrzymał Słońce i ruszył Ziemię, o tyle Max Planck i jego następcy zatrzymali Pewność w fizyce, a odkryli Chaos. Trudno nie zrozumieć, że Planck ów chaos chciał odrzucić.
Opracowano na podstawie:
- 100 najwybitniejszych uczonych wszech czasów, John Simmons, Świat Książki, 1997
- 100 postaci, które miały największy wpływ na dzieje ludzkości, Świat Książki, 1997
- artykuły i filmy biograficzne
