Максим планк физик основоположник квантовой теории. Макс планк биография

Сегодня имя Макса Планка обычно всплывает в связи с престижными научными институтами, названными в его честь – Общество Макса Планка включает в себя 83 подразделения в Германии и по всему миру. Но кем был настоящий Макс Планк и почему ему посвящено столько исследовательских центров? Объясняем на примере 17 фактов о крутом ученом.

1. Квантовая теория

Современная физика использует две теории для объяснения Вселенной: теорию относительности Эйнштейна и квантовую теорию, придуманную Планком. В конце 1890-х он начал свою работу по изучению теплового излучения и нашел формулу для черного тела излучения, которая в конечном итоге стала законом Планка. Для объяснения работы формулы он предложил идею о том, что энергия испускается в виде порций, которые он назвал «квантами», что привело к квантовой физике.

Сам Планк был поражен радикальностью своего открытия, написав : «Мои тщетные попытки как-то ввести квант действия в классическую теорию продолжались в течение ряда лет и стоили мне немалых трудов».

К моменту своей смерти Планк успел стать легендой в научном сообществе. В октябре 1947 года журнал «The New York Times» писал о нем как об интеллектуальном гиганте XX века и одном из самых выдающихся интеллектов за всю историю, ставя его на одну ступень с Архимедом, Галилео, Ньютоном и Эйнштейном.

2. Сделал теорию Эйнштейна теорией

Планк способствовал популяризации термина «теория» для описания работы Эйнштейна по относительности. В 1906 год, сославшись на модель, выдвинутую Эйнштейном, он назвал его работу «Relativtheorie», которая на немецком превратилась в «Relativitätstheorie» или в теорию относительности. Сам Эйнштейн называл ее принципом относительности, однако прижилась именно терминология Планка.

3. Нобелевский лауреат

В течение жизни Планк был очень уважаемым академиком. Как объясняет Барбара Ловетт Клайн, в Германии в тот период лишь принцы и бароны получали большее уважение, чем профессора, и Планк не был исключением. Получив множество наград, Планк был удостоен Нобелевской премии по физике в возрасте 60 лет. Он получил больше номинаций на Нобеля, чем любой другой кандидат в то время. В 1918 он наконец получил премию «в знак признания его эпохальных исследований в области квантовой теории».

4. Один из первых сподвижников Эйнштейна

Планк одним из первых оценил важность работы Эйнштейна по относительности и поддержал его. Д.Л. Хейлброн в своей книге «Дилеммы честного человека: Макс Планк как представитель немецкой науки» пишет, что Эйнштейна можно считать вторым великим открытием Планка, а его поддержка, по мнению самого Эйнштейна, сыграла важную роль в быстром принятии новых идей среди физиков. В то время у Эйнштейна не было ни докторской степени, ни работы в университете, так что поддержка такого уважаемого ученого как Макс Планк помогла ему войти в научный мейнстрим. Хотя Планк скептически относился к ряду идей молодого коллеги, например, к исследованиям 1915 года о «световых квантах» или фотонах, оба ученых оставались близкими друзьями в течение всей жизни. Согласно некрологу в «The New York Times», когда физическое общество Берлина вручило Планку специальную медаль, он отдал дубликат своему другу, Альберту Эйнштейну.

5. Талантливый музыкант

Планк был одаренным пианистом и чуть было не посвятил свою карьеру музыке, а не физике. Он принимал музыкальные салоны в своем доме, приглашая других физиков и академиков, а также профессиональных музыкантов. Альберт Эйнштейн также присутствовал, иногда принося с собой скрипку, чтобы играть в квартетах или трио с Планком. По словам Хейлброна, «чувство тона Планка было настолько совершенным, что он едва мог насладиться концертом», боясь, как кто не сфальшивил.

6. Профессор не советовал ему заниматься физикой

Вскоре после того, как 16-летний Планк попал в Мюнхенский университет в 1874 году, профессор физики Филипп фон Жюлли попытался отговорить молодого студента от перехода в теоретическую физику. Жюлли настаивал на том, что ученые в основном уже выяснили все, что нужно знать: «В области, где почти все уже открыто, остается лишь заполнить несколько лакун». К счастью, начинающий ученый проигнорировал его советы.

7. Лекции были только стоя

Хотя Планк вел себя довольно сухо и сдержанно перед классом, студенты его обожали. Английский химик Джеймс Партингтон называл его «лучшим лектором, которого я только слышал», описывая лекции как популярные представления. Людей в классе всегда было битком, многие стояли: «Так как лекционная аудитория хорошо отапливалась и была довольно маленькой, некоторые из слушателей время от времени падали на пол, но это совсем не мешало лекции».

8. Четкое расписание

В своей монографии Хейлборн описывает Планка как человека, управляющего своим времени. Каждый день он садился завтракать ровно в 8 утра, затем интенсивно работал до полудня, а по вечерам и в обед отдыхал и развлекал друзей. Его распорядок дня подчинялся жесткому графику во время семестра: чтение лекций и написание работ утром, ланч, отдых, игра на пианино, прогулка, корреспонденция и весьма безжалостный отдых – альпинизм без остановок на перерыв и апартаменты в альпийском стиле без намека на комфорт и уединение.

«Применению должно предшествовать познание»

9. Заядлый альпинист

Планк занимался спортом в течение всей жизни, увлекаясь походами и альпинизмом даже в преклонном возрасте. Достигнув 80 лет, он продолжал регулярно взбираться на горные вершины высотой около 3000 метров.

10. Профессиональный игрок в салки

По рассказу известного физика-ядерщика Лизы Мейтнер в 1958 году, Планк любил веселую компанию, а его дом был местом радушия: «Когда приглашения приходили во время летнего семестра, то проводились активные игры в саду, в которых Планк принимал участие с детской радостью и мастерством. Было почти невозможно от него увернуться. А как он радовался, когда ловил кого-нибудь!».

11. Во время Второй Мировой войны Гестапо вел в его отношении расследование

В связи с открытым проявлением помощи таким еврейским физикам как Эйнштейн, Планк был объявлен националистической фракцией арийских ученых участником Теории заговора евреев с целью оградить немецких ученых от встреч на кафедре физики от круга Эйнштейна. В официальной газете СС «Das Schwarze Korp» его называли «переносчик бактерий» и «белый жид», а его родословную тщательно изучали в Гестапо.

12. Он лично просил Гитлера не увольнять ученых-евреев

Хотя Планк не всегда поддерживал своих еврейских коллег в отношении нацистов, – под давлением Третьего рейха он «наказал» Эйнштейна за то, что тот не вернулся в Германию после того, как Гитлер пришел к власти и уволил еврейских членов Общества Кайзера Вильгельма (впоследствии Общества Макса Планка) – он все же выступал против нацистской политики. Планк боролся против включения в состав Прусской академии членов нацисткой партии и, будучи президентом Общества Кайзера Вильгельма, встретился с Гитлером и призывал фюрера разрешить еврейским коллегам продолжить работать.

Это не сработало. К 1935 году каждый пятый немецкий ученый был снят с постов (по сути каждый четвертый в области физики), а оказание помощи еврейским ученым стало очень опасным. Тем не менее, в 1935 году Планк созвал торжественное собрание Общества кайзеров Вильгельма, чтобы почтить покойного еврейского химика Фрица Хабера, несмотря на явный запрет правительства на участие в мероприятии. Его заметная поддержка таких еврейских коллег, как Хабер и Эйнштейн, и отказ вступит в нацистскую партию привели к тому, что правительство вынудило его покинуть должность президента Прусской академии наук, а также не дало получить ряд профессиональный наград.

13. Сложные отношения с нацистами

Он был одним из многих аполитичных государственных служащих в немецкой академии, кто надеялся, что худшие последствия антисемитского национализма в конечном счете пройдут, и кто в то же время стремился сохранить значение Германии на мировой научной арене. Когда Гитлер начал требовать, чтобы речи открывались с «Хайль, Гитлер», Планк неохотно согласился. Физик Пауль Эвальд вспоминал выступление на открытии Института металлов Кайзера Вильгельма в 1930-е годы: «Все уставились на Планка, ожидая, что же он будет делать на открытии, потому что на тот момент официально предписывалось открывать подобные обращения с "Хайль, Гитлер". Планк встал на трибуну и наполовину поднял руку и опустил. Он сделал это во второй раз. Наконец, он поднял руку и сказал: "Хайль Гитлер"… это было единственное, что мог сделать Планк, чтобы не поставить под угрозу все Общество". По мнению научного журналиста Филиппа Болла, для Планка подъем Гитлера и нацистской Германия стал "катастрофой, которая его охватила и которая, в конце концов, его уничтожила".

14. Его сын был связан с покушением на Гитлера

До того, как нацисты пришли к власти, Эрвин Планк был высокопоставленным чиновником, и, хотя после 1933 года он уже не участвовал в политической жизни, он тайно помогал составить конституцию для пост-нацистского правительства. В 1944 году он был арестован и обвинен в участии в покушении Клауса Штауффенберга на Адольфа Гитлера, в котором нацистский лидер был ранен в результате взрыва в портфеле. На первый взгляд кажется, что Эрвин никак напрямую не связан со взрывов, однако он нанял сторонников для заговорщиков и был приговорен к смертной казни за измену Родине. Пытаясь спасти любимого сына, 87-летний Макс Планк писал письма с просьбой о помиловании и Гитлеру, и главе СС, Генриху Гиммеру. Эрвин был казнен в 1945 году.

15. "Продолжай работать"

После Первой Мировой войны Планк призывал своих коллег игнорировать шаткость политической ситуации и сконцентрироваться на важности их научных достижений: "Упорно продолжай работать", – был его слоган.

16. Он назвал физику "самым возвышенным научным стремлением в жизни"

В своей автобиографии Планк объясняет, почему он посвятил себя физике: "Внешний мир не зависит от человека, это нечто абсолютное, и стремление к законам, управляющим этим абсол ютом, кажется мне самым возвышенным научным стремлением в жизни".

17. Есть много вещей, названных в его честь

Несколько открытий Планка были названы в конце концов в его честь, в том числе закон Планка, постоянная Планка (h = 6.62607004 × 10^-34 Дж-с), и планковские единицы. Есть планковская эпоха (первый этап Большого взрыва), частицы Планка (крошечные черны дыры), лунный кратер Планка и космический аппарат "Планк" Европейского космического агентства. Не говоря уже об Обществе Макса Планка и его 83 институтах. И, несомненно, он это заслужил.

Выдающийся французский математик А. Пуанкаре писал: «Квантовая теория Планка есть, без всякого сомнения, самая большая и самая глубокая революция, которую натуральная философия претерпела со времен Ньютона».

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 года в прусском городе Киле, в семье профессора гражданского права Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка и Эммы (в девичестве Патциг) Планк.

В 1867 году семья переехала в Мюнхен. Планк потом вспоминал: «В обществе моих родителей и сестер я счастливо провел юные годы». В Королевской Максимилиановской классической гимназии Макс учился хорошо. Рано выявились и его яркие математические способности: в средних и старших классах стало обыкновением, что он заменял заболевших учителей математики. Планк вспоминал уроки Германа Мюллера, «общительного, проницательного, остроумного человека, умевшего на ярких примерах объяснять смысл тех физических законов, о которых он нам, ученикам, говорил».

По окончании гимназии в 1874 году он в течение трех лет изучал математику и физику в Мюнхенском и год - в Берлинском университетах. Физику преподавал профессор Ф. фон Жолли. О нем, как и о других, Планк говорил потом, что он у них многому научился и хранил о них благодарную память, «однако в научном отношении они были, в сущности, людьми ограниченными». Макс решил завершать образование в Берлинском университете. Хотя здесь он занимался у таких корифеев науки, как Гельмгольц и Кирхгоф, но и здесь он не получил полного удовлетворения: его огорчало, что лекции корифеи читали плохо, особенно Гельмгольц. Гораздо больше он получил от знакомства с публикациями этих выдающихся физиков. Они способствовали тому, что научные интересы Планка надолго сосредоточивались на термодинамике.

Ученую степень доктора Планк получил в 1879 году, защитив в Мюнхенском университете диссертацию «О втором законе механической теории тепла» - втором начале термодинамики, утверждающем, что ни один непрерывный самоподдерживающийся процесс не может переносить тепло от более холодного тела к более теплому. Через год он защитил диссертацию «Равновесное состояние изотропных тел при различных температурах», которая принесла ему должность младшего ассистента физического факультета Мюнхенского университета.

Как вспоминал ученый: «Будучи приват доцентом в Мюнхене в течение многих лет, я напрасно ждал приглашения в профессуру, на что, конечно, шансов было мало, так как теоретическая физика тогда еще не служила отдельным предметом. Тем более настоятельной была потребность так или иначе выдвинуться в научном мире.

С этим намерением я решил разработать проблему о сущности энергии, поставленную Геттингенским философским факультетом на соискание премии за 1887 год. Еще до окончания этой работы, весной 1885 года, меня пригласили в качестве экстраординарного профессора теоретической физики в Кильский университет. Это казалось мне спасением; день, когда министериал директор Альтгоф пригласил меня к себе в отель «Мариенбад» и более подробно сообщил мне условия, я считал самым счастливым в моей жизни. Хотя в доме родителей я и вел беззаботную жизнь, я все же стремился к самостоятельности...

Вскоре я переехал в Киль; моя геттингенская работа была там вскоре закончена и увенчалась второй премией».

В 1888 году Планк стал адъюнкт профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (пост директора был создан специально для него).

В 1896 году Планк заинтересовался измерениями, производившимися в Государственном физико-техническом институте в Берлине. Экспериментальная работа по изучению спектрального распределения излучения «черного тела», выполненная здесь, привлекла внимание ученого к проблеме теплового излучения.

К тому времени существовало две формулы для описания излучения «черного тела»: одна для коротковолновой части спектра (формула Вина), другая для длинноволновой (формула Рэлея). Задача состояла в том, чтобы состыковать их.

«Ультрафиолетовой катастрофой» назвали исследователи расхождение теории излучения с экспериментом. Расхождение, которое никак не удавалось устранить. Современник «ультрафиолетовой катастрофы», физик Лоренц, грустно заметил: «Уравнения классической физики оказались неспособными объяснить, почему угасающая печь не испускает желтых лучей наряду с излучением больших длин волн...»

«Сшить» формулы Вина и Рэлея и вывести формулу, совершенно точно описывающую спектр излучения черного тела, удалось Планку.

Вот как пишет об этом сам ученый:

«Именно в ту пору все выдающиеся физики обратились, как с экспериментальной, так и теоретической стороны, к проблеме распределения энергии в нормальном спектре. Однако ее они искали в направлении представления интенсивности излучения в ее зависимости от температуры, тогда как я подозревал более глубокую связь в зависимости энтропии от энергии. Так как значение энтропии тогда еще не нашло подобающего ему признания, то я нисколько не волновался за используемый мною метод и мог свободно и основательно проводить свои расчеты, не опасаясь вмешательства или опережения с чьей либо стороны.

Так как для необратимости обмена энергии между осциллятором и возбужденным им излучением имеет особое значение вторая производная его энтропии по его энергии, то я вычислил значение этой величины для случая, стоявшего тогда в центре всех интересов виновского распределения энергии, и нашел замечательный результат, что для этого случая обратная величина такого значения, которую я здесь обозначил К, пропорциональна энергии. Эта связь так ошеломляюще проста, что я долгое время признавал ее совершенно общей и трудился над ее теоретическим обоснованием. Однако шаткость такого понимания скоро обнаружилась перед результатами новых измерений. Именно в то время, как для малых значений энергии, или для коротких волн, закон Вина отлично подтвердился также и впоследствии, для больших значений энергии, или для больших волн, установили сперва Люммер и Прингсгейм заметное отклонение, а проведенные Рубенсом и Ф. Курлбаумом совершенные измерения с плавиковым шпатом и калийной солью обнаружили совершенно иное, однако опять таки простое отношение, что величина К пропорциональна не энергии, а квадрату энергии при переходе к большим значениям энергии и длин волн.

Так прямыми опытами были установлены для функции две простые границы: для малых энергий пропорциональность (первой степени) энергии, для больших - квадрату энергии. Понятно, что так же как любой принцип распределения энергии дает определенное значение К, так и всякое выражение приводит к определенному закону распределения энергии, и речь идет теперь о том, чтобы найти такое выражение, которое давало бы установленное измерениями распределение энергии. Но теперь ничего не было естественнее, как составить для общего случая величину в виде суммы двух членов: одного первой степени, а другого второй степени энергии, так что для малых энергий будет решающим первый член, для больших - второй; вместе с тем была найдена новая формула излучения, которую я предложил на заседании Берлинского физического общества 19 октября 1900 года и рекомендовал для исследования.

Последующими измерениями формула излучения также подтверждалась, а именно, тем точнее, чем к более тонким методам измерения переходили. Однако формула измерения, если предполагать ее абсолютно точную истинность, была сама по себе только счастливо угаданным законом, имеющим только формальное значение».

Планк установил, что свет должен испускаться и поглощаться порциями, причем энергия каждой такой порции равна частоте колебания умноженной на специальную константу, получившую название постоянной Планка.

Ученый сообщает, как упорно пытался он ввести квант действия в систему классической теории: «Но эта величина [постоянная h] оказалась строптивой и сопротивлялась всем подобного рода попыткам. До тех пор пока ее можно считать бесконечно малой, т е. при больших энергиях и более продолжительных периодах, все было в полном порядке. Но в общем случае то там, то здесь возникала зияющая трещина, которая становилась тем более заметной, чем более быстрые колебания рассматривались. Провал всех попыток перекинуть мост через эту пропасть не оставил вскоре никаких сомнений в том, что квант действия играет фундаментальную роль в атомной физике и что с его появлением началась новая эпоха в физической науке, ибо в нем заложено нечто, до того времени неслыханное, что призвано радикально преобразить наше физическое мышление, построенное на понятии непрерывности всех причинных связей с того времени, как Лейбниц и Ньютон создали исчисление бесконечно малых».

В. Гейзенберг так передает широко известную легенду о раздумьях Планка: «Его сын Эрвин Планк вспоминал об этом времени, что он гулял со своим отцом в Грюневальде, что Планк в течение всей прогулки возбужденно и волнуясь рассказывал о результате своих исследований. Он говорил ему примерно так: «Или то, чем я занимаюсь теперь, есть совершенная бессмыслица, или речь идет, может быть, о самом большом открытии в физике со времен Ньютона»».

14 декабря 1900 года Планк на заседании Немецкого физического общества выступил со своим историческим докладом «К теории распределения энергии излучения нормального спектра». Он доложил о своей гипотезе и новой формуле излучения. Введенная Планком гипотеза ознаменовала рождение квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает «физика до Планка».

Новая теория включала в себя, помимо постоянной Планка, и другие фундаментальные величины, такие как скорость света и число, известное под названием постоянной Больцмана. В 1901 году, опираясь на экспериментальные данные по излучению черного тела, Планк вычислил значение постоянной Больцмана и, используя другую известную информацию, получил число Авогадро (число атомов в одном моле элемента). Исходя из числа Авогадро, Планк сумел с высочайшей точностью найти электрический заряд электрона.

Позиции квантовой теории укрепились в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона - кванта электромагнитного излучения. Еще через два года Эйнштейн еще более упрочил положение квантовой теории, воспользовавшись понятием кванта для объяснения загадочных расхождений между теорией и экспериментальными измерениями удельной теплоемкости тел. Еще одно подтверждение теории Планка поступило в 1913 году от Бора, применившего квантовую теорию к строению атома.

В 1919 году Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за 1918 год «в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». Как заявил А.Г. Экстранд, член Шведской королевской академии наук на церемонии вручения премии, «теория излучения Планка - самая яркая из путеводных звезд современного физического исследования, и пройдет, насколько можно судить, еще немало времени, прежде чем иссякнут сокровища, которые были добыты его гением». В нобелевской лекции, прочитанной в 1920 году, Планк подвел итог своей работы и признал, что «введение кванта еще не привело к созданию подлинной квантовой теории».

К числу других его достижений относится, в частности, предложенный им вывод уравнения Фоккера-Планка, описывающего поведение системы частиц под действием небольших случайных импульсов.

В 1928 году в возрасте семидесяти лет Планк вышел в обязательную формальную отставку, но не порвал связей с Обществом фундаментальных наук кайзера Вильгельма, президентом которого он стал в 1930 году. И на пороге восьмого десятилетия он продолжал исследовательскую деятельность.

После прихода в 1933 году Гитлера к власти Планк не раз публично выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов и вынужденных эмигрировать. В дальнейшем Планк стал более сдержанным и хранил молчание, хотя нацисты, несомненно, знали о его взглядах. Как патриот, любящий родину, он мог только молиться о том, чтобы германская нация вновь обрела нормальную жизнь. Он продолжал служить в различных германских ученых обществах, в надежде сохранить хоть какую то малость немецкой науки и просвещения от полного уничтожения.

Планк жил в предместье Берлина - Грюневальд. В его доме, расположенном по соседству с чудесным лесом, было просторно, уютно, на всем лежала печать благородной простоты. Огромная, любовно и вдумчиво подобранная библиотека. Музыкальная комната, где хозяин угощал своей изысканной игрой больших и небольших знаменитостей.

Его первая жена, урожденная Мария Мерк, с которой он вступил в брак в 1885 году, родила ему двух сыновей и двух дочерей близнецов. С ней Планк счастливо прожил более двадцати лет. В 1909 году она умерла. Это был удар, от которого ученый долго не мог оправиться.

Двумя годами позже он женился на своей племяннице Марге фон Хесслин, от которой у него также родился сын. Но с той поры несчастья преследовали Планка. Во время Первой мировой войны погиб под Верденом один из его сыновей, а в последующие годы обе его дочери умерли при родах. Второй сын от первого брака был казнен в 1944 году за участие в неудавшемся заговоре против Гитлера. Дом и личная библиотека ученого погибли во время воздушного налета на Берлин.

Силы Планка были подорваны, все больше страданий причинял артрит позвоночника. Некоторое время ученый находился в университетской клинике, а затем переехал к одной из своих племянниц.

Скончался Планк в Геттингене 4 октября 1947 года, за шесть месяцев до своего девяностолетия. На его могильной плите выбиты только имя и фамилия и численное значение постоянной Планка.

В честь его восьмидесятилетия одна из малых планет была названа Планкианой, а после окончания Второй мировой войны Общество фундаментальных наук кайзера Вильгельма было переименовано в Общество Макса Планка.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!

Макс Планк (1858-1947).

Немецкий физик Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 года в прусском городе Киле, в семье профессора гражданского права Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка, профессора гражданского права, и Эммы (в девичестве Патциг) Планк. В детстве мальчик учился играть на фортепиано и органе, обнаруживая незаурядные музыкальные способности. В 1867 году семья переехала в Мюнхен, и там Планк поступил в Королевскую Максимилиановскую классическую гимназию, где превосходный преподаватель математики впервые пробудил в нем интерес к естественным и точным наукам. По окончании гимназии в 1874 году он поначалу собирался изучать классическую филологию, пробовал свои силы в музыкальной композиции, но потом отдал предпочтение физике.

В течение трех лет Планк изучал математику и физику в Мюнхенском и год в Берлинском университетах. Один из его профессоров в Мюнхене, физик-экспериментатор Филипп фон Жолли, оказался плохим пророком, когда посоветовал молодому Планку избрать другую профессию, так как, по его словам, в физике не осталось ничего принципиально нового, что можно было бы открыть. Эта точка зрения, широко распространенная в то время, возникла под влиянием необычайных успехов, которых ученые в XIX веке достигли в приумножении наших знаний о физических и химических процессах.

В бытность свою в Берлине Планк приобрел более широкий взгляд на физику благодаря публикациям выдающихся физиков Германа фон Гельмгольца и Густава Кирхгофа, а также статьям Рудольфа Клаузиуса. Знакомство с их трудами способствовало тому, что научные интересы Планка надолго сосредоточивались на термодинамике - области физики, в которой на основе небольшого числа фундаментальных законов изучаются явления теплоты, механической энергии и преобразования энергии.

Ученую степень доктора Планк получил в 1879 году, защитив в Мюнхенском университете диссертацию "О втором законе механической теории тепла" - втором начале термодинамики, утверждающем, что ни один непрерывный самоподдерживающийся процесс не может переносить тепло от более холодного тела к более теплому. Через год он защитил диссертацию "Равновесное состояние изотропных тел при различных температурах", которая принесла ему должность младшего ассистента физического факультета Мюнхенского университета.

В 1885 году он стал адъюнкт-профессором Кильского университета, что упрочило его независимость, укрепило финансовое положение и предоставило больше времени для научных исследований. Работы Планка по термодинамике и ее приложениям к физической химии и электрохимии снискали ему международное признание. В 1888 году он стал адъюнкт-профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (пост директора был создан специально для него).

Работая доцентом Мюнхенского университета, Планк начал составлять курс лекций по теоретической физике. Но до 1897 года он не мог приступить к публикации своих лекций. В 1887 году он написал конкурсное сочинение на премию философского факультета Геттингенского университета. За это сочинение Планк получил премию, а сама работа, содержащая историко-методологический анализ закона сохранения энергии, переиздавалась пять раз, с 1887 по 1924 год. За это же время Планк опубликовал ряд работ по термодинамике физико-химических процессов. Особую известность получила созданная им теория химического равновесия разведенных растворов. В 1897 году вышло первое издание его лекций по термодинамике. Эта классическая книга переиздавалась несколько раз (последнее издание вышло в 1922 году) и переводилась на иностранные языки, в том числе и на русский. К тому времени Планк был уже ординарным профессором Берлинского университета и членом Прусской академии наук.

С 1896 года Планк заинтересовался измерениями, производившимися в Государственном физико-техническом институте в Берлине, а также проблемами теплового излучения тел. Проводя свои исследования, Планк обратил внимание на новые физические закономерности. Он установил на основе эксперимента закон теплового излучения нагретого тела. При этом он столкнулся с тем, что излучение имеет прерывный характер. Планк смог обосновать свой закон лишь с помощью замечательного предположения, что энергия колебания атомов не произвольная, а может принимать лишь ряд вполне определенных значений. Позднейшие исследования целиком подтвердили это предположение. Оказалось, что прерывность присуща любому излучению, что свет состоит из отдельных порций (квантов) энергии.

Планк установил, что свет с частотой колебания должен испускаться и поглощаться порциями, причем энергия каждой такой порции равна частоте колебания умноженной на специальную константу, получившую название постоянной Планка.

14 декабря 1900 года Планк доложил Берлинскому физическому обществу о своей гипотезе и новой формуле излучения. Введенная Планком гипотеза ознаменовала рождение квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает "физика до Планка".

В 1906 году вышла монография Планка "Лекции по теории теплового излучения". Она переиздавалась несколько раз. Русский перевод книги под названием "Теория теплового излучения" вышел в 1935 году.

Его новая теория включала в себя, помимо постоянной Планка, и другие фундаментальные величины, такие как скорость света и число, известное под названием постоянной Больцмана. В 1901 году, опираясь на экспериментальные данные по излучению черного тела, Планк вычислил значение постоянной Больцмана и, используя другую известную информацию, получил число Авогадро (число атомов в одном моле элемента). Исходя из числа Авогадро, Планк сумел с высочайшей точностью найти электрический заряд электрона.

Планк отнюдь не был революционером, и ни он сам, ни другие физики не сознавали глубокого значения понятия "квант". Для Планка квант был всего лишь средством, позволившим вывести формулу, дающую удовлетворительное согласие с кривой излучения абсолютно черного тела. Он неоднократно пытался достичь согласия в рамках классической традиции, но безуспешно. Вместе с тем он с удовольствием отметил первые успехи квантовой теории, последовавшие почти незамедлительно.

Позиции квантовой теории укрепились в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона - кванта электромагнитного излучения. Эйнштейн предположил, что свет обладает двойственной природой: он может вести себя и как волна, и как частица. В 1907 году Эйнштейн еще более упрочил положение квантовой теории, воспользовавшись понятием кванта для объяснения загадочных расхождений между предсказаниями теории и экспериментальными измерениями удельной теплоемкости тел. Еще одно подтверждение потенциальной мощи введенной Планком новации поступило в 1913 году от Нильса Бора, применившего квантовую теорию к строению атома.

В тоже время личная жизнь Планка была отмечена трагедией. Его первая жена, урожденная Мария Мерк, с которой он вступил в брак в 1885 году и которая родила ему двух сыновей и двух дочерей-близнецов, умерла в 1909 году. Двумя годами позже он женился на своей племяннице Марге фон Хесслин, от которой у него также родился сын. Во время Первой мировой войны погиб под Верденом один из его сыновей, а в последующие годы обе его дочери умерли при родах.

В 1919 году Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за 1918 год "в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии". Как заявил А. Г. Экстранд, член Шведской королевской академии наук, на церемонии вручения премии, "теория излучения Планка - самая яркая из путеводных звезд современного физического исследования, и пройдет, насколько можно судить, еще немало времени, прежде чем иссякнут сокровища, которые были добыты его гением". В нобелевской лекции, прочитанной в 1920 году, Планк подвел итог своей работы и признал, что "введение кванта еще не привело к созданию подлинной квантовой теории".

В двадцатые годы Шредингер, Гейзенберг, Дирак и другие развили квантовую механику. Планку пришлась не по душе новая вероятностная интерпретация квантовой механики, и, подобно Эйнштейну, он пытался примирить предсказания, основанные только на принципе вероятности, с классическими идеями причинности. Его чаяниям не суждено было сбыться: вероятностный подход устоял.

Вклад Планка в современную физику не исчерпывается открытием кванта и постоянной, носящей ныне его имя. Сильное впечатление на него произвела специальная теория относительности Эйнштейна, опубликованная в 1905 году. Полная поддержка, оказанная Планком новой теории, в немалой мере способствовала принятию специальной теории относительности физиками. К числу других его достижений относится предложенный им вывод уравнения Фоккера-Планка, описывающего поведение системы частиц под действием небольших случайных импульсов.

Как человек сложившихся взглядов и религиозных убеждений, да и просто как справедливый человек, Планк после прихода в 1933 году Гитлера к власти публично выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов и вынужденных эмигрировать. На научной конференции он приветствовал Эйнштейна, преданного анафеме нацистами. Когда Планк как президент Общества фундаментальных наук кайзера Вильгельма наносил официальный визит Гитлеру, он воспользовался этим случаем, чтобы попытаться прекратить преследования ученых-евреев. В ответ Гитлер разразился тирадой против евреев вообще. В дальнейшем Планк стал более сдержанным и хранил молчание, хотя нацисты, несомненно, знали о его взглядах. Как патриот, любящий родину, он мог только молиться о том, чтобы германская нация вновь обрела нормальную жизнь. Он продолжал служить в различных германских ученых обществах в надежде сохранить хоть какую-то малость немецкой науки и просвещения от полного уничтожения.

Планка ждало новое потрясение. Второй сын от первого брака был казнен в 1944 году за участие в неудавшемся заговоре против Гитлера. После того как его дом и личная библиотека погибли во время воздушного налета на Берлин, Планк и его жена пытались найти убежище в имении Рогец неподалеку от Магдебурга, где оказались между отступающими немецкими войсками и наступающими силами союзных войск. В конце концов, супруги Планк были обнаружены американскими частями и доставлены в безопасный тогда Геттинген.

Планк глубоко интересовался философскими проблемами, связанными с причинностью, этикой и свободой воли, и выступал на эти темы в печати и перед профессиональными и непрофессиональными аудиториями. Исполнявший обязанности пастора (но не имевший священнического сана) в Берлине, Планк был глубоко убежден в том, что наука дополняет религию и учит правдивости и уважительности.

Планк верил в реальности внешнего мира и в могущество разума. Это существенно отметить, потому что очень важный этап его деятельности протекал в обстановке кризиса в физике. Однако материалистически настроенный Планк твердо противостоял модным позитивистским увлечениям Маха и Оствальда. "Он был типичным немцем в лучшем смысле этого слова, - пишет в своей книге Джордж Паджет Томсон, видный физик, сын Дж. Дж. Томсона. - Честный, педантичный, с чувством собственного достоинства, по-видимому, довольно твердый, но в благоприятных условиях способный отбросить всю чопорность и превратиться в обаятельного человека".

Через всю свою жизнь Планк пронес любовь к музыке: великолепный пианист, он часто играл камерные произведения со своим другом Эйнштейном, пока тот не покинул Германию. Планк был также увлеченным альпинистом и почти каждый свой отпуск проводил в Альпах.

Планк состоял членом Германской и Австрийской академий наук, а также научных обществ и академий Англии, Дании, Ирландии, Финляндии, Греции, Нидерландов, Венгрии, Италии, Советского Союза, Швеции и Соединенных Штатов. Германское физическое общество назвало в честь него свою высшую награду медалью Планка, и сам ученый стал первым обладателем этой почетной награды. В честь его восьмидесятилетия одна из малых планет была названа Планкианой, а после окончания Второй мировой войны Общество фундаментальных наук кайзера Вильгельма было переименовано в Общество Макса Планка.

(1858 - 1947)

Немецкий физик Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился в 23 апреля 1858 г. в городе Килев в семье профессора гражданского права. С самого детства мальчик выявил незаурядные музыкальные способности, учась игре на органе и фортепияно.

1867 г. семья переехала в Мюнхен и там Планк вступил в Королевскую классическую гимназию, где замечательный преподаватель математики возбудил у него интерес к точным и естественным наукам.

1874 г. Планк почти решил продолжать музыкальное обучение, но в конце концов предоставил преимущества физике. Математику и физику Планк изучал в Мюнхенском и Берлинском университетах, углубляя знания по термодинамики, теории теплоизлучения, теории вероятности, квантовой теории, истории и методологии физики, философии науки.

Уже 1900 г., молодой ученый теоретически предполагая, что атомные осцилятори излучают энергию лишь определенными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональная частоте колебаний (гипотеза квантов), сформулировал закон распределения энергии в спектре абсолютно черного тела, вводя постоянную (постоянная Планка) с функциональной размерностью. Формула Планка сразу же получила экспериментальное подтверждение.

Постоянная Планка (квант действия) - одна из универсальных постоянных физики. Итак, 14 декабря 1900 года, день когда Планк докладывал в Немецком физическом обществе о теоретических основах закона излучения, стал датой рождения квантовой теории. Однако, хотя формула излучения Планка была принята как простое и адекватное представления экспериментальных данных, теоретические ссылки Макса Планка ради обоснования этой формулы не предрасположили внимания ученых вплоть до 1905 г., пока идею квантов не развил Альберт Эйнштейн , распространив ее непосредственно на процесс излучения и предусматривая существование фотонов.

Большое значение имели исследование Планка по теории вероятности. Он один из первых понял ее и решительно поддержал.

1906 г. Планк вывел уравнение релятивистской динамики, получив формулы для определения энергии и импульса электрона. Таким образом им была завершена релятивизация классической механики.

В 1919 году Макса Планка было признано достойным Нобелевской премии в области физики за 1918 г. « как знак весомости его заслуг в развитии физики благодаря открытию квантов энергии».Личная жизнь ученого сложилась трагически. Первая его жена рано умерла, оставив ему двух сыновей и двух дочерей. Был у него сын от второго брака. Старший сын Планка погиб в Первой мировой войне, две дочери умерли во время родов. Второй сын казнен за участие в покушении на Гитлера.

Квантовая теория родилась в 1901 г., когда Макс Планк предложил теоретический вывод о соотношении между температурой тела и испускаемым этим телом излучением, вывод, который долгое время ускользал от других ученых. Как и его предшественники, Планк предположил, что излучение испускают атомные осцилляторы, но при этом считал, что энергия осцилляторов (и, следовательно, испускаемого ими излучения) существует в виде небольших дискретных порций, которые Эйнштейн назвал квантами. Энергия каждого кванта пропорциональна частоте излучения. Хотя выведенная Планком формула вызвала всеобщее восхищение, принятые им допущения оставались непонятными некоторое время, так как противоречили классической физике. В 1905 г. Альберт Эйнштейн воспользовался квантовой теорией для объяснения некоторых аспектов фотоэлектрического эффекта – испускания электронов поверхностью металла, на которую падает ультрафиолетовое излучение. Попутно Эйнштейн отметил кажущийся парадокс: свет, о котором на протяжении долгого времени было известно, что он распространяется как непрерывные волны, при поглощении и излучении проявляет дискретные свойства.

Примерно через восемь лет Нильс Бор распространил квантовую теорию на атом и объяснил частоты волн, испускаемых атомами, возбужденными в пламени или в электрическом разряде. Эрнест Резерфорд показал, что масса атома почти целиком сосредоточена в центральном ядре, несущем положительный электрический заряд и окруженном на сравнительно больших расстояниях электронами, несущими отрицательный заряд, вследствие чего атом в целом электрически нейтрален.

Бор предположил, что электроны могут находиться только на определенных дискретных орбитах, соответствующих различным энергетическим уровням, и что «перескок» электрона с одной орбиты на другую, с меньшей энергией, сопровождается испусканием фотона, энергия которого равна разности энергий двух орбит. Частота, по теории Планка, пропорциональна энергии фотона. Таким образом, модель атома Бора установила связь между различными линиями спектров, характерными для испускающего излучение вещества, и атомной структурой. Несмотря на первоначальный успех, модель атома Бора вскоре потребовала модификаций, чтобы избавиться от расхождений между теорией и экспериментом. Кроме того, квантовая теория на той стадии ещё не давала систематической процедуры решения многих квантовых задач. Однако стало ясно, что классическая физика неспособна объяснить тот факт, что движущийся с ускорением электрон не падает на ядро, теряя энергию при излучении электромагнитных волн.

Новая существенная особенность квантовой теории проявилась в 1924 г., когда Луи де Бройль выдвинул радикальную гипотезу о волновом характере материи: если электромагнитные волны, например свет, иногда ведут себя как частицы (что показал Эйнштейн), то частицы, например электрон при определенных обстоятельствах, могут вести себя как волны. Таким образом, в микромире стёрлась граница между классическими частицами и классическими волнами. В формулировке де Бройля частота, соответствующая частице, связана с её энергией, как в случае фотона (частицы света), но предложенное де Бройлем математическое выражение было эквивалентным соотношением между длиной волны, массой частицы и её скоростью (импульсом). Существование электронных волн было экспериментально доказано в 1927 г. Клинтоном Дж. Дэвиссоном и Лестером Х. Джермером в Соединенных Штатах и Джорджем Паджетом Томсоном в Англии.

В свою очередь это открытие привело к созданию в 1933 г. Эрнстом Руской электронного микроскопа.

Под впечатлением от комментариев Эйнштейна по поводу идей де Бройля Эрвин Шрёдингер предпринял попытку применить волновое описание электронов к построению последовательной квантовой теории, не связанной с неадекватной моделью атома Бора. В известном смысле он намеревался сблизить квантовую теорию с классической физикой, которая накопила немало примеров математического описания волн. Первая попытка, предпринятая им в 1925 г., закончилась неудачей. Скорости электронов в теории Шрёдингера были близки к скорости света, что требовало включения в неё специальной теории относительности Эйнштейна и учета предсказываемого ею значительного увеличения массы электрона при очень больших скоростях.

Одной из причин постигшей Шрёдингера неудачи было то, что он не учел наличия специфического свойства электрона, известного ныне под названием спина (вращение электрона вокруг собственной оси наподобие волчка, однако такое сравнение не совсем корректно), о котором в то время было мало известно. Следующую попытку Шрёдингер предпринял в 1926 г. Скорости электронов на этот раз были выбраны им настолько малыми, что необходимость в привлечении теории относительности отпадала сама собой. Вторая попытка увенчалась выводом волнового уравнения Шрёдингера, дающего математическое описание материи в терминах волновой функции. Шрёдингер назвал свою теорию волновой механикой. Решения волнового уравнения находились в согласии с экспериментальными наблюдениями и оказали глубокое влияние на последующее развитие квантовой теории. В настоящее время волновая функция лежит в основе квантово-механического описания микросистем, подобно уравнениям Гамильтона в классической механике.

Незадолго до того Вернер Гейзенберг , Макс Борн и Паскуаль Иордан опубликовали другой вариант квантовой теории, получивший название матричной механики, которая описывала квантовые явления с помощью таблиц наблюдаемых величин. Эти таблицы представляют собой определенным образом упорядоченные математические множества, называемые матрицами, над которыми по известным правилам можно производить различные математические операции. Матричная механика также позволяла достичь согласия с наблюдаемыми экспериментальными данными, но в отличие от волновой механики не содержала никаких конкретных ссылок на пространственные координаты или время. Гейзенберг особенно настаивал на отказе от каких-либо простых наглядных представлений или моделей в пользу только таких свойств, которые могли быть определены из эксперимента, так как по его соображениям микромир имеет принципиально иное устройство, чем макромир в виду особой роли постоянной Планка, несущественной в мире больших величин.

Шрёдингер показал, что волновая механика и матричная механика математически эквивалентны. Известные ныне под общим названием квантовой механики, эти две теории дали долгожданную общую основу описания квантовых явлений. Многие физики отдавали предпочтение волновой механике, поскольку её математический аппарат был им более знаком, а её понятия казались более «физическими»; операции же над матрицами – более громоздкими.

Вскоре после того, как Гейзенберг и Шрёдингер разработали квантовую механику, Поль Дирак предложил более общую теорию, в которой элементы специальной теории относительности Эйнштейна сочетались с волновым уравнением. Уравнение Дирака применимо к частицам, движущимся с произвольными скоростями. Спин и магнитные свойства электрона следовали из теории Дирака без каких бы то ни было дополнительных предположений. Кроме того, теория Дирака предсказывала существование античастиц, таких, как позитрон и антипротон, – двойников частиц с противоположными по знаку электрическими зарядами.