Max Planck
Μια ζωή γεμάτη τραγωδίες

Άρθρο, 24 Απριλίου 2002

Ο Max Karl Ernst Ludwig Planck, μέλος μιας μεγάλης οικογένειας νομικών και ιερωμένων, φύση και θέση συντηρητικός, αναγκάστηκε στη ζωή του να αντιμετωπίσει έντονα προσωπικά προβλήματα αλλά και μεγάλα επιστημονικά διλήμματα. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι ήταν άθελα του μια τραγική φιγούρα, ένας Οιδίποδας του καιρού του, σε μια περίοδο μεγάλων μεταβολών τόσο στον επιστημονικό   τομέα όσο και στην πολιτική ζωή της πατρίδας του.

Το έργο του ανέτρεψε τις αντιλήψεις της κλασσικής θεωρίας όπως και το έργο του Αϊνστάιν για τη φύση του χώρου και του χρόνου.

Γεννήθηκε στο Κίελο, της Γερμανίας, στις 23 Απριλίου του 1858. Ήταν το έκτο παιδί του Julius Wilhelm και της Emma Planck. Ο πατέρας του ένας συντηρητικός Γερμανός, ήταν καθηγητής του συνταγματικού δικαίου στα Πανεπιστήμια του Κιέλου και Gottingen

Με μια τέτοια συντηρητική ιδεολογία και χριστιανική διαπεδαγώγηση βρέθηκε στις απαρχές του 20ου αιώνα στη δίνη τεράστιων αλλαγών οδηγώντας, χωρίς να το υποψιάζεται, την κλασική φυσική σε νέα μονοπάτια. Δεν είναι άστοχος ο προσδιορισμός που του έδωσαν,  "ο απρόθυμος επαναστάτης", θέλοντας να τονίσουν την έντονη αντίδραση του στην πιθανοκρατική ερμηνεία της κβαντικής φυσικής, την οποία όμως ξεκίνησε με την θεωρία των κβάντων.

Από πολιτικής σκοπιάς, χωρίς να είναι ναζιστής, θεώρησε καθήκον του να παραμείνει στη χώρα του κατά τη διάρκεια της περιόδου της ναζιστικής κυβέρνησης, αλλά αντιτάχθηκε ανοιχτά σε μερικές από τις ναζιστικές πρακτικές, ιδιαίτερα όσον αφορά την γενοκτονία των Εβραίων. Έτσι έφθασε να συναντήσει και τον ίδιο τον Χίτλερ, ελπίζοντας να μετριάσει τις θηριωδίες του ναζισμού, εισπράττοντας όμως την αδιαφορία και την περιφρόνηση.

Υπόδειγμα αφοσιωμένου πατριώτη, ηθικής, συνέπειας, προσήλωσης στο Ακαδημαϊκό έργο και τιμιότητας, που στιγματίστηκε όμως από προσωπικές τραγωδίες και απώλειες. Η πρώτη του γυναίκα, η παιδική του φίλη από το Κίελο Marie Merck, πέθανε νωρίς ενώ από τα τέσσερα παιδιά που είχε κάνει μαζί της, τα τρία πέθαναν στον Α! Παγκόσμιο πόλεμο ενώ το τέταρτο παιδί του τον εκτέλεσαν το 1945 οι Ναζί με την κατηγορία του συνωμότη εναντίον του Φύρερ. Εν συνεχεία το σπίτι του βομβαρδίστηκε από τους συμμάχους και στο τέλος του πολέμου βρέθηκε ανάμεσα στους Γερμανούς που υποχωρούσαν και στους Αμερικανούς που προέλαυναν

Κάποιος Γερμανός φυσικός που τον αναγνώρισε έπεισε τους Αμερικανούς να τον μεταφέρουν στο ασφαλές Gottingen

Αργότερα παντρεύτηκε για δεύτερη φορά την εξαδέλφη του Marga von Hosslin.

Ήταν σεβαστός στους συναδέλφους του όχι μόνο για την σπουδαιότητα της ανακάλυψης του αλλά για την μεγάλη του ποιότητα σαν άνθρωπος. Ήταν ένας άριστος πιανίστας και μάλιστα είχε πει ότι σκόπευε να κάνει καριέρα πιανίστα.

Ο Heilbron περιγράφει τον αντίκτυπο των πολέμων στην ζωή του Planck και της οικογένειάς του:

Θα θυμόταν, ακόμη και στα γηρατειά του, τη θέα των Πρωσικών και Αυστριακών στρατευμάτων να βαδίζουν στην πόλη του όταν ήταν έξι ετών. Καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του, ο πόλεμος του προκαλούσε βαθιά προσωπική θλίψη.

Στα τελευταία του χρόνια οι Γερμανοί αλλά και οι Ευρωπαίοι τον αντάμειψαν με πλήθος βραβείων και τιμητικών διακρίσεων.

Πέθανε λίγο πριν κλείσει τα ενενήντα, στις 4 Οκτωβρίου του 1947, στο Gottingen

Οι σπουδές του

Το 1867 η οικογένεια του Planck μετακινήθηκε από το Κίελο στο Μόναχο, όπου εκεί πήγε στο Γυμνάσιο. Ήταν ένας καλός μαθητής, όχι όμως ένα εξαιρετικό ταλέντο, συνήθως ερχόταν μεταξύ της τρίτης και όγδοης θέσης στην τάξη του.

Το 1874, σε ηλικία 16 ετών, μπήκε στο πανεπιστήμιο του Μόναχου. Προτού όμως να αρχίσει τις μελέτες του συζήτησε τις προοπτικές της έρευνας στη φυσική με τον Philipp von Jolly, που ήταν καθηγητής της φυσικής εκεί, που του είπε ότι η φυσική ήταν ουσιαστικά μια πλήρης επιστήμη με λίγες προοπτικές για το μέλλον. Ευτυχώς ο Planck δεν τον άκουσε και αποφάσισε να μελετήσει φυσική παρά το ψυχρό μέλλον για την έρευνα όπως του την παρουσίασε ο καθηγητής του.

Να πως ο Planck περιγράφει γιατί επέλεξε τη φυσική:

Ο εξωτερικός κόσμος είναι κάτι ανεξάρτητο από το άτομο, κάτι απόλυτο, και η αναζήτηση για τους νόμους που ισχύουν για αυτό το απόλυτο εμφανίστηκε σε μένα ως η πιό θαυμάσια επιστημονική αναζήτηση στη ζωή.

Ο Planck όμως φοίτησε και στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, όπου οι δάσκαλοί του εκεί ήταν ο Kirchhoff και ο Helmholtz.  Αργότερα έγραψε ότι θαύμαζε τον Kirchhoff   αλλά τον βρήκε ξερό και μονότονο ως δάσκαλο. Στην πρώτη του εργασία διακρίθηκε για ένα θέμα πάνω στην Θερμοδυναμική του Rudolf Clausius.

Ο Planck επέστρεψε στο Μόναχο και έλαβε το διδακτορικό του σε ηλικία μόνο 21 ετών με μια διατριβή πάνω στο δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Πίστευε ότι ο νόμος αυτός είχε απόλυτη, καθολική ισχύ στην Φύση.

Διορίστηκε έπειτα σε μια θέση διδασκαλίας στο πανεπιστήμιο του Μόναχου το 1880 και δίδαξε εκεί μέχρι 1885.

Κατόπιν ήταν καθηγητής της θεωρητικής φυσικής στο Κίελο μέχρι το 1889, και στο ίδιο έτος διαδέχθηκε τον Kirchhoff, όταν αυτός πέθανε, στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου. Κρατήσει την θέση του καθηγητή της θεωρητικής φυσικής στο Βερολίνο για 38 έτη έως ότου αποσύρθηκε σε 1926.

Κατόπιν έγινε πρόεδρος του Kaiser Wilhelm Society, τη βασική γερμανική ερευνητική οργάνωση, για την προώθηση της επιστήμης, μια θέση που κράτησε έως το 1937, γιατί παραιτήθηκε σε ένδειξη διαμαρτυρίας προς τον Χίτλερ.

Αργότερα το ίδρυμα αυτό ονομάστηκε προς τιμήν του Ίδρυμα Max Planck.

Η Πρωσική Ακαδημία των Επιστημών τον διόρισε μέλος της το 1894 και μόνιμο γραμματέα της το 1912.

Έλαβε το βραβείο Nobel για τη Φυσική το 1918, για την ανακάλυψη του κβάντου της δράσης.

Οι εργασίες του

Η πρώτη εργασία του Planck ήταν σχετικά με το θέμα της θερμοδυναμικής, ένα ενδιαφέρον που απόκτησε από τις μελέτες του κάτω από την επίβλεψη του Kirchhoff, τον οποίο θαύμαζε πολύ, και διαβάζοντας τις δημοσιεύσεις του Clausius. Δημοσίευσε εργασίες για την εντροπία, για το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο και για τη θεωρία των αραιών υγρών.

Συγχρόνως μελέτησε τα προβλήματα των διαδικασιών της εκπομπής και απορρόφησης της ακτινοβολίας και έδειξε ότι αυτές έπρεπε να θεωρηθούν ότι ήταν ηλεκτρομαγνητικής φύσεως. Από αυτές τις μελέτες οδηγήθηκε στο πρόβλημα της κατανομής της ενέργειας σε όλο το φάσμα της ακτινοβολίας.

Οι πειραματικές παρατηρήσεις του πάνω στη κατανομή της ενέργειας ανά μήκος κύματος που εκπέμφθηκε από ένα μέλαν σώμα ως συνάρτηση της θερμοκρασίας ήταν σε αντίθεση με τις προβλέψεις της κλασσικής φυσικής. Ο Planck ήταν σε θέση να συναγάγει τη σχέση μεταξύ της ενέργειας και της συχνότητας της ακτινοβολίας.

Σε ένα έγγραφο του που δημοσιεύθηκε το 1900, ανήγγειλε την εξαγωγή αυτής της σχέσης με το συνδυασμό των τύπων του Wien και του Rayleigh:

αυτό το εύρημα βασίστηκε στην επαναστατική ιδέα ότι η ενέργεια που εκπέμφθηκε από ένα αντηχείο θα μπορούσε να πάρει μόνο καθορισμένες τιμές ή όπως λέγονται κβάντα. Η ενέργεια για ένα αντηχείο συχνότητας ν είναι hv όπου το h είναι μια παγκόσμια σταθερά, που καλείται σταθερά του Planck.  .

Αυτός ο τύπος σήμερα είναι γνωστός ως τύπος ακτινοβολίας του Planck. Σε μια επιστολή του ένα έτος αργότερα ο Planck περιέγραψε την πρόταση αυτού του τύπου λέγοντας:

... ολόκληρη η διαδικασία αυτή ήταν μια πράξη της απελπισίας, επειδή έπρεπε να βρεθεί μια θεωρητική ερμηνεία κάτω από οποιοδήποτε τίμημα, ανεξάρτητα από το πόσο υψηλό έπρεπε να είναι.

Μέσα σε δύο μήνες Planck έκανε μια πλήρη θεωρητική αφαίρεση του τύπου του, που αρνείται την κλασσική φυσική και που εισάγει τα κβάντα της ενέργειας. Αρχικά η θεωρία του συνάντησε μεγάλη αντίσταση αλλά λόγω της επιτυχούς εργασίας του Niels Bohr το 1913, για τις θέσεις των φασματικών γραμμών του υδρογόνου, με βάση τη θεωρία του, έγινε γενικά αποδεκτή.

Ο Planck ο ίδιος εξηγεί πώς παρά την εφεύρεση της κβαντικής θεωρίας δεν το κατάλαβε ο ίδιος πρώτα:

Προσπάθησα αμέσως να ενώσω στενά το στοιχειώδες κβάντο της ενέργειας κάπως στα πλαίσια της κλασσικής θεωρίας. Αλλά παρ' όλες αυτές τις προσπάθειες αυτή η σταθερά εμφανίστηκε να είναι άκαμπτη... Οι ανώφελες προσπάθειές μου να βάλω το στοιχειώδες κβάντο της ενέργειας στην κλασσική θεωρία συνεχίστηκε για αρκετά έτη και μου κόστισαν πολλή προσπάθεια.

Αυτή δεν ήταν μόνο η σημαντικότερη εργασία του Planck αλλά και χαρακτήρισε μια κρίσιμη καμπή στην ιστορία της φυσικής. Η σημασία της ανακάλυψης, με την εκτεταμένη επίδρασή της πάνω στην κλασσική φυσική, δεν εκτιμήθηκε σωστά στην αρχή. Εντούτοις οι αποδείξεις για την αξία της βαθμιαία έγιναν συντριπτικές όπως καθώς και η εφαρμογή της έφερε πολλές αποκλίσεις μεταξύ των παρατηρηθέντων φαινομένων και της κλασσικής θεωρίας. Μεταξύ αυτών των εφαρμογών και των εξελίξεων μπορεί να είναι αναφερθεί και η ερμηνεία του Einstein για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Η εργασία του Planck για την κβαντική θεωρία, δημοσιεύθηκε στο Annalen der Physik, ενώ η εργασία του συνοψίζεται σε δύο βιβλία Thermodynamics, το 1897 και Theory of heat radiation το 1906.

Αλλά εν συνεχεία ο Planck δεν συμμετείχε ενεργά στην περαιτέρω ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας, μια εργασία που την άφησε στον Paul Dirac αλλά και σε πολλούς άλλους.

Αναφορές:

Emilio Segre, Από τις Ακτίνες-Χ στα Κουάρκ, εκδ. Δίαυλος
Παγκόσμιο Βιογραφικό Λεξικό, Αϊνστάιν
Εκπαιδευτική Εγκυκλοπαίδεια
Βραβεία Νόμπελ Φυσικής, εκδ. Κάτοπτρο
Επιστημονική σκέψη 1900-1960, εκδ. Μορφωτικό Ίδρυμα Εθνικής Τράπεζας
Εγκυκλοπαίδεια Λαρούς, Μπριττάνικα
Ιστοσελίδα Βραβείων Νόμπελ
Ιστοσελίδα βιογραφιών