Planck Max Karl Ernst

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Planck

[plaŋk]

Max Karl Ernst , ur. 23 IV 1858, Kilonia, zm. 4 X 1947, Getynga,

fizyk niemiecki.

Urodził się 23 IV 1858 w Kilonii. Rodzina Maxa Plancka 1867 przeniosła się z Kilonii do Monachium i właśnie tam Max uczęszczał do gimnazjum, a 1874 rozpoczął studia na monachijskim uniwersytecie. Studiował matematykę i fizykę. W 1877 i 1878 przebywał w Berlinie, studiując na uniwersytecie pod kierunkiem znakomitych fizyków niemieckich Gustava Kirchhoffa i Hermanna Helmholtza. Doktorat uzyskał 1879 na uniwersytecie w Monachium za rozprawę z termodynamiki (dotyczącą prawa wzrostu entropii). Także termodynamiki dotyczyła jego rozprawa habilitacyjna (1880). W latach 1885–88 Planck był profesorem uniwersytetu w Kilonii, od 1888 — uniwersytetu w Berlinie (następca Kirchhoffa), tam też kierował nowo powstałym Instytutem Fizyki Teoretycznej. W 1894 został członkiem Akademii Nauk w Berlinie. W latach 1930–37 był prezesem Kaiser Wilhelm-Gesselschaft zur Förderung der Wissenschaften (od 1948 Towarzystwo Popierania Rozwoju Nauki im. Maxa Plancka). Jego rezygnacja 1937 była protestem przeciwko dyskryminowaniu uczonych pochodzenia żydowskiego przez nazistów. Planck miał antyfaszystowskie poglądy.

Był dwukrotnie żonaty. Z pierwszego małżeństwa urodziło mu się czworo dzieci — dwóch synów i dwie córki, z drugiego — syn. Planck przeżył wiele tragedii osobistych, stracił czworo dzieci — obie córki i dwóch synów. Jeden z synów zginął podczas I wojny światowej w walkach francusko-niemieckich pod Verdun, drugi syn, Erwin, po nieudanym zamachu na Adolfa Hitlera 1944 został aresztowany, skazany na karę śmierci i stracony. Dom Pancka podczas II wojny światowej został całkowicie zniszczony podczas bombardowania 1944.

Planck jest autorem prac głównie z zakresu termodynamiki i zastosowania jej do niektórych problemów z dziedziny chemii fizycznej (m.in. podał termodynamiczną teorię roztworów) oraz termicznego promieniowania ciał nagrzanych do wysokich temperatur. W 1900 sformułował prawo rozkładu energii w widmie promieniowania ciała doskonale czarnego — Plancka prawo promieniowania. Wyprowadził je, zakładając, że oscylator drgający z częstością ν może emitować energię tylko porcjami hν; te porcje energii nazwał kwantami. Wprowadzenie kwantów zapoczątkowało rozwój mechaniki kwantowej. Planck. wprowadził do fizyki stałą uniwersalną, zwaną stałą Plancka

Zajmował się także teorią dyspersji, optyką metali, teorią względności; w ostatnich latach życia skupił się na filozofii przyrody (był zwolennikiem teorii przyczynowości).

W 1918 za wprowadzenie pojęcia kwantu energii Planck otrzymał Nagrodę Nobla. Zmarł 4 X 1947 w Getyndze. W Polsce wydano wybór artykułów przeglądowych Plancka: Jedność fizycznego obrazu świata (1970).

Prawo promieniowania

W XII 1900 na posiedzeniu Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego Planck przedstawił wzór na natężenie promieniowania ciała doskonale czarnego. Wzór określa zależność gęstości energii promieniowania (ilość energii przypadającej na jednostkę częstości promieniowania i jednostkę objętości) ciała doskonale czarnego znajdującego się w danej temperaturze od częstości promieniowania. Wzór Plancka opisuje widmo promieniowania ciała doskonale czarnego z wielką dokładnością, w przeciwieństwie do wyprowadzonych na gruncie klasycznej mechaniki statystycznej wzorów Rayleigha–Jeansa i Wiena, które zgadzają się z danymi doświadczalnymi tylko w różnych częściach widma.

Wyprowadzenie wzoru zawarł Planck w wygłoszonym na posiedzeniu Towarzystwa referacie zatytułowanym Zur Theorie der Gesetzes der Energieverteilung im Normal-Spektrum. Wyprowadzenie to było oparte na założeniu, że promieniowanie może być emitowane i absorbowane jedynie w postaci dyskretnych porcji energii (kwantów) o wartości E = nhν, gdzie n jest liczbą naturalną. Ponieważ Planck uważał, że nieciągły charakter promieniowania cieplnego jest wynikiem oddziaływania promieniowania z materią, a nie cechą samego promieniowania, nie poparł wysuniętej 1905 przez A. Einsteina hipotezy o kwantowym charakterze światła.

Nie umniejsza to znaczenia podanego przez Pancka prawo promieniowania — stało się ono podstawą teorii kwantów, która pozwoliła na wyjaśnienie wielu zjawisk, jak np. zjawisko fotoelektryczne, oraz na stworzenie nowych teorii, np. teorii N. Bohra budowy atomu wodoru. Jest ono fundamentalnym prawem współczesnych teorii kwantowych.

Stała Plancka

W związku z dyskusją dotyczącą wyjaśnienia widma promieniowania ciała doskonale czarnego, w 1900 Max Planck wprowadził stałą znaną jako stała Plancka, zwaną też kwantem działania, oznaczaną h. Jest to jedna z uniwersalnych stałych fizycznych, równa 6,62606876(52) · 10−34 J · s (często używa się też stałej ħ = h/2π = 1,054571596(82) · 10−34 J · s).

Stała Plancka jest wielkością charakterystyczną dla mechaniki kwantowej; ogranicza zakres stosowania mechaniki klasycznej i elektrodynamiki klasycznej, które są słuszne tylko, gdy natężenie pola elektrycznego E, długość fali λ i częstotliwość ω spełniają nierówności: E ≪ m²c³/(h e), λ ≫ h/(mc), ω ≪ mc²/h, gdzie e — ładunek elektronu, m — masa elektronu, c — prędkość światła w próżni. Jeśli te nierówności nie są spełnione, konieczne jest stosowanie elektrodynamiki kwantowej, zgodnie z którą energia pola elektromagnetycznego może zmieniać się wyłącznie o wielokrotność kwantu energii ΔE = ℏ ω.

Stała Plancka określa związek między falowymi i korpuskularnymi właściwościami cząstek: pędowi p każdej cząstki odpowiada długość fali λ (λ = h/p), natomiast energii ε — częstość ν (ε = νh).