Forestil dig, hvis du vil, at dit navn for altid vil være forbundet med en banebrydende videnskabelig teori. Forestil dig også, at dit navn endda ville blive knyttet til en række enheder, designet til at udføre målinger for komplekse ligninger. Forestil dig nu, at du var tysker, der gennemlevede to verdenskrige, vandt Nobelprisen i fysik og overlevede mange af dine børn.
Hvis du kan alt det, så ved du måske, hvordan det var at være Max Planck, den tyske fysiker og grundlægger af kvanteteori. Ligesom Galileo, Newton og Einstein betragtes Max Planck som en af de mest indflydelsesrige og banebrydende videnskabsmænd i sin tid, en mand hvis opdagelser var med til at revolutionere fysikkens område. Ironisk i betragtning af, at da han første gang begyndte sin karriere, fik han at vide, at der ikke var noget nyt at opdage!
Tidligt liv og uddannelse:
Født i 1858 i Kiel, Tyskland, Planck var et barn af intellektuelle, hans bedstefar og oldefar begge teologiprofessorer og hans far professor i jura, og hans onkel dommer. I 1867 flyttede hans familie til München, hvor Planck meldte sig ind på Maximilians gymnasium. Fra en tidlig alder demonstrerede Planck en evne til matematik, astronomi, mekanik og musik.
Illustration af Friedrich Wilhelms Universitet, med statuen af Frederik den Store (ca. 1850). Kredit: Wikipedia Commons/A. Carse
Han dimitterede tidligt, i en alder af 17, og fortsatte med at studere teoretisk fysik ved universitetet i München. I 1877 gik han videre til Friedrich Wilhelms Universitet i Berlin for at studere hos fysikerne Hermann von Helmholtz. Helmholtz havde en dyb indflydelse på Planck, som han blev nære venner med, og til sidst besluttede Planck at anvende termodynamik som sit forskningsfelt.
I oktober 1878 bestod han sine kvalificerende eksamener og forsvarede sin afhandling i februar 1879 - med titlen 'Om termodynamikkens anden lov'. I dette værk fremsatte han følgende udtalelse, hvorfra den moderne Termodynamikkens anden lov menes at være afledt: 'Det er umuligt at konstruere en motor, der vil fungere i en komplet cyklus og ikke har nogen effekt bortset fra at hæve en vægt og afkøle et varmereservoir.'
I en periode sled Planck af sted i relativ anonymitet på grund af sit arbejde med entropi (som blev betragtet som et dødt felt). Imidlertid gjorde han adskillige vigtige opdagelser i denne tid, som ville give ham mulighed for at vokse sit ry og få en tilhængerskare. For eksempel hans Afhandling om termodynamik ,som blev udgivet i 1897, indeholdt kimen til ideer, der ville blive meget indflydelsesrige - det vil sige sort kropsstråling og særlige ligevægtstilstande.
Med færdiggørelsen af sit speciale blev Planck en ulønnet privatlektor ved Freidrich Wilhelms Universitet i München og sluttede sig til det lokale Fysiske Selskab. Selvom det akademiske samfund ikke var meget opmærksom på ham, fortsatte han sit arbejde med varmeteori og kom til selvstændigt at opdage den samme teori om termodynamik og entropi som Josiah Willard Gibbs - den amerikanske fysiker, der er krediteret med opdagelsen.
Professorerne Michael Bonitz og Frank Hohmann, som er i besiddelse af en faksimile af Plancks nobelpriscertifikat, som blev givet til universitetet i Kiel i 2013. Kredit og ophavsret: CAU/Schimmelpfennig
I 1885 udnævnte universitetet i Kiel Planck som lektor i teoretisk fysik, hvor han fortsatte sine studier i fysisk kemi og varmesystemer. I 1889 vendte han tilbage til Freidrich Wilhelms Universitet i Berlin og blev fuld professor i 1892. Han ville forblive i Berlin, indtil han gik på pension i januar 1926, hvor han blev efterfulgt af Erwin Schrodinger.
Sort kropsstråling:
Det var i 1894, da han var under en kommission fra elselskaberne til at udvikle bedre pærer, at Planck begyndte at arbejde på problemet med sort-legeme-stråling. Fysikere kæmpede allerede med at forklare, hvordan intensiteten af den elektromagnetiske stråling, der udsendes af en perfekt absorber (dvs. et sort legeme) afhang af kroppens temperatur og frekvensen af strålingen (dvs. lysets farve).
Med tiden løste han dette problem ved at foreslå, at elektromagnetisk energi ikke flød i en konstant form, men snarere i diskrete pakker, dvs. kvanter. Dette blev kendt som Planck postulat , som kan angives matematisk somE = hv -hvorOGer energi,ver frekvensen, ogher Planck konstant . Denne teori, som ikke var i overensstemmelse med klassisk newtonsk mekanik, var med til at udløse en revolution inden for videnskaben.
En dybt konservativ videnskabsmand, der var mistænksom over for de implikationer, hans teori rejste, indikerede Planck, at han kun kom til sin opdagelse modvilligt og håbede, at de ville blive bevist forkert. Opdagelsen af Plancks konstant ville imidlertid vise sig at have en revolutionær indvirkning, hvilket får videnskabsmænd til at bryde med klassisk fysik og føre til skabelsen af Planck enheder (længde, tid, masse osv.).
Fra venstre mod højre: W. Nernst, A. Einstein, M. Planck, R.A. Millikan og von Laue ved en middag givet af von Laue i Berlin, 1931. Kredit: Wikipedia Commons
Kvantemekanik:
Ved århundredeskiftet en anden indflydelsesrig videnskabsmand ved navn Albert Einstein gjort flere opdagelser, der ville bevise, at Plancks kvanteteori var korrekt. Den første var hans teori om fotoner (som en del af hans Særlig relativitetsteori ) som var i modstrid med klassisk fysik og teorien om elektrodynamik, der mente, at lys var en bølge, der havde brug for et medium til at forplante sig.
Det andet var Einsteins undersøgelse af den unormale adfærd af specifikke kroppe, når de opvarmes ved lave temperaturer, et andet eksempel på et fænomen, der trodsede klassisk fysik. Selvom Planck var en af de første til at erkende betydningen af Einsteins specielle relativitetsteori, afviste han oprindeligt ideen om, at lys kunne bestå af diskrete kvanta af stof (i dette tilfælde fotoner).
Men i 1911 organiserede Planck og Walther Nernst (en kollega til Plancks) en konference i Bruxelles kendt som Første Solvav-konference , hvis emne var teorien om stråling og kvanter. Einstein deltog og var i stand til at overbevise Planck om hans teorier om specifikke organer i løbet af sagen. De to blev venner og kolleger; og i 1914 oprettede Planck et professorat for Einstein ved universitetet i Berlin.
I løbet af 1920'erne var en ny teori om kvantemekanik dukket op, som var kendt som ' København fortolkning “. Denne teori, som i vid udstrækning blev udtænkt af de tyske fysikere Neils Bohr og Werner Heisenberg, udtalte, at kvantemekanik kun kan forudsige sandsynligheder; og at fysiske systemer generelt ikke har bestemte egenskaber før de bliver målt.
Fotografi af den første Solvay-konference i 1911 på Hotel Metropole i Bruxelles, Belgien. Kredit: International Solvay Institutes/Benjamin Couprie
Dette blev imidlertid afvist af Planck, som mente, at bølgemekanikken snart ville gøre kvanteteorien unødvendig. Han fik selskab af sine kolleger Erwin Schrodinger, Max von Laue og Einstein - som alle ønskede at redde klassisk mekanik fra kvanteteoriens 'kaos'. Men tiden ville vise, at begge fortolkninger var korrekte (og matematisk ækvivalente), hvilket gav anledning til teorier om partikel-bølge-dualitet.
Første og Anden Verdenskrig:
I 1914 sluttede Planck sig til den nationalistiske inderlighed, der fejede over Tyskland. Selvom han ikke var en ekstrem nationalist, var han underskriver af det nu berygtede ' Manifestet af de Treoghalvfems ', et manifest, der støttede krigen og retfærdiggjorde Tysklands deltagelse. Men i 1915 tilbagekaldte Planck dele af Manifestet, og i 1916 blev han en åbenhjertig modstander af Tysklands annektering af andre territorier.
Efter krigen blev Planck anset for at væredetTysk autoritet inden for fysik, idet han er dekan ved Berlin Universitat, medlem af det preussiske videnskabsakademi og det tyske fysiske selskab og præsident for Kaiser Wilhelm Society (KWS, nu Max Planck Society ). I de turbulente år i 1920'erne brugte Planck sin stilling til at rejse midler til videnskabelig forskning, som ofte var en mangelvare.
Den nazistiske magtovertagelse i 1933 resulterede i enorme trængsler, hvoraf nogle af Planck personligt bar vidne til. Dette omfattede mange af hans jødiske venner og kolleger, der blev udvist fra deres stillinger og ydmyget, og en stor udvandring af tyske videnskabsmænd og akademikere.
Indgang til det administrative hovedkvarter for Max Planck Society i München. Kredit: Wikipedia Commons/Maximilian Dörrbecker
Planck forsøgte at holde ud i disse år og forblive ude af politik, men blev tvunget til at træde til for at forsvare sine kolleger, da han blev truet. I 1936 fratrådte han sine stillinger som leder af KWS på grund af hans fortsatte støtte til jødiske kolleger i Selskabet. I 1938 trak han sig tilbage som præsident for det preussiske videnskabsakademi på grund af, at det nazistiske parti overtog kontrollen med det.
På trods af disse udligninger og de strabadser, krigen og den allierede bombekampagne medførte, forblev Planck og hans familie i Tyskland. I 1945 blev Plancks søn Erwin arresteret på grund af attentatforsøget på Hitler i komplottet den 20. juli, for hvilket han blev henrettet af Gestapo. Denne begivenhed fik Planck til at falde ned i en depression, som han ikke kom sig fra før sin død.
Død og arv:
Planck døde den 4. oktober 1947 i Göttingen, Tyskland i en alder af 89. Han blev overlevet af sin anden kone, Marga von Hoesslin, og sin yngste søn Hermann. Selvom han var blevet tvunget til at opsige sine nøglestillinger i sine senere år og tilbragte de sidste par år af sit liv hjemsøgt af sin ældste søns død, efterlod Planck en bemærkelsesværdig arv i hans kølvand.
Som en anerkendelse for sit grundlæggende bidrag til en ny gren af fysik blev han tildelt Nobelprisen i fysik i 1918. Han blev også valgt til det udenlandske medlemskab af Royal Society i 1926, idet han blev tildelt selskabets Copley-medalje i 1928. I 1909, han blev inviteret til at blive Ernest Kempton Adams Lektor i Teoretisk Fysik ved Columbia University i New York City.
Max Planck-medaljen, udstedt af det tyske fysiske selskab som en anerkendelse af videnskabelige bidrag. Kredit: dpg-physik.de
Han var også meget respekteret af sine kolleger og samtidige og udmærkede sig ved at være en integreret del af de tre videnskabelige organisationer, der dominerede de tyske videnskaber - det preussiske videnskabsakademi, Kaiser Wilhelm Society og det tyske fysiske selskab. Det tyske fysiske selskab oprettede også Max Planck medalje , hvoraf den første blev tildelt i 1929 til både Planck og Einstein.
Max Planck Society blev også oprettet i byen Göttingen i 1948 for at ære hans liv og hans præstationer. Dette samfund voksede i de efterfølgende årtier og absorberede til sidst Kaiser Wilhelm Society og alle dets institutioner. I dag er Selskabet anerkendt som værende førende inden for videnskabelig og teknologisk forskning og den førende forskningsorganisation i Europa, med 33 Nobelpriser tildelt dets videnskabsmænd.
I 2009 indsatte Den Europæiske Rumorganisation (ESA) den Planck rumfartøj , et rumobservatorium som kortlagde Kosmisk mikroovn baggrund (CMB) ved mikrobølge- og infrarøde frekvenser. Mellem 2009 og 2013 gav den de mest nøjagtige målinger til dato på den gennemsnitlige tæthed af almindeligt stof og mørkt stof i universet og hjalp med at løse flere spørgsmål om det tidlige univers og den kosmiske evolution.
Planck vil for altid blive husket som en af de mest indflydelsesrige videnskabsmænd i det 20. århundrede. Ved siden af mænd som Einstein, Schrodinger, Bohr og Heisenberg (hvoraf de fleste var hans venner og kolleger), hjalp han med at omdefinere vores forestillinger om fysik og universets natur.
Vi har skrevet mange artikler om Max Planck til Universe Today. Her er Hvad er Planck Time? , Plancks første lys? , All-Sky Stunner fra Planck , Hvad er Schrodingers kat? , Hvad er dobbeltspalteeksperimentet? , og her er en liste over historier om rumfartøj, der bærer hans navn .
Hvis du gerne vil have mere information om Max Planck, så tjek Max Plancks biografi fra Videnskabens verden og Rum og Bevægelse .
Vi har også optaget et helt afsnit af Astronomy Cast, der handler om Max Planck. Hør her, Afsnit 218: Max Planck .
Kilder: