Макс Планк

Біографія

[ред.]Походження і освіта (1858–1878)

Макс Планк^{[Ком 1]} народився 23 квітня 1858 року в місті Кіль. Планк належав до старовинного шляхетського роду; серед його предків — видні юристи, вчені, військові та церковні діячі. Його дід (Heinrich Ludwig Planck, 1785–1831) і прадід (Gottlieb Jakob Planck, 1751–1833) були професорами теології в Геттінгенському університеті, а дядько (Gottlieb Karl Georg Planck, 1824–1910) — відомим юристом, одним із творців Німецького цивільного кодексу. Батько майбутнього фізика, Вільгельм Планк (Johann Julius Wilhelm von Planck, 1817–1900), також був юристом, професором права Кільського університета. Він був одружений два рази та мав двох дітей від першого шлюбу (Хуго і Емма) та п'ятьох від другого (Герман, Хільдегард, Адальберт, Макс і Отто). Мати Макса, Емма Патціг (Emma Patzig, 1821–1914), походила з пастирської родини із померанського містечка Грайфсвальд^[2][3][4]. Як писав відомий фізикМакс Борн, «про походження Планка, про всіх цих людей — прекрасних, гідних, непідкупних, благородних і великодушних, які віддали себе служінню церкві і державі, — необхідно пам'ятати кожному, хто захоче зрозуміти характер Макса Планка і витоки його успіху»^[5].

У 1880 році Планк написав докторську дисертацію «нім. Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen — Рівноважні стани ізотропних тіл при різних температурах» у якій він пропонує різноманітні розв'язки фізико-хімічних проблем на основі своїх висновків. Після відкритої лекції на тему «Про принципи механічної теорії газів» та дискусії після неї, 14 червня 1880 року завершується процес захисту його докторської дисертації і він став у 22 — річному віці приват-доцентом Мюнхенського університету. У ці часи Планк живе з батьками і серед професійних кіл він майже невідомий. Його дисертація і роботи на той час не привертають уваги. Планк починає у цей час свої дослідницькі роботи в галузі термодинаміки і особливо ентропії. Він досліджує зміни агрегатних станів, газові суміші та розчини. У квітні 1885 року Кільський університет запрошує Планка на місце екстраординарія теоретичної фізики. Після коротких перемовин та добрих зв'язків його батька у м. Кіль, Планк отримує місце професора університету, хоча у цей час там було мало студентів. Влітку 1886 року Планк має заручини а 31 березня 1887 року одружується на Марії Мерк (1861–1909). 9 березня 1888 року народжується його перший син Карл (1888–1916), а у квітні 1889 близнята Емма (1889–1919) та Ґрета (1889–1917) та у 1893 році сім'я має четверту дитину — сина Ервіна (1893–1945). У цей час Планк також визначає для себе теоретичну фізику як область наукових досліджень. Це рішення було незвичайним на той час, оскільки лише 2 кафедри у Німеччині тоді цим займались. У той час домінує експериментальна фізика, а теоретична розглядалася лише як допоміжний інструмент чи прикра необхідність. У 1889 році став першим директором новогоІнституту теоретичної фізики Університету Фрідріха Вільгельма в Берліні, а з 1892 по 1926 рік займав місце професора фізики Берлінського університету, ставши наступником Кіргхофа на кафедрі фізики. Видав п'ятитомник «Вступ до теоретичної фізики», написаний у 1916–1932 роках. За цією книгою навчалися студенти не тільки Німеччини, а й інших країн світу.

[ред.]Перша світова війна

Початок Першої світової війни Макс Планк зустрів у піднесені  і вдячності з переживання  того «чудового часу». Політично  та консервативно настроєний Планк  був лояльним до кайзера і водночас патріотом своєї батьківщини. Він  поділяв піднесення більшості населення  і навіть використав це у щорічному  святі заснування університету 3 серпня 1914 року, та вказав у своїй доповіді на фізичну тему, що у цій війні  йдеться «про життя і смерть, про  честь і навіть можливо про  існування батьківщини»^[6]. Планк належав до підписантів звернення «До культурного світу», що також відоме під назвою Маніфест 93. У ньому численні науковці заперечують звіти про німецькі військові злочини у нейтральній Бельгії і визначають їх як ворожу пропаганду, чим виправдовують німецький мілітаризм^[7]. Протягом війни Планк показував себе її прихильником, але водночас він виступав проти шовінізму у якому бачив загрозу науці. Він відкидає підпорядкування науки національним інтересам. У 1916 році запобігає виключенню членів Академії наук з «ворожих країн». У тому ж 1916 році заявляє, що міжнародне співробітництво у науці може поєднуватися з «палаючою любов'ю та активною роботою для власної батьківщини». Сини Макса Планка Карл та Ервін були солдатами на фронті, а доньки Емма та Ґрета медсестрами. Ервін був поранений на фронті 7 вересня 1914 року та потрапив у французький полон. Карл Планк загинув 16 травня 1916 року під Верденом. Макс Планк мужньо переніс втрату, навіть так що деякі його друзі лише після декількох тижнів взнали про втрату. 15 травня 1917 року померла його дочка Ґрета від тромбоемболіїї легеневої артерії, лише декілька днів після народження її першої дитини. Про її народжену доньку почала турбуватися сестра-близнючка Емма. У січні 1919 року Емма одружується на вдівцеві Ґрети — Фердинандові Фелінґу, професорові з Гайдельберґу. Однак 21 листопада 1919 року помирає і Емма, при народженні дочки.

[ред.]Націонал-соціалізм та період Другої світової війни

В 1930 році Макс Планк очолив Інститут фізики кайзера Вільгельма. У 1933 — році приходу нацистів до влади, Плак вже був 74 річним чоловіком та перебував на посаді (з 1930 р.) голови Товариства Кайзера Вільгельма. Він був вихований у пруській традиції і для нього було само собою зрозумілою лояльність до державної влади. Проте Планк переживає тим, що багато його колег єврейського походження покидають свої посади та покидають Німеччину. Він пробує затримати їх своїм «протриматися і дальше працювати». Отто Ган зробив запит Планку, чи не можна зробити загальний заклик для певного числа відомих німецьких професорів виступити проти такого ставлення влади до професорів єврейського походження, на що Планк відповів: «Якщо ми сьогодні зберемо таких 30 чоловік, то завтра прийде 150, які виступлять проти, тому що вони хочуть мати їх робочі місця.». Щодо самого Габера, Планк звертався безпосередньо до самого Гітлера, однак безуспішно. Габер помер у екзилі у 1934 році. Рік пізніше Планку, як ще голові Товариства Кайзера Вільгельма, вдається організувати відзначення роковин смерті Габера. У 1936 році після закінчення головування у Товаристві Кайзера Вільгельма, Планк відмовляється висувати свою кандидатуру. З цим ситуація навколо нього ускладнюється. Йоганнес Штарк, представник руху Німецька фізика та президент фізично-технічного імперського інституту, обзиває публічно Планка, Зоммерфельда та Гайзенберґа «білими жидами». Управління наукою досліджує походження Планка і визначає, що він лише на 1/16 єврей. У 1938 році Планк святкує своє 80-ти річчя. Під час святкувань організованих Німецьким фізичним товариством, Луї де Бройль отримує медаль Макса Планка. Сам Планк отримує близько 900 привітань, на які він сам відписав відповіді. Під кінець 1938 року Академія наук піддалася процесу «Ґляйхшальтунґ», через який Планк подає у відставку. Під час Другої світової війни Планк залишає Берлін і перебирається з березня 1943 року у будинок для гостей Карла Штіля — багатого промисловця. Цей будинок побудований на місці Замку Роґетц між Тангермюнде та Магдебургом стоїть і зараз. В лютому 1944 будинок Планка у Берліні зруйновано під час бомбування. В останні дні війни Планк та його дружина перебувають між двох фронтів, а після її закінчення він проживає у племінниці у Ґетінґені. 1945 року  Планк повернувся на свою посаду (заклад було перейменовано на Інститут фізики Макса Планка), і очолював інститут до кінця життя.

Могильна плита Макса Планка на міському кладовищі у Ґетінґені

[ред.]Повоєнні роки

По закінченні війни з Ґетінґена  під керівництвом Ернста Тельшова почалолася відбудова Товариства Кайзера Вільгельма. Планк стає знову його головою. 1 квітня 1946 року після повернення з Англії головування у товаристві перебирає Отто Ган. Влада Британської зони окупації Німеччини настоює на зміні назви товариства. 11 вересня 1946 року Товариство Кайзера Вільгельма перейменовують на Товариство імені Макса Планка. Планка називають його почесним головою. Незважаючи на свій вік Планк проводить низку доповідей. Так у липні 1946 року він присутній як єдиний представник Німеччини на святкуванні 300 річчя з дня народження Ісаака Ньютона влаштованому Лондонським королівським товариством.

4 жовтня 1947 року Планк помер.  На його могильній плиті вибито  тільки ім'я і прізвище ученого  і чисельне значення сталої Планка.

[ред.]Дослідження

[ред.]Спектр абсолютно чорного тіла й зародження квантової механіки

Свої дослідження Планк присвячував  в основному питанням термодинаміки. Популярність він здобув після пояснення спектру так званого «абсолютно чорного тіла». Цим поняттям позначають якийсь предмет, чиє випромінювання залежить тільки від температури і видимої площі поверхні. Напротивагу фізичним уявленням про неперервність всіх процесів, що було основою фізичної картини світу, побудованої Ньютоном і Лейбніцем, Планк увів уявлення проквантову природу випромінювання. А саме, згідно з його теорією електромагнітні хвилі випромінюються і поглинаються порціями (квантами) з енергією, пропорційною частоті

де   — частота випромінювання, а   — коефіцієнт пропорційності, універсальна фізична стала, яка отримала назву сталої Планка.

При термодинамічній рівновазі чорного тіла, нагрітого до температури T, із своїм випромінюванням, спектр випромінювання описується розподілом Планка:

,

де I(ν) — енергія, яка з одиниці площі в одиницю часу випромінюється в частотному діапазоні між ν і ν+dν у просторовий кут  ; c — швидкість світла, k — стала Больцмана.

За своєю природою Планк  був консерватором. Він працювавв  над поясненням результатів експериментального вимірювання випромінювання абсолютно-чорного  тіла. До того Вільгельм Він отримав  формулу, що добре описувала спектр при високих частотах, а закон Релея-Джинса добре описував спектр при малих частотах, проте призводив до ультрафіолетової катастрофи при високих. Планку вдалося отримати формулу, що давала описувала весь спектр, однак це була тільки емпірична залежність. Намагаючись знайти їй теоретичне обґрунтування Планк звернувся до статистичної фізики. Йому довелося припустити, що світло випромінюється порціями з енергією, пропорційною частоті. Спочатку Планк сприйняв це тільки як формальне припущення. Це припущення суперечило його поглядам на світ. У наступні роки він намагався знайти пояснення, але безуспішно. Однак, він не бачив іншого виходу: саме така формула описувала експериментальний спектр, і отримати її можна було тільки зробивши припущення про кванти енергії.

[ред.]Інші дослідження

Внесок Планка в сучасну фізику не вичерпується відкриттям кванта і сталою, що носить нині його ім'я. Сильне враження на нього справила спеціальна теорія відносності Ейнштейна, опублікована в1905. Повна підтримка, надана Планком новій теорії, в чималій мірі сприяла ухваленню спеціальної теорії відносності фізиками. До інших його досягнень відноситься запропоноване ним виведеннярівняння Фоккера — Планка, що описує поведінку системи частинок під дією невеликих випадкових імпульсів (див. Броунівський рух).

Планк запропонував систему  універсальних фізичних сталих, утворених  із відомих сталих, яка отримала назву одиниць Планка. Одиниці Планка відображають гіпотетичні граничні природнімаштаби для довжини, часу, маси та інших величин.

Макс Планк отримав  Нобелівську премію в 1918 році за внесок у розвиток квантової фізики.

[ред.]Особисте життя

Особисте життя Планка було відмічене низкою трагедій. Його перша дружина Марія Мерк, від  якої у Планка було двоє синів і  доньки-двійнята, померла в 1909. Через  два роки Планк одружився зі племінницею  своєї померлої дружини Мартою фон  Гесслін, яка народила йому ще одного сина Германа. Старший син Планка загинув в Першу світову війну, а обидві його доньки померли при пологах. Другий син, Ервін, був страчений 20 липня 1944 за участь в змові проти Гітлера^[8].

[ред.]Наукові досягнення

• Створення квантової гіпотези, яка дозволила розв'язати одну з найважливіших проблем термодинаміки — проблему «ультрафіолетової катастрофи», за створення квантової гіпотези отримавНобелівську премію 1918 року.
• Вивід рівнянь релятивістської динаміки та термодинаміки.

[ред.]Учні

Макс Планк був професором 37 років і сприймався як викладач студентами добре. Йому проте не вдалося  заснувати окремої наукової школи. Протягом своєї наукової кар'єри  Планк мав численних докторантів, але в силу різних обставин він  рідко підтримував з ними зв'язок. Однак близько двадцяти його вихованців пізніше стають видатними науковцями. Серед них:

• 1897 Макс Абрагам (1875–1922), фізик-теоретик
• 1904 Моріц Шлік (1882–1936), німецький філософ, фізик, один із засновників логічного позитивізму й Віденського гуртка
• 1906 Вальтер Майснер (1882–1974), фізик, роботи по надпровідності
• 1906 Макс фон Лауе (1879–1960), лауреат Нобелівської премії 1914 р. за відкриття дифракції рентгенівських променів на кристалах.
• 1907 Фрітц Райхе (1883–1960), фізик-теоретик
• 1912 Вальтер Шотткі (1886–1976), фізика твердого тіла, статистики, електроніки, фізики напівпровідників, термодинаміки
• 1912 Ернст Ламла (1888–1986), фізик
• 1914 Вальтер Боте (1891–1957), фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики за 1954 рік.

[ред.]Відзнаки та присвяти названі на честь Планка

• 1914 Закордонний член Національної академії деї Лінчеї у Римі
• 1915 Pour le Mérite за науку і мистецтво (з 1930 був war Макс Планк канцлер цього ордену)
• 1918 Нобелівська премія з фізики (вручена у 1919)
• 1928 Adlerschild des Deutschen Reiches
• 1929 Медаль імені Макса Планка. Найвища нагорода з теоретичної фізики Німецького фізичного товариства. Перші ногороди отримали Макс Планк та Альберт Ейнштейн
• Почесний доктор університетів Франкфурта, Мюнхена, Ростока, Берліна, Граца, Кембріджа, Лондона та Глазго.
• 1938 Астероїд 1069 Планкія.
• 1947 Почесний громадянин м. Кіля.
• 1953 Випуск 30-пфенінгової марки поштою західного Беріна. Серія «Чоловіки історії Берліна»
• З 1957 до 1973 на 2-DM-Монетах ФРН карбувалося зображення Макса Планка.
• 1958 відкрито пам'ятну дошку у подвір'ї Гумбольдтського університету Берліна.
• 1983 У НДР випущено в оббіг 5-ДМ пам'ятну монету до 125-річчя з дня народження.
• З нагоди 150 років з дня народження, 10 квітня 2008 випущено спеціальну поштову марку та пам'ятну монету вартістю 10 євро^[9].