М планка что открыл
Макс Планк
Биография
Полное имя немецкого ученого – Макс Карл Эрнст Людвиг Планк. Много лет подряд он был одним из руководителей немецкого научного сообщества. Ему принадлежит открытие квантовой гипотезы. Физик изучал термодинамику, теорию квантов и теплового излучения. Работы ученого делают его основоположником квантовой физики. Один из немногих, кто посмел выступать в защиту евреев в период нацизма в Германии. До конца дней оставался верным науке и занимался ею, пока позволяло здоровье.
Детство и юность
Макс Планк появился на свет 23 апреля 1858 года в городе Киле. Его предки были из старого дворянского рода. Его дед (Heinrich Ludwig Planck) и прадед (Gottlieb Jakob Planck) преподавали теологию в университете Геттингена.
Отец Макса Вильгельм Планк – юрист и профессор права в университете Киля. Он был дважды женат. В первом браке появились двое детей. Второй раз он женился на матери Макса Эмме Патциг, в браке с которой родились пятеро детей. Она была из пасторской семьи и до встречи с Вильгельмом Планком жила в городе Грайфсвальд.
До 10 лет Макс жил в Киле. В 1867 году отец получает приглашение на профессорскую должность в Мюнхенский университет, и семья переезжает в столицу Баварии. Здесь мальчика отдают в Максимилиановскую гимназию, где он числится в рядах лучших учеников класса.
Большое влияние на юного Планка оказывает учитель математики Герман Мюллер. От него он впервые узнает, что такое закон сохранения энергии. Макс показывает блестящие математические данные. Занятия в гимназии закрепили в нем интерес к науке, в частности к изучению законов природы.
Макс Планк в детстве / Архив Общества Макса Планка
Еще одним детским увлечением Планка стала музыка. Он пел в хоре мальчиков, играл на нескольких инструментах и много занимался за роялем. Одно время изучал теорию музыки и даже пробовал сочинять, но пришел к выводу, что композитор из него не получится. К окончанию школы Планк уже сформировал свои пристрастия.
В молодости он хотел посвятить себя музыке, став пианистом. Мечтал заниматься филологией, проявлял большой интерес к физике и математике. В итоге Макс выбрал точные науки и поступил в Мюнхенский университет. Будучи студентом, не оставляет музыку. Его можно было видеть музицирующим на органе в студенческой церкви. Он руководил небольшим хором и дирижировал оркестром.
Отец советует Максу обратиться к профессору Филиппу фон Жолли, чтобы тот помог ему погрузиться в изучение теоретической физики. Профессор уговаривал студента отказаться от этой идеи, так как, по его мнению, данная наука близка к завершению. По его словам, новых открытий уже ждать не стоит, основные исследования сделаны.
Макс Планк в молодости / Википедия
Однако Планк не сдается. Ему не нужны открытия, он желает разобраться в основах физической теории и хотел бы по возможности их углубить. Студент начинает посещать лекции по экспериментальной физике Вильгельма фон Беца. Вместе с профессором Филиппом фон Жолли проводит исследование о проницаемости нагретой платины для водорода. Макса можно видеть на занятиях в аудиториях профессоров – математиков Людвига Зейделя и Густава Бауэра.
После знакомства с известным физиком Германом Гельмгольцем Планк уезжает получать образование в Берлинский университет. Он посещает лекции математика Карла Вейерштрасса. Изучает работы профессоров Гельмгольца и Густава Киргофа, которые берет для себя за образец для подражания по мастерству изложения сложного материала. После ознакомления с трудами Рудольфа Клазиуса по теории теплоты выбирает для себя новое направление для исследований – термодинамику.
Наука
В 1879 году Планк получает ученую степень доктора после защиты диссертации о втором начале термодинамики. В своей работе физик доказывает, что при самоподдерживающем процессе тепло не переносится от холодного тела к более теплому. В следующем году он пишет еще одну работу по термодинамике и получает должность младшего ассистента на физическом факультете в университете Мюнхена.
Embed from Getty Images Макс Планк на встрече в Обществе кайзера Вильгельма
В 1885 году Планк становится адъюнкт-профессором в Кильском университете. Его исследования уже стали приносить ему дивиденды в виде международного признания. Через 3 года ученого приглашают в Берлинский университет, где он также находится в должности адъюнкт-профессора. Вместе с этим получает пост директора Института теоретической физики. В 1892 году Макс Планк становится действительным профессором.
Через 4 года ученый начинает заниматься исследованиями теплового излучения тел. По теории Планка электромагнитное излучение не может быть непрерывным. Оно идет отдельными квантами, величина которых зависит от излучаемой частоты. Макс Планк выводит формулу распределения энергии в спектре абсолютного черного тела.
В декабре 1900 года физик на заседании Берлинского ученого совета докладывает о своем открытии и дает начало новому направлению – квантовой теории. Уже в следующем году на основе формулы Планка вычисляется значение постоянной Больцмана. Планку удается получить постоянную Авогадро – число атомов в одном моле, и ученый устанавливает величину заряда электрона с высокой степенью точности.
Embed from Getty Images Макс Планк и Альберт Эйнштейн
Альберт Эйнштейн впоследствии способствовал укреплению квантовой теории.
В 1919 году ученый Макс Планк получает Нобелевскую премию 1918 года за открытие квантов энергии и развитие физики.
В 1928-м он уходит в отставку, но продолжает сотрудничать с Обществом фундаментальных наук кайзера Вильгельма. Через 2 года нобелевский лауреат становится его президентом.
Религия и философия
Макс План воспитывался в лютеранском духе, и для него всегда на первом месте находились ценности религии. Каждый раз за обедом он произносил молитву. Известно, что с 1920 года и до конца жизни служил пресвитером.
Ученый был против объединения науки и религии. Под его критику попадали астрология, теософия, спиритуализм и другие модные направления. При этом он считал, что наука и религия равноценны по своей значимости.
Его лекция «Религия и естествознание» от 1937 года пользовалась популярностью, что отразилось в ее неоднократных публикациях впоследствии. Текст стал отражением событий в стране, которая находилась под властью фашистов.
Планк ни разу не называет имя Христа и вынужден постоянно опровергать слухи о смене своей веры. Ученый подчеркивал, что он не верит в личностного бога, но при этом остается религиозным.
Личная жизнь
В первый раз Макс Планк женился на подруге детства Марии Мерк в 1885 году. В браке родились четверо детей: два сына и дочери-близнецы. Он любил свою семью, был заботливым мужем и отцом. В 1909 году жена умирает. Через 2 года ученый пытается во второй раз устроить свою личную жизнь и делает предложение племяннице Марге фон Хесслин. Женщина дарит Максу Планку еще одного сына.
В биографии ученого наступает черная полоса. Старший сын погибает в Первую мировой войну, в 1916-м, а дочери умирают при родах в 1917 и 1918 годах. Второй сын от первого брака был казнен в начале 1945-го за участие в заговоре против Гитлера, несмотря на прошение известного отца.
Нацисты знали о взглядах Макса Планка. Во время визита к Гитлеру, когда физик возглавлял Общество фундаментальных наук кайзера Вильгельма, он обратился к нему с просьбой не преследовать ученых-евреев. Гитлер гневно ему в лицо высказал все, что думает о еврейской нации. После этого Планк хранил молчание и старался быть сдержанным в своих мыслях.
Зимой 1944 года, после налета авиации армии союзников, дом ученого полностью сгорел. В огне уничтожены рукописи, дневники, книги. Он переезжает к другу Карлу Штилю в Рогец под Магдебургом.
Памятник Максу Планку / Mutter Erde, Википедия
В 1945 году, во время лекции в Касселе, профессор чуть не погибает под бомбами. В апреле временный дом супругов Планк тоже был разрушен под авиаударами. Ученый и жена уходят в лес, потом живут у молочника. Здоровье Планка ухудшалось – обострился артрит позвоночника, и он ходил с большим трудом.
По просьбе профессора Роберта Поля за нобелевским лауреатом отправляются американские военные и вывозят его в безопасный Геттинген. Пять недель он находится на больничной койке, а затем, после выздоровления, приступает к работе: читает лекции.
Смерть
В июле 1946 года мужчина поехал в Англию на празднование 300-летнего юбилея Исаака Ньютона. Интересный факт: ученый был на мероприятии единственным представителем от Германии. Незадолго до смерти физика Общество кайзера Вильгельма переименовывают в Общество Макса Планка, отметив тем самым еще раз его вклад в науку.
Могила Макса Планка / Инстаграм
Он продолжает выступать с лекциями. В Бонне ученый заболел двусторонним воспалением легких, но сумел победить болезнь. В марте 1947 года он в последний раз выступает перед студентами. В октябре этого же года состояние Макcа Планка резко ухудшилось, и он скончался. Причина смерти – инсульт. Он не дожил до своего 90-летия полгода. Могила нобелевского лауреата находится на кладбище Геттингена.
После себя ученый оставил рукописи, книги, фотографии – наследие, которое бесценно и продолжает нести бескорыстное служение науке.
Макс Планк
Макс Планк в 1901: «Религия и естествознание нуждаются в вере в Бога. При этом для религии Бог стоит в начале всякого размышления, а для естествознания — в конце. Для одних он означает фундамент, а для других — вершину любых построений [1] »
Макс Карл Эрнст Людвиг Планк [2] (нем. Max Karl Ernst Ludwig Planck ; 23 апреля 1858, Киль — 4 октября 1947, Гёттинген ) — великий немецкий физик; основатель квантовой теории; предопределил основное направление развития физики с начала XX века.
Содержание
Биография
где — частота излучения в Гц, а — постоянная Планка,
Джc.
В результате введения этого, применив более или менее стандартную для статистической физики теоретическую технику, Планк получил правильную формулу спектральной плотности излучения чёрного тела, нагретого до температуры T, (сводящуюся к распределению Планка в нынешней терминологии):
,
где I(ν) — энергия, которая с единицы площади в единицу времени излучается в частотном диапазоне между ν и ν+dν в пространственный угол ; c — скорость света, k — постоянная Больцмана.
Вклад Планка в современную физику не исчерпывается открытием кванта и постоянной, носящей ныне его имя. Сильное впечатление на него произвела специальная теория относительности Эйнштейна, опубликованная в 1905 г. Полная поддержка, оказанная Планком новой теории, в немалой мере способствовала принятию специальной теории относительности физиками.
Планк внёс существенный вклад и в дальнейшее развитие квантовой теории в начале века, в том числе и применяя релятивистские методы. Так, ему принадлежит такое ключевое теоретическое открытие, как введение представления об импульсе фотона (исходя из того, что энергия фотона, открытая к этому времени Эйнштейном, и его импульс должны быть компонентами единого 4-вектора). Обобщенное впоследствии де Бройлем на все частицы это представление стало одним из фундаментальных представлений квантовой механики.
Участвовал Планк и в разработке квантовой теории в направлении, позволившем впоследствии выявить структуру классической механики (особенно в гамильтоновой ее форме) как предельного случая квантовой, а также и в формировании квазиклассических теорий первой четверти XX века.
Во время Второй мировой войны Макс Планк пытался убедить Гитлера сохранить жизни евреям. В то же время он продолжал служить в различных научных обществах Германии в надежде сохранить остатки немецкой науки и иметь возможность помогать другим ученым.
Макс Планк умер 4 октября 1947. На его могильной плите выбиты только имя и фамилия ученого и численное значение постоянной Планка.
Личная жизнь
Личная жизнь Планка была отмечена рядом трагедий. Его первая жена Мария Мерк, от которой у Планка было двое сыновей и дочери-двойняшки, умерла в 1909 году. Через два года Планк женился на своей племяннице Марте фон Хёсслин, от которой у него тоже родился сын Герман. Старший сын Планка погиб в Первую мировую войну, а обе его дочери умерли при родах. Второй сын Эрвин был казнён 20 июля 1944 за участие в заговоре против Гитлера.
Легенды, анекдоты и афоризмы
Памятник Максу Планку работы Бернхарда Хайлигера во дворе Берлинского университета
«Религия и естествознание нуждаются в вере в Бога. При этом для религии Бог стоит в начале всякого размышления, а для естествознания — в конце. Для одних он означает фундамент, а для других — вершину построения любых мировоззренческих принципов. [1] »
Примечания
Ученики
Кинофильм «Эйнштейн и Эддингтон» («Einstein and Eddington») 2008 года. Режиссёр: Филип Мартин.
См. также
Ссылки
Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Макс Планк. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Так же, как и в этом проекте, тексты, размещённые в Википедии, доступны на условиях GNU FDL.
Нобелевские лауреаты: Макс Планк. Самый постоянный из физиков
Почему Макс Планк, выбирая между физикой и музыкой, предпочел науку, что общего у его учебы и фильмов о кунг-фу, почему он рассорился с Эйнштейном и как пострадал от Первой и Второй мировых войн, рассказывает рубрика «Как получить Нобелевку».
Родился: 23 апреля 1858 года, Киль, Германия
Умер: 4 октября 1947 года, Геттинген, Германия
Нобелевская премия по физике 1918 года. Формулировка Нобелевского комитета: «В знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии».
Когда ты пишешь биографии нобелевских лауреатов в хронологическом порядке, приходится удивляться, насколько разное количество информации доступно о великих ученых. В одном случае приходится «закапываться» в журнальные статьи, пытаться понять тексты на языках, отличных от английского и русского, в другом же, наоборот, даже важных фактов столько, что приходится устраивать им строгий конкурс.
Случай нобелевского лауреата по физике за 1918 год явно относится ко второй категории. Макс Планк номинировался на премию ежегодно с 1910 года и получил награду сравнительно быстро, несмотря на то, что большая часть физического сообщества, включая многих первых лауреатов премии, была совсем не готова признать наступление новой физики. Даже под грузом накопившихся фактов.
Макс Планк — человек, имя которого сейчас для немецкой науки стало нарицательным (вспомните Общество Макса Планка, аналог нашей Академии наук). Его практически обожествляла немецкая наука при жизни (медаль имени Макса Планка — первую получил сам Планк и Эйнштейн — и Институт физики имени Макса Планка появились еще при жизни ученого). Наш герой был «человеком с происхождением». Его отец, Вильгельм Планк, представлял древний дворянский род, многие члены которого были известными деятелями науки и культуры. Например, дед Макса, Хайнрих Людвиг, как и прадед Готтлиб Якоб, преподавали теологию в Геттингене. Мама, Эмма Патциг, происходила из церковной семьи.
Вход в здание Общества Макса Планка (Мюнхен)
Он родился 23 апреля 1858 года в Киле, столицы Голштинии (именно отсюда происходил император Петр III, муж Екатерины II). За Киль постоянно спорили Германия и Дания, даже воевали за него. Семья Планков провела в этом городе первые девять лет жизни будущего великого ученого, и Макс на всю жизнь запомнил вступление прусских и австрийских войск в город в 1864 году. Вообще, войны постоянно били рядом с Планком — по самому близкому. В Первую мировую, в 1916 году, под Верденом погиб его старший сын Карл, в январе 1945 года нацисты повесили его второго сына Эрвина (его заподозрили к причастности к заговору полковника Штауффенберга). Бомбежки союзников едва не убили его во время лекции, завалив на несколько часов в бомбоубежище, в конце войны разорили его имение, куда-то исчезла его огромная библиотека…
Но пока что на дворе 1867 год, и отец юного Планка получает приглашение из Мюнхена. Позиция профессора юриспруденции знаменитого Мюнхенского университета оказалась очень заманчивой, и семья переехала в Баварию. Здесь Макс Планк пошел учиться в очень престижную Максимилиановскую гимназию, где стал первым учеником.
Макс Планк
немецкий физик, основатель квантовой теории, Нобелевский лауреат
Макс Планк
Чтобы в корне перевернуть физику, нужно обладать действительно неординарным мышлением. Макс Планк обладал им в полной мере. Представления, которые он внес в науку, были труднопредставимы…
Еще будучи совсем юным, Макс пришел к своему семидесятилетнему наставнику Филиппу Жолли и сказал ему, что решил заняться теоретической физикой. Но физик-экспериментатор Филипп фон Жолли посоветовал Планку избрать другую профессию и не портить себе жизнь, так как, по его словам, теоретическая физика в основном закончена.
Что ж, если одна физика закончена – нужно начать другую. В 1900 году Макс Планк положил начало квантовой теории. 14 декабря 1900 года на заседании Берлинского физического общества Планк высказал парадоксальную идею о том, что энергия может излучаться и поглощаться лишь отдельными, малыми и неделимыми порциями или квантами. Эта теория противоречила представлениям классической физики. Но, тем не менее, Постоянная Планка h оказалась новой мировой константой.
В 1918 году Планку была присуждена Нобелевская премия. Он был одним из первых, кто принял и всецело поддержал теорию относительности Эйнштейна (кстати, он и предложил сам термин «теория относительности»), а также развивал ее в своих работах.
Во время Второй мировой войны Макс Планк пытался убедить Гитлера сохранить жизни евреям. В то же время он продолжал служить в различных научных обществах Германии в надежде сохранить остатки немецкой науки и иметь возможность помогать другим ученым.
Макс Планк умер 4 октября 1947 года в Гёттингене, где и был похоронен. На его могильной плите выбиты только имя и фамилия ученого и численное значение постоянной Планка.
Постоянный Макс Планк
Экспериментаторы могут открывать миры, находящиеся за границами наших чувств, теоретики – за границами нашего разума
Об авторе: Юлий Львович Менцин – кандидат физико‑математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова.
Пять нобелевских лауреатов, слева направо: Вальтер Нернст, Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Роберт Милликен и Макс фон Лауэ. 1931. Фото Национального архива Нидерландов
Теперь я точно знал, что квант действия играет в физике гораздо бóльшую роль,чем я вначале был склонен считать, и благодаря этому полностью осознал то, что при разработке атомистических проблем необходимы совершенно новые методы рассмотрения.
Макс Планк. Научная автобиография
С именем немецкого физика-теоретика Макса Планка (1858–1947) связана одна из величайших революций в истории человеческого разума – начало проникновения в фантастический мир квантовых явлений. Теоретические исследования 1896–1900 годов, приведшие Планка к открытию квантов (термин «квант» в физику также был введен им), стали толчком к созданию одного из важнейших разделов современного естествознания – квантовой физики. В 1919 году Максу Планку была присуждена Нобелевская премия по физике «в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». 2 июня 1920 года, выступая в Стокгольме с Нобелевской лекцией, Планк отметил: «Именно на этом пути… передо мной забрезжил свет новых далей».
В ХХ веке имя Макса Планка достигло вершин известности. Именем ученого названа введенная им фундаментальная физическая константа h – «постоянная Планка», связавшая макро- и микромиры и входящая в ряд уравнений и законов в различных разделах физики. Элементарные представления о квантах энергии включены в современные программы школьной физики, а постоянная Планка даже стала героиней анекдота, в котором ученик утверждает, что h – это высота планки.
Во множестве книг и статей, посвященных ученому, отмечается, что, хотя его работы в значительной степени революционизировали физику, сам Планк в науке был скорее консерватором. Впрочем, именно консерватизм, глубокая приверженность принципам классической физики привели Планка к его революционному открытию.
Один из создателей квантовой механики, Вернер Гейзенберг, писал, что революции в науке вызываются не внезапными открытиями или гениальными идеями, а наоборот, предельной последовательностью в применении традиционных понятий. Революции, по мнению Гейзенберга, делают те ученые, которые стремятся вносить как можно меньше изменений в прежнюю науку, так как именно стремление минимизировать изменения делает очевидным то, что к введению принципиально новых представлений нас толкает сама природа, а не жажда оригинальности. К таким необычайно последовательным, я бы даже сказал, радикальным консерваторам Гейзенберг относил создателя теории квантов – Макса Планка.
Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 года, в г. Киле в семье профессора гражданского права. В 1867 году семья будущего ученого переехала в Мюнхен. Там Макс Планк поступил в Королевскую Максимилиановскую классическую гимназию, прекрасные преподаватели которой сумели пробудить в юноше глубокий интерес как к гуманитарным, так и к естественным и точным наукам.
После окончания гимназии Макс Планк некоторое время колебался, выбирая между филологией, музыкой, где он обнаружил незаурядные способности, и физикой. Победила любовь к физике. С 1874 по 1878 год Планк изучал физику и математику, вначале в Мюнхенском, а затем Берлинском университетах. Так началось становление ученого.
Интересно отметить, что и Макс Планк, и ряд других создателей неклассической физики выросли в семьях гуманитариев и получили в детстве качественное классическое образование, включающее основательное изучение языков, в том числе древних, истории и философии. В 1949 году, выступая на торжествах, посвященных столетию со дня основания Максимилиановской гимназии, Вернер Гейзенберг (он, как и Планк, тоже вырос в семье гуманитариев и учился в этой же гимназии) подробно говорил о глубокой связи гуманитарного образования и естествознания и о том, что эта связь фундаментальна для западноевропейской культуры. В своем выступлении Гейзенберг отметил также то плодотворное влияние, которое оказало на мышление Планка гуманитарное образование, и вспоминал о том, какую важную роль играл философский анализ в годы становления квантовой механики.
Похожие рассуждения о роли философского осмысления в научном познании в изобилии можно найти в статьях и выступлениях Альберта Эйнштейна, Нильса Бора, Германа Вейля, Вольфганга Паули и других выдающихся ученых ХХ века. Можно сказать, что с квантами и относительностью в физику вернулась настоящая философия, и именно это является, на мой взгляд, наиболее важной чертой науки первой половины ХХ века.
К сожалению, в последующие десятилетия гуманитарная составляющая естественно-научного знания стремительно сократилась. Это сокращение, по-видимому, стало главной причиной того, что, несмотря на колоссальный прогресс в расширении наших знаний о мире, физика перестала давать те «безумные идеи» (Нильс Бор), которые способны радикально изменять наши представления о месте человека в нем.
На первый взгляд гуманитарные знания не имеют никакого отношения к изучению природы, законы которой по самому своему смыслу не должны зависеть от познающего их человека. Однако опыт научной революции ХХ века показал, что все не так просто. Пытаясь постичь объективные законы природы, мы периодически должны анализировать наше понимание объективности, то есть наше понимание той границы, которая отделяет человеческое мышление от того, что в данный момент противостоит ему в качестве предмета постижения. А это уже проблема скорее гуманитарного, а не естественно-научного характера.
В XVII веке, когда закладывались основы науки Нового времени, Джон Локк в споре с Готфридом Лейбницем отстаивал тезис о том, что все человеческое знание проистекает из опыта и что в мышлении нет ничего, что ранее не содержалось бы в ощущениях. Да, соглашался с ним Лейбниц, нет ничего, кроме самого мышления.
Другими словами, человеческое мышление обладает фундаментальной способностью относиться к самому себе как к объекту, анализировать себя и благодаря этому постоянно выходить за свои границы. И если не учитывать эту способность, мы вряд ли в полной мере поймем истоки того непрерывного прогресса в познании законов природы, к которому приводит работа теоретиков.
Если экспериментаторы открывают миры, находящиеся за границами наших чувств, то теоретики открывают миры, находящиеся за границами нашего разума. Исследуя возможность представления любого числа в виде несократимой дроби (рационального числа), античные математики полагали, что могут полностью заполнить такими дробями всю числовую ось. Однако анализ проблемы соизмеримости стороны квадрата и его диагонали показал, что на этой оси между рациональными числами находится бесконечное множество иррациональных чисел.
Казалось бы, этого «между» просто не может быть, но упрямый факт невозможности выразить корень квадратный из 2 в виде рационального числа указывал математикам, что их анализ ведет к признанию каких-то принципиально новых реалий. С похожей ситуацией пришлось столкнуться и Максу Планку.
В 1879 году Планк успешно защитил в Мюнхенском университете докторскую диссертацию, посвященную проблемам обоснования второго начала термодинамики. С 1880 года он – приват-доцент Мюнхенского университета, а с 1885 года – адъюнкт-профессор университета в Киле. Планк продолжает вести теоретические исследования в области термодинамики и ее приложений к физической химии и электрохимии. В 1888 году Планк становится адъюнкт-профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (эта должность была создана специально для него). Действительным профессором этого университета Планк стал в 1892 году.
 |
| Появление гипотезы квант потребовало преобразования самих основ нашего физического мышления. Почтовая марка Швеции, посвященная Нобелевскому лауреату 1918 года Максу Планку. |
В 1896 году Планк заинтересовался проблемой теплового излучения так называемого абсолютно черного тела (АЧТ), то есть тела, которое поглощает все падающее на него излучение и ничего при этом не отражает. В принципе АЧТ – это теоретическая идеализация, неким приближением к которой может служить небольшое отверстие в замкнутом сосуде, стенки которого изнутри закрашены черной краской. В то же время АЧТ само может испускать излучение, плотность энергии которого, как это было показано еще в 1850-е годы немецким физиком Густавом Кирхгофом, должна быть функцией, зависящей только от частоты излучения и температуры тела.
Теоретическое определение конкретного вида этой функции представляло собой важную и интересную физическую задачу, однако многочисленные попытки найти решение этой задачи не только не увенчались успехом, но и вели к парадоксальному выводу о том, что с ростом частоты плотность энергии излучения должна непрерывно возрастать. Как следствие, общая энергия излучения тела при любой температуре оказывалась бесконечной, что являлось явным абсурдом, получившим у физиков красивое название «ультрафиолетовая катастрофа».
Решение этой проблемы было найдено Планком в 1889–1900 годах, когда он выдвинул предположение о том, что тепловое излучение испускается атомами не непрерывно, как это следовало из законов электродинамики, а определенными порциями, квантами, энергия которых равна hν, где ν – частота излучения, а h – постоянная Планка, имеющая размерность действия, то есть произведения энергии на время. Луи де Бройль, один из основоположников квантовой механики, писал, что за несколько лет до этих эпохальных работ физик-теоретик Людвиг Больцман предупреждал Планка, что не сможет построить термодинамику электромагнитного излучения «без введения в процессы излучения ранее неизвестного элемента дискретности» (Луи де Бройль. По тропам науки. М., 1962. С. 140).
Сам Планк называл эту постоянную квантом действия. Согласно современным данным, h = 6,626·10–34 Дж·с. При этом днем рождения квантовой теории принято считать 14 декабря 1900 года, когда на заседании Прусской академии наук Планк сделал доклад «К теории распределения энергии излучения нормального спектра», в котором изложил основные результаты своих исследований.
Предложенная Планком формула плотности энергии излучения не только позволяла избавиться от парадокса «ультрафиолетовой катастрофы», но и прекрасно согласовывалась с экспериментом. В то же время сама идея квантов рассматривалась не только коллегами Планка, но и им самим как типичная гипотеза ad hoc.
В своей Нобелевской лекции Планк так обрисовал стоявшую перед ним дилемму: «Или квант действия был фиктивной величиной – тогда весь вывод закона излучения был принципиально иллюзорным и представлял просто лишенную содержания игру в формулы, или при выводе этого закона в основу была положена правильная физическая мысль – тогда квант действия должен был играть в физике фундаментальную роль, тогда появление его возвещало нечто совершенно новое, дотоле неслыханное, что, казалось, требовало преобразования самих основ нашего физического мышления, покоившегося со времен обоснования анализа бесконечно малых Ньютоном и Лейбницем на предположении о непрерывности всех причинных связей» (М. Планк. Избр. тр. С. 608).
Парадоксальные объекты науки
Парадоксальные свойства квантовых объектов, в частности их дуализм, как правило, объясняют тем, что явления микромира подчиняются особым законам, не похожим на законы, которым подчиняются явления, наблюдаемые нами в повседневной жизни. Под дуализмом «волна-частица» при описании, например, свойств фотона понимают необходимость использования взаимоисключающих языков. Так, в ряде явлений фотон надо описывать как частицу, обладающую определенными энергией (E = hν, где ν – частота) и импульсом (p = hν/c, где c – скорость света). Однако в значения этих величин входит частота фотона, который в других классах явлений должен рассматриваться как волна, то есть как нечто нелокализуемое, принципиально отличное от частицы.
Ни в коей мере не отрицая первичность природы по отношению к познающему ее разуму, отмечу все же, что парадоксы – это порождение нашего теоретического мышления. Если сон разума рождает чудовищ, то его пробуждение – парадоксы.
Явления движения представлялись всем очевидными и понятными, а попытавшись их объяснить, античные философы получили апории Зенона. Исходя из повседневного опыта, Аристотель утверждал, что для того, чтобы тело перемещалось с постоянной скоростью, на него должна постоянно действовать какая-то сила. Но что тогда перемещает летящий камень? Опять-таки для обыденного мышления тут нет никакой загадки. Камень летит, потому что я его бросил. Аристотелю же пришлось допустить, что на камень действует среда, в которой он перемещается.
Когда Симпличио, один из персонажей «Диалога» Галилея, повторяет эту мысль Аристотеля, собеседники незадачливого перипатетика смеются и напоминают ему, что среда может только тормозить движение. Однако далее начинаются знаменитые мысленные эксперименты с движением тел в пустоте или по бесконечным, идеально гладким плоскостям, благодаря которым становится понятным, что для движения тела с постоянной скоростью сила не нужна, но нужна особая среда – абсолютное пространство. Формирование идеи такого пространства было завершено Ньютоном. При этом для того, чтобы распространить разработанное им понятие силы как причины ускорения тел на описание движения планет, Ньютону в его законе всемирного тяготения пришлось наделить абсолютное пространство загадочным свойством мгновенно на любые расстояния передавать силу действия одного небесного тела на другое.
Стремление избавиться от идеи мгновенного дальнодействия в явлениях электричества и магнетизма привело физиков к созданию теории электромагнитного поля, продолжившей традицию введения в науку парадоксальных объектов. Термин «поле» (точнее, «магнитное поле», «поле магнитных сил») в физику в 1845 году ввел Майкл Фарадей.
В каждой своей точке и в каждый момент времени электромагнитное поле обнаруживается по действию электрических и магнитных сил и описывается векторами напряженностей этих сил. Можно было бы сказать, что поле «состоит» из сил, но это будет неправильно. Так, Джеймс Клерк Максвелл, создатель теории электромагнитного поля, в одной из своих статей пояснял, что попытки рассматривать силу как субстанцию противоречат ее определению. «Сам Ньютон напоминает нам, – писал Максвелл, – что сила существует только до тех пор, пока она действует; ее действие может сохраниться, но сама сила как таковая по существу явление преходящее». Поле, рассматриваемое как реальность, означало бы реальность сил, существующих вне действия, что противоречило бы их исходному определению.
Поэтому, продолжал Максвелл, когда мы говорим о «сохранении силы», «постоянстве силы» и т.п., лучше пользоваться термином «энергия». Но энергией чего является энергия поля? К тому времени, когда Максвелл писал приведенные выше строки, он уже показал, что плотность энергии, например, электрического поля пропорциональна квадрату напряженности этого поля, то есть опять-таки силы, распределенной в пространстве.
Введение в физику теории электромагнитного поля привело к новым проблемам. В 1920 году в статье «Эфир и теория относительности» Альберт Эйнштейн писал, что, говоря об электромагнитном поле как реальности, мы должны допустить существование особого физического объекта, который принципиально нельзя представить состоящим из частиц, поведение каждой из которых поддается изучению во времени. При описании поведения поля неприменимы понятия механического движения и покоя.
Непротиворечивое описание этого объекта оказалось возможным в пространстве-времени Эйнштейна-Минковского, то есть в рамках принципиально новой физики. Собственно, об этом же в 1920 году в своей Нобелевской речи говорил Макс Планк. Внедрение теории электромагнитного излучения в термодинамику привело физику к революции, начало которой положил консерватор Планк.
Тоска по классической физике
Научной революции в физике 1920-х годов в немалой степени помогла духовная атмосфера послевоенной Европы. Устав от безумия войны и революций и ощущая, что мирная передышка будет недолгой, европейцы испытывали острую потребность хотя бы прикоснуться к выдающимся достижениям человеческого разума. Залы, в которых читали популярные лекции, посвященные теории относительности, заполнялись до отказа.
В 1970-е годы среди историков науки сильный резонанс вызвала работа их американского коллеги Пола Формана о том, как социально-политическая атмосфера неустойчивости и разочарования в прежних идеалах в Веймарской Германии содействовала распространению идей индетерминизма, что сыграло важную роль в становлении квантовой механики (P. Forman. Weimar Culture, Causality, and Quantum Theory, 1918–1927: Adaptation by German Physicists and Mathematicians to a Hostile Intellectual Environment).
Что же касается Макса Планка, то он, как и немало других физиков, с нескрываемым сожалением воспринял отход от идеалов классической физики. Тем не менее он продолжал научно-исследовательскую, педагогическую и организационную деятельность.
К числу его важнейших достижений относится предложенный им вывод уравнения Фоккера-Планка, описывающего поведение системы частиц под действием небольших случайных импульсов. С 1912 по 1943 год Планк являлся непременным секретарем Берлинской (Прусской) академии наук, членом которой он был избран в 1894 году. С 1930 года он являлся президентом Общества фундаментальных наук кайзера Вильгельма (с 1948 года – имени Макса Планка).
Последовательный консерватизм Планка проявился и в обычной жизни. Воспитанный в религиозной семье и сам будучи глубоко верующим человеком, Макс Планк до последних дней сохранял стойкость духа и верность нравственным идеалам. После прихода к власти нацистов Планк неоднократно публично, в том числе во время личной встречи с Гитлером, выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов. В то же время он продолжал служить в различных научных обществах Германии в надежде сохранить остатки немецкой науки и иметь возможность помогать другим ученым.
Личная жизнь Планка была отмечена рядом трагедий. Его первая жена, Мария Мерк, от которой у Планка было двое сыновей и две дочери-близнеца, умерла в 1909 году. Через два года Планк женился на своей племяннице Марте фон Хёсслин, от которой у него тоже родился сын. Старший сын Планка погиб в 1916 году на фронте, а обе его дочери, по чудовищному совпадению, умерли в родах. Второй сын Планка был казнен в начале 1945 года за участие в заговоре против Гитлера. Дом и личная библиотека Планка погибли во время воздушного налета на Берлин.
В 1946 году, будучи тяжело больным человеком, Планк отправился в Англию, чтобы принять участие в торжествах, посвященных 300-летию со дня рождения Ньютона. При этом Планк был единственным представителем научного мира Германии, кого англичане пригласили на юбилей.
Несмотря на плохое самочувствие, Планк продолжал читать лекции студентам. Последние лекции он читал в марте 1947 года. Умер Макс Планк 4 октября 1947 года в Гёттингене. На скромной плите памятника выбиты только имя и фамилия ученого и численное значение открытой им физической величины – постоянной Планка.
Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.