59. МАКС ПЛАНК (1858–1947)
В декабре 1900 года немецкий физик Макс Планк поразил весь научный мир своей смелой гипотезой: световая энергия (то есть энергия световых волн) выделяется не постоянным потоком, а состоит из частей или комков, которые он назвал квантами. Предположение Планка, противоречившее классической теории света и электромагнетизма, обеспечило отправную точку квантовой теории, которая с тех пор произвела революцию в физике и предоставила нам более глубокое понимание природы материи и радиации.
Планк родился в 1858 году в Киле, Германия. Учился он в Университетах Берлина и Мюнхена и получил докторскую степень в физике в Мюнхенском университете, когда ему был всего лишь двадцать один год. Некоторое время Планк преподавал в Мюнхене, а потом в университете в Киле. В 1889 году он стал профессором Берлинского университета и оставался там вплоть до своей отставки в 1928 году. Планк, как и несколько других ученых, интересовался излучением черного тела, чье название дано электромагнитному излучению, выделяемому абсолютно черным телом при нагревании. (Абсолютно черное тело определяется как объект, который не излучает никакого света, но полностью поглощает его, когда тот на него падает.) Физики-экспериментаторы уже тщательно измерили излучение, испускаемое подобными объектами даже до того, как Планк начал работать над этой проблемой. Его первым достижением было открытие довольно сложной алгебраической формулы, верно описывающей излучение черного тела. Эта формула, часто используемая в наши дни физиками-теоретиками, точно объединяет все экспериментальные данные.
Но существовала следующая проблема: общепринятые законы физики предсказывали совсем другую формулу. Планк глубоко погрузился в эту проблему и наконец пришел к совершенно новой теории: световая энергия излучается только точными кратными числами элементарных частиц, которые он назвал квантами. Согласно его теории, величина кванта света зависит от частоты света (то есть от его цвета), а также пропорциональна физической величине, названной им сокращенно «Н», и теперь мы называем ее постоянной Планка. Гипотеза ученого полностью противоречила предыдущим концепциям физики. Однако, используя ее, он смог найти точное теоретическое обоснование правильной формулы излучения черного тела.
Гипотеза Планка оказалась столь революционной, что ее без сомнений отвергли бы как сумасшедшую идею, если бы он не был хорошо известен как авторитетный, внимательный физик. Хотя эта гипотеза звучала очень странно, в данном конкретном случае она привела к правильной формуле. Сначала большинство физиков (включая самого Планка) посчитали его идею не больше чем удачным математическим вымыслом. Но несколько лет спустя выяснилось, что концепцию Планка о квантах можно применить к различным физическим явлениям, а не только к излучению черного тела Эйнштейн использовал в 1905 году эту концепцию, чтобы объяснить фотоэлектрический эффект, а Нильс Бор в 1913 году применил ее в своей теории строения атома.
К 1918 году, когда Планку присвоили Нобелевскую премию, стало уже ясно, что его гипотеза в основном верна и что она имеет фундаментальное значение в истории физики. Из-за своих антифашистских убеждений Планк подвергался большой опасности в период правления Гитлера. Его младшего сына казнили в начале 1945 года за участие в неудавшемся офицерском заговоре, целью которого было убийство фюрера. Сам Планк умер в 1947 году в возрасте восьмидесяти девяти лет.
Развитие квантовой механики, возможно, является наиболее важной научной разработкой двадцатого века, даже важнее теории относительности Эйнштейна. Постоянная Планка «Н» играет жизненно важную роль в теоретической физике и теперь признана одной из двух или трех наиболее фундаментальных физических постоянных. Она фигурирует в теории строения атома, в принципе неопределенности Гейзенберга, в теории излучения и во многих научных формулах. Оценка Планком ее численной величины была в пределах двух процентов числа, принятого в наши дни. Планк в целом считается отцом квантовой механики. Хотя он сыграл небольшую роль в последующем развитии этой теории, было бы ошибочно ставить его в данном списке слишком низко. Осуществленный им начальный прорыв был очень важен. Он освободил умы от возникших ранее заблуждений и, таким образом, позволил своим последователям сформировать более изящную теорию, которую мы имеем в наши дни.
