馬克斯·普朗克

馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克。以之為名的普朗克常數於2019年被用於重新定義基本單位，此外還有以之為名的科學獎座、機構和學會。生平.童年時期.普朗克出生在一個受到良好教育的傳統家庭，他的曾祖父戈特利布·普朗克也是哥廷根的法學家和德國民法典的重要創立者之一。馬克斯·普朗克出生於1858年4月23日的基爾，是父親的第二任妻子母親埃瑪·帕齊希。普朗克在基爾度過了他童年最初的幾年時光，他最早的記憶便是1864年普丹戰爭期間，普魯士奧地利聯軍進入基爾。1867年全家搬去了慕尼黑，普朗克在慕尼黑的#重定向大學時期.普朗克十分具有音樂天賦，他會鋼琴、管風琴和大提琴，還上過演唱課，曾在慕尼黑學生學者歌唱協會作曲。但是普朗克並沒有選擇音樂作為他的大學專業，而是決定學習物理。慕尼黑的物理學教授菲利普·馮·約利」，這也是當時許多物理學家所堅持的觀點，但是普朗克回覆道：“我並不期望發現新大陸，只希望理解已經存在的物理學基礎，或許能將其加深。”普朗克在1874年在慕尼黑開始了他的物理學學業。普朗克整個科學事業中僅有的幾次實驗是在約利手下完成的，研究氫氣在加熱後的鉑中的擴散，但是普朗克很快就把研究轉向了理論物理學。1877年至1878年，普朗克轉學到柏林，在著名物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲、古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫以及數學家卡爾·魏爾施特拉斯手下學習。關於亥姆霍茲，普朗克曾這樣寫道：“他上課前從來不好好準備，講課時斷時續，經常出現計算錯誤，讓學生覺得上課很無聊。”而關於基爾霍夫，普朗克寫道：“他講課仔細，但是單調乏味。”即便如此，普朗克還是很快與亥姆霍茲建立了真摯的友誼。普朗克主要從魯道夫·克勞修斯的講義中自學，並受到這位熱力學奠基人的重要影響，熱學理論變成為了普朗克的工作領域。1878年10月，普朗克在慕尼黑完成了教師資格考試，1879年2月遞交了他的博士論文《關於熱力學第二定律》獲得大學任教資格。學術事業.獲得大學任教資格後，普朗克在慕尼黑並沒有得到專業界的重視，但他繼續他在熱理論領域的工作，提出了熱動力學公式，卻沒有發覺這一公式在此前已由約西亞·吉布斯提出過。魯道夫·克勞修斯所提出的“熵”的概念在普朗克的工作中處於中心位置。1885年4月，基爾大學聘請普朗克擔任理論物理學教授，年薪約2000馬克，普朗克繼續他對熵及其應用的研究，主要解決物理化學方面的問題，為阿倫尼烏斯的電解質電離理論提供了熱力學解釋，但卻是矛盾的。在基爾這段時間，普朗克已經開始了對原子假說的深入研究。1887年，哥廷根大學哲學系授獎給普朗克的專著《能量守恆原理》。1889年4月，亥姆霍茲通知普朗克前往柏林，接手基爾霍夫的工作，1892年接手教職，年薪約6200馬克。1894年，普朗克被選為普魯士科學院的院士。1907年維也納曾邀請普朗克前去接替路德維希·玻爾茲曼的教職，但他沒有接受，而是留在了柏林，受到了柏林大學學生會的火炬遊行隊伍的感謝。普朗克於1926年10月1日退休，他的繼任者是薛定諤。任教柏林洪堡大學.在柏林期間，普朗克為柏林物理學會做出了貢獻，他寫道：“當時，我其實是唯一一個理論物理學家，感覺並不輕鬆，我提出了我的熵理論，而這在當時並不受歡迎，因為它是一個數學的魔鬼。”在普朗克的倡議下，柏林物理學會在1898年改為了德國物理學會。普朗克在柏林洪堡大學教授理論物理學課程，整個課程長達6個學期。莉澤·邁特納認為他講課“冷靜理智，有些一本正經”聽普朗克授課的人從1890年的18人增加到了1909年的143人。普朗克僅有過約20名博士生，其中包括：馬克斯·亞伯拉罕。普朗克輻射定律.大約是在1894年，普朗克開始把心力全部放在研究黑體輻射的問題上，他曾經受電力公司委託研究如何製造出消耗最少能量，但能產生最多光能的燈泡。這一問題也曾在1859年被古斯塔夫·基爾霍夫所提出：黑體在熱力學平衡下的電磁輻射功率與輻射頻率和黑體溫度的關係。帝國物理技術學院對這個問題進行了實驗研究，但是經典物理學的瑞利-金斯定律無法解釋高頻率下的測量結果，但這定律卻也創造了日後的紫外災變，威廉·維恩給出了維恩位移定律，可以正確反映高頻率下的結果，但卻又無法符合低頻率下的結果。這些定律之所以能發起有一小部分是普朗克的貢獻，但大多數的教科書卻都沒有提到他。普朗克在1899年就率先提出解決此問題的方法，叫做“基礎無序原理”，並把瑞利-金斯定律和維恩位移定律這兩條定律使用一種熵列式進行內插，由此發現了普朗克輻射定律，可以很好地描述測量結果，不久後，人們發現他的這項新理論是沒有實驗證據的，這也讓普朗克他在當時感到稍稍的無奈。可是他並沒有因此而氣餒，反而修正了自己的方式，最後成功的推衍出著名的第一版普朗克黑體輻射定律，此定律是在描述由實驗觀察來的黑體輻射光譜呈現良好的狀態，這一定律於1900年10月19日在德國物理學會上首次提出。也因為普朗克黑體輻射定律是第一個不包括能源量化以及統計力學的推論，故在發表的當下，也引起了許多人的反感。不久後的1900年12月14日，普朗克得出了輻射定律的理論推論，其中他使用了此前曾被他所否定的奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼的統計力學，熱力學第二定律的每個純統計學觀點都讓普朗克感到厭惡。普朗克於會議上提出了能量量子化的假說：formula_1其中"E"是能量，formula_2是頻率，並引入了一個重要的物理常數"h"——普朗克常數，能量只能以不可分的能量元素的形式向外輻射。這樣的假說調和了經典物理學理論研究熱輻射規律時遇到的矛盾。基於這樣的假設，他並給出了黑體輻射的普朗克公式，圓滿地解釋了實驗現象。這個成就揭開舊量子論與量子力學的序幕，因此12月14日成為了量子日，以作紀念。普朗克也因此獲得1918年諾貝爾物理學獎。儘管在後來的時間裡，普朗克一直試圖將自己的理論納入經典物理學的框架之下，但他仍被視為近代物理學的開拓者之一。不過在當時，這一假說與玻爾茲曼的理論相比，可謂無足輕重。“一個純公式的假說，我其實並沒有為此思考很多。”如今這個與經典物理學相悖的假說被作為是量子物理學誕生的標誌，和普朗克最大的科學成就。但是需要提及的是，玻爾茲曼於先前的大約1877年已經將一個物理學系統的能量級可以是不連續的作為其理論研究的前提條件。在接下來的時間裡，普朗克試圖找到能量子的意義，但是毫無結果，他曾寫道：“我的那些試圖將普朗克常數歸入經典理論的嘗試是徒勞的，卻花費了我多年的時間和精力。”其他物理學家如瑞利、James Jeans相對論.1905年，當時尚完全不為人所知的愛因斯坦在科學雜誌《物理年鑑》中發表了三篇開創性的論文，普朗克是少數很快發現愛因斯坦狹義相對論重要性的人之一，由於普朗克的影響力，相對論很快在德國內得到認可，普朗克自己也對狹義相對論的完成做出了重要貢獻。除了相對論，愛因斯坦還對1887年由赫茲和威廉·哈爾瓦克斯發現，1902年由菲利普·萊納德進一步研究的光電效應提出了光量子假說，這一假說卻遭到了普朗克的反對，他並不準備放棄麥克斯韋的電動力學，“光量子理論不是後退了幾十年，而是後退了幾百年，那時克里斯蒂安·惠更斯提出反對牛頓業已佔據優勢的輻射理論。””1910年，愛因斯坦指出低溫下比熱的不正常表現，是又一個無法用經典理論解釋的現象，為了對這些有悖經典理論的現象尋求合理的解釋，普朗克和能斯特於1911年在布魯塞爾組織了第一次索爾維會議，在這次會議上，愛因斯坦終於說服了普朗克。其間，普朗克成為柏林大學的校長，他將愛因斯坦請到了柏林，並在1914年為愛因斯坦設立了一個新的教授職位，他們很快便結下了很好的友誼。一戰和魏瑪時期.在第一次世界大戰爆發時，普朗克也沒能獨善其身，但他並不支援極端的民族主義，由於他的影響，由他擔任四個常任主席之一的普魯士科學院在1915年將獎項頒給了一項義大利的研究成果，雖然在當時的戰爭中義大利是德國的敵人。可是普朗克在臭名昭著的“93名知識分子的宣言”上籤下了自己的名字，這是當時戰爭宣傳的一部分，而愛因斯坦則堅持和平主義的態度，這點使他差點入獄，所幸他的瑞士國籍使他免受了牢獄之災。此後1915年，普朗克在與洛倫茲多次碰面後，撤回了宣言中的部分內容，並於1916年簽署宣告反對德國的軍國主義。在一戰後的動盪時期，享有德國物理學界的最高地位的普朗克，向他的同事們發出了“堅持到底，繼續工作”等機構擔任領導職務，在這樣的情況下，普朗克很難再顧及到自己的科學研究。普朗克加入了古斯塔夫·施特雷澤曼的結果。量子力學.普朗克拒絕接受由玻爾、維爾納·海森堡和泡利在20世紀20年代末提出的量子力學的哥本哈根詮釋，同樣反對哥本哈根詮釋的還有薛定諤和馬克斯·馮·勞厄，愛因斯坦此時也成為了保守派。普朗克認為海森堡的矩陣力學“令人厭惡”，而將薛定諤方程作為救世主。普朗克覺得波動力學將會使得他自己的量子理論很快成為多餘，然而科學的真理沒有顧及他的想法而繼續被揭示，正像普朗克年輕時與老一輩科學家爭論時所寫的那樣：“要接受一個新的科學真理，並不用說服它的反對者，而是等到反對者們都相繼死去，新的一代從一開始便清楚地明白這一真理。”1926年，普朗克成為英國皇家學會會員，同時還擔任了柏林威廉皇帝學會的主席。納粹和二戰時期.1933年納粹上臺時普朗克74歲，對於在普魯士傳統下成長起來的普朗克來說，對國家的無條件忠誠是理所應當的，作為威廉皇家學會的主席，他在1933年7月14日上書內政部長威廉·弗利克，表示學會願意投入到帝國的種族純淨研究中。國家權力的被濫用，使得普朗克身不由己地放棄了自己的立場，他目睹了許多猶太人朋友和同事們被驅逐出他們的工作崗位，並被羞辱，數以百計的科學家被迫離開了德國。普朗克再次嘗試用“堅持到底，繼續工作”的口號，請求正在考慮移民國外的科學家們不要離開德國，併成功說服了其中的部分人留在了德國。奧托·哈恩曾問普朗克，是否可以召集一些有聲望的德國教授，共同呼籲抵制對猶太人教授的不公正待遇，普朗克回答道：“如果您今天召集了30位教授，那麼明天就會有另外150位來反對您，因為您這樣做會讓他們丟掉飯碗。”而對於猶太人化學家弗裡茨·哈伯受到了不公正待遇，普朗克則直接去找希特勒提出抗議，但是一無所獲，哈伯最終於1934年死於流亡生活中，一年後普朗克以威廉皇家學會主席的身份，為哈伯舉行了一次紀念活動。普朗克還竭盡全力，使得一些猶太人科學家能夠在一段時間內在威廉皇家學會的研究所內繼續工作。1936年，普朗克結束了威廉皇家學會主席的任期，在納粹的威脅之下，他放棄參加連任的選舉。政治環境越來越惡劣，“德意志物理學”調查了普朗克的出身，發現他有著十六分之一的猶太人血統，這與他們本來的期望相距甚遠。1938年，為了慶祝普朗克的八十歲生日，德國物理學會將馬克斯·普朗克獎章授予了一位法國物理學家路易·德布羅意，普朗克收到了約900份賀信，他一一作了回覆。1938年底，納粹將學會的整個社會和政治生活一體化，即將公開和私人的生活統一化，普朗克辭職以表示抗議。雖然歲數已高，普朗克還是堅持前往各地演講，其中就包括1937年的著名演講“宗教和自然科學”。1943年，普朗克還在阿爾卑斯山上攀登了數座三千多米的高山。二戰期間，由於柏林受到空襲，普朗克離開了柏林，他於1942年寫道：“我突然萌發了這樣的念頭，要度過危機，一直活到重新崛起的轉折點那天”。1943年底普朗克在卡塞爾演講期間借宿親戚家，10月22日晚親歷了一次破壞性的空襲，普朗克親眼見到親戚被炸身亡。1944年2月，普朗克在柏林的家也在空襲中完全損毀。普朗克的二兒子埃爾溫·普朗克因參與1944年暗殺希特勒的7月20日密謀案，1944年7月23日被逮捕並被關入蓋世太保的總部，1944年10月23日人民法院判處他死刑，1945年1月23日被殺害。在二戰的最後幾周內，普朗克和他的妻子陷入了盟軍在易北河的進攻前線，二戰結束後普朗克被送回了哥廷根。晚年.二戰結束後，在恩斯特·特爾朔的領導下，威廉皇帝學會在哥廷根得到重建，由普朗克擔任其委員會主席，1946年4月1日由從英國獲釋回國的奧托·哈恩接替。由於英國佔領當局堅持要更換學會的名稱，該學會於1946年9月11日改名馬克斯·普朗克學會，普朗克被任命為名譽主席。雖然受到越來越多的健康問題的困擾，普朗克仍舊前往各地進行巡迴演講。1946年7月，普朗克作為唯一一位被邀請的德國人，參加了皇家學會紀念牛頓誕辰300週年的慶典。1947年10月4日，普朗克因跌倒和多次中風的後遺症而去世，終年89歲。家庭.1887年3月，普朗克與一個慕尼黑中學同學的妹妹瑪麗·梅爾克。在普朗克前往柏林工作後，全家住在柏林的一棟別墅中，與不計其數的柏林大學教授們為鄰，普朗克的莊園發展成為了一個社交和音樂中心，許多知名的科學家如阿爾伯特·愛因斯坦、奧托·哈恩和莉澤·邁特納等都是普朗克家的常客，而這種在家中演奏音樂的傳統來自於亥姆霍茲家。在度過了多年幸福的生活後，普朗克遇到了不幸，1909年普朗克的妻子去世了，其病因可能為結核病。1911年3月普朗克與他的第二任妻子瑪格麗特·馮·赫斯林也誕生於世了。第一次世界大戰期間，普朗克的大兒子卡爾死於凡爾登戰役，二兒子埃爾溫在1914年被法軍俘虜，1917年女兒格雷特在產下第一個孩子時去世，她的丈夫娶了普朗克的另一個女兒埃瑪，不幸的是埃瑪在兩年後同樣死於生產。普朗克平靜地經受了這些打擊，格雷特和埃瑪的孩子存活了下來，普朗克也為她們取名格雷特和埃瑪，繼承了她們各自母親的名字，1945年1月23日，普朗克的二兒子因參與暗殺希特勒未遂而被納粹殺害，至此，普朗克與其第一任妻子所生的4個孩子全都去世。