Maks Plank

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Maks Plank
Maks Plank
Lični podaci
Datum rođenja(1858-04-23)23. april 1858.
Mesto rođenjaKil, Holštajn
Datum smrti4. oktobar 1947.(1947-10-04) (89 god.)
Mesto smrtiGetingen, Nemačka
ObrazovanjeUniverzitet Ludvig Maksimilijan u Minhenu, Univerzitet Fridrih Vilijam
Naučni rad
Poljefizika
Poznat poPlankovoj formuli

Potpispotpis_alt}}}

Maks Plank (nem. Max Planck; Kil, 23. april 1858Getingen, 4. oktobar 1947) bio je nemački fizičar, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku.[1]

Osnivač je kvantne teorije. Objavio je 1910. godine revolucionarnu hipotezu da svaki izvor energije može zračiti energiju samo u diskretnim količinama - kvantima. Na toj osnovi izveo je zakon zračenja — Plankova formula. Njegovu ideju o diskontinuiranosti energije, koja je danas temelj tumačenja svih atomskih pojava, primenili su posle Ajnštajn i Bor na tumačenje fotoelektričnog efekta i spektra vodikova atoma. Dobio je 1918. godine Nobelovu nagradu za fiziku.[2]

Biografija[uredi | uredi izvor]

Maks Plank kao mladić, 1878

Plank potiče iz tradicionalne porodice intelektualaca. Njegovi pradeda i deda po ocu su obojica bili profesori teologije u Getingenu, njegov otac je bio profesor prava u Kilu i Minhenu, a njegov stric je bio sudija.

Plank je rođen u Kilu, oblast Holštajn, od Johana Julijusa Vilhelma Planka i njegove druge žene, Eme Pacig. Bilo ih je šestero djece u porodici, od čega dvoje blizanaca iz prvog braka. U svom detinjstvu doživeo je dansko-pruski rat 1864. godine. Godine 1867. njegova porodica se seli u Minhen, gde se upisao u gimnaziju. U gimnaziji ga je zapazio profesor iz matematike, koji ga je dodatno učio astronomiji i mehanici.

Pored interesovanja za fiziku, Maks je gajio i ljubav prema umetnosti (svirao je klavir i orgulje).[3] Još u mladosti se odlučio za teorijsku fiziku, iako su ga stariji odgovarali od toga, govoreći da nema više šta da se otkrije.[4] Doktorirao je u 21. godini života i završio postdoktorske studije. Otkrio je da svaki izvor ne zrači energiju kontinuirano, već u kvantovima.

Zanimljivo je da je za vreme njegovih studija fizike, profesor koji mu je predavao, govorio kako je u fizici već gotovo sve otkriveno i da nema puno budućnosti u istraživanja na tom području.

Godine 1877. je otišao u Berlin, da studira fiziku sa poznatim fizičarima, kao što su Herman fon Helmholc, Gustaf Kirhof i Rudolf Klauzius. Oni su govorili da Maks nikad nije bio dovoljno pripremljen, da je pričao sporo, često pogrešno računao i da ga je bilo dosadno slušati. Na kraju se Maks odlučio za teorijsku fiziku. Godine 1878. je uspešno odbranio disertaciju vezanu za drugi zakon termodinamike. Godine 1880. je prestavio svoju habilitacijsku tezu o ravnotežnom stanju izotropnih tela na različitim temperaturama.[5]

Akademska karijera[uredi | uredi izvor]

U početku svog rada je davao privatne lekcije u Minhenu. Iako ga je akademska zajednica zapostavila, on je nastavio da radi na teoriji toplote i proučavanju entropije. Godine 1885. je postao profesor teorijske fizike na univerzitetu u Kilu. Nakon 4 godine dobio je položaj na univerzitetu u Berlinu. Godine 1926. je otišao u penziju.[6]

Porodica[uredi | uredi izvor]

Godine 1887. se oženio sa Mari Merk (1861—1909). Imali su četvoro dece: Karla, blizankinje Emu i Gretu, te Ervina. Dok je radio u Berlinu, u njegovoj vili su se okupljali poznati naučnici tog vremena, kao Albert Ajnštajn, Oto Han, Liza Majtner i drugi.

Godine 1909. Maksu je umrla žena, najverovatnije od tuberkuloze. Godine 1911. se oženio drugi put sa Margom fon Hoeslin (1882—1948) i te godine su dobili sina Hermana.

Za vreme Prvog svetskog rata, njegov sin Ervin je završio u zatvoru u Francuskoj 1914, a njegov najstariji sin Karl je poginuo u bici za Verden 1917. godine. Njegova kćerka Greta je umrla 1917. kod porođaja prvog deteta, a dve godine kasnije i sestra mu je umrla na sličan način. Godine 1944. njegov sin Ervin je učestvovao u neuspelom atentatu na Hitlera, u Julskoj zaveri i 1945. je bio pogubljen.[7]

Profesor na Berlinskom univerzitetu[uredi | uredi izvor]

U Berlinu se pridružio Fizičkom društvu, gde je bio predsednik od 1905. do 1909. godine. Postoji priča koja govori da je Plank, koji je tada imao četrdesetak godina, trebalo da održi predavanje o kvantnoj teoriji na nekom fakultetu. Kako je tom prilikom zaboravio u kojoj je dvorani trebalo da predaje, odlučio je da zatraži pomoć nekoga iz ureda Katedre za fiziku. Tamo prisutne je pitao gde profesor Plank održava predavanje, na šta mu je jedan od prisutnih odgovorio kako tamo nema šta da traži jer je previše mlad da bi shvatio o čemu profesor Plank govori.

Najveće otkriće ovog teorijskog fizičara bilo je da se svetlost, rendgensko zračenje i drugi talasi ne mogu emitirati u proizvoljnom opsegu, već samo u jako malim i određenim količinama koje je on nazvao kvantima. Do tog je otkrića došao 1900, a tada se verovalo kako bi vruće telo trebalo da emituje elektromagnetske talase (kao što su radio talas, vidljiva svetlost ili rendgensko zračenje) na svim frekvencijama. To znači da bi neko vruće telo zračilo istu količinu energije nezavisno od frekvencije. Na taj bi se način moglo doći do toga da je energija koju telo emituje beskonačna, što je Plank dokazao netačnim u svom Plankovom zakonu.[8][9]

Plank je dokazao da se zračenje tela u stanju crvenog usijanja idealnog crnog tela, može objasniti jedino ako se svetlost koja se emituje ili apsorbuje javlja u malim paketima tj. kvantovima. Kako svaki kvant ima određenu količinu energije koja je sve veća, što je viša frekvencija talasa, tako bi na dovoljno visokoj frekvenciji emisija jednog jedinog kvanta zahtevala više energije nego što je ima raspoloživo. Zbog toga je zračenje na višim frekvencijama smanjeno, čime je i opseg gubljenja energije iz tela konačan. Plankovim otkrićem se dobila najmanja moguća duljina u fizici, koja se naziva Plankova dužina, a iznosi 1,616252×10−35 metara. Uz to je dobijen i najmanji mogući odsečak vremena u fizici. Ono se naziva Plankovo vreme, a predstavlja vreme koje je potrebno da svetlost pređe Plankovu udaljenost i iznosi 5,39124 x 10−44 s. Tačno toliko vremena je moralo proći od velikog praska da bi u Svemiru počeli vrediti zakoni fizike koji su danas poznati. Iako u početku kvantna teorija nije bila dobro prihvaćena, nakon što su je svojim istraživanjem potvrdili Ajnštajn i Bor, to su učinili i ostali fizičari. Plank je za svoje otkriće nagrađen i Nobelovom nagradom za fiziku 1918. godine. Još jedna od važnih stvari koje su proizašle iz otkrića kvanta je i Hajzenbergov princip neodređenosti.[10]

Radijacija crnog tela[uredi | uredi izvor]

Godine 1894. Plank je usredsredio svoju pažnju na problem radijacije crnog tela. Njega su iznajmile električne kompanije da napravi sijalice sa maksimalnom količinom svetla uz minimalni utrošak energije. Problem je definisao Kirhof 1859. godine: „kako intenzitet elektromagnetnog zračenja koje emituje crno telo (savršeni apsorber, takođe poznat i radijator šupljine) zavisi od frekvencije zračenja (tj. boje svetla) i temperature tela?”. Pitanje je bilo eksperimentalno istraženo, ali se nijedan teoretski tretman nije slagao sa eksperimentalnim vrednostima. Vilhelm Vin je predložio Vinov zakon, koji je tačno predviđao ponašanje na visokim frekvencijama, ali nije važio na niskim frekvencijama. Rejli-Džinsov zakon, još jedan pristup problemu, stvorio je ono što je kasnije nazvano „ultravioletna katastrofa”, ali za razliku od tvrdnji u mnogim udžbenicima to nije bio motiv za Planka.[11]

Plankovo prvo predloženo rešenje problema iz 1899. je sledilo ono što je Plank nazivao „principom elementarnog poremećaja”, što mu je omogućilo da izvede Vinov zakon iz brojnih pretpostavki o entropiji idealnog oscilatora, kreirajući ono što se naziva - Vin–Plankovim zakonom. Ubrzo je utvrđeno da eksperimentalni dokazi uopšte nisu bili u skladu sa novim zakonom, što je frustriralo Planka. Plank je revidirao svoj pristup, izvodeći prvu verziju poznatog Plankovog zakona radijacije crnog tela, koji je dobro opisivao eksperimentalno uočeni spektar crnog tela. Prvo je predložen na sastanku DPG-a 19. oktobra 1900. i objavljen je 1901. godine. Ovaj prvi derivat nije uključivao kvantifikaciju energije i nije koristio statističku mehaniku, prema kojoj je imao averziju. U novembru 1900. Plank je revidirao ovaj prvi pristup, oslanjajući se na statističko tumačenje Bolcmanovog drugog zakona termodinamike kao načina da stekne temeljnije razumevanje principa iza njegovog zakona o radijaciji. Kako je Plank bio duboko sumnjičav od filozofskih i fizičkih implikacija takvog tumačenja Bolcmanovog pristupa, njegovo pozivanje na njih bilo je, kako je kasnije rekao, „čin očajanja ... Ja sam bio spreman da žrtvujem bilo koje od mojih ranijih uverenja o fizici”.[11]

Centralna pretpostavka iza njegovog novog derivata, koji je predstavio na DPG sastanku 14. decembra 1900. godine, bila je supozicija, sada poznata pod imenom Plankov postulat,[11][12] da se elektromagnetska energija može emitovati samo u kvantizovanoj formi, drugim rečima, energija može biti samo umnožak elementarne jedinice:[13]

gde je h Plankova konstanta, takođe poznata kao Plankov akcioni kvantum (već uveden 1899. godine), i ν je frekvencija radijacije. Treba imati na umu da su elementarne jedinice energije o kojima se ovde raspravlja predstavljene sa , a ne jednostavno sa ν. Fizičari sad nazivaju te kvantove fotonima, i foton frekvencije ν će imati svoju specifičnu i jedinstvenu energiju. Totalna energija na toj frekvenciji je onda jednaka sa pomnoženim brojem fotona na toj frekvenciji.

Plank 1918. godine, u vreme kad je nagrađen Nobelovom nagradom za fiziku za njegov rad na kvantnoj teoriji

U početku je Plank smatrao da je kvantizacija samo „čisto formalna pretpostavka ... zapravo nisam mnogo razmišljao o tome ...”. Danas se ova pretpostavka, koja je nespojiva sa klasičnom fizikom, smatra se rođenjem kvantne fizike, i najvećim intelektualnim dostignućem Plankove karijere (Ludvig Bolcman je diskutovao u teorijskoj publikaciji iz 1877. godine mogućnost da energetska stanja fizičkog sistema mogu biti diskretna). Otkriće Plankove konstante mu je omogućilo da definiše nov univerzalni set fizičkih jedinica (kao što su Plankova dužina i Plankova masa), od kojih su sve zasnovane na fundamentalnim fizičkim konstantama na kojima se temelji najveći deo kvantne teorije. Kao priznanje za Plankov fundamentalni doprinos novoj grani fizike, on je nagrađen Nobelovom nagradom za fiziku za 1918. (on je zapravo primio nagradu 1919).[14][15]

Nakon toga, Plank je pokušao da shvati značenje kvanta energije, ali nije imao uspeha. „Moji uzaludni pokušaji da nekako reintegrišem akcioni kvant u klasičnu teoriju su trajali nekoliko godina i stvorili su mi velike probleme.” Čak i nekoliko godina kasnije, drugi fizičari kao što su Rejli, Džins, i Lorenc su izjednačavali Plankovu konstantu sa nulom pokušavajući da ostvare saglasnost sa klasičnom fizikom, međutim Plank je dobro znao da ova konstanta ima preciznu vrednost različitu od nule. „Ja ne mogu da razumem Džinsovu tvrdoglavost - on je primer teoretičara koji nikada ne bi trebalo da postoje, isto kao i Hegel u filozofiji.”[16]

Maks Born je pisao o Planku: „On je bio po prirodi konzervativni um; u njemu nije bilo ničeg revolucionarnog i bio je potpuno skeptičan u pogledu spekulacija. Ipak, njegovo verovanje u ubedljivu moć logičkog razmišljanja na bazi činjenica bilo je toliko jako, da nije ustuknuo od objavljivanja najrevolucionarnije ideje koja je ikada potresla fiziku.”[1]

Ajnštajn i Plank[uredi | uredi izvor]

Maks Plank je bio među prvima koji je prepoznao značaj posebne teorije relativnosti, koja je ubrzo prihvaćena u Nemačkoj. Ajnštajnovu teoriju o fotonima i fotoefektu, Plank nije u početku prihvatio, kao ni Ajnštajnovo objašnjenje specifičnog toplotnog kapaciteta kod niskih temperatura, jer nije želio da odbaci dostignuća klasične fizike.

Zbog toga su Maks Plank i Valter Nernst organizovali Solvejsku konferenciju u Briselu 1911. godine. Na tom sastanku Ajnštajn je uspeo da uveri Planka da prihvati njegove teorije. U međuvremenu je Plank postao dekan na Berlinskom univerzitetu, i 1914. je Ajnštajn postao profesor na tom univerzitetu. Uskoro su postali dobri prijatelji, pa su čak i svirali muziku zajedno.

Plank i politika[uredi | uredi izvor]

Dok je Ajnštajn bio isključivi mirotvorac, zbog čega je skoro završio u zatvoru, Plank je potpisao za vreme Prvog svetskog rata neslavan „Manifest 93 intelektualca”, kojim se podržava ratna propaganda. Kasnije je uvideo svoju grešku, pa je potpisao 1916. jedan proglas protiv pripajanja stranih teritorija Nemačkoj.

Godine 1920. sa Fricom Haberom je osnovao organizaciju za finansijsku pomoć naučnim istraživanjima i uspeli su da dobiju značajna sredstva i izvan Nemačke.

Plank se pridružio Nemačkoj narodnoj stranci, koju je vodio Gustav Štrezeman, državnik i najznačajnija ličnost za stabilizaciju Nemačke u međuratnom periodu i vraćanje poverenja međunarodne zajednice u nju.

Za vreme nacističkog režima, bio je napadan što nastavlja predavanja Ajnštajnove teoriju, pa su ga i nazvali „beli židov”. U toku Drugog svetskog rata preselio se iz Berlina u mirnije seoske krajeve. Nakon rata se preselio u Getingen, gde je i umro 1947. [17]

Izabrana dela[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b Born, M. (1948). „Max Karl Ernst Ludwig Planck. 1858–1947”. Obituary Notices of Fellows of the Royal Society. 6 (17): 161—188. doi:10.1098/rsbm.1948.0024. 
  2. ^ [1] Nobelova nagrada za fiziku
  3. ^ DW: Na današnji dan pre 150 godina rođen nobelovac Maks Plank
  4. ^ Encyclopædia Britannica: Max Planck
  5. ^ [2] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (31. мај 2010)Znanost, Hrvatski popularno znanstveni portal
  6. ^ Hadamard 1915, стр. 7.
  7. ^ Heideking & Mauch 1998, стр. 361.
  8. ^ Sorić, Ivica; Kvantna priroda svjetlosti, Kemijsko – tehnološki fakultet Sveučilišta u Splitu
  9. ^ "For a solid approach to the complexity of Planck's intellectual motivations for the quantum, for his reluctant acceptance of its implications",Helge Kragh, Max Planck: the reluctant revolutionary Архивирано на сајту Wayback Machine (1. april 2012), Physics World,2000.
  10. ^ Quoted in Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions (1970 ed.): pp. 150.
  11. ^ a b v Kragh, Helge (1. 12. 2000), Max Planck: the reluctant revolutionary, PhysicsWorld.com, Arhivirano iz originala 01. 04. 2012. g., Pristupljeno 17. 09. 2017 
  12. ^ „Planck Postulate — from Eric Weisstein's World of Physics. 
  13. ^ Todorov, Ivan (2012). "Quantization is a mystery." arXiv preprint arXiv:1206.3116 (2012).
  14. ^ Kragh 2000.
  15. ^ „The Nobel Prize in Physics 1918”. www.nobelprize.org. Pristupljeno 11. 6. 2017. 
  16. ^ Heilbron 1986, str. 8.
  17. ^ Heilbron 2000, str. 191.

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]