Планк Макс

Планк Макс

1858–1947

Немецкий физик, основоположник квантовой теории, обладатель Нобелевской премии.

Полное имя ученого — Макс Карл Эрнест Людвиг. Он родился 28 апреля 1858 года в Киле в семье юриста, профессора права Кильского университета Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка и Эммы Планк, урожденной Патциг. Когда мальчику исполнилось девять лет, семья переехала в Мюнхен. В Королевской Максимилиановской гимназии, учеником которой он стал, преподавателем математики был Г. Мюллер. Человек изобретательный и остроумный, умевший продемонстрировать на простых и убедительных примерах законы физики, он пробудил у одаренного ученика интерес к естественным и точным наукам. Впоследствии Планк писал, что закон сохранения энергии был принят им «как Евангелие», как первый из тех «абсолютных законов», которые управляют внешним миром.

Выбирая профессию, Макс Планк не сразу избрал физику. Его привлекала и классическая филология, и музыка, незаурядные способности к которой он проявлял еще в детстве, выучившись играть на фортепиано и органе. После окончания гимназии в 1874 году Макс три года занимался в Мюнхенском университете, где получил хорошую математическую подготовку. Но только после перехода в университет в Берлине, как писал впоследствии Планк, его призвание определилось благодаря изучению трудов его преподавателей, а также знакомству с публикациями немецкого физика Р. Клаузиуса, одного из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории.

Планк продолжал упорно работать. В 1879 году он защитил докторскую диссертацию, посвященную второму началу термодинамики, и уже через год получил должность приват-доцента Мюнхенского университета, а в 1885 году стал профессором. В 1897 году впервые появилась его книга «Лекции по термодинамике», впоследствии многократно переиздававшаяся и переведенная на многие языки.

В 1887 году Максу Планку предложено место экстраординарного профессора в Кильском университете. День, когда пришло это приглашение, Планк считал одним из счастливейших в своей жизни.

В 1889 году Планк был приглашен на философский факультет Берлинского университета на кафедру теоретической физики вначале экстраординарным, а с 1892 года ординарным профессором. Именно в это время он впервые получил возможность установить личные научные контакты с ведущими немецкими физиками того времени.

Началом атомного века принято считать лето 1945 года, когда было произведено первое техническое испытание атомного оружия в североамериканской пустыне и совершилось его преступное применение против крупных японских городов. Однако основы его были заложены за 45 лет до этого — 14 декабря 1900 года — в Германии, в Берлинском университете, где Макс Планк в аудитории Физического института сообщил членам Немецкого физического общества теоретическое обоснование своей формулы излучения.

К тому времени Макс Планк уже два десятилетия успешно вел исследования и преподавал. Он не сделал крупных открытий, но был автором ряда серьезных и интересных работ. В некоторых областях, прежде всего в теории теплоты, его заслуги были довольно значительны. Все его научное развитие до 1900 года предстает как своего рода всесторонняя и серьезная подготовка к открытию, которое ему удалось впоследствии совершить за несколько недель и которое сделало бессмертным его имя.

К своему открытию Планк пришел не сразу. В середине 1890-х годов он занялся проблемой теплового излучения и в конце 1900 года достиг решающего успеха: он получил правильную формулу для распределения энергии и дал её теоретическое обоснование, введя знаменитый «квант действия». Квантовая гипотеза немецкого учёного, глубокий смысл которой вскрылся лишь много позже, ознаменовала рождение квантовой физики. В последующие годы Планк приложил много усилий, пытаясь согласовать свои результаты с классической физикой; он крайне настороженно относился к дальнейшим шагам, уводящим в сторону от старых представлений.

Квантовая теория возникла в связи с непреодолимыми трудностями, которые испытывала классическая теория физики при попытке объяснить полученные опытным путем закономерности теплового излучения твердого тела. Дело в том, что к моменту возникновения теории Планка ситуация в физике, касающаяся процессов передачи энергии, была довольно-таки сложной. Многие теоретические вопросы не находили ответа, а объяснения, которые пытались давать ученые, были противоречивы. Попытки самого Планка решить эту проблему, описать экспериментальные данные единой теоретической формулой, увенчались успехом только после того, как он (вопреки всем известным законам физики) фактически понял, что энергия излучается не постоянно и непрерывно, а дискретными порциями.

Сущность «парадоксальной гипотезы» Планка заключалась в том, что испускание и поглощение электромагнитной энергии атомами и молекулами происходит не непрерывно, а порциями (прерывно, дискретно), или «квантами», как несколько позже предложил называть их Планк. «Это было сделанное на уровне абстрактного мышления. Открытие дискретности там, — говорил позже Э. Шрёдингер, — где ее меньше всего ждали», то есть в процессах обмена энергией.

Планк открыл новую естественную постоянную величину — элементарный квант действия — и нашел ее численное значение. Теперь эта величина известна как «постоянная Планка».

Открытие элементарного кванта действия положило начало новой эпохе в физической науке. Оно показало, что тезис о бесконечной непрерывности всех природных процессов был заблуждением. Выяснилось, что в природе бывают изменения, которые происходят не плавно, а скачками, «взрывообразно», как сказал Планк. Представление о равномерном обмене энергией не могло больше считаться верным.

Значение открытой Планком новой постоянной величины (это называется константа) можно сравнить только со значением константы скорости света. В исследовании атома постоянная Планка играет основополагающую роль. Ее открытие — эпохальное научное деяние, революция, величие которой нисколько не умаляется тем, что Планк стал революционером против собственной воли. Для Планка, который, по словам хорошо знавшего его Макса Борна, «от природы был консерватором, ничего не имел от революционера и весьма скептически относился к спекулятивным рассуждениям», было весьма нелегко примириться с идеей прерывистости передачи энергии, противоречившей всем традициям классической теории. Ошеломленный неожиданными с точки зрения классической физики последствиями своего открытия, он долгое время сопротивлялся признанию вытекающих из него следствий. Другие исследователи, менее, чем он, приверженные традиции, вскоре значительно обогнали его: это были прежде всего Альберт Эйнштейн и Нильс Бор.

Последние десятилетия жизни Планка были омрачены трагическими событиями. Его первая жена, урожденная Мария Мерк, с которой он вступил в брак в 1885 году, умерла в 1909 году, оставив четверых детей, трое из которых не пережили Первой мировой войны. В 1916 году был убит воевавший во Франции старший сын Карл, в последующие два года умерли от родов две его дочери-близнецы. От первой жены оставался только один сын Эрвин, но и его пережил Планк. В 1944 году Эрвин был вовлечен в заговор против Гитлера и казнен.

Планк воспринял приход фашистов в 1933 году к власти в Германии как национальную трагедию. Человек сложившихся взглядов и религиозных убеждений, он открыто выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов и вынужденных эмигрировать за границу. Макс Планк не дожил несколько месяцев до своего девяностолетия. Он скончался в Пруссии — 4 октября 1947 года, в Геттингене.

Изменения, начало которым он положил, явились поистине революционными. Их масштабы прекрасно понимал и сам Планк, писавший о кванте действия, что это либо «фиктивная величина», лишенная смысла, либо же «вывод закона излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике и означает собой нечто совершенно новое и неслыханное, что должно произвести переворот в нашем физическом мышлении…»

Все дальнейшее развитие естествознания показало, что введенное Планком понятие о дискретности энергии электромагнитного излучения играет такую же фундаментальную роль в физике, как, например, представления об атомистическом строении вещества Демокрита.

В знак признания его заслуг в развитии физики благодаря «открытию кванта действия» Макс Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за 1918 год.