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Planck proveniva da una famiglia tradizionale e intellettuale. Il suo bisnonno e nonno paterni erano entrambi professori di teologia a Gottinga; suo padre era un professore di diritto presso l’Università di Kiel e Monaco di Baviera., Uno dei suoi zii era anche un giudice.
La firma di Max Planck all’età di dieci anni
Planck nacque nel 1858 a Kiel, nell’Holstein, da Johann Julius Wilhelm Planck e dalla sua seconda moglie, Emma Patzig. Fu battezzato con il nome di Karl Ernst Ludwig Marx Planck; dei suoi nomi dati, Marx (una variante ormai obsoleta di Markus o forse semplicemente un errore per Max, che in realtà è l’abbreviazione di Maximilian) fu indicato come “nome di denominazione”. Tuttavia, all’età di dieci anni firmò con il nome Max e lo usò per il resto della sua vita.,
Era il 6 ° figlio della famiglia, anche se due dei suoi fratelli provenivano dal primo matrimonio di suo padre. La guerra era comune durante i primi anni di Planck e tra i suoi primi ricordi c’era la marcia delle truppe prussiane e austriache a Kiel durante la seconda guerra dello Schleswig nel 1864. Nel 1867 la famiglia si trasferì a Monaco di Baviera, e Planck iscritto al Maximilians gymnasium school, dove è venuto sotto la tutela di Hermann Müller, un matematico che ha preso un interesse per la gioventù, e gli ha insegnato astronomia e meccanica, così come la matematica., Fu da Müller che Planck apprese per la prima volta il principio di conservazione dell’energia. Planck si è laureato presto, all’età di 17 anni. È così che Planck entrò per la prima volta in contatto con il campo della fisica.
Planck era dotato quando si trattava di musica. Ha preso lezioni di canto e suonato pianoforte, organo e violoncello, e composto canzoni e opere. Tuttavia, invece della musica ha scelto di studiare fisica.,
Planck da giovane, 1878
Il professore di fisica di Monaco Philipp von Jolly sconsigliò a Planck di entrare in fisica, dicendo: “In questo campo, quasi tutto è già stato scoperto, e non resta che riempire qualche buco.”Planck rispose che non voleva scoprire cose nuove, ma solo capire i fondamenti noti del campo, e così iniziò i suoi studi nel 1874 all’Università di Monaco., Sotto la supervisione di Jolly, Planck eseguì gli unici esperimenti della sua carriera scientifica, studiando la diffusione dell’idrogeno attraverso il platino riscaldato, ma trasferito alla fisica teorica.
Nel 1877, andò alla Friedrich Wilhelms University di Berlino per un anno di studio con i fisici Hermann von Helmholtz e Gustav Kirchhoff e il matematico Karl Weierstrass. Scrisse che Helmholtz non era mai abbastanza preparato, parlava lentamente, calcolava male all’infinito e annoiava i suoi ascoltatori, mentre Kirchhoff parlava in lezioni preparate con cura che erano asciutte e monotone., Divenne presto amico intimo di Helmholtz. Mentre ci ha intrapreso un programma per lo più di auto-studio degli scritti di Clausius, che lo ha portato a scegliere la termodinamica come il suo campo.
Nell’ottobre 1878, Planck superò gli esami di qualificazione e nel febbraio 1879 difese la sua tesi, Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (Sulla seconda legge della termodinamica). Ha brevemente insegnato matematica e fisica presso la sua ex scuola di Monaco di Baviera.
Entro l’anno 1880, Planck aveva ottenuto i due più alti gradi accademici offerti in Europa., Il primo è stato un dottorato dopo aver completato la sua carta in dettaglio la sua ricerca e la teoria della termodinamica. Ha poi presentato la sua tesi chiamata Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen (stati di equilibrio dei corpi isotropi a diverse temperature), che gli è valso una abilitazione.
Carriera accademicamodifica
Con il completamento della sua tesi di abilitazione, Planck divenne un Privatdozent non retribuito (grado accademico tedesco paragonabile a docente / assistente professore) a Monaco di Baviera, in attesa che gli venisse offerto un posto accademico., Sebbene sia stato inizialmente ignorato dalla comunità accademica, ha promosso il suo lavoro sul campo della teoria del calore e ha scoperto uno dopo l’altro lo stesso formalismo termodinamico di Gibbs senza rendersene conto. Le idee di Clausius sull’entropia occuparono un ruolo centrale nel suo lavoro.
Nell’aprile del 1885, l’Università di Kiel nominò Planck professore associato di fisica teorica. Seguirono ulteriori lavori sull’entropia e sul suo trattamento, specialmente se applicato in chimica fisica. Pubblicò il suo Trattato sulla termodinamica nel 1897., Ha proposto una base termodinamica per la teoria di Svante Arrhenius della dissociazione elettrolitica.
Nel 1889, fu nominato successore di Kirchhoff alla Friedrich-Wilhelms-Universität di Berlino – presumibilmente grazie all’intercessione di Helmholtz – e nel 1892 divenne professore ordinario. Nel 1907 a Planck fu offerto il posto di Boltzmann a Vienna, ma rifiutò per rimanere a Berlino. Durante il 1909, come professore dell’Università di Berlino, fu invitato a diventare Ernest Kempton Adams Lecturer in Fisica teorica alla Columbia University di New York City., Una serie di sue lezioni sono state tradotte e co-pubblicate dal professore della Columbia University A. P. Wills. Si ritirò da Berlino il 10 gennaio 1926, e gli succedette Erwin Schrödinger.
FamilyEdit
Nel marzo 1887, Planck sposò Marie Merck (1861-1909), sorella di un compagno di scuola, e si trasferì con lei in un appartamento in subaffitto a Kiel. Ebbero quattro figli: Karl (1888-1916), i gemelli Emma (1889-1919) e Grete (1889-1917) e Erwin (1893-1945).
Dopo l’appartamento a Berlino, la famiglia Planck ha vissuto in una villa a Berlino-Grunewald, Wangenheimstrasse 21., Diversi altri professori dell’Università di Berlino vivevano nelle vicinanze, tra cui il teologo Adolf von Harnack, che divenne un caro amico di Planck. Presto la casa di Planck divenne un centro sociale e culturale. Numerosi scienziati noti, come Albert Einstein, Otto Hahn e Lise Meitner erano frequenti visitatori. La tradizione di eseguire musica congiuntamente era già stata stabilita nella casa di Helmholtz.
Dopo diversi anni felici, nel luglio 1909 Marie Planck morì, forse di tubercolosi., Nel marzo 1911 Planck sposò la sua seconda moglie, Marga von Hoesslin (1882-1948); in dicembre nacque il suo quinto figlio Hermann.
Durante la prima guerra mondiale il secondo figlio di Planck, Erwin, fu fatto prigioniero dai francesi nel 1914, mentre il figlio maggiore Karl fu ucciso in azione a Verdun. Grete morì nel 1917 mentre dava alla luce il suo primo figlio. Sua sorella morì nello stesso modo due anni dopo, dopo aver sposato il vedovo di Grete. Entrambe le nipoti sopravvissero e presero il nome dalle loro madri. Planck sopportò queste perdite stoicamente.,
Nel gennaio 1945, Erwin, al quale era stato particolarmente vicino, fu condannato a morte dal Volksgerichtshof nazista a causa della sua partecipazione al fallito tentativo di assassinare Hitler nel luglio 1944. Erwin fu giustiziato il 23 gennaio 1945.
Professore all’Università di Berlinomodifica
Come professore alla Friedrich-Wilhelms-Universität di Berlino, Planck si unì alla Società Fisica locale., In seguito scrisse di questo periodo:”In quei giorni ero essenzialmente l’unico fisico teorico lì, da dove le cose non erano così facili per me, perché ho iniziato a menzionare l’entropia, ma questo non era abbastanza di moda, dal momento che era considerato come un fantasma matematico”. Grazie alla sua iniziativa, le varie Società fisiche locali della Germania si fusero nel 1898 per formare la Società Fisica tedesca (Deutsche Physikalische Gesellschaft, DPG); dal 1905 al 1909 Planck fu il presidente.,
Targa presso l’Università Humboldt di Berlino: “Max Planck, scopritore del quantum elementare di azione h, ha insegnato in questo edificio dal 1889 al 1928.”
Planck ha iniziato un corso di sei semestri di lezioni sulla fisica teorica,” asciutto, un po ‘ impersonale “secondo Lise Meitner,” senza usare appunti, senza mai commettere errori, senza mai vacillare; il miglior docente che abbia mai sentito “secondo un partecipante inglese, James R. Partington, che continua:” C’erano sempre molti in piedi per la stanza., Poiché la sala era ben riscaldata e piuttosto vicina, alcuni ascoltatori cadevano di tanto in tanto sul pavimento, ma questo non disturbava la lezione.,”Planck non ha stabilito un vero e proprio “scuola”; il numero dei suoi studenti laureati è stato solo di circa 20 persone, tra le quali:
- 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)
di corpo Nero radiationEdit
Nel 1894, Planck rivolse la sua attenzione al problema della radiazione di corpo nero., Il problema era stato dichiarato da Kirchhoff nel 1859: “in che modo l’intensità della radiazione elettromagnetica emessa da un corpo nero (un assorbitore perfetto, noto anche come radiatore a cavità) dipende dalla frequenza della radiazione (cioè dal colore della luce) e dalla temperatura del corpo?”. La questione era stata esplorata sperimentalmente, ma nessun trattamento teorico concordato con i valori sperimentali. Wilhelm Wien propose la legge di Wien, che prevedeva correttamente il comportamento alle alte frequenze, ma fallì alle basse frequenze., La legge Rayleigh-Jeans, un altro approccio al problema, concordava con i risultati sperimentali alle basse frequenze, ma creava quella che in seguito fu conosciuta come la “catastrofe ultravioletta” alle alte frequenze. Tuttavia, contrariamente a molti libri di testo questa non era una motivazione per Planck.
La prima soluzione proposta da Planck al problema nel 1899 seguì quello che Planck chiamò il “principio del disordine elementare”, che gli permise di ricavare la legge di Vienna da una serie di ipotesi sull’entropia di un oscillatore ideale, creando quella che fu chiamata la legge di Wien–Planck., Ben presto si scoprì che le prove sperimentali non confermavano affatto la nuova legge, con frustrazione di Planck. Planck rivide il suo approccio, derivando la prima versione della famosa legge sulle radiazioni del corpo nero di Planck, che descriveva bene lo spettro del corpo nero osservato sperimentalmente. Fu proposto per la prima volta in una riunione del DPG il 19 ottobre 1900 e pubblicato nel 1901. Questa prima derivazione non includeva la quantizzazione dell’energia e non utilizzava la meccanica statistica, a cui teneva un’avversione., Nel novembre 1900 Planck rivide questo primo approccio, basandosi sull’interpretazione statistica di Boltzmann della seconda legge della termodinamica come un modo per ottenere una comprensione più fondamentale dei principi alla base della sua legge sulle radiazioni. Poiché Planck era profondamente sospettoso delle implicazioni filosofiche e fisiche di tale interpretazione dell’approccio di Boltzmann, il suo ricorso ad esse fu, come disse in seguito, “un atto di disperazione … Ero pronto a sacrificare qualsiasi delle mie precedenti convinzioni sulla fisica”.,
L’assunto centrale dietro il suo nuovo derivazione, presentato per la DPG il 14 dicembre 1900, era una supposizione, ora conosciuto come il postulato di Planck, che l’energia elettromagnetica può essere emessa solo in quantizzati in forma, in altre parole, l’energia potrebbe solo essere un multiplo di una unità elementare:
E = h n {\displaystyle E=h\nu }
dove h è la costante di Planck, noto anche come Planck azione quantistica (introdotto già nel 1899), e n è la frequenza della radiazione. Si noti che le unità elementari di energia qui discusse sono rappresentate da hv e non semplicemente da ν., I fisici ora chiamano questi quanti fotoni, e un fotone di frequenza ν avrà la sua energia specifica e unica. L’energia totale a quella frequenza è quindi uguale a hv moltiplicato per il numero di fotoni a quella frequenza.
Planck nel 1918, anno in cui ricevette il premio Nobel per la Fisica per il suo lavoro sulla teoria quantistica
In un primo momento Planck considerò che la quantizzazione fosse solo “un’ipotesi puramente formale … in realtà non ci ho pensato molto …,”; oggi questa ipotesi, incompatibile con la fisica classica, è considerata come la nascita della fisica quantistica e la più grande realizzazione intellettuale della carriera di Planck (Ludwig Boltzmann aveva discusso in un articolo teorico nel 1877 la possibilità che gli stati energetici di un sistema fisico potessero essere discreti). La scoperta della costante di Planck gli permise di definire un nuovo insieme universale di unità fisiche (come la lunghezza di Planck e la massa di Planck), tutte basate su costanti fisiche fondamentali su cui si basa gran parte della teoria quantistica., In riconoscimento del contributo fondamentale di Planck a una nuova branca della fisica, gli fu assegnato il Premio Nobel per la fisica per il 1918 (in realtà ricevette il premio nel 1919).
Successivamente, Planck cercò di cogliere il significato dei quanti energetici, ma senza successo. “I miei inutili tentativi di reintegrare in qualche modo l’azione quantistica nella teoria classica si sono estesi per diversi anni e mi hanno causato molti problemi.,”Anche diversi anni dopo, altri fisici come Rayleigh, Jeans e Lorentz impostarono la costante di Planck a zero per allinearsi con la fisica classica, ma Planck sapeva bene che questa costante aveva un preciso valore diverso da zero. “Non riesco a capire la testardaggine di Jeans-è un esempio di un teorico che non dovrebbe mai esistere, lo stesso di Hegel per la filosofia. Tanto peggio per i fatti se non si adattano.”
Max Born scrisse di Planck: “Era, per natura, una mente conservatrice; non aveva nulla del rivoluzionario ed era completamente scettico sulle speculazioni., Eppure la sua fede nella forza convincente del ragionamento logico dai fatti era così forte che non indietreggiò dall’annunciare l’idea più rivoluzionaria che abbia mai scosso la fisica.
Einstein e la teoria della relativitàmodifica
Nel 1905, i tre articoli epocali di Albert Einstein furono pubblicati sulla rivista Annalen der Physik. Planck fu tra i pochi a riconoscere immediatamente il significato della teoria della relatività speciale. Grazie alla sua influenza, questa teoria fu presto ampiamente accettata in Germania., Planck ha anche contribuito notevolmente ad estendere la teoria speciale della relatività. Ad esempio, ha rifuso la teoria in termini di azione classica.
L’ipotesi di Einstein dei quanti di luce (fotoni), basata sulla scoperta di Heinrich Hertz del 1887 (e su ulteriori indagini di Philipp Lenard) dell’effetto fotoelettrico, fu inizialmente respinta da Planck. Non era disposto a scartare completamente la teoria dell’elettrodinamica di Maxwell., “La teoria della luce sarebbe stata respinta non da decenni, ma da secoli, nell’epoca in cui Christiaan Huygens osò combattere contro la potente teoria delle emissioni di Isaac Newton …”
Nel 1910, Einstein ha sottolineato il comportamento anomalo di calore specifico a basse temperature come un altro esempio di un fenomeno che sfida la spiegazione dalla fisica classica. Planck e Nernst, cercando di chiarire il crescente numero di contraddizioni, organizzarono la prima Conferenza Solvay (Bruxelles 1911). In questo incontro Einstein fu in grado di convincere Planck.,
Nel frattempo, Planck era stato nominato decano dell’Università di Berlino, per cui era possibile per lui chiamare Einstein a Berlino e stabilire una nuova cattedra per lui (1914). Ben presto i due scienziati divennero amici intimi e si incontrarono spesso per suonare musica insieme.,
Prima guerra mondialedit
All’inizio della prima guerra mondiale Planck approvò l’eccitazione generale del pubblico, scrivendo che “Oltre a molto che è orribile, c’è anche molto che è inaspettatamente grande e bello: la soluzione fluida dei più difficili problemi politici interni mediante l’unificazione di tutte le parti (e) … l’esaltazione di tutto ciò che è buono e nobile.”
Tuttavia, Planck si astenne dagli estremi del nazionalismo., Nel 1915, in un momento in cui l’Italia stava per unirsi alle potenze alleate, votò con successo per un documento scientifico dall’Italia, che ricevette un premio dall’Accademia delle Scienze prussiana, dove Planck era uno dei quattro presidenti permanenti.
Planck firmò anche il famigerato “Manifesto dei 93 intellettuali”, un opuscolo di propaganda bellica polemica (mentre Einstein mantenne un atteggiamento strettamente pacifista che lo portò quasi alla prigionia, salvo solo grazie alla sua cittadinanza svizzera).,
Il dopoguerra e la Repubblica di Weimarmodifica
Nei turbolenti anni del dopoguerra, Planck, ora la più alta autorità della fisica tedesca, emise ai suoi colleghi lo slogan “perseverare e continuare a lavorare”.
Nell’ottobre del 1920, insieme a Fritz Haber fondò la Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft (Organizzazione di emergenza della scienza tedesca), con lo scopo di fornire un sostegno finanziario alla ricerca scientifica. Una parte considerevole del denaro che l’organizzazione avrebbe distribuito è stata sollevata all’estero.,
Planck ha anche ricoperto posizioni di rilievo presso l’Università di Berlino, l’Accademia prussiana delle Scienze, la Società fisica tedesca e la Società Kaiser Wilhelm (che divenne la Max Planck Society nel 1948). Durante questo periodo le condizioni economiche in Germania erano tali che difficilmente era in grado di condurre ricerche. Nel 1926, Planck divenne membro straniero della Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences.,
Durante il periodo tra le due guerre, Planck divenne membro del Deutsche Volks-Partei (Partito Popolare tedesco), il partito del premio Nobel per la pace Gustav Stresemann, che aspirava a obiettivi liberali per la politica interna e piuttosto revisionistici per la politica in tutto il mondo.
Planck non era d’accordo con l’introduzione del suffragio universale e in seguito espresse l’opinione che la dittatura nazista derivasse “dall’ascesa del dominio delle folle”.
Meccanica quantistica
Da sinistra a destra: W. Nernst, A. Einstein, M., Planck, R. A. Millikan e von Laue a una cena data da von Laue a Berlino, l ‘ 11 novembre 1931
Alla fine del 1920, Bohr, Heisenberg e Pauli aveva funzionato l’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, ma è stato respinto da Planck, e da Schrödinger, Laue, e Einstein, come pure. Planck si aspettava che la meccanica delle onde avrebbe presto reso la teoria quantistica—suo figlio—inutile. Questo non doveva essere il caso, però. Ulteriori lavori cementarono solo la teoria quantistica, anche contro le sue e le rivulsioni filosofiche di Einstein., Planck ha sperimentato la verità della sua precedente osservazione dalla sua lotta con le opinioni più vecchie nei suoi anni più giovani: “Una nuova verità scientifica non trionfa convincendo i suoi avversari e facendoli vedere la luce, ma piuttosto perché i suoi avversari alla fine muoiono, e cresce una nuova generazione che ha familiarità con essa.”
La dittatura nazista e la seconda guerra mondialedit
Quando i nazisti salirono al potere nel 1933, Planck aveva 74 anni. Ha assistito a molti amici e colleghi ebrei espulsi dalle loro posizioni e umiliati, e centinaia di scienziati emigrano dalla Germania nazista., Ancora una volta ha cercato di “perseverare e continuare a lavorare” e ha chiesto agli scienziati che stavano considerando l’emigrazione di rimanere in Germania. Tuttavia, aiutò suo nipote, l’economista Hermann Kranold, ad emigrare a Londra dopo il suo arresto. Sperava che la crisi si sarebbe presto attenuata e che la situazione politica sarebbe migliorata.,
Otto Hahn chiese a Planck di riunire noti professori tedeschi per emettere un pubblico proclama contro il trattamento dei professori ebrei, ma Planck rispose: “Se oggi sei in grado di riunire 30 di questi signori, domani altri 150 verranno a parlare contro di esso, perché sono desiderosi di assumere le posizioni degli altri.”Sotto la guida di Planck, la Kaiser Wilhelm Society (KWG) evitò il conflitto aperto con il regime nazista, tranne che per l’ebreo Fritz Haber., Planck ha cercato di discutere la questione con il cancelliere di recente nominato della Germania Adolf Hitler, ma non ha avuto successo, come a Hitler “gli ebrei sono tutti comunisti, e questi sono i miei nemici. L’anno successivo, 1934, Haber morì in esilio.
Un anno dopo, Planck, essendo stato presidente del KWG dal 1930, organizzò in uno stile un po ‘ provocatorio un incontro commemorativo ufficiale per Haber. Riuscì anche a consentire segretamente a un certo numero di scienziati ebrei di continuare a lavorare negli istituti del KWG per diversi anni., Nel 1936, il suo mandato come presidente del KWG finì, e il governo nazista lo fece pressione per astenersi dal cercare un altro mandato.
Mentre il clima politico in Germania diventava gradualmente più ostile, Johannes Stark, esponente di spicco della Deutsche Physik (“Fisica tedesca”, chiamata anche “Fisica ariana”) attaccò Planck, Sommerfeld e Heisenberg per aver continuato a insegnare le teorie di Einstein, chiamandoli “ebrei bianchi”. L ‘” Hauptamt Wissenschaft “(ufficio governativo nazista per la scienza) iniziò un’indagine sulla discendenza di Planck, sostenendo che era” 1/16 ebreo”, ma lo stesso Planck lo negò.,
La tomba di Max Planck a Gottinga
Nel 1938 Planck celebrò il suo 80 ° compleanno. Il DPG ha tenuto una celebrazione, durante la quale la medaglia Max-Planck (fondata come la più alta medaglia dal DPG nel 1928) è stata assegnata al fisico francese Louis de Broglie. Alla fine del 1938, l’Accademia prussiana perse la sua restante indipendenza e fu rilevata dai nazisti (Gleichschaltung). Planck protestò dimettendosi dalla sua presidenza., Continuò a viaggiare spesso, tenendo numerosi discorsi pubblici, come il suo discorso sulla religione e la scienza, e cinque anni dopo era sufficientemente in forma per scalare le vette delle Alpi di 3.000 metri.
Durante la seconda guerra mondiale il crescente numero di bombardamenti alleati contro Berlino costrinse Planck e sua moglie a lasciare temporaneamente la città e vivere in campagna. Nel 1942 scrisse: “In me è cresciuto un ardente desiderio di perseverare in questa crisi e di vivere abbastanza a lungo da poter assistere alla svolta, all’inizio di una nuova ascesa.,”Nel febbraio 1944, la sua casa a Berlino fu completamente distrutta da un raid aereo, annientando tutte le sue registrazioni scientifiche e la sua corrispondenza. La sua ritirata rurale fu minacciata dalla rapida avanzata degli eserciti alleati da entrambe le parti.
Nel 1944 il figlio di Planck, Erwin, fu arrestato dalla Gestapo in seguito al tentato assassinio di Hitler nel complotto del 20 luglio. Fu processato e condannato a morte dalla Corte Popolare nell’ottobre del 1944. Erwin fu impiccato nella prigione di Plötzensee a Berlino nel gennaio 1945. La morte di suo figlio distrusse gran parte della volontà di vivere di Planck., Dopo la fine della guerra Planck, la sua seconda moglie e suo figlio furono portati da un parente a Gottinga, dove Planck morì il 4 ottobre 1947. La sua tomba si trova nel vecchio Stadtfriedhof (Cimitero cittadino) a Gottinga.