Макс Планк

Марк Карл Ернест Лудвиг Планк (|Max Karl Ernst Ludwig Planck; 23 април 1858 &ndash; 4 октомври 1947) — виден германски теоретски физичар кој ја основал квантната теорија, за која добил Нобелова награда за физика во 1918.
Планк направил многу придонеси за теориска физика, но неговата слава како физичар првенствено се потпира на неговата улога како основополижник на квантната теорија. Сепак, неговото име е исто така познато на поширока академска основа, преку преименување во 1948 на германската научна институција, Кајзер Вилхемско здружение (на кој двапати бил претседател), во Здружението „Макс Планк“. Здружението сега опфаќа 83 институции за научни специјализирања, како што е Институтот за еволутива антропологија „Мак Планк“.
Планковата квантна теорија ги револуционира човековите разбирања за атомските и субатомските процеси, исто како што Алберт Ајнштајновата теорија за релативноста го револуционира разбирањето за просторот и времето. Заедно тие ги сочинуваат основните теории на физиката од 20-от век.
1 Детство и кариера
Планк потекнува од традиционално, интелектуално семејство. Неговите татковски прадедо и дедо биле исто професори по теологија во Гетинген; неговиот татко бил професор по право во Кил и Минхен.
Планк е роден во Кил, Холштајн, како син на Јулиј Јохан Вилхелм Планк и неговата втора жена, Ема Патзиг. Тој бил крстен со името ''Карл Ернест Лудвиг Маркс Планк''; од дадените имиња, ''Маркс'' (сега веќе застарена варијанта ''Маркус'' или можеби едноставно грешка за ''Маркс'', што е всушност скратеница за ''Максимилијан'') беше посочено како основно име. Меѓутоа, на десет годишна возраст тој се потпишал како ''Макс'' и го користел ова име до крајот на неговиот живот.
Тој беше 6-ото дете во семејството, но двајца од неговите браќа и сестри беа од првиот брак на татко му. Меѓу неговите најрани мемории беше маршот на прусиските и австриските војници во Кил за време на Втората шлезвишка војна во 1864. Во 1867 семејството се преселило во Минхен, и Планк бил запишан во Максимилијанското гимназиско училиште, каде што бил под раководство на Херман Милер, математичар кој бил заинтересиран за младите, и го научил астрономија и механика како и математика. Планк за првпат ги научил принципите за конзервација на енергијата од Милер. Планк дипломирал порано, на 17 годишна возраст. Вака Планк за првпат дошол до контакт со областа од физиката.
Планк бил надарен кога станува збор за музика. Тој одел на часови по пеење и свирел на пијано, оргули и виолончело, и композирал песни и опери. Меѓутоа, наместо музика тој одлучил да студира физика.
Минхенскиот професор по физика Филип фон Џоли го советувал Планк да не се занимава со физика, велејќи, "Во оваа област, речиси сè е веќе откриено, и сè што останува е да се пополнат неколку дупки." Планк му одговорил дека тој не посакува да открива нови нешта, само сака да ги разбере познатите основи од оваа област, и започнал со своите студии во 1874 на минхенскиот универзитет. Под надзор на Џоли, Планк само ги извршил експериментите од својата научна кариера, проучувајќки ја дифузијата на водород преку загреана платина, но се префрлил на теориска физика.
Во 1877 тој заминал во Берлин на година дена да студира со физичарите Херман фон Хелмхолц и Густав Роберт Кирхоф и математичарот Карл Вајерштрас. Тој напишал дека Хелмхолц никогаш не бил подготвен, зборувал споро, грешно пресметувал, и ги здосадувал своите слушатели, додека Кирхоф зборувал за претпазливо спремени лекции кои биле со недостатоци и монотони. Тој наскоро станал близок пријател со Хелмхолц. Додека бил таму, тој презел една авто-студиска програма за Клаусиусовите пишувања, што го довеле да избере топлинска теорија како негова област.
Во октомври 1878, Планк ги положил своите квалификациски испити и во февруари 1879 ја бранел својата дисертација, ''Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie'' (''Вториот закон за термодинамика''). Тој кратко предавал математика и физика во неговото поранешно училиште во Минхен.
Во јуни 1880, тој ја презентирал својата хабилитациска теза, ''Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen'' (''Рамнотежни положби на изотропни тела на различни температури'').
2 Академска кариера
Со завршување на неговата хабилитациска теза, Планк станал неплатен приватен предавач во Минхен, чекајќи додека не добил понуда за академска позиција. Иако првично бил игнориран од страна на академската заедница, тој продолжил да работи на полето за топлинска теорија и го открил едно после друго истиот термодинамички формализам како Гибс без да го примети тоа. Клаусиусовите идеи за ентропија окупирале централна улога во неговта работа.
Во април 1885 Килскиот универзитет го назначил Планк како вондреден професор по теориска физика. Понатамошната работа за ентропија и нејзиниот третман, особено како што е применета во физичка хемија, следела. Тој ја објавил неговата ''Расправа за термодинамика'' во 1897 г. Тој предложил термодинамичка основа за Сванте Арениусовата теорија за електролитна дисоцијација.
Во рок од четири години тој беше именуван како наследник на Кирховата позиција во берлинскиот универзитет &mdash; со претпоставка дека било благодарение на Хелмхолцовото посредништво &mdash; и од 1892 станал редовен професор. Во 1907 на Планк беше понудена Болцмановата позиција во Виена, но ја одбил за да остане во Берлин. Во текот на 1909, како берлински универзитетски професор, тој бил поканет да стане предавач на Ернест Кемптон Адамс по теориска физика на колумбискиот универзитет во Њујорк. Серија од неговите предавања биле преведени и ко-објавени од страна на колумбискиот универзитетски професор Алберт Потер Вилс. Тој се пензионирал во Берлин на 10 јануари 1926, и бил наследен од Ервин Шредингер.
3 Семејство
Во март 1887 Планк се оженил со Мери Мерк (1861–1909), сестра на училиштен колега, и се преселил со неа во изнајмен апартман во Кил. Тие имале четири деца: Карл (1888–1916), близнаците Ема (1889–1919) и Грете (1889–1917), и Ервин (1893–1945).
После апартманот во Берлин, семејството Планк живеело во вила во Берлин-Груневалд. Неколку други професори од берлинскиот универзитет живееле во близина, меѓу нив теологот Адолф фон Харнак, кој станал близок пријател на Планк. Наскоро домот на Планк станал општествен и културен центар. Голем број познати научници, како Алберт Ајнштајн, Ото Хан и Лиза Мајтнер беа чести посетители. Традицијата на заедничко свирење на музика веќе беше воспоставена во домот на Хелмхолц.
По неколку среќни години, во јули 1909 Мери Планк починала, можно од туберкулоза. Во март 1911 Планк се оженил со неговата втора жена, Марга фон Хослин (1882–1948); во декември неговото петто дете Херман беше родено.
Во текот на првата светска војна, вториот син на Планк, Ервин беше заробен од страна на французите во 1914, додека неговиот најстар син Карл беше убиен во Битката кај Верден. Грете умре во 1917 при раѓање на нејзиното прво дете. Нејзината сестра умре на ист начин две години подоцна, откако се омажила за вдовецот на Грете. Двете правнуки преживеале и биле именувани по нивните мајки. Планк ги претрпел овие загуби стоички.
Во јануари 1945, Ервин, со кого бил особено близок, беше осуден на смрт од страна на нацистичкиот народен суд (''Volksgerichtsho'') поради неговото учество во неуспешниот обид за атентат врз Хитлер во јули 1944. Ервин беше погубен на 23 јануари 1945.*Жени: Мери Мерк (о. 1887), Марга фон Хослин (о. 1911)
*Деца: Карл (1888–1916), близнаци Ема (1889–1919) и Грете (1889–1917), Ервин (1893–1945), Херман (1911–1954)
3.1 Професор на Берлинскиот универзитет
Во Берлин, Планк се придружил на локалното Физичко друштво. Тој подоцна напишал за ова време: "Во тие денови јас бев во суштина единствениот теоретски физичар таму, каде работите не беа толку лесни за мене, бидејќи јас почнав да спомнувам за ентропија, што всушност не беше многу модерно, бидејќи беше сметано за математичко плашило. Благодарение на неговата иницијатива, разновидните локални Физички друштва на Германија се споија во 1898 да го формираат Германското физичко здружение (''Deutsche Physikalische Gesellschaft'', DPG); од 1905 до 1909 Планк беше претседател.
Планк започнал со шест-семестарски курс со лекции од теориска физика, "недостаток, донекаде безлично" според Лиза Мајтнер, "неупотребувајќи белешки, без правејќи гречки, никогаш двоумење; најдобриот предавач што некогаш сум го слушала" според еден англиски учесник, Џејмс Ридик Партингтон, кој продолжува: "Имаше секогаш многу што стоеа наоколу во собата. Како што собата за предавање беше добро загреана и прилично тесна, некои од слушателите од време на време седнувале на подот, но ова не го нарушуваше предавањето". Планк не воспоставил вистинско "училиште"; бројот на дипломираните студенти беше само околу 20, од кои меѓу нив се:
:1897 Макс Абрахам (1875–1922)
:1904 Мориц Шлик (1882–1936)
:1906 Валтер Мајснер (1882–1974)
:1906 Макс фон Лауе (1879–1960)
:1907 Фриц Рајх (1883–1960)
:1912 Валтер Шотки (1886–1976)
:1914 Валтер Боте (1891–1957)
3.2 Црнотелесно зрачење
Во 1894 Планк го сврте своето внимание кон проблемот со црнотелесно зрачење. Тој беше овластен од страна на енергетски компании да создаде максимална давачка светлина од светилки со користење на минимална енергија. Проблемот беше наведен од страна на Кирхоф во 1859: "Како се емитира интензитетот од електромагнетно зрачење од црно тело (совршен апсорбер, исто така познат како шуплив радиатор) зависно од честотата на зрачењето (т.е., бојата на светлината) и од температурата на тоа тело?". Прашањето било истражено експериментално, но ни еден теоретски обид не се согласил со добиените експериментални вредности. Вилхелм Вин предложил Винов закон, кој точно го предвидил однесувањето на високите честоти, но не успеал при ниски честоти.Рејли-Џинсовиот закон, уште еден пристап до проблемот, го создаде она што подоцна беше познато како "ултравиолетова катастрофа", но спротивно на многу учебници, ова не го мотивира Планк.
Првиот предлог на Планк за решение на проблемот во 1899 следело она што Планк го нарекол "Принцип на основно растројство", што му дозволило да го изведе Виновиот закон од голем број на претпоставки за ентропијата за идеален осцилатор, правејќи го она познато како Виен-Планков закон. Наскоро беше откриено дека експерименталните докази не го потврдуваа новиот закон воопшто. Планк го ревидира својот пристап, кој произлегуваше од првата верзија на познатиот Планков закон за црнотелесно зрачење, кој добро го опишува експерименталното набљудување на црниот-телесен спектрум. Ова за првпат беше предложено на состанокот на ''DPG'' на 19 октомври 1900 и публицирано во 1901. Оваа прва деривација не содржеше енергетско количество, и не користеше статистичка механика, спрема која тој имаше аверзија. Во ноември 1900, Планк го ревидира овој прв пристап, потпирајќи се на Болцмановата статистичка интерпретација од вториот термодинамички закон како начин за стекнување повеќе основни разбирања од принципите зад неговиот закон за зрачење. Како што Планк беше длабоко сомничав за филозофските и физичките импликации од таквата интерпретација на Болцмановиот пристап, неговото пребегнување кон нив беше, како што подоцна го опишал, "акт на очај ... Јас бев подготвен да жртвувам било кој од моите претходни убедувања за физика."
Централната претпоставка зад неговата нова деривација, презентирана пред ''DPG'' на 14 декември 1900, беше претпоставката, сега позната како планков постулат, дека електромагнетната енергија може да биде емитувана само во квантизирана форма, во други зборови, енергијата може само да ја сочинуваат повеќе елементарни единици од <math>E = h \nu</math>, каде <math>h</math> е планкова константа, исто така позната како Планково квантно дејство (претставено веќе во 1899 г.) и <math>\nu</math> (грчката буква ''nu'', не римската буква ''v'') — честотата на зрачење. Имајте на ум дека елементарните единици на енергијата што се дискутирани тука се претставени како <math>h \nu</math> и а не како <math>h</math>. Физичарите сега ги викаат овие квантни фотони, и фотонот со честота <math>\nu</math> има своја специфична и уникатна енергија. Вкупната енергија со таа честота тогаш е еднаква на <math>h \nu</math> помножена со бројот на фотони во таа честота.
Отпрво Планк сметал дека квантизацијата била само "чиста формална претпоставка ... всушност јас не мислев многу околу тоа..."; денеска со оваа претпоставка, некомпатибилна со класичната физика, се смета за раѓањето на квантната физика и најголемото интелектуално достигнување во кариерата на Планк (Лудвиг Болцман дискутирал на теориски труд во 1877 за можноста дека енергетската состојба на физички систем може да биде дискретна). Откривањето на Планковата константа му овозможило да дефинира сет од нови универзални физички единици (како што е Планковата должина и Планковата маса), сите засновани на основната физичка константа, која е претежно заснована врз квантната теорија. Како признание за Планковиот фундаментален придонес во новата физичка гранка, тој бил награден со Нобелова награда за физика во 1918.
Последователно, Планк порбал да го сфати значењето на квантната енергија, но без успех. "Моите неефикасни обиди за некако да ја реинтегрираат квантната акција во класична теорија продолжиле во текот на неколку години и ми предизвикале многу проблеми." Дури неколку години подоцна, други физичари како Страт, Џинс, и Лоренц ја довеле планковата константа до нула со цел да можат да ја усогласат со класичната физика, но Планк знаел добро дека оваа константа имала прецизна безнулна вредност. „Јас не можам да ја разберам Џинсовата тврдоглавост — тој е пример за теоретичар кој никогаш не треба да постои, исто како Хегел поради неговата филозофија. Уште полошо за фактите ако не се совклопат.“
Макс Борн напишал за Планк: "Тој по природа бил конзервативен; тој немал ништо револуционерно и бил темелито скептичен за шпекулации. Сепак неговите верувања за огромната сила во логичното размислување од фактите беа толку силни што тој не се плашел да ја објави најреволуционерната идеја која некогаш ја потресла физиката."
3.3 Ајнштајн и теоријата за релативност
Во 1905, трите епохални трудови на дотогаш непознатиот Алберт Ајнштајн биле објавени во списанието ''Annalen der Physik''. Планк беше еден меѓу ретките кој веднаш ја препозна специјалната теорија за релативноста. Благодарение на неговото влијание, оваа теорија набргу била широко прифатена во Германија. Планк, исто така, придонесе значително да се прошири специјалната теорија за релативноста. На пример, тој ја преработи теоријата во однос на класична акција.
Ајнштајновата хипотеза за светлински квант (фотон), заснована на откритието на Филип Ленард во 1902 за фотоелектричен ефект, првично беше одбиена од страна на Планк. Тој не сакаше целосно да ја отфрли Максвеловата теорија за електродинамика. "Теоријата за светлината би се вратила назад не само за неколку децении, туку за векови, во време кога Кристијан Хајгенс се осмелил да се бори против силната емисиона теорија на Исак Њутн ..."
Во 1910, Ајнштајн го истакна аномалното однесување на специфичната топлина при ниски температури како уште еден пример на еден феномен кој ги отфрла објаснувањата од класичната физика. Планк и Нернст, барајќи да го разјаснат зголемениот број на противречности, ја организираа првата Солвајска конференција (Брисел 1911). На овој состанок Ајнштајн го убедил Планк.
Во меѓувреме, Планк бил назначен за декан на берлинскиот универзитет, каде тој можел да го повика Ајнштајн да дојде во Берлин и да го назначи за професор (1914). Набргу двајцата научници станале блиски пријатели и често се среќавале да свират музика заедно.
3.4 Прва светска војна
На почетокот на Првата светска војна Планк ја одобрил општата возбуденост на јавноста, пишувајќи:, "Покрај многу што е ужасно, има многу што е и убаво: непречно решение на најтешките домашни политички проблеми од страна на обединување на сите партии (и) ... величејќи го сето добро и благодарно."
Сепак, Планк се воздржа од крајностите на национализмот. Во 1915, во време кога Италија беше спремна да се приклучи кон сојузничките сили, тој успешно гласал за научен труд од Италија, кој добил награда од Пруската Академија на науките, каде Планк бил еден од четирите постојани претседатели.
Планк исто така го потпишал неславниот "Манифест на 93-те интелектуалци", памфлет од полемичката војна пропаганда (додека Ајнштајн задржа строг тихоокеански став кој речиси го доведе до негово затворање, но бил поштеден поради неговото швајцарско државјанство). Но во 1915 Планк, по неколку состаноци со холандскиот физичар Лоренц, отповика неколку делови од Манифестот. Потоа во 1916, тој потпиша декларација против германскиот аннекатионизам.
3.5 Повоен период и Вајмарска Република
Во турбулентните повоени години, Планк, сега со најголем авторитет на германската физика, го издаде слоганот "истрајност и продолжување на работата" кон неговите колеги.
Во октомври 1920 тој и Фриц Хабер ја основаа ''Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft'' (Вондредната Организација на Германската Наука), со цел за обезбедување на финансиска поддршка за научни истражувања. Голем дел од парите за организацијата беа собрани во странство.
Планк, исто така, одржа водечки позиции во берлинскиот универзитет, пруската академија на науките, германското физичко здружение иКајзер Вилхемското здружение (кое во 1948 г. станало Здружение „Макс Планк“). Во ова време економските услови во Германија биле такви така што било тешко да спроведе истражувања.
За време на меѓувоениот период, Планк станал член на ''Deutsche Volks-Partei'' (германската народна партија), партијата на лауреатот на Нобеловата награда за мир Густав Штреземан, која претендираше за либерални цели на домашната политика, наместо ревизионистички цели на меѓународната политика.
Планк не се согласи за воведување на универзално право за глас и подоцна изразил мислење дека нацистичката диктатура произлегува од "искачувањето на владеењето на народот".
3.6 Квантна механика
Кон крајот на 1920-тите Бор, Хајзенберг и Паули ја изработија копенхагенската интерпретација на квантната механика, но била одбиена од страна на Планк, и од Шредингер, Лауе, и Ајнштајн исто така. Планк очекувал дека брановата механика би ја дооформила квантната теорија—неговото дело—непотребно. Но, ова сепак не требаше да биде во прашање. Понатамошната работа само ја зацементирала квантната теорија, дури и против неговото и ајнштајновото филозофско несогласување. Планк ја искусил вистината од своите претходни набљудувања од неговите борби со постарите ставови во неговите помлади години: "Новата научна вистина не триумфира убедувајќи ги нејзините противници и правејќи ги да ја видат светлината, туку поради тоа што нејзините противници евентуално умираат, и нова генерација расте познавајќи ја вистината."
3.7 Нацистичката диктатура и Втората светска војна
Кога нацистите дошле на власт во 1933 година, Планк имал 74 години. Тој бил сведок на многу еврејски пријатели и колеги кои биле избркани од своите позиции и понижувани, а стотици научници емигрирале од Германија. Тој повторно пробал да се држи на слоганот "да се претрпи и да се продолжи да се работи" и побарал од научниците кои размислувале за емиграција да останат во Германија. Тој се надевал дека кризата ќе се намали наскоро и политичката ситуација ќе се подобри.
Ото Хан побарал од Планк да собере познати германски професори со цел да издаде јавна прокламација против третманот на еврејските професори, но Планк одговорил, "Ако сте во можност да соберете денеска 30 такви џентлмени, тогаш утре 150 други ќе дојдат и ќе зборуваат против тоа, затоа што тие се желни да ги преземат позициите на другите." Под водството на Планк, Кајзер Вилхелмското здружение (''KWG'') избегнуваше отворен конфликт со нацистичкиот режим, освен во врска со Фриц Хабер. Планк се обидел да разговара за ова прашање со Адолф Хитлер но било неуспешно. Во следната година, 1934, Хабер починал во егзил.
Една година подоцна, Планк, откако бил назначен за претседател на ''KWG'' уште од 1930, организираше официјална комеморативна седница во провокативен стил за Хабер. Тој исто така успеал тајно да овозможи голем број на еврејски научници да продолжат со работа во институтите на ''KWG'' за неколку години. Во 1936, неговиот мандат како претседател на ''KWG'' завршил, а нацистичката влада му вршела притисок да се воздржува од барање за уште еден мандат.
Со влошување на политичката клима во Германија, Јоханес Старк, истакнат експонент на Deutsche Physik ("германска физика", исто така наречена "ариевска физика") ги нападнал Планк, Зомерфелд и Хајзенберг за продолжување да се предаваат теориите на Ајнштајн, нарекувајќи ги "бели Евреи". На "Hauptamt Wissenschaft" (нацистичката владина канцеларија за наука) покрена истрага за потеклото на Планк, тврдејќи дека тој е "1/16 евреин"; Меѓутоа, самиот Планк го негираше тоа.
Во 1938, Планк го прослави 80-тиот роденден. ''DPG'' одржа прослава, на која медалот Макс Планк (основан како највисок медал од страна на ''DPG'' во 1928) — доделен на францускиот физичар Луј де Број. На крајот на 1938, пруската академија ја загуби преостанатата своја независност и била преземена од нацистите (''Gleichschaltung''). Планк протестираше по оставката на неговото претседателствување. Тој продолжил да патува често, давајќи голем број јавни разговори, како што е неговиот говор за религијата и науката, а пет години подоцна тој бил доволно способен да ги искачи врвовите на Алпите кои биле на 3000 метри надморска височина.
За време на втората светска војна сè поголемиот број на сојузнички бомбардирања против Берлин ги принудиле Планк и неговата сопруга привремено да го напуштат градот и да живеат во селата. Во 1942 тој напишал: "Во мене жестоката желба се зголеми за истрајување на оваа криза и да преживеам доволно долго за да бидам сведок на пресвртницата, почетокот на новиот пораст." Во февруари 1944 неговиот дом во Берлин беше целосно уништен од страна на воздушен напад, уништувајќи ги сите негови научни евиденции и сопственост. Неговото рурално повлекување беше загрозено од брзиот напредок на армиите на сојузничките сили од двете страни. По крајот на војната, Планк, неговата втора жена, и син му од неа беа донесени кај роднина во Гетинген, каде Планк почина на 4 октомври 1947.
Планк претрпел многу лични трагедии после педесет годишна возраст. Во 1909, неговата прва жена починала по 22 години брак, оставајќи го со два сина и две ќерки близначки. Постариот син на Планк, Карл, беше убиен во акција во 1916 за време на првата светска војна. Неговата ќерка Маргарет умрела на породување во 1917 и уште една ќерка, Ема, омажена за мажот на нејзината сестра, исто така умрела на породување во 1919. Во 1945, помладиот син на Планк, Ервин, беше уапсен поради обид за атентат на Хитлер во Јулскиот заговор. Следствено Ервин загинал од рацете на Гестапо; неговата смрт уништила голем дел од волјата на Макс Планк за живот.