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Planck est issu d’une famille intellectuelle traditionnelle. Son arrière-grand-père paternel et son grand-père étaient tous deux professeurs de théologie à Göttingen; son père était professeur de droit à l’Université de Kiel et de Munich., Un de ses oncles était également juge.
La signature de Max Planck à l’âge de dix ans
Planck est né en 1858 à Kiel, Holstein, de Johann Julius Wilhelm Planck et de sa seconde épouse, Emma Patzig. Il a été baptisé avec le nom de Karl Ernst Ludwig Marx Planck; de ses prénoms, Marx (une variante maintenant obsolète de Markus ou peut-être simplement une erreur pour Max, qui est en fait l’abréviation de Maximilian) a été indiqué comme le « nom d’appellation ». Cependant, à l’âge de dix ans, il a signé avec le nom Max et l’a utilisé pour le reste de sa vie.,
Il était le 6e enfant de la famille, bien que deux de ses frères et sœurs soient issus du premier mariage de son père. La guerre était courante pendant les premières années de Planck et parmi ses premiers souvenirs était la marche des troupes prussiennes et autrichiennes à Kiel pendant la Seconde guerre du Schleswig en 1864. En 1867, la famille déménage à Munich, et Planck s’inscrit à l’école Maximilians gymnasium, où il est sous la tutelle de Hermann Müller, un mathématicien qui s’intéresse à la jeunesse, et lui enseigne l’astronomie et la mécanique ainsi que les mathématiques., C’est de Müller que Planck a appris pour la première fois le principe de conservation de l’énergie. Planck a obtenu son diplôme tôt, à l’âge de 17 ans. C’est ainsi que Planck est entré en contact pour la première fois avec le domaine de la physique.
Planck était doué pour la musique. Il prend des cours de chant, joue du piano, de l’orgue et du violoncelle, compose des chansons et des opéras. Cependant, au lieu de la musique, il a choisi d’étudier la physique.,
Planck jeune homme, 1878
Le professeur de physique de Munich Philipp von Jolly déconseilla à Planck de se lancer dans la physique en disant: « Dans ce domaine, presque tout est déjà découvert, et il ne reste plus qu’à combler quelques trous. »Planck a répondu qu’il ne souhaitait pas découvrir de nouvelles choses, mais seulement comprendre les fondamentaux connus du domaine, et a donc commencé ses études en 1874 à l’Université de Munich., Sous la supervision de Jolly, Planck a effectué les seules expériences de sa carrière scientifique, étudiant la diffusion de l’hydrogène à travers le platine chauffé, mais transféré à la physique théorique.
En 1877, il est allé à l’Université Friedrich Wilhelms de Berlin pour une année d’études avec les physiciens Hermann von Helmholtz et Gustav Kirchhoff et le mathématicien Karl Weierstrass. Il a écrit que Helmholtz n’était jamais tout à fait préparé, parlait lentement, mal calculé sans fin et ennuyait ses auditeurs, tandis que Kirchhoff parlait dans des conférences soigneusement préparées, sèches et monotones., Il est rapidement devenu un ami proche de Helmholtz. Pendant ce temps, il entreprit un programme d’auto-étude des écrits de Clausius, ce qui l’amena à choisir la thermodynamique comme domaine.
En octobre 1878, Planck réussit ses examens de qualification et en février 1879 soutient sa thèse, Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (Sur la deuxième loi de la thermodynamique). Il a brièvement enseigné les mathématiques et la physique à son ancienne école à Munich.
En 1880, Planck avait obtenu les deux diplômes universitaires les plus élevés offerts en Europe., Le premier était un doctorat après avoir terminé son article détaillant ses recherches et sa théorie de la thermodynamique. Il a ensuite présenté sa thèse intitulée Gleichgewichtszustände isotroper Körper dans verschiedenen Temperaturen (États d’équilibre des corps isotropes à différentes températures), qui lui a valu une habilitation.
Carrière Académiquemodifier
Avec l’achèvement de sa thèse d’habilitation, Planck est devenu un Privatdozent (grade universitaire allemand comparable à celui de conférencier / professeur assistant) non rémunéré à Munich, en attendant qu’on lui propose un poste académique., Bien qu’il ait été initialement ignoré par la communauté universitaire, il a poursuivi ses travaux sur le domaine de la théorie de la chaleur et a découvert l’un après l’autre le même formalisme thermodynamique que Gibbs sans s’en rendre compte. Les idées de Clausius sur l’entropie ont occupé un rôle central dans son travail.
En avril 1885, l’Université de Kiel nomme Planck professeur agrégé de physique théorique. D’autres travaux sur l’entropie et son traitement, en particulier en chimie physique, ont suivi. Il publie son Traité de thermodynamique en 1897., Il a proposé une base thermodynamique pour la théorie de Svante Arrhenius de la dissociation électrolytique.
En 1889, il est nommé successeur de Kirchhoff à la Friedrich-Wilhelms-Universität de Berlin – probablement grâce à l’intercession de Helmholtz – et devient professeur titulaire en 1892. En 1907, Planck se voit proposer le poste de Boltzmann à Vienne, mais le refuse pour rester à Berlin. En 1909, en tant que professeur à l’Université de Berlin, il est invité à devenir le professeur Ernest Kempton Adams en physique théorique à l’Université Columbia à New York., Une série de ses conférences ont été traduites et co-publiées par le professeur de l’Université Columbia A. P. Wills. Il prend sa retraite de Berlin le 10 janvier 1926 et est remplacé par Erwin Schrödinger.
Famillemodifier
En mars 1887, Planck épouse Marie Merck (1861-1909), sœur d’un camarade d’école, et emménage avec elle dans un appartement sous-loué à Kiel. Ils ont quatre enfants: Karl (1888-1916), les jumeaux Emma (1889-1919) et Grete (1889-1917), et Erwin (1893-1945).
Après l’appartement à Berlin, la famille Planck a vécu dans une villa à Berlin-Grunewald, Wangenheimstrasse 21., Plusieurs autres professeurs de l’Université de Berlin ont vécu à proximité, parmi eux le théologien Adolf von Harnack, qui est devenu un ami proche de Planck. Bientôt, la maison Planck est devenue un centre social et culturel. De nombreux scientifiques bien connus, tels qu’Albert Einstein, Otto Hahn et Lise Meitner étaient des visiteurs fréquents. La tradition de l’exécution conjointe de la musique avait déjà été établie dans la maison de Helmholtz.
Après plusieurs années heureuses, Marie Planck meurt en juillet 1909, peut-être de tuberculose., En mars 1911, Planck épouse sa seconde femme, Marga von Hoesslin (1882-1948); en décembre, naît son cinquième enfant, Hermann.
Pendant la Première Guerre mondiale, le deuxième fils de Planck, Erwin, fut fait prisonnier par les Français en 1914, tandis que son fils aîné Karl fut tué au combat à Verdun. Grete meurt en 1917 alors qu’elle donne naissance à son premier enfant. Sa sœur est décédée de la même manière deux ans plus tard, après avoir épousé le veuf de Grete. Les deux petites-filles ont survécu et ont été nommées d’après leurs mères. Planck endura ces pertes stoïquement.,
En janvier 1945, Erwin, dont il était particulièrement proche, est condamné à mort par le Volksgerichtshof nazi en raison de sa participation à la tentative manquée d’assassinat d’Hitler en juillet 1944. Erwin est exécuté le 23 janvier 1945.
Professeur à l’Université de BerlinmodiFier
En tant que professeur à la Friedrich-Wilhelms-Universität de Berlin, Planck a rejoint la Société de physique locale., Il a écrit plus tard à propos de cette époque: « À cette époque, j’étais essentiellement le seul physicien théoricien là-bas, d’où les choses n’étaient pas si faciles pour moi, parce que j’ai commencé à mentionner l’entropie, mais ce n’était pas tout à fait à la mode, car elle était considérée comme une peur mathématique ». Grâce à son initiative, les différentes Sociétés de Physique locales d’Allemagne fusionnèrent en 1898 pour former la Société Allemande de Physique (Deutsche Physikalische Gesellschaft, DPG); de 1905 à 1909, Planck en fut le président.,
Plaque à l’Université Humboldt de Berlin: « Max Planck, découvreur de l’élémentaire quantum d’action h, enseigné dans ce bâtiment de 1889 à 1928. »
Planck a commencé un cours de six semestres sur la physique théorique, » sec, un peu impersonnel « selon Lise Meitner, » sans notes, ne faisant jamais d’erreurs, ne faiblissant jamais; le meilleur conférencier que j’ai jamais entendu « selon un participant anglais, James R. Partington, qui poursuit: » Il y avait toujours beaucoup debout autour de la salle., Comme la salle de conférence était bien chauffée et plutôt proche, certains auditeurs tombaient de temps en temps au sol, mais cela ne perturbait pas la conférence., »Planck n’a pas établi une véritable « école »; le nombre de ses étudiants diplômés n’était que d’environ 20, parmi eux:
- 1897 Max Abraham (1875-1922)
- 1903 Max von Laue (1879-1960)
- 1904 Moritz Schlick (1882-1936)
- 1906 Walther Meissner (1882-1974)
- 1907 Fritz Reiche (1883-1960)
- 1912 Walter Schottky (1886-1976)
- 1914 Walther Bothe (1891-1957)
Rayonnement du corps Noirmodifier
En 1894, Planck tourne son attention au problème du rayonnement du corps noir., Le problème avait été énoncé par Kirchhoff en 1859: « Comment l’intensité du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir (un absorbeur parfait, également connu sous le nom de radiateur à cavité) dépend-elle de la fréquence du rayonnement (c’est-à-dire de la couleur de la lumière) et de la température du corps? ». La question avait été explorée expérimentalement, mais aucun traitement théorique ne concordait avec les valeurs expérimentales. Wilhelm Wien a proposé la loi de Wien, qui a correctement prédit le comportement aux hautes fréquences, mais a échoué aux basses fréquences., La loi Rayleigh-Jeans, une autre approche du problème, était d’accord avec les résultats expérimentaux aux basses fréquences, mais a créé ce qui a été connu plus tard comme la « catastrophe ultraviolette » aux hautes fréquences. Cependant, contrairement à de nombreux manuels, ce n’était pas une motivation pour Planck.
La première solution proposée par Planck au problème en 1899 découle de ce que Planck a appelé le « principe du désordre élémentaire », ce qui lui a permis de dériver la loi de Wien à partir d’un certain nombre d’hypothèses sur l’entropie d’un oscillateur idéal, créant ce qui a été appelé la loi de Wien–Planck., Bientôt, il a été constaté que les preuves expérimentales ne confirmaient pas du tout la nouvelle loi, à la frustration de Planck. Planck a révisé son approche, dérivant la première version de la célèbre loi de rayonnement du corps noir de Planck, qui décrivait bien le spectre du corps noir observé expérimentalement. Il a été proposé pour la première fois lors d’une réunion du DPG le 19 octobre 1900 et publié en 1901. Cette première dérivation n’incluait pas la quantification de l’énergie et n’utilisait pas la mécanique statistique, à laquelle il avait une aversion., En novembre 1900, Planck révisa cette première approche, s’appuyant sur l’interprétation statistique de Boltzmann de la deuxième loi de la thermodynamique comme un moyen d’acquérir une compréhension plus fondamentale des principes derrière sa loi de rayonnement. Comme Planck se méfiait profondément des implications philosophiques et physiques d’une telle interprétation de l’approche de Boltzmann, son recours à elles était, comme il l’a dit plus tard, « un acte de désespoir … J’étais prêt à sacrifier n’importe laquelle de mes convictions antérieures sur la physique ».,
L’hypothèse centrale derrière sa nouvelle dérivation, présentée au DPG le 14 décembre 1900, était la supposition, maintenant connue sous le nom de postulat de Planck, que l’énergie électromagnétique ne pouvait être émise que sous forme quantifiée, en d’autres termes, l’énergie ne pouvait être qu’un multiple d’une unité élémentaire:
E = h ν {\displaystyle E=h\nu } est la fréquence du rayonnement. Notez que les unités élémentaires d’énergie discutées ici sont représentées par hv et pas simplement par ν., Les physiciens appellent maintenant ces photons quanta, et un photon de fréquence ν aura sa propre énergie spécifique et unique. L’énergie totale à cette fréquence est alors égale à hv multipliée par le nombre de photons à cette fréquence.
Planck en 1918, année où il reçut le prix Nobel de physique pour ses travaux sur la théorie quantique
Au début, Planck considérait que la quantification n’était « qu’une hypothèse purement formelle … en fait, je ne pense pas beaucoup à ce sujet …, »; de nos jours, cette hypothèse, incompatible avec la physique classique, est considérée comme la naissance de la physique quantique et le plus grand accomplissement intellectuel de la carrière de Planck (Ludwig Boltzmann avait discuté dans un article théorique en 1877 de la possibilité que les états d’énergie d’un système physique puissent être discrets). La découverte de la constante de Planck lui a permis de définir un nouvel ensemble universel d’unités physiques (telles que la longueur de Planck et la masse de Planck), toutes basées sur des constantes physiques fondamentales sur lesquelles repose une grande partie de la théorie quantique., En reconnaissance de la contribution fondamentale de Planck à une nouvelle branche de la physique, il a reçu le prix Nobel de physique pour 1918 (il a effectivement reçu le prix en 1919).
Par la suite, Planck a essayé de saisir la signification des quanta d’énergie, mais en vain. « Mes tentatives infructueuses de réintégrer en quelque sorte le quantum d’action dans la théorie classique se sont étendues sur plusieurs années et m’ont causé beaucoup de problèmes., »Même plusieurs années plus tard, d’autres physiciens comme Rayleigh, Jeans et Lorentz ont mis la constante de Planck à zéro afin de s’aligner sur la physique classique, mais Planck savait bien que cette constante avait une valeur précise non nulle. « Je suis incapable de comprendre l’entêtement de Jeans – il est un exemple de théoricien comme il ne devrait jamais exister, le même que Hegel était pour la philosophie. Tant pis pour les faits s’ils ne correspondent pas. »
Max Born a écrit à propos de Planck: « Il était, par nature, un esprit conservateur; il n’avait rien du révolutionnaire et était complètement sceptique sur les spéculations., Pourtant, sa croyance en la force irrésistible du raisonnement logique à partir des faits était si forte qu’il n’a pas hésité à annoncer l’idée la plus révolutionnaire qui ait jamais ébranlé la physique. »
Einstein et la théorie de la relativitémodifier
En 1905, les trois articles d’époque d’Albert Einstein ont été publiés dans la revue Annalen der Physik. Planck était parmi les rares à avoir immédiatement reconnu l’importance de la théorie spéciale de la relativité. Grâce à son influence, cette théorie a rapidement été largement acceptée en Allemagne., Planck a également contribué considérablement à étendre la théorie spéciale de la relativité. Par exemple, il a remanié la théorie en termes d’action classique.
L’hypothèse d’Einstein des quanta de lumière (photons), basée sur la découverte de Heinrich Hertz en 1887 (et une enquête plus approfondie par Philipp Lenard) de l’effet photoélectrique, a été initialement rejetée par Planck. Il n’était pas disposé à rejeter complètement la théorie de Maxwell de l’électrodynamique., « La théorie de la lumière serait rejetée non pas par des décennies, mais par des siècles, à l’époque où Christiaan Huygens osait lutter contre la puissante théorie des émissions d’Isaac Newton … »
En 1910, Einstein a souligné le comportement anormal de la chaleur spécifique à basse température comme un autre exemple d’un phénomène qui défie l’explication par la physique classique. Planck et Nernst, cherchant à clarifier le nombre croissant de contradictions, organisèrent la Première Conférence Solvay (Bruxelles 1911). Lors de cette réunion, Einstein a pu convaincre Planck.,
Pendant ce temps, Planck avait été nommé doyen de l’Université de Berlin, ce qui lui avait permis d’appeler Einstein à Berlin et de lui créer un nouveau poste de professeur (1914). Bientôt, les deux scientifiques sont devenus des amis proches et se sont rencontrés fréquemment pour jouer de la musique ensemble.,
Première Guerre mondiale
Au début de la Première Guerre mondiale, Planck a approuvé l’enthousiasme général du public, écrivant que « Outre beaucoup de choses horribles, il y a aussi beaucoup de choses qui sont étonnamment grandes et belles: la solution en douceur des problèmes politiques intérieurs les plus difficiles par l’unification de tous les partis (et) … l’exaltation de tout ce qui est bon et noble. »
Néanmoins, Planck s’est abstenu des extrêmes du nationalisme., En 1915, alors que l’Italie était sur le point de rejoindre les puissances alliées, il a voté avec succès pour un article scientifique italien, qui a reçu un prix de l’Académie prussienne des Sciences, où Planck était l’un des quatre présidents permanents.
Planck a également signé le fameux « Manifeste des 93 intellectuels », un pamphlet de propagande de guerre polémique (alors qu’Einstein a conservé une attitude strictement pacifiste qui a failli conduire à son emprisonnement, seulement épargné grâce à sa citoyenneté suisse).,
Après-guerre et République de Weimarmodifier
Dans les années turbulentes d’après-guerre, Planck, désormais la plus haute autorité de la physique allemande, a lancé le slogan « persévérez et continuez à travailler » à ses collègues.
En octobre 1920, il crée avec Fritz Haber la Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft (Organisation d’urgence de la Science allemande), visant à fournir un soutien financier à la recherche scientifique. Une partie considérable de l’argent que l’organisation distribuerait a été collectée à l’étranger.,
Planck a également occupé des postes de direction à l’Université de Berlin, à l’Académie Prussienne des Sciences, à la Société Allemande de Physique et à la Société Kaiser Wilhelm (qui est devenue la Société Max Planck en 1948). Pendant ce temps, les conditions économiques en Allemagne étaient telles qu’il était à peine capable de mener des recherches. En 1926, Planck devient membre étranger de l’Académie Royale Néerlandaise des Arts et des Sciences.,
Pendant l’entre-deux-guerres, Planck est devenu membre du Deutsche Volks-Partei (Parti populaire allemand), le parti du prix Nobel de la Paix Gustav Stresemann, qui aspirait à des objectifs libéraux pour la politique intérieure et plutôt révisionnistes pour la politique dans le monde.
Planck était en désaccord avec l’introduction du suffrage universel et a ensuite exprimé l’opinion que la dictature nazie résultait de « l’ascension de la domination des foules ».
Quantum mechanicsEdit
De gauche à droite: W. Nernst, A. Einstein, M., Planck, R. A. Millikan et von Laue lors d’un dîner donné par von Laue à Berlin le 11 novembre 1931
À la fin des années 1920, Bohr, Heisenberg et Pauli avaient élaboré l’interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, mais elle a été rejetée par Planck, ainsi que par Schrödinger, Laue et Einstein. Planck s’attendait à ce que la mécanique ondulatoire rende bientôt inutile la théorie quantique—son propre enfant. Cela ne devait toutefois pas être le cas. D’autres travaux n’ont fait que cimenter la théorie quantique, même contre ses révulsions philosophiques et celles d’Einstein., Planck a expérimenté la vérité de sa propre observation antérieure de sa lutte avec les vues plus anciennes dans ses jeunes années: « Une nouvelle vérité scientifique ne triomphe pas en convaincant ses adversaires et en leur faisant voir la lumière, mais plutôt parce que ses adversaires finissent par mourir et qu’une nouvelle génération grandit qui la connaît. »
Dictature nazie et Seconde Guerre mondiale
Quand les Nazis arrivèrent au pouvoir en 1933, Planck avait 74 ans. Il a vu de nombreux amis et collègues juifs expulsés de leurs positions et humiliés, et des centaines de scientifiques émigrer de l’Allemagne nazie., Encore une fois, il a essayé de « persévérer et de continuer à travailler » et a demandé aux scientifiques qui envisageaient l’émigration de rester en Allemagne. Néanmoins, il a aidé son neveu, l’économiste Hermann Kranold, à émigrer à Londres après son arrestation. Il espère que la crise s’atténuera bientôt et que la situation politique s’améliorera.,
Otto Hahn a demandé à Planck de rassembler des professeurs allemands bien connus afin de publier une proclamation publique contre le traitement des professeurs juifs, mais Planck a répondu: « Si vous êtes en mesure de rassembler aujourd’hui 30 de ces messieurs, alors demain 150 autres viendront parler contre, parce qu’ils sont désireux de prendre les positions des autres. »Sous la direction de Planck, la Société Kaiser Wilhelm (KWG) a évité un conflit ouvert avec le régime nazi, sauf concernant le Juif Fritz Haber., Planck a essayé de discuter de la question avec le chancelier d’Allemagne récemment nommé Adolf Hitler, mais a échoué, quant à Hitler « les Juifs sont tous communistes, et ce sont mes ennemis. »L’année suivante, 1934, Haber mourut en exil.
Un an plus tard, Planck, président du KWG depuis 1930, organisa dans un style quelque peu provocateur une réunion commémorative officielle pour Haber. Il réussit également à permettre secrètement à un certain nombre de scientifiques juifs de continuer à travailler dans les instituts du KWG pendant plusieurs années., En 1936, son mandat de président du KWG prit fin et le gouvernement nazi le pressa de s’abstenir de briguer un nouveau mandat.
Alors que le climat politique en Allemagne devenait progressivement plus hostile, Johannes Stark, éminent représentant de la Deutsche Physik (« Physique allemande », également appelée « Physique aryenne ») attaqua Planck, Sommerfeld et Heisenberg pour avoir continué à enseigner les théories d’Einstein, les qualifiant de « Juifs blancs ». Le » Hauptamt Wissenschaft « (bureau du gouvernement nazi pour la science) a commencé une enquête sur l’ascendance de Planck, affirmant qu’il était » 1/16 juif », mais Planck lui-même a nié.,
Max Planck tombe à Göttingen
En 1938 Planck a célébré son 80e anniversaire. Le DPG a organisé une célébration, au cours de laquelle la médaille Max-Planck (fondée comme la plus haute médaille par le DPG en 1928) a été décernée au physicien français Louis de Broglie. À la fin de 1938, l’Académie prussienne a perdu son indépendance restante et a été reprise par les nazis (Gleichschaltung). Planck protesta en démissionnant de sa présidence., Il a continué à voyager fréquemment, donnant de nombreuses conférences publiques, telles que sa conférence sur la religion et la science, et cinq ans plus tard, il était suffisamment apte à gravir des sommets de 3 000 mètres dans les Alpes.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, le nombre croissant de missions de bombardement alliées contre Berlin oblige Planck et sa femme à quitter temporairement la ville et à vivre à la campagne. En 1942, il écrit: « En moi s’est développé un ardent désir de persévérer dans cette crise et de vivre assez longtemps pour pouvoir assister au tournant, au début d’une nouvelle ascension., »En février 1944, sa maison à Berlin a été complètement détruite par un raid aérien, annihilant tous ses documents scientifiques et sa correspondance. Sa retraite rurale était menacée par l’avance rapide des armées alliées des deux côtés.
En 1944, le fils de Planck, Erwin, est arrêté par la Gestapo à la suite de la tentative d’assassinat d’Hitler dans le complot du 20 juillet. Il est jugé et condamné à mort par le Tribunal populaire en octobre 1944. Erwin est pendu à la prison de Plötzensee à Berlin en janvier 1945. La mort de son fils a détruit une grande partie de la volonté de Planck de vivre., Après la fin de la guerre, Planck, sa seconde épouse et son fils sont amenés chez un parent à Göttingen, où Planck meurt le 4 octobre 1947. Sa tombe est située dans l’ancien Stadtfriedhof (cimetière de la ville) à Göttingen.