Max Karl Ernst Ludwing
Planck
1858-1945
Max Planck va fer moltes contribucions a la física teòrica, però la seva fama resideix en el paper que va tenir com a originador de la teoria quàntica. Aquesta teoria va revolucionar la concepció dels processos atòmics i subatòmics, de la mateixa manera que la teoria d'Albert Einstein va revolucionar el coneixement de l'espai i del temps. Totes dues constitueixen les teories físiques fonamentals del segle xx. Totes dues han forçat l'home a revisar algunes de les seves estimades creences filosòfiques i s'han utilitzat amb finalitats industrials i militars, que han afectat bastants aspectes de la vida moderna.
Max Karl Ernst Ludwing Planck va néixer el 23 d'abril de 1858, a Kiel, Alemanya. Era el sisè fill d'un distingit jurista i professor de lleis de la Universitat de Kiel. La llarga tradició familiar de devoció a l'Església i a l'Estat i l'ambient conservador, idealista, de confiança, de seguretat i de generositat es va convertir en un fet innat en la vida i el treball de Planck.
Quan tenia nou anys, el seu pare va acceptar una plaça a la Universitat de Munic, i Planck es va instal·lar a la ciutat del conegut Maximilian Gymnasium, al qual assistí. Allí un professor, Herman Müller, va estimular el seu interès per la física i les matemàtiques. Planck sobresortia en totes les assignatures, i després de graduar-se als 17 anys va encarar una difícil decisió: s'inclinà per la física per davant de la filologia clàssica o la música perquè va arribar a la conclusió que era la física la seva original i gran passió.
La música, de totes maneres, va formar part de la seva vida. Planck hi trobava serenitat i tenia el do de ser un excel·lent pianista: li agradaven especialment els treballs de Brahms i Schubert.
Va entrar a la Universitat de Munic al final de 1874, però trobà poc estímul per part del seu professor de física, Philipp Von Holly. Per aquest motiu es va traslladar a la Universitat de Berlín i entre els anys 1877 i 1878 va preparar la seva tesi doctoral estudiant escrits d'altres científics. La seva capacitat intel·lectual se centrà en l'estudi independent, especialment dels treballs de termodinàmica de Rudolf Clausius. Però va ser a Munic on va rebre el grau doctoral el juliol de 1879 (el dia del naixement d'Einstein) a la inusual edat de 21 anys.
L'any següent va completar la seva habilitationsschrift (qualificació de conferenciant) a Munic, i es va convertir en un privatdozent (el que s'entenia com a llegidor). El 1885, amb l'ajut de les influències del seu pare, va ser proposat com a ausserordentlicher (professor adjunt) a la Universitat de Kiel.
Després de la mort de Kirchhoff, l'any 1889, Planck ocupà una plaça a la Universitat de Berlín, on trobà a Helmholtz, a qui arribà a venerar com a mentor i col·lega. I el 1892 va ser proposat com a ordentlicher professor (professor titular). Planck va romandre a Berlín la resta de la seva vida activa.
La primera prova d'un fet absolut en la natura que va impressionar profundament Planck va ser la llei de conservació de l'energia, la primera llei de la termodinàmica. Abans, en els seus temps d'estudiant a la universitat, estava completament convençut que la llei de l'entropia, la segona llei de la termodinàmica, era també una llei absoluta de la natura. La segona llei no solament es va convertir en matèria de la seva tesis doctoral a Munic, sinó que es va fixar en el cor de les seves investigacions i el va portar, l'any 1900, al descobriment del quàntum d'acció, ara conegut com a constant de Planck.
Entre 1859 i 1860 Kirchhoff va definir com a cos negre un objecte que tornava a emetre tota l'energia radiant que incidia sobre ell. Per tant, el cos negre es convertia en el millor emissor i absorbent de radiació. Al voltant de l'any 1896, aparegueren una sèrie d'experiments i tractats teòrics encaminats a determinar la distribució espectral de l'energia, és a dir, la corba que explicaria com s'emet l'energia a diferents freqüències i per a una temperatura donada del cos negre.
Planck estava particularment atret per una fórmula, trobada el 1896 pel seu col·lega Wilhelm Wien al Physicalish Technische Reichsanstalt (PTR) a Berlín, Charlottemburg, i dirigí tots els seus intens a derivar la "llei" de Wien basant-se en la segona llei de la termodinàmica.
L'octubre de 1900, altres col·legues del PTR, els experimentals Otto Richard Lummer, Ernst Pringsheim, Heinrich Rubens i Ferdinand Kurlbaum, havien trobat proves concretes que la llei de Wien, tot i que era vàlida per a altes freqüències, fallava completament a baixes freqüències.
Planck va rebre la notícia d'aquests resultats després d'una conferència de la German Physical Society el 19 d'octubre. Planck sabia que l'entropia de la radiació havia de dependre matemàticament de l'energia en la regió d'altes freqüències, si la llei de Wien es mantenia en aquella zona. Però s'adonà que si volia reproduir les experiències que s'havien realitzat, havia de considerar la dependència en la regió de baixes freqüències.
Com a resultat d'això, Planck va pensar a combinar les dues expressions de la manera més simple possible i transformar el resultat dins d'una fórmula que es referís a l'energia de la radiació en aquesta freqüència. La formulació de Planck va ser indiscutiblement correcta. Amb aquest treball, al qual va dirigir totes les seves energies, aconseguí l'èxit el 14 de desembre, però a un preu elevat. Per arribar a la seva meta, Planck va haver d'abandonar les seves creences: la segona llei de la termodinàmica no era una llei absoluta de la naturalesa com seva havia pensat.
En lloc d'això, va haver d'acceptar la interpretació de Ludwig Boltzmann, que establia que la segona llei era una llei estadística. A més, Planck va haver d'admetre que els oscil·ladors que comprenen el cos negre i reemeten l'energia radiant que incideix sobre ells no poden absorbir aquesta energia d'una manera contínua, sinó en quantitats discretes, en quàntums d'energia.
Només entenent la distribució estadística d'aquests quàntums, cada un amb una
quantitat d'energia proporcional a una freqüència determinada, 
, Planck va poder arribar a derivar la fórmula que ell mateix
havia trobat feia un quants mesos. Va presentar evidències de la importància de la seva
fórmula utilitzant-la per avaluar la constant h (el seu valor era de 6.55 10-27
erg·s, ajustada al valor modern), la constant de Boltzmann (la constant fonamental en
teoria cinètica i mecànica estadística ), el nombre d'Avogadro i la càrrega de
l'electró. Posteriorment, el físics reconeixerien cada vegada més clarament que, com
que la constant de Planck no era zero però tenia un valor petit però finit, el món
microfísic, el món de les dimensions atòmiques, en principi no podria estar descrit per
la mecànica clàssica ordinària. Es produïa, així, una profunda revolució en la
teoria física.
La concepció que Planck tenia de l'energia del quàntum posava en conflicte la física teòrica antiga. Planck imposà la seva nova teoria per la força de la lògica; era, segons paraules d'un historiador, un "repugnant revolucionari". Però no va ser fins uns anys després que es van reconèixer les conseqüències de l'obra de Planck i Einstein va tenir-hi un paper fonamental. El 1905, independentment del treball de Planck, Einstein va argumentar que en certes circumstàncies l'energia radiant, per ella mateixa, semblava que consistia en quàntums (quàntums de llum, més tard anomenats fotons), i el 1907 va ensenyar la generalitat de la hipòtesi del quàntum utilitzant-la per interpretar la dependència amb la temperatura dels calors específics dels sòlids.
L'any 1909, Einstein va introduir la dualitat ona-partícula a la física. L'octubre de 1911 Planck assistí a la primera conferència Solvay a Brussel·les. Les discussions que s'hi produïren van estimular Henri Poincare a proporcionar una prova matemàtica que la llei de radiació de Planck necessitava per introduir els quàntums 3/4 una prova que va convertir James Jason (més tard Sir James) i d'altres en defensors de la teoria quàntica. El 1913 Niels Bohr va contribuir a l'establiment d'aquesta teoria amb la seva teoria quàntica de l'àtom d'hidrogen. L'oposició a la teoria radical d'Einstein del quàntum de llum de 1905 va persistir fins al descobriment de l'efecte Compton el 1922.
L'any 1900, Planck tenia 42 anys, va ser el moment en què va fer el famós descobriment que el 1918 li faria guanyar el premi Nobel de Física. Tot i que els descobriments que va fer posteriorment no van tenir la mateixa importància, va continuar contribuint en diverses branques de l'òptica, la termodinàmica i la mecànica estadística, la química física i altres camps.
Va ser el primer físic eminent que defensà la teoria especial de la relativitat d'Einstein (1905). "La velocitat de la llum és a la teoria de la relativitat", remarcava Planck, "com l'elemental quàntum d'acció és a la teoria quàntica; és una essència absoluta". L'any 1914 Planck i el químic físic Walter Hermann Nerst reeixiren en la iniciativa de portar Einstein a Berlín.
Quan Planck es va retirar el 1928, el succeí un altre prominent físic teòric, Erwin Schrödinger, qui va formular els fonaments de la mecànica ondulatòria. Durant un temps, Berlín es va convertir en un centre brillant de la física teòrica 3/4 fins a l'obscuritat en què va estar sotmesa a partir de 1933 amb l'ascens al poder d'Adolf Hitler.
En els seus últims anys, Planck es va dedicar més i més a escriure sobre filosofia, estètica i qüestions religioses. Juntament amb Einstein i Schrödinger, va romandre fidel a la seva postura en contra de l'indeterminisme, de la visió estadística del món introduïda entre 1925 i 1926 per Bohr, Max Born, Werner Heisenberg i altres físics. Aquesta visió no estava en harmonia amb les profundes intuïcions i creences de Planck. L'univers físic, argumentava Planck, és un objecte que existeix independentment de l'home; l'observador i el que és observat no estan íntimament lligats, com Bohr i la seva escola pensaven.
Planck es va convertir en secretari permanent de les seccions de Física i Matemàtiques de l'Acadèmia de Ciències de Prússia el 1912 i va ocupar aquest càrrec fins al 1938. També va presidir la Kàiser Wilhelm Society (ara la Max Planck Society) des de 1937 fins a 1939. Aquestes feines varen portar Planck a una posició de gran prestigi, especialment entre els físics alemanys; rarament les seves decisions o consells eren qüestionats. La imparcialitat, la integritat i la sapiència de Planck eren inqüestionables.
A partir dels 50 anys, una sèrie de tragèdies varen entrar a la vida de Planck. El 1909 la seva primera dona, Marie Merck, va morir després de vint anys de matrimoni, i deixà Planck amb dos fills i dues filles. El fill més gran, Karl, morí en acció el 1916. L'any vinent, Margarete, una de les seves filles, morí en el part del seu fill, i el 1919 morí Emma, la seva altra filla, també de part. La Segona Guerra Mundial li va portar més tragèdies, les bombes destruïren casa seva el 1944 i el seu fill Erwin va estar implicat en un atemptat contra la vida de Hitler i morí el 1945 a mans de la temible Gestapo.
Al final de la Guerra Planck i la seva segona dona, amb la qual havia tingut un fill, es van traslladar a Göttingen. I allà morí, el 4 d'octubre de 1947, a l'edat de 89 anys. La mort, en paraules de James Franck, li va arribar "com una alliberació".
Alguns estudis sobre el treball de Planck:
Llibres tècnics sobre el treball de Planck i sobre la història de la física
quàntica:
Treballs no tècnics:
Destaquen, sobretot, els treballs següents:
Autor d'aquesta pàgina: Albert Vives Miret dins del curs Historia de la Física a càrrec de J.M.Parra, professor a la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona.
Pàgina mantinguda per la baldufa (X.Bohigas, X.Jaén i M.Novell)
Aquesta
obra està subjecta a una
Llicència
de Creative Commons
|
|