Max Planck

Max Planck, né Max Karl Ernst Ludwig Planck le  à Kiel, dans le duché de Schleswig et mort le  à Göttingen, en Allemagne (pendant l'occupation alliée), est un physicien allemand.

Max Planck fut l'un des fondateurs de la mécanique quantique. De ses travaux fut conceptualisée l'ère de Planck, période de l'histoire de l'Univers au cours de laquelle les quatre interactions fondamentales étaient unifiées.

Il fut lauréat du prix Nobel de physique de 1918 pour ses travaux en théorie des quanta. Il a reçu la médaille Lorentz en 1927, et le prix Goethe en 1945.

Biographie 
Max Planck naît le  au  de la  (« rue des Bouchers ») à Kiel, dans le duché de Schleswig. Il est issu d’une famille nombreuse et bourgeoise. Ses arrière-grand-père et grand-père paternels sont professeurs de théologie, son père professeur de droit (il participa à la rédaction du code civil allemand), tandis que sa mère est issue d'une famille de pasteurs.

Études et débuts 

Max Planck fait ses études secondaires à Munich où son père enseigne.

Il hésite alors entre se consacrer à la science ou à la musique. En 1874, il entame des études de mathématiques et de physique à l’université. Il obtient son baccalauréat à dix-sept ans et, trois ans plus tard, il conclut son cursus universitaire à Berlin avec Hermann von Helmholtz et Gustav Kirchhoff comme professeurs.

En 1878, il soutient sa thèse de doctorat sur « le second principe de la thermodynamique » et la notion d'entropie. Ses professeurs ne sont guère convaincus. Il passe néanmoins son habilitation en 1881 sur « les états d'équilibre des corps isotropes aux différentes températures », aboutissant aux mêmes résultats que ceux obtenus auparavant par l'Américain Josiah Willard Gibbs, dont les travaux étaient restés confidentiels.

Jusqu'en 1885, il recherche un poste d'enseignant en physique théorique, discipline peu à la mode à l'époque. Il obtient enfin un poste de professeur adjoint à l'université de Kiel en 1885.

À la mort de Gustav Kirchhoff, et sur recommandation de Helmholtz, il est appelé à l’université Humboldt de Berlin comme professeur adjoint puis titulaire en 1892. Un poste qu'il garde environ quarante ans.

Recherches 
À Berlin, il poursuit des travaux en thermodynamique, en électromagnétisme et en physique statistique.

Planck rejette, dans un premier temps, le modèle atomiste des gaz de Maxwell et Boltzmann. Pour lui, la théorie atomique s’effondrera à terme en faveur de l’hypothèse de la matière continue. Il se rallie devant l'évidence à l'atomisme à partir des années 1890.

À cette même époque, Lord Kelvin identifie le rayonnement du corps noir comme l'un des problèmes à résoudre. Jožef Stefan, Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wien s'y attaquent ainsi que Otto Lummer, Ernst Pringsheim, Heinrich Rubens, , Friedrich Paschen et Lord Rayleigh.

Travaillant à formuler avec exactitude le second principe de la thermodynamique, Planck s’intéresse dès 1894 au rayonnement électromagnétique du corps noir. Il adopte les méthodes statistiques de Boltzmann.

En , il détermine la loi de répartition spectrale du rayonnement thermique du corps noir en introduisant la constante de Planck, sans en maîtriser l'interprétation physique.

Il présente sa découverte à la société de physique de Berlin le 14 décembre 1900. C’est la naissance de la théorie des quanta, qu'il ne contribue pas beaucoup à approfondir, laissant Albert Einstein l'étayer solidement. Planck a du mal à accepter sa propre hypothèse, rendant l'énergie « discontinue ».

Planck devient, par la suite, l'un des premiers soutiens d'Einstein, bien que ce dernier fût très critique vis-à-vis des théories de Planck avant de reconnaître ses positions novatrices.

Avec Walther Nernst, Planck organise en  à Bruxelles le premier congrès Solvay qui réunit les sommités de la physique de cette époque. Vers la même époque, il s'oppose au positivisme logique d'Ernst Mach.

Il prend sa retraite universitaire en 1927 mais continue à enseigner par la suite. Il reçoit, cette année-là, la médaille Lorentz, prix décerné par l'Académie royale des arts et des sciences néerlandaise.

Honneurs 

Depuis 1894, il est membre de l'Académie royale des sciences et des lettres de Berlin dont il est nommé secrétaire perpétuel du comité de physique en 1912, impulsant une certaine dynamique à cette institution. Il y a fait notamment admettre Einstein.

Après avoir été proposé à deux reprises, en 1907 et en 1908, il reçoit enfin le prix Nobel de physique de 1918  (remis en 1919 pour cause de guerre).

En 1913, il est nommé recteur de l'université de Berlin.

Et  plus tard, en 1930, Planck est nommé président de la société KWG (Kaiser Wilhelm Gesellschaft, en l'honneur du kaiser Guillaume) qui devient après la Seconde Guerre mondiale la Société Max-Planck (Max-Planck-Gesellschaft), l'une des grandes institutions de la recherche allemande.

Dans le même temps, il rédige des traités de physique théorique et travaille sur des ouvrages de vulgarisation réputés pour leur accessibilité. Il s'intéresse beaucoup à la pédagogie. Il a été le directeur de thèse de deux lauréats du prix Nobel, Max von Laue en 1903 et Walther Bothe en 1914, mais également du philosophe Moritz Schlick (1904).

Le , il reçoit le prix Goethe.

Max Planck meurt le  à Göttingen. Ses obsèques sont célébrées en l'église  par Friedrich Gogarten. Max von Laue prononce son éloge funèbre. Il est inhumé au .

Planck est reconnu par les plus grands scientifiques, même avant sa mort. Einstein dit de lui qu’il est . Louis de Broglie affirme :

Décorations 
En 1915, Planck est fait chevalier de l'Ordre  des sciences et des arts, dont il deviendra vice-chancelier en 1925 puis chancelier en 1930. En 1925, il est fait chevalier de l'Ordre bavarois de Maximilien pour la science et l'art. Le , il reçoit l' du Reich allemand.

Médailles 
En 1915, Planck reçoit la médaille Helmholtz. En , il est lauréat de la médaille Liebig. En , la première médaille Lorentz lui est décernée. La même année, il est lauréat de la médaille Franklin . En , il reçoit la première médaille Max-Planck avec Albert Einstein. La même année, il est lauréat de la médaille Copley . En 1933, il est lauréat de la médaille Harnack, avec Gustav Krupp von Bohlen und Halbach. En 1934, il reçoit la médaille Carl-Lueg.

Doctorats  
Planck s'est vu décerner le titre de docteur  par les universités suivantes :
 En 1918, par l'Université technique de Munich, l'université Johann Wolfgang Goethe de Francfort-sur-le-Main et l'université de Rostock ;
 En 1930, par l'université de Cambridge ;
 En 1936, par l'université de Londres et celle de Graz ;
 En 1937, par l'université de Glasgow et celle d'Athènes.

Citoyenneté d'honneur 
Le , Planck devient citoyen d'honneur de la ville de Kiel.

Éponymies 
Le , l'astéroïde  est ainsi nommé en l'honneur de Planck.

Divers 
Le , l'université Humboldt de Berlin dévoile le .

Le , Google célèbre le  de la naissance de Planck par un doodle.

Vie privée 

Le , Planck se marie avec sa fiancée, Marie Merck (1861-1909), fille d'un banquier munichois et sœur d'un de ses camarades de classe. Il devient père de famille dès 1888. Ils s'installent alors à Grunewald, dans la banlieue de Berlin. Il a au total quatre enfants, tous morts avant lui. Son fils aîné, Karl, né en 1888, meurt le , lors de la bataille de Verdun. Ses jumelles, Grette et Emma, nées en 1889, meurent respectivement le  et le . Son cadet, Erwin, né en 1893, est fait prisonnier en France. Ce dernier est resté très proche de son père durant l'entre-deux-guerres, occupant des fonctions administratives importantes dans la République de Weimar. Il est arrêté en 1944, accusé de tentative d'assassinat sur Hitler dans le cadre du complot du . Erwin est exécuté le .

Après la mort de Marie, survenue en 1909, Planck se remarie, le , avec Marga von Hößlin (1882-1948), une nièce de Marie. L'unique fils du couple, Hermann, naît en  de la même année. Pendant la Seconde Guerre mondiale, celui-ci participe à la campagne contre la Russie ; il en revient  (« caporal-chef ») ; il meurt en 1954 de la poliomyélite.

Planck a toujours conservé de sa jeunesse un attrait marqué pour la musique : il a ainsi composé quelques pièces et maîtrise le piano dont il joue parfois avec le violoniste Joseph Joachim, ou plus tard avec Albert Einstein.

Défenseur d'une certaine tradition ou progressiste ? 
Planck a toujours été respectueux de la hiérarchie mais n'hésite pas à défendre ses convictions contre les opinions du moment. Il a témoigné à plusieurs reprises de son patriotisme et de son soutien à la monarchie avant et pendant la Première Guerre mondiale.

Il défend l'universitaire Léo Arons en 1895 qui appartient à un parti d'opposition, et ce contre l'avis du ministre du Culte et de l'Éducation de l'époque. De même, il favorise l'accès à l'enseignement supérieur aux femmes, dont Lise Meitner.

En 1914, il signe le « Manifeste des 93 », proclamant sa solidarité avec l'armée allemande. Il réitère à plusieurs reprises des discours patriotiques mais modère en 1915 son attitude en refusant le boycott des publications britanniques préconisé par Vienne. Il pense alors à l'après-guerre en évoquant la situation désastreuse de la science allemande en cas de défaite et lutte contre toutes les tentatives d'isolationnisme en faisant preuve de modération.

Dans l'entre-deux-guerres, il participe activement à la reconstruction de la vie intellectuelle allemande en réussissant à obtenir d'importantes subventions de l'État ou de fondations privées. Politiquement, il reste plutôt conservateur, défendant le pouvoir en place et étant défavorable au suffrage universel. Il refuse toutefois, à plusieurs reprises, de s'exprimer à propos de sujets en dehors de la sphère scientifique. Il plaide fortement en faveur de la recherche fondamentale, s'opposant en cela à Stark dont l'influence grandit avec celle des nazis.

La montée de l'antisémitisme commence à atteindre plusieurs grands savants dont le plus célèbre reste Einstein. En 1933, Hitler devient chancelier du Reich. Planck occupe alors des postes clés dans plusieurs institutions, dont l'institut Kaiser-Wilhelm, société savante possédant un certain pouvoir financier. Il pense alors pouvoir modérer la politique du Führer par un certain degré de pragmatisme. Il ne s'oppose donc pas directement au pouvoir en place et prône la discrétion, plusieurs de ses interventions publiques sont imprégnées de modération. En , Einstein, en voyage aux États-Unis, annonce qu'il ne retournera pas en Allemagne pour des raisons politiques. Planck manifeste en privé son désaccord avec cette décision, estimant que ses effets risquaient d'être délétères pour les scientifiques juifs encore sur place. Il rencontre Adolf Hitler en  pour essayer de défendre ses collègues juifs dans l'intérêt de l'Allemagne, sans succès. Ses discours ultérieurs restent dans la ligne choisie, mêlant une certaine ambiguïté dans l'opposition : il fait ainsi plusieurs éloges de la relativité sans en citer pourtant l'auteur. Les résultats sont néanmoins positifs dans les premières années : il fait échouer la nomination de Stark à la tête d'un institut important, parvient à obtenir des fonds pour la recherche et à conserver des membres juifs. Sous la pression, la société savante sous la direction de Planck doit cependant s'aligner progressivement sur le pouvoir, le savant étant obligé de discourir en l'honneur du Führer et de faire le salut nazi. Planck finit par abandonner toute fonction officielle en 1938. Il continue cependant de donner des conférences sur des thèmes sensibles comme Science et religion où il avoue croire en Dieu, mais pas en celui des chrétiens.

À la fin de sa vie, il conclut :

« Pour moi qui ai consacré toute ma vie à la science la plus rigoureuse, l'étude de la matière, voilà tout ce que je puis vous dire des résultats de mes recherches : il n'existe pas, à proprement parler, de matière ! Toute matière tire son origine et n'existe qu'en vertu d'une force qui fait vibrer les particules de l'atome et tient ce minuscule système solaire qu'est l'atome en un seul morceau [...] Nous devons supposer, derrière cette force, l'existence d'un Esprit conscient et intelligent. Cet Esprit est la matrice de toute matière. »

Sa maison, à Grunewald, est détruite par un bombardement aérien le  alors qu'il résidait à Rogätz, près de Magdebourg. À plus de 80 ans, il est obligé de fuir les bombardements alliés. À la libération, il se réfugie à Göttingen avec sa femme et sa nièce. À la demande des survivants, il devient un temps le président de l'institut Kaiser-Wilhelm, transformé en Institut Max Planck le .

Découvertes 
En 1900, Max Planck découvre la loi spectrale du rayonnement d'un corps noir (publiée en 1901) en essayant de réconcilier la loi de Rayleigh-Jeans qui fonctionne aux grandes longueurs d'onde (basses fréquences) et la loi de Wien qui fonctionne aux petites longueurs d'onde (hautes fréquences). Il estime que sa propre fonction correspondait remarquablement bien aux données pour toutes les longueurs d'onde.

La correction de la loi de Rayleigh-Jeans est particulièrement importante, car elle est construite sur une base théorique forte : la thermodynamique telle qu'elle était connue à l'époque ; mais souffre d'un défaut majeur aux longueurs d'onde courtes : la catastrophe ultraviolette. Ce point suggère que la thermodynamique est fausse. Planck essaye donc de produire une nouvelle théorie fondamentale destinée à remplacer la thermodynamique.

La loi de Rayleigh-Jeans et la loi de Planck utilisent le théorème d'équipartition et font correspondre un oscillateur à chaque fréquence. Rayleigh suppose que tous les oscillateurs sont également excités, sa loi prédit que les oscillateurs de très courtes longueurs d'onde sont fortement excités même à température ambiante.

Planck déduit sa loi de façon empirique. Il la justifie en postulant que l'énergie émise ou absorbée par les oscillateurs ne se fait que par petits paquets d'énergie E. Ces paquets seraient directement reliés à la fréquence des oscillations selon la formule qu'il expose le  :

où :
 ℎ est la constante de Planck ;
 ν est la fréquence du rayonnement électromagnétique.

Cette hypothèse permet de limiter l'excitation des oscillateurs aux courtes longueurs d'onde, puisqu'ils ne peuvent absorber qu'une énergie au moins égale à .

Bien qu'il soit facile maintenant d'interpréter cela en termes de quantification de la lumière en photons, Planck ne propose pas cette quantification. Cela apparaît clairement dans son article de 1901, dans les références qu'il y donne sur le travail qu'il a effectué sur le sujet, ainsi que dans ses  (Cours sur la théorie du rayonnement thermique, éditées en 1906 à Leipzig) où il explique que sa constante concerne les oscillateurs.

À l'époque, cette relation n'est considérée que comme un artifice de calcul mathématique. L'idée de quantification est développée par d'autres, notamment Einstein qui, en étudiant l'effet photoélectrique, propose un modèle et une équation dans lesquels la lumière est non seulement émise mais aussi absorbée par paquets ou photons. C'est l'introduction de la nature corpusculaire de la lumière.

Œuvre écrite 
Planck écrivit de nombreux articles scientifiques mais publia également plusieurs ouvrages et recueils de cours dont Le Principe de la conservation de l'énergie (1887), le Précis de thermochimie (1893), le Cours sur la théorie du rayonnement thermique (1906) et son Cours de thermodynamique (9 éditions entre 1897 et 1930).

Il écrivit également des ouvrages de vulgarisation scientifique, comme L'image du monde dans la physique moderne (Éd. Gonthier, 1933) ou les Initiations à la physique (Flammarion, Bibliothèque de philosophie scientifique, 1941).

Vers la fin de sa vie, il fit de nombreuses conférences sur des thèmes plus philosophiques comme Le Concept de causalité en physique (1937), Science et religion (1937), Signification et limites de la science (1941) ou Les faux problèmes de la science (sa dernière conférence donnée en 1946) . Il rédigea en 1945 une Autobiographie scientifique, court fascicule d'une trentaine de pages résumant son parcours.

Notes et références

Notes

Références

Voir aussi

Bibliographie 
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Articles connexes

Liens externes

Bases de données et dictionnaires 

Physicien prussien
Physicien allemand du XXe siècle
Personnalité de l'optique
Thermodynamicien
Personnalité du Parti populaire allemand (république de Weimar)
Manifeste des 93
Recteur de l'université Humboldt de Berlin
Étudiant de l'université Humboldt de Berlin
Étudiant de l'université Louis-et-Maximilien de Munich
Professeur à l'université Humboldt de Berlin
Professeur à l'université de Kiel
Docteur honoris causa de l'université nationale et capodistrienne d'Athènes
Docteur honoris causa de l'université de Cambridge
Docteur honoris causa de l'université de Glasgow
Docteur honoris causa de l'université technique de Berlin
Docteur honoris causa de l'université Johann Wolfgang Goethe de Francfort-sur-le-Main
Lauréat du prix Nobel de physique
Lauréat allemand du prix Nobel
Lauréat de la médaille Copley
Lauréat de la médaille Franklin
Lauréat de la médaille Max-Planck
Membre de l'Académie pontificale des sciences
Membre de l'Académie royale des sciences de Prusse
Membre de l'Académie royale néerlandaise des arts et des sciences
Membre de l'Académie hongroise des sciences
Membre de l'Académie des Lyncéens
Membre de l'Académie bavaroise des sciences
Membre étranger de l'Académie des sciences de Russie
Membre de l'Académie des sciences de Göttingen
Membre de l'Académie des sciences de Saxe
Membre de l'Académie allemande des sciences Leopoldina
Membre étranger de la Royal Society
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Naissance en avril 1858
Naissance à Kiel
Naissance dans le duché de Schleswig
Décès en octobre 1947
Décès à Göttingen
Décès à 89 ans
Éponyme d'un objet céleste
Éponyme d'une unité de mesure