Макс Планк

Планк (Planck) Макс (1858-1947), німецький фізик-теоретик, автор гіпотези квантів, один з основоположників квантової теорії, іноземний член-кореспондент Петербурзької АН (1913) і почесний член АН СРСР (1926). Запровадив (1900) квант дії (постійна Планка) і, виходячи з ідеї квантів, вивів закон випромінювання, названий його ім'ям. Праці по термодинаміці, теорії відносності, філософії природознавства. Нобелівська премія (1918).

Роки навчання

Макс Планк народився в родині юриста, професора права Кільського університету Йоганна Юліуса Вільгельма фон Планка й Емми Планк, уродженої Патціг. Коли хлопчику виповнилося дев'ять років, родина переїхала в Мюнхен. У Королівській Максиміліанівській гімназії, учнем якої він став, викладачем математики був Г. Мюллер. Людина винахідлива і дотепна, що вміла продемонструвати на простих і переконливих прикладах закони фізики, він розбудив у обдарованого учня інтерес до природничих і точних наук. Згодом Планк писав, що закон збереження енергії був прийнятий ним «як Євангеліє», як перший з тих «абсолютних законів», що керують зовнішнім світом.

Однак, вибираючи професію, Планк не відразу обрав фізику. Його приваблювала і класична філологія, і музика, неабиякі здібності до якої він виявляв ще в дитинстві, вивчившись грати на фортепіано й органі. І хоча фізика одержала гору, музика завжди залишалася на значному місці в житті Планка і навіть у деякі періоди витісняла інші інтереси.

Після закінчення гімназії в 1874 році Планк три роки займався в Мюнхенському університеті, де одержав грунтовну математичну підготовку. Але тільки після переходу в університет у Берліні, де він провчився рік під керівництвом таких видатних фізиків, як Г. Гельмгольц і Г. Кирхгоф, визначилося його покликання. Як писав згодом Планк, це відбулося завдяки вивченню їхніх праць, а не лекціям (Гельмгольц як годиться не готувався до лекцій і часом помилявся біля дошки, а Кирхгоф, хоча і готувався дуже ретельно, але читав нудно і монотонно), а також знайомству з публікаціями німецького фізика Р. Клаузиуса, одного з засновників термодинаміки і молекулярно-кінетичної теорії.

Звертання до термодинаміки. Професура в Кілі.

Саме роботи Клаузиуса обумовили на довгі роки особливу пристрасть Планка до термодинаміки. Не задовольнившись визначенням необоротних процесів, даним Клаузиусом, Планк запропонував більш загальне визначення. Ці роботи, на жаль, не викликали інтересу в наукових колах, не допомогли й особисті контакти, і переписування з відомими фахівцями з термодинаміки. Але Планк продовжував завзято працювати. У 1879 він захистив докторську дисертацію, присвячену другому началу термодинаміки, і вже через рік одержав посаду приват-доцента Мюнхенського університету, а в 1885 став професором. У 1897 уперше з'явилася його книга «Лекції по термодинаміці», що згодом багаторазово перевидавалася і перекладена на багато мов.

У 1887 Планку запропоноване місце екстраординарного професора в Кільскому університеті. День, коли прийшло це запрошення, Планк вважав одним зі найщасливіших у своєму житті. Він активно працює і добивається, зокрема, важливих результатів у галузі молодої науки, що розвивається, фізичної хімії, в якій відбуваються багато відкриттів, а також розробляє термодинамічну теорію дисоціації газів, осмотичного тиску, зміни точки замерзання розчинів.

Переїзд у Берлін.

У 1889 Планк запрошений на філософський факультет Берлінського університету на кафедру теоретичної фізики спочатку екстраординарним, а з 1892 ординарним професором. Саме в цей час він вперше отримав можливість встановити особисті наукові контакти з головними німецькими фізиками того часу.

Не залишилася осторонь і музична діяльність. Департаменту фізики була передана велика фісгармонія з багатьма регістрами, що, за пропозицією Гельмгольца, була виконана в нетемперованому настроюванні. Освоївши цей складний інструмент, Планк зробив порівняння з темперованим настроюванням, уведеним Бахом, і описав результати порівняння у статті, що була опублікована у 1893, у якій обгрунтував переваги настроювання Баха.

У середині 90-х рр. у фізиці сформувалася школа «енергетиків», що додержувалася думки, що на базі закону збереження енергії можна пояснити усі фізичні і хімічні явища. Проти цієї позиції виступив австрійський фізик Л. Больцман. Планк також взяв участь у дискусії й у своїй статті, що вийшла з 1896, підтримав Больцмана, хоча в той час (як сам Планк підкреслював пізніше) він був не тільки байдужний до статистичного підходу Больцмана, але навіть сумнівався в його правильності. Причиною тому була переконаність Планка в універсальності закону зростання ентропії, тоді як Больцман трактував цей закон як ймовірнісний. З цього приводу також виникла дискусія, що часом приймала гострі форми, і не занадто дружнє відношення Больцмана до Планка змінилося лише після «атомістичного» висновку останнім законів теплового випромінювання.

Теплове випромінювання.

Інтерес до проблем теплового випромінювання тіл виник у Планка під впливом експериментальних досліджень, що проводилися в той час у Державному фізико-технічному інституті (Берлін Шарлоттенбург) і теоретичних робіт Кирхгофа, присвячених випромінюванню абсолютно чорного тіла. Кирхгоф довів, що спектральний склад рівномірного випромінювання не залежить від природи випромінюючих тіл і в цьому змісті є універсальним. Це твердження не могло не викликати інтересу Планка, склад розуму якого робив для нього особливо привабливими положення, що несуть риси чогось «абсолютного». З іншого боку, воно відкривало важливі можливості теоретичного аналізу, оскільки дозволяло, досліджуючи випромінювання, заміняти реальні тіла деякими «моделями». Найбільше простою і тому зручною стала запропонована Планком модель електричних осциляторів заряджених частинок, що гармонічно коливаються подібно маятникам. Рівняння Максвелла дозволяли обчислити, як осцилятори випромінюють і поглинають електромагнітні хвилі, а статистичні закони Больцмана давали можливість зв'язати особливості коливань з температурою. На підставі вищесказаного, можна було, здавалося, точно розрахувати спектральний склад рівномірного випромінювання. Однак усі спроби такого роду натрапляли на серйозні труднощі у дослідників.

Квант дії.

Спроби самого Планка вирішити цю проблему, описати експериментальні дані єдиною теоретичною формулою, увінчалися успіхом тільки після того, як він (усупереч усім відомим законам фізики) фактично прийняв, що осцилятор, що коливається з частотою n, випромінює дискретними порціями (квантами), енергія яких пропорційна частоті Е = hn . Отриману формулу для розподілу енергії у спектрі електромагнітного випромінювання абсолютно чорного тіла Планк доповів 19 грудня 1900 на засіданні Берлінського фізичного товариства. Цей день по праву називають днем народження квантової теорії. Зміни, початок яким він поклав, стали воістину революційними. Їхні масштаби добре розумів і сам Планк, що писав про квант дії (так він називав множник h, чисельне значення якого ним було знайдено, відомий тепер як «постійна Планка»), що це «... або фіктивна величина, і тоді весь висновок закону випромінювання був у принципі помилковим і являв собою всього лише порожню гру у формули, позбавлену змісту, або ж висновок закону випромінювання спирається на деяку фізичну реальність, і тоді квант дії повинний набути фундаментальне значення у фізиці й означає собою щось зовсім нове і нечуване, що повинно зробити переворот у нашому фізичному мисленні, що ґрунтувалося з часів Лейбніца і Ньютона, які відкрили диференціальне числення, на гіпотезі безперервності всіх причинних співвідношень».

Для Планка, що, за словами Макса Борна, «від природи був консерватором, нічого не мав від революціонера і дуже скептично ставився до спекулятивних міркувань», було дуже нелегко примиритися з ідеєю дискретності, що суперечила всім традиціям класичної теорії. Планк багато років марно намагався перебороти ці протиріччя. Він з ентузіазмом зустрів появу робіт Э. Шредингера, творця хвильової механіки, якому в 1928, досягнувши 70 років, передав кафедру теоретичної фізики в університеті.

Але навіть залишивши кафедру, Планк продовжував завзято працювати. Він не створив того, що називають науковою школою, але коло його наукового спілкування було досить широке. Помітне місце в ньому зайняв Альберт Ейнштейн, для якого в 1913 Пруська академія, завдяки ініціативі відомих учених, у тому числі і Планка, відкрила спеціальну кафедру. Двох великих фізиків зблизила і велика любов до музики, і, можливо, їхнє ставлення до ймовірнісної інтерпретації квантової механіки.

Останні десятиліття.

Останні десятиліття життя Планка були затьмарені трагічними подіями. Його перша дружина, уроджена Марія Мерк, з якою він одружився в 1885, померла в 1909, залишивши чотирьох дітей, троє з який не пережили Першої світової війни (1914-18). У 1916 був убитий старший син, що воював у Франції, Карл, у наступні два роки померли від пологів дві його дочки-близнюки. Від першої дружини залишався тільки один син Ервін, але і його пережив Планк. У 1944 Ервін був втягнений у змову проти Гітлера і страчений.

Планк сприйняв прихід фашистів у 1933 до влади в Німеччині як національну трагедію. Людина сформованих поглядів і релігійних переконань, він відкрито виступав у захист єврейських учених, вигнаних зі своїх посад і змушених емігрувати за кордон. Будучи президентом Товариства фундаментальних наук кайзера Вільгельма, Планк використовував усі можливості, щоб зберегти німецьку науку, припинити переслідування вчених-євреїв. Часом його дії «приводили Гітлера в такий раж, що вже нічого не залишалося, як мовчачи усе вислухати і вийти». Надалі Планк змінив тактику, став більш стриманим і обачної, хоча нацисти, безсумнівно, знали про його погляди.

Планк не дожив кілька місяців до свого дев'яностоліття. Його наукові заслуги, насамперед «відкриття квантової енергії», були відзначені Нобелівською премією по фізиці в 1919, обранням в усі німецькі й австрійські академії та в академії багатьох інших країн. Товариство, президентом якого він був багато років, носить тепер його ім'я. Але найбільш визначним пам'ятником Планку залишиться квантова теорія, батьком якої він може бути названий по праву.

АБСОЛЮТНО ЧОРНЕ ТІЛО

Модель

Абсолютно чорне тіло, тіло, що цілком поглинає все падаюче на нього електромагнітне випромінювання; спектр випромінювання абсолютно чорного тіла визначається тільки його температурою, і розподіл енергії в ньому підпорядковується закону Планка випромінювання. Властивостями абсолютно чорного тіла володіє отвір у непрозорому порожнім тілі.

КВАНТОВА ТЕОРІЯ

Квантова теорія поєднує квантову механіку, квантову статистику і квантову теорію поля.

Список литературы

Брон М. Міркування і спогади фізика. М., 1977.

Кляус Е. М., Франкфурт У. І. Макс Планк. 1858-1947. М., 1980.