Leniwiec.edu.pl

1353-1947

     W grudniu 1900 r. niemiecki fizyk Max Planck zaskoczył świat nauki śmiała hipotezą, że energia promieniowania (to znaczy energia fal świetlnych) nie jest emitowana w sposób ciągły, lecz w postaci małych porcji czy ,,paczek", które nazwał kwantami. Hipoteza Plancka, sprzeczna z klasycznymi teoriami światła i elektromagnetyzmu, stanowiła punkt wyjścia dla teorii kwantowych, które później zrewolucjonizowały fizykę, i pozwoliła lepiej zrozumieć naturę materii oraz promieniowania.
     Planck urodził się w 1858 r. w Kilonii w Niemczech. Studiował na uniwersytetach w Berlinie i w Monachium; w wieku dwudziestu jeden lat otrzymał stopień doktorski z fizyki na monachijskim uniwersytecie. Przez pewien czas wykładał na uniwersytecie w Monachium, a następnie w Kilonii. W 1889 r. został profesorem uniwersytetu w Berlinie i pracował tam aż do 1928 r. to jest do przejścia na emeryturę w wieku siedemdziesięciu lat.
Planck, podobnie jak paru innych uczonych, interesował się promieniowaniem elektromagnetycznym emitowanym przez podgrzane ciało doskonale czarne. (Ciało doskonale czarne to ciało, które nie odbija, lecz całkowicie pochłania padające na nie światło). Już wcześniej, nim Planck rozpoczął badania nad tym zagadnieniem, fizycy eksperymentalni przeprowadzili dokładne pomiary promieniowania wysyłanego przez takie ciała.
Pierwszym osiągnięciem Plancka było odkrycie stosunkowo skomplikowanego wzoru algebraicznego, który dokładnie opisywał promieniowanie ciała doskonale czarnego. Wzór ten obecnie często stosowany w fizyce teoretycznej, elegancko opisywał wszystkie uzyskane dane eksperymentalne, ale sprawiał jeden kłopot - różnił się całkowicie od wzoru wynikającego z obowiązujących praw fizyki. Planck długo rozmyślał nad tym problemem i w końcu wystąpił z całkowicie nową teorią: energia promieniowania emitowana jest porcjami, stanowiącymi dokładną wielokrotność podstawowej jednostki, którą Planck nazwał kwantem promieniowania. Według teorii Plancka wielkość kwantu światła zależy od częstotliwości światła (tj. od jego barwy) oraz od stałej fizycznej, którą Planck oznaczył jako h.
     Stała h zwana jest obecnie stałą Plancka. Hipoteza Plancka była całkowicie sprzeczna z ówczesnymi poglądami na naturę promieniowania, jednakże pozwoliła Planckowi na wyprowadzenie dokładnego, poprawnego wzoru opisującego promieniowanie ciała doskonale czarnego. Hipoteza ta była tak rewolucyjna, że byłaby niewątpliwie odrzucona jako wariacki pomysł, gdyby Planck nie był dobrze znany jako solidny, konserwatywny fizyk. Choć jego hipoteza była bardzo dziwna, w tym konkretnym przypadku prowadziła do poprawnego wzoru.
Początkowo większość fizyków (z samym Planckiem włącznie) uważała tę hipotezę jedynie za wygodną fikcję matematyczna. Po paru lalach okazało się, jednak, że pojęcie kwantu można stosować w różnych zjawiskach fizycznych, nie tylko w odniesieniu do promieniowania ciała doskonale czarnego.
W 1905 r. Einstein wykorzystał tę koncepcję do wyjaśnienia efektu fotoelektrycznego, a w 1913 r. Niels Bohr zastosował ją w teorii budowy atomu. W 1918 r., w którym Planck otrzymał Nagrodę Nobla, było już oczywiste, że hipoteza jest słuszna i ma fundamentalne znaczenie w fizyce.
Planck był zdecydowanym antyfaszystą, co sprawiło, że po dojściu Hitlera do władzy znalazł się w trudnej sytuacji. W 1945 r. jego młodszy syn został stracony za udział w nieudanym zamachu na życie Hitlera, dokonanym przez grupę niemieckich oficerów. Planck zmarł w 1947 r., w wieku osiemdziesięciu dziewięciu lat.
     Rozwój mechaniki kwantowej jest prawdopodobnie największym osiągnięciem naukowym XX w., ważniejszym nawet od teorii względności Einsteina. Stała Plancka h pełni bardzo ważną rolę w fizyce i uznawana jest obecnie za jedną z dwóch lub trzech najbardziej podstawowych stałych fizycznych. Pojawia się w teorii budowy atomu, w zasadzie nieoznaczoności Heisenberga, w teorii promieniowania i w wielu wzorach fizycznych. Dokonana przez Plancka ocena jej wielkości liczbowej różni się w przybliżeniu o 2% od wielkości przyjmowanej obecnie.
     Plancka uważa się powszechnie za ojca mechaniki kwantowej. Dokonane przez niego odkrycie okazało się niezwykle ważne, czyniąc wyłom w obowiązujących do owego czasu błędnych pojęciach, dzięki czemu jego następcy mogli zbudować znacznie doskonalszą teorię, która obowiązuje po dziś dzień.