Ontdekkingen van M. Planck, N

Max Plancks korte biografie van de Duitse natuurkundige wordt in dit artikel gepresenteerd.

Korte biografie van Max Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck werd geboren in 23 april 1858 in de stad Kilev. Zijn vader was hoogleraar burgerlijk recht. Al op zeer jonge leeftijd begon de jongen buitengewone muzikale vaardigheden te tonen, door piano en orgel te leren spelen.

In 1867 verhuisde zijn familie naar München. Hier ging Max Planck naar het Koninklijk Klassiek Gymnasium, waar hij interesse ontwikkelde in de natuur- en exacte wetenschappen.

In 1874 stond Planck voor de keuze: zijn muziekstudie voortzetten of natuurkunde studeren. Hij gaf de voorkeur aan het laatste. Max begon natuurkunde en wiskunde te studeren aan de universiteiten van Berlijn en München, waardoor hij zijn kennis van de kwantumtheorie, thermodynamica, waarschijnlijkheidstheorie, de theorie van thermische straling, geschiedenis en methodologie van de natuurkunde verdiepte.

In 1900 formuleerde een jonge wetenschapper de wet van de energieverdeling in het spectrum van een zwart lichaam, waarbij hij een constante met een functionele dimensie introduceerde. De formule van Max Planck kreeg onmiddellijk experimentele bevestiging. Het was een sensatie in de wetenschap. Hij creëerde de zogenaamde constante van Planck of het kwantum van actie - dit is een van de universele constanten in de natuurkunde. En de datum 14 december 1900, de dag waarop Max Planck een rapport presenteerde bij de Duitse Natuurkundige Vereniging over de theoretische grondslagen van de stralingswet, werd de geboortedatum van de nieuwe kwantumtheorie.

Plancks onderzoek naar de waarschijnlijkheidstheorie was ook van groot belang. De Duitse wetenschapper was een van de eersten die het begreep en steunde het voortdurend. Dit is waar zijn wetenschappelijke prestaties voortduren - in 1906 leidde Max Planck een vergelijking af voor de relativistische dynamiek, waarmee hij in de loop van zijn onderzoek formules verkreeg voor het bepalen van het momentum en de energie van het elektron. Zo voltooiden wetenschappers de relativering van de klassieke mechanica.

In 1919 ontving Max Planck de Nobelprijs voor de natuurkunde voor 1918. De lijst met zijn prestaties omvatte het volgende: "als een teken van het gewicht van zijn verdiensten in de ontwikkeling van de natuurkunde door de ontdekking van energiekwanta."

Ondanks grote prestaties in de wetenschap was het persoonlijke leven van Planck erg tragisch. Zijn eerste vrouw stierf vroeg, waardoor hij vier kinderen achterliet: twee dochters en twee zonen. Hij trouwde voor de tweede keer en het vijfde kind van de wetenschapper werd geboren: een jongen. Zijn oudste zoon stierf tijdens de Eerste Wereldoorlog en zijn twee dochters stierven tijdens de bevalling. Zijn tweede zoon werd geëxecuteerd wegens deelname aan de moordaanslag op Hitler.

Max Planck stierf in Göttingen 4 oktober 1947 slechts zes maanden vóór zijn 90ste verjaardag.

Planck, wie haar schepper was en hoe belangrijk ze werd voor de ontwikkeling van de moderne wetenschap. Ook wordt het belang van het idee van kwantisering voor de hele microwereld aangetoond.

Smartphone en kwantumfysica

De moderne wereld om ons heen is qua technologie heel anders dan alles wat honderd jaar geleden bekend was. Dit alles werd alleen mogelijk omdat wetenschappers aan het begin van de twintigste eeuw de barrière overwonnen en eindelijk begrepen: materie op de kleinste schaal is niet continu. En dit tijdperk werd geopend door een opmerkelijke man: Max Planck.

Biografie van Planck

Een van de fysische constanten, een kwantumvergelijking, de wetenschappelijke gemeenschap in Duitsland, een asteroïde en een ruimtetelescoop zijn naar hem vernoemd. Zijn afbeelding werd in reliëf op munten gedrukt en op postzegels en bankbiljetten gedrukt. Wat voor soort persoon was Max Planck? Hij werd halverwege de negentiende eeuw geboren in een arme Duitse adellijke familie. Onder zijn voorouders bevonden zich veel goede advocaten en predikanten. M. Planck kreeg een goede opleiding, maar collega-natuurkundigen noemden hem gekscherend ‘autodidact’. De wetenschapper haalde zijn basiskennis uit boeken.

De hypothese van Planck kwam voort uit een veronderstelling die hij theoretisch afleidde. Tijdens zijn wetenschappelijke carrière hield hij zich aan het principe ‘de wetenschap staat voorop’. Tijdens de Eerste Wereldoorlog probeerde Planck banden te onderhouden met buitenlandse collega’s uit de vijandige landen van Duitsland. Door de komst van de nazi's kreeg hij de functie van directeur van een grote wetenschappelijke gemeenschap - en de wetenschapper probeerde zijn werknemers te beschermen en hielp degenen die het regime ontvluchtten om naar het buitenland te gaan. De hypothese van Planck was dus niet het enige waarvoor hij gerespecteerd werd. Hij sprak zich echter nooit openlijk uit tegen Hitler, blijkbaar in het besef dat hij niet alleen zichzelf schade zou berokkenen, maar ook niet in staat zou zijn degenen te helpen die het nodig hadden. Helaas accepteerden veel natuurkundigen dit standpunt van M. Planck niet en correspondeerden niet meer met hem. Hij had vijf kinderen, en alleen de jongste overleefde zijn vader. De oudste zoon werd meegenomen door de Eerste Wereldoorlog, de middelste door de Tweede Wereldoorlog. Beide dochters overleefden de bevalling niet. Tegelijkertijd merkten tijdgenoten op dat Planck alleen thuis zichzelf was.

Bronnen van kwanta

Sinds school is de wetenschapper erin geïnteresseerd, er staat: elk proces vindt alleen plaats met een toename van chaos en verlies van energie of massa. Hij was de eerste die het precies zo formuleerde: in termen van entropie, die alleen maar kan toenemen in een thermodynamisch systeem. Later leidde dit werk tot de formulering van de beroemde Planck-hypothese. Hij was ook een van degenen die de traditie van het scheiden van wiskunde en natuurkunde introduceerden en praktisch het theoretische gedeelte van de laatste creëerden. Vóór hem waren alle natuurwetenschappen gemengd en werden experimenten uitgevoerd door individuen in laboratoria die bijna niet verschilden van alchemistische laboratoria.

Kwantumhypothese

Planck onderzocht de entropie van elektromagnetische golven in termen van oscillatoren en vertrouwde op experimentele gegevens die twee dagen eerder, op 19 oktober 1900, waren verkregen, en presenteerde aan andere wetenschappers de formule die later naar hem zou worden vernoemd. Het had betrekking op de energie, golflengte en temperatuur van straling (in het grensgeval voor All the next night voerden zijn collega's onder leiding van Rubens experimenten uit om deze theorie te bevestigen. En dat bleek te kloppen! Maar om theoretisch Om de hypothese die voortkomt uit deze formule te onderbouwen en tegelijkertijd wiskundige complexiteiten zoals oneindigheden te vermijden, moest Planck toegeven dat energie niet in een continue stroom wordt uitgezonden, zoals eerder werd gedacht, maar in afzonderlijke delen (E = hν). alle bestaande ideeën over een vast lichaam.De kwantumhypothese van Planck bracht een revolutie teweeg in de natuurkunde.

Gevolgen van kwantisering

Aanvankelijk besefte de wetenschapper het belang van zijn ontdekking niet. Een tijdlang werd de door hem afgeleide formule alleen gebruikt als een handige manier om het aantal wiskundige bewerkingen voor berekeningen te verminderen. Tegelijkertijd gebruikten zowel Planck als andere wetenschappers continue Maxwell-vergelijkingen. Het enige wat mij in verwarring bracht was de constante h, die geen fysieke betekenis kon krijgen. Later begrepen alleen Albert Einstein en Paul Ehrenfest, die de nieuwe verschijnselen van radioactiviteit begrepen en probeerden een wiskundige basis voor optische spectra te vinden, het belang van wat de hypothese van Planck is. Ze zeggen dat het rapport waarin de formule voor het eerst werd gepresenteerd het tijdperk van de nieuwe natuurkunde opende. Einstein was waarschijnlijk de eerste die het begin ervan herkende. Dit is dus ook zijn verdienste.

Wat is gekwantiseerd

Alle toestanden waarvan elk elementair deeltje kan aannemen, zijn discreet. Een gevangen elektron kan zich alleen op bepaalde niveaus bevinden. De excitatie van een atoom vindt, net als het tegenovergestelde proces - emissie, ook plaats met sprongen. Elke elektromagnetische interactie is een uitwisseling van kwanta van de overeenkomstige energie. De mensheid heeft de energie van het atoom alleen benut dankzij het begrip van discretie. We hopen dat de lezers nu geen vraag meer zullen hebben over wat de hypothese van Planck is, en wat de impact ervan is op de moderne wereld, en dus op elk van de mensen.

De Duitse natuurkundige Max Karl Ernst Ludwig Planck werd geboren in Kiel (dat toen tot Pruisen behoorde), in de familie van Johann Julius Wilhelm von Planck, hoogleraar burgerlijk recht, en Emma (née Patzig) Planck. Als kind leerde de jongen piano en orgel spelen, waardoor buitengewone muzikale vaardigheden aan het licht kwamen. In 1867 verhuisde het gezin naar München, en daar ging P. naar het Koninklijk Maximilian Klassiek Gymnasium, waar een uitstekende wiskundeleraar voor het eerst zijn interesse in de natuur- en exacte wetenschappen wekte. Nadat hij in 1874 de middelbare school had afgerond, ging hij klassieke filologie studeren, probeerde hij muziekcompositie, maar gaf toen de voorkeur aan natuurkunde.

Drie jaar lang studeerde P. wiskunde en natuurkunde aan de Universiteit van München en een jaar aan de Universiteit van Berlijn. Een van zijn professoren in München, experimenteel natuurkundige Philipp von Jolly, bleek een slechte profeet toen hij de jonge P. adviseerde een ander beroep te kiezen, aangezien er volgens hem niets fundamenteel nieuws meer te ontdekken viel in de natuurkunde. Dit standpunt, dat destijds wijdverspreid was, ontstond onder invloed van de buitengewone successen van wetenschappers in de 19e eeuw. hebben bereikt in het vergroten van onze kennis van fysische en chemische processen.

Terwijl hij in Berlijn was, kreeg P. een bredere kijk op de natuurkunde dankzij de publicaties van de vooraanstaande natuurkundigen Hermann von Helmholtz en Gustav Kirchhoff, evenals artikelen van Rudolf Clausius. Bekendheid met hun werken heeft ertoe bijgedragen dat de wetenschappelijke interesses van P. lange tijd gericht waren op de thermodynamica - een gebied van de natuurkunde waarin, op basis van een klein aantal fundamentele wetten, de verschijnselen hitte, mechanische energie en energie conversie worden bestudeerd. P. behaalde zijn academische graad als doctor in 1879, nadat hij een proefschrift had verdedigd aan de Universiteit van München over de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat geen enkel continu zichzelf in stand houdend proces warmte kan overbrengen van een kouder lichaam naar een warmer lichaam.

Het jaar daarop schreef P. nog een werk over thermodynamica, wat hem de functie van junior assistent opleverde aan de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van München. In 1885 werd hij universitair hoofddocent aan de Universiteit van Kiel, wat zijn onafhankelijkheid versterkte, zijn financiële positie versterkte en meer tijd bood voor wetenschappelijk onderzoek. P.'s werk op het gebied van de thermodynamica en de toepassingen ervan in de fysische chemie en elektrochemie leverde hem internationale erkenning op. In 1888 werd hij universitair hoofddocent aan de Universiteit van Berlijn en directeur van het Instituut voor Theoretische Fysica (de functie van directeur werd speciaal voor hem gecreëerd). In 1892 werd hij hoogleraar.

Sinds 1896 raakte P. geïnteresseerd in metingen aan het Staatsinstituut voor Natuurkunde en Technologie in Berlijn, evenals in de problemen van thermische straling van lichamen. Elk lichaam dat warmte bevat, zendt elektromagnetische straling uit. Als het lichaam warm genoeg is, wordt deze straling zichtbaar. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt het lichaam eerst roodgloeiend, vervolgens oranjegeel en uiteindelijk wit. Straling zendt een mengsel van frequenties uit (in het zichtbare bereik komt de stralingsfrequentie overeen met kleur). De straling van een lichaam is echter niet alleen afhankelijk van de temperatuur, maar tot op zekere hoogte ook van oppervlaktekenmerken zoals kleur en structuur.

Natuurkundigen hebben een denkbeeldig absoluut zwart lichaam aangenomen als ideale standaard voor metingen en theoretisch onderzoek. Een volledig zwart lichaam is per definitie een lichaam dat alle straling die erop valt absorbeert en niets reflecteert. De straling die door een zwart lichaam wordt uitgezonden, is alleen afhankelijk van de temperatuur. Hoewel zo'n ideaal lichaam niet bestaat, kan een gesloten omhulsel met een kleine opening (bijvoorbeeld een goed geconstrueerde oven waarvan de wanden en de inhoud in evenwicht zijn bij dezelfde temperatuur) als benadering dienen.

Een van de bewijzen van de zwartlichaamskenmerken van een dergelijke schaal komt neer op het volgende. Straling die op het gat valt, komt de holte binnen en wordt, reflecterend door de wanden, gedeeltelijk gereflecteerd en gedeeltelijk geabsorbeerd. Omdat de kans dat de straling als gevolg van talrijke reflecties door het gat naar buiten komt zeer klein is, wordt deze vrijwel volledig geabsorbeerd. De straling die zijn oorsprong vindt in de holte en uit het gat komt, wordt algemeen beschouwd als gelijkwaardig aan de straling die wordt uitgezonden door een gebied ter grootte van een gat op het oppervlak van een zwart lichaam bij de temperatuur van de holte en de schaal. Ter voorbereiding van zijn eigen onderzoek las P. het werk van Kirchhoff over de eigenschappen van zo'n schaal met een gat. Een nauwkeurige kwantitatieve beschrijving van de waargenomen verdeling van stralingsenergie wordt in dit geval het zwarte lichamenprobleem genoemd.

Zoals experimenten met zwarte lichamen hebben aangetoond, is een grafiek van energie (helderheid) versus frequentie of golflengte een karakteristieke curve. Bij lage frequenties (lange golflengten) wordt het tegen de frequentie-as gedrukt, vervolgens bereikt het bij een tussenliggende frequentie een maximum (een piek met een afgeronde top), en vervolgens bij hogere frequenties (korte golflengten) neemt het af. Naarmate de temperatuur stijgt, behoudt de curve zijn vorm, maar verschuift deze naar hogere frequenties. Er zijn empirische relaties vastgesteld tussen temperatuur en de frequentie van de piek in de stralingscurve van het zwarte lichaam (de verplaatsingswet van Wien, genoemd naar Wilhelm Wien) en tussen temperatuur en de totale uitgestraalde energie (wet van Stefan-Boltzmann, genoemd naar de Oostenrijkse natuurkundigen Joseph Stefan en Ludwig Boltzmann), maar niemand was in staat de stralingscurve van het zwarte lichaam af te leiden uit de eerste principes die toen bekend waren.

Wien is erin geslaagd een semi-empirische formule te verkrijgen die zo kan worden aangepast dat deze de curve bij hoge frequenties goed beschrijft, maar het gedrag ervan bij lage frequenties verkeerd weergeeft. JW Strett (Lord Rayleigh) en de Engelse natuurkundige James Jeans pasten het principe van gelijke verdeling van energie toe over de frequenties van oscillatoren in de ruimte van een zwart lichaam, en kwamen tot een andere formule (de Rayleigh-Jeans-formule). Het reproduceerde de stralingscurve van het zwarte lichaam goed bij lage frequenties, maar week ervan af bij hoge frequenties.

P. benaderde, onder invloed van James Clerk Maxwells theorie over de elektromagnetische aard van licht (gepubliceerd in 1873 en experimenteel bevestigd door Heinrich Hertz in 1887), het zwarte lichamenprobleem vanuit het oogpunt van de verdeling van energie tussen elementaire elektrische oscillatoren , waarvan de fysieke vorm op geen enkele manier gespecificeerd was. Hoewel het op het eerste gezicht lijkt alsof de door hem gekozen methode lijkt op de conclusie van Rayleigh-Jeans, verwierp P. enkele van de door deze wetenschappers aanvaarde aannames.

In 1900, na lange en aanhoudende pogingen om een ​​theorie te creëren die de experimentele gegevens op bevredigende wijze zou verklaren, slaagde P. erin een formule af te leiden die, zoals experimentele natuurkundigen van het State Institute of Physics and Technology ontdekten, met opmerkelijke nauwkeurigheid instemde met de meetresultaten. . De wetten van Wien en Stefan-Boltzmann volgden ook uit de formule van Planck. Om zijn formule af te leiden, moest hij echter een radicaal concept introduceren dat in strijd was met alle gevestigde principes. De energie van Planck-oscillatoren verandert niet continu, zoals zou volgen uit de traditionele natuurkunde, maar kan alleen discrete waarden aannemen, die in eindige stappen toenemen (of afnemen). Elke energiestap is gelijk aan een bepaalde constante (nu de constante van Planck genoemd), vermenigvuldigd met de frequentie. Discrete delen van energie werden vervolgens quanta genoemd. De door P. geïntroduceerde hypothese markeerde de geboorte van de kwantumtheorie, die een ware revolutie in de natuurkunde teweegbracht. Klassieke natuurkunde betekent, in tegenstelling tot de moderne natuurkunde, nu ‘natuurkunde vóór Planck’.

P. was geenszins een revolutionair, en noch hijzelf, noch andere natuurkundigen waren zich bewust van de diepe betekenis van het concept ‘kwantum’. Voor P. was het kwantum slechts een middel dat het mogelijk maakte een formule af te leiden die een bevredigende overeenkomst gaf met de stralingscurve van een absoluut zwart lichaam. Herhaaldelijk probeerde hij overeenstemming te bereiken binnen de klassieke traditie, maar zonder succes. Tegelijkertijd constateerde hij met genoegen de eerste successen van de kwantumtheorie, die vrijwel onmiddellijk volgden. Zijn nieuwe theorie omvatte, naast de constante van Planck, ook andere fundamentele grootheden, zoals de snelheid van het licht en een getal dat bekend staat als de constante van Boltzmann. In 1901 berekende P. op basis van experimentele gegevens over de straling van zwarte lichamen de waarde van de constante van Boltzmann en verkreeg hij, met behulp van andere bekende informatie, het getal van Avogadro (het aantal atomen in één mol van een element). Op basis van het getal van Avogadro kon P. met opmerkelijke nauwkeurigheid de elektrische lading van een elektron bepalen.

De positie van de kwantumtheorie werd versterkt in 1905, toen Albert Einstein het concept van een foton – een kwantum van elektromagnetische straling – gebruikte om het foto-elektrische effect (de emissie van elektronen uit een metalen oppervlak verlicht door ultraviolette straling) te verklaren. Einstein suggereerde dat licht een tweeledig karakter heeft: het kan zich zowel als een golf gedragen (zoals alle voorgaande natuurkunde ons overtuigt) als als een deeltje (zoals blijkt uit het foto-elektrische effect). In 1907 versterkte Einstein de positie van de kwantumtheorie verder door het concept van kwantum te gebruiken om de raadselachtige discrepanties te verklaren tussen theoretische voorspellingen en experimentele metingen van de soortelijke warmtecapaciteit van lichamen - de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van één massa-eenheid te verhogen. van een vaste stof met één graad.

Een andere bevestiging van de potentiële kracht van de door P. geïntroduceerde innovatie kwam in 1913 van Niels Bohr, die de kwantumtheorie toepaste op de structuur van het atoom. In het model van Bohr kunnen elektronen in een atoom zich alleen op bepaalde energieniveaus bevinden, bepaald door kwantumbeperkingen. De overgang van elektronen van het ene niveau naar het andere gaat gepaard met het vrijkomen van een energieverschil in de vorm van een stralingsfoton met een frequentie gelijk aan de fotonenergie gedeeld door de constante van Planck. Zo werd een kwantumverklaring verkregen voor de karakteristieke spectra van straling uitgezonden door aangeslagen atomen.

In 1919 ontving P. de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor 1918 “als erkenning voor zijn verdiensten voor de ontwikkeling van de natuurkunde door de ontdekking van energiekwanta.” Zoals aangegeven door A.G. Ekstrand, lid van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen, zei tijdens de prijsuitreiking: “P.'s stralingstheorie is de helderste van de leidende sterren van het moderne natuurkundig onderzoek, en, voor zover men kan beoordelen, zal dat nog steeds het geval zijn. het zal lang duren voordat de schatten die door zijn genialiteit zijn verkregen, zijn uitgeput.” In de Nobellezing van 1920 vatte P. zijn werk samen en gaf toe dat “de introductie van kwantum nog niet heeft geleid tot de creatie van een echte kwantumtheorie.”

jaren 20 was getuige van de ontwikkeling door Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, P.A.M. Dirac en anderen uit de kwantummechanica – uitgerust met het complexe wiskundige apparaat van de kwantumtheorie. P. hield niet van de nieuwe probabilistische interpretatie van de kwantummechanica, en net als Einstein probeerde hij voorspellingen die alleen gebaseerd waren op het waarschijnlijkheidsbeginsel te verzoenen met klassieke ideeën over causaliteit. Zijn ambities waren niet voorbestemd om werkelijkheid te worden: de probabilistische benadering bleef bestaan.

P.'s bijdrage aan de moderne natuurkunde beperkt zich niet tot de ontdekking van het kwantum en de constante die nu zijn naam draagt. Hij was sterk onder de indruk van Einsteins speciale relativiteitstheorie, gepubliceerd in 1905. De volledige steun die P. aan de nieuwe theorie gaf, heeft in grote mate bijgedragen aan de acceptatie van de speciale relativiteitstheorie door natuurkundigen. Een van zijn andere prestaties is zijn voorgestelde afleiding van de Fokker-Planck-vergelijking, die het gedrag beschrijft van een systeem van deeltjes onder invloed van kleine willekeurige impulsen (Adrian Fokker is een Nederlandse natuurkundige die de methode verbeterde die Einstein voor het eerst gebruikte om de Brownse beweging te beschrijven - de chaotische zigzagbeweging van kleine deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof). In 1928, op zeventigjarige leeftijd, ging Planck met zijn verplichte formele pensionering in, maar verbrak de banden met de Kaiser Wilhelm Society for Basic Sciences, waarvan hij in 1930 president werd, niet. En op de drempel van zijn achtste decennium ging hij verder zijn onderzoeksactiviteiten.

Het persoonlijke leven van P. werd gekenmerkt door een tragedie. Zijn eerste vrouw, geboren Maria Merck, met wie hij in 1885 trouwde en die hem twee zonen en twee tweelingdochters schonk, stierf in 1909. Twee jaar later trouwde hij met zijn nichtje Marga von Hesslin, met wie hij ook een zoon kreeg. De oudste zoon van P. stierf in de Eerste Wereldoorlog, en in de daaropvolgende jaren stierven zijn beide dochters tijdens de bevalling. De tweede zoon uit zijn eerste huwelijk werd in 1944 geëxecuteerd vanwege zijn deelname aan een mislukt complot tegen Hitler.

Als persoon met gevestigde opvattingen en religieuze overtuigingen, en eenvoudigweg als een eerlijk persoon, sprak P. zich, nadat Hitler in 1933 aan de macht kwam, publiekelijk uit ter verdediging van Joodse wetenschappers die uit hun posten waren gezet en gedwongen waren te emigreren. Op een wetenschappelijke conferentie begroette hij Einstein, die een gruwel was van de nazi's. Toen P. als voorzitter van de Kaiser Wilhelm Society for Basic Sciences een officieel bezoek bracht aan Hitler, maakte hij van deze gelegenheid gebruik om te proberen de vervolging van Joodse wetenschappers een halt toe te roepen. Als reactie hierop lanceerde Hitler een tirade tegen de Joden in het algemeen. Vervolgens werd P. terughoudender en zweeg, hoewel de nazi's ongetwijfeld van zijn opvattingen op de hoogte waren.

Als patriot die van zijn vaderland hield, kon hij alleen maar bidden dat de Duitse natie haar normale leven zou herwinnen. Hij bleef dienen in verschillende Duitse wetenschappelijke genootschappen in de hoop op zijn minst een klein deel van de Duitse wetenschap en verlichting te behoeden voor volledige vernietiging. Nadat zijn huis en persoonlijke bibliotheek tijdens een luchtaanval op Berlijn waren vernield, probeerden P. en zijn vrouw hun toevlucht te zoeken op het landgoed Rogetz bij Maagdenburg, waar ze zich tussen de terugtrekkende Duitse troepen en de oprukkende geallieerde troepen bevonden. Uiteindelijk werd het echtpaar Planck door Amerikaanse eenheden ontdekt en naar de toen nog veilige staat Göttingen gebracht.

P. stierf in Göttingen op 4 oktober 1947, zes maanden voor zijn 90ste verjaardag. Alleen zijn voor- en achternaam en de numerieke waarde van de constante van Planck zijn op zijn grafsteen gegraveerd.

Net als Bohr en Einstein was P. diep geïnteresseerd in filosofische problemen die verband houden met causaliteit, ethiek en vrije wil, en hij sprak over deze onderwerpen in gedrukte vorm en voor een professioneel en lekenpubliek. P. trad op als predikant (maar zonder priesterschap) in Berlijn en was er diep van overtuigd dat de wetenschap een aanvulling vormt op religie en waarachtigheid en respect leert.

Zijn hele leven droeg P. de liefde voor muziek met zich mee, die in zijn vroege kinderjaren in hem oplaaide. Hij was een uitstekende pianist en speelde vaak kamermuziekwerken met zijn vriend Einstein totdat hij Duitsland verliet. P. was ook een fervent bergbeklimmer en bracht vrijwel elke vakantie door in de Alpen.

Naast de Nobelprijs ontving P. de Copley Medal van de Royal Society of London (1928) en de Goetheprijs van Frankfurt am Main (1946). De Duitse Fysische Vereniging noemde ter ere van hem de hoogste onderscheiding, de Planck-medaille, en P. zelf was de eerste ontvanger van deze ere-onderscheiding. Ter ere van zijn 80ste verjaardag werd een van de kleine planeten Planckian genoemd, en na het einde van de Tweede Wereldoorlog werd de Kaiser Wilhelm Society for Basic Sciences omgedoopt tot de Max Planck Society. P. was lid van de Duitse en Oostenrijkse Academies van Wetenschappen, evenals van wetenschappelijke verenigingen en academies van Engeland, Denemarken, Ierland, Finland, Griekenland, Nederland, Hongarije, Italië, de Sovjet-Unie, Zweden, Oekraïne en de Verenigde Staten .

De kwantumtheorie ontstond in 1901 toen Max Planck stelde een theoretische conclusie voor over de relatie tussen de temperatuur van een lichaam en de straling die door dat lichaam wordt uitgezonden, een conclusie die andere wetenschappers lang was ontgaan. Net als zijn voorgangers stelde Planck voor dat straling werd uitgezonden door atomaire oscillatoren, maar hij geloofde dat de energie van de oscillatoren (en dus de straling die ze uitzenden) bestond in de vorm van kleine discrete deeltjes, die Einstein quanta noemde. De energie van elk kwantum is evenredig met de frequentie van de straling. Hoewel de door Planck afgeleide formule universele bewondering opwekte, bleven de aannames die hij deed enige tijd onduidelijk, omdat ze in tegenspraak waren met de klassieke natuurkunde. In 1905 Albert Einstein gebruikte de kwantumtheorie om enkele aspecten van het foto-elektrische effect te verklaren: de emissie van elektronen door het oppervlak van een metaal waarop ultraviolette straling valt. Onderweg merkte Einstein een schijnbare paradox op: licht, waarvan al lang bekend was dat het zich voortbeweegt als continue golven, vertoont discrete eigenschappen wanneer het wordt geabsorbeerd en uitgezonden.

Ongeveer acht jaar later Niels Bohr breidde de kwantumtheorie uit naar het atoom en legde de frequenties uit van golven die worden uitgezonden door atomen die worden opgewonden in een vlam of elektrische ontlading. Ernest Rutherford toonde aan dat de massa van een atoom vrijwel geheel geconcentreerd is in de centrale kern, die een positieve elektrische lading draagt ​​en op relatief grote afstand omgeven is door elektronen met een negatieve lading, waardoor het atoom als geheel elektrisch neutraal is.

Bohr stelde voor dat elektronen zich alleen in bepaalde afzonderlijke banen konden bevinden die overeenkomen met verschillende energieniveaus, en dat de ‘sprong’ van een elektron van de ene baan naar de andere, met lagere energie, gepaard ging met de emissie van een foton, waarvan de energie gelijk aan het verschil in de energieën van de twee banen. Volgens de theorie van Planck is de frequentie evenredig met de energie van het foton. Zo bracht Bohrs model van het atoom een ​​verband tot stand tussen de verschillende spectraallijnen die kenmerkend zijn voor de stof die straling uitzendt en de atomaire structuur. Ondanks het aanvankelijke succes vereiste Bohrs atoommodel al snel aanpassingen om de discrepanties tussen theorie en experiment op te lossen. Bovendien voorzag de kwantumtheorie in die fase nog niet in een systematische procedure voor het oplossen van veel kwantumproblemen. Het werd echter duidelijk dat de klassieke natuurkunde niet in staat is het feit te verklaren dat een versneld elektron niet op de kern valt en energie verliest bij het uitzenden van elektromagnetische golven.

Een nieuw essentieel kenmerk van de kwantumtheorie ontstond in 1924 Lodewijk de Braden bracht een radicale hypothese naar voren over het golfkarakter van materie: als elektromagnetische golven, zoals licht, zich soms als deeltjes gedragen (zoals Einstein aantoonde), dan kunnen deeltjes, zoals het elektron, zich onder bepaalde omstandigheden als golven gedragen. In de microkosmos is dus de grens tussen klassieke deeltjes en klassieke golven verdwenen. In de formulering van De Broglie is de frequentie die overeenkomt met een deeltje gerelateerd aan zijn energie, zoals in het geval van een foton (een lichtdeeltje), maar de door De Broglie voorgestelde wiskundige uitdrukking was een equivalente relatie tussen de golflengte, de massa van het deeltje , en zijn snelheid (momentum). Het bestaan ​​van elektronengolven werd in 1927 experimenteel bewezen. Clinton J. Davisson En Lester H. Germer in de Verenigde Staten en George Paget Thomson in Engeland.

Deze ontdekking leidde op zijn beurt tot de oprichting in 1933. Ernst Ruska elektronen microscoop.

Onder de indruk van Einsteins opmerkingen over de ideeën van De Broglie Erwin Schrödinger een poging gedaan om de golfbeschrijving van elektronen toe te passen op de constructie van een consistente kwantumtheorie die niet geassocieerd is met Bohrs inadequate model van het atoom. In zekere zin was hij van plan de kwantumtheorie dichter bij de klassieke natuurkunde te brengen, die veel voorbeelden van wiskundige beschrijvingen van golven had verzameld. De eerste poging die hij in 1925 deed, eindigde op een mislukking. De snelheden van elektronen in de theorie van Schrödinger lagen dicht bij de snelheid van het licht, wat de opname van Einsteins speciale relativiteitstheorie en de significante toename van de elektronenmassa die daardoor werd voorspeld bij zeer hoge snelheden vereiste.

Een van de redenen voor het falen van Schrödinger was dat hij geen rekening hield met de aanwezigheid van een specifieke eigenschap van het elektron, nu bekend als spin (de rotatie van het elektron om zijn eigen as als een top, maar een dergelijke vergelijking gaat niet helemaal op. correct), waarover destijds weinig bekend was. Schrödinger deed de volgende poging in 1926. Deze keer werden de elektronensnelheden zo klein gekozen dat het niet nodig was een beroep te doen op de relativiteitstheorie. De tweede poging resulteerde in de afleiding van de Schrödinger-golfvergelijking, die een wiskundige beschrijving van materie geeft in termen van de golffunctie. Schrödinger noemde zijn theorie golfmechanica. De oplossingen van de golfvergelijking waren in overeenstemming met experimentele waarnemingen en hadden een diepgaande invloed op de daaropvolgende ontwikkeling van de kwantumtheorie. Momenteel ligt de golffunctie ten grondslag aan de kwantummechanische beschrijving van microsystemen, vergelijkbaar met Hamilton's vergelijkingen in de klassieke mechanica.

Niet lang geleden Werner Heisenberg , Max geboren En Pascual Jordanië publiceerde een andere versie van de kwantumtheorie, matrixmechanica genaamd, die kwantumverschijnselen beschreef met behulp van tabellen met waarneembare grootheden. Deze tabellen vertegenwoordigen wiskundige verzamelingen die op een bepaalde manier zijn geordend, matrices genoemd, waarop volgens bekende regels verschillende wiskundige bewerkingen kunnen worden uitgevoerd. De matrixmechanica maakte ook overeenstemming mogelijk met waargenomen experimentele gegevens, maar in tegenstelling tot de golfmechanica bevatte deze geen enkele specifieke verwijzing naar ruimtelijke coördinaten of tijd. Heisenberg drong er vooral op aan om eenvoudige visuele representaties of modellen achterwege te laten ten gunste van alleen die eigenschappen die experimenteel konden worden bepaald, aangezien de microwereld volgens zijn overwegingen een fundamenteel andere structuur heeft dan de macrowereld, gezien de speciale rol van de constante van Planck. , wat onbeduidend is in de grote hoeveelheden ter wereld.

Schrödinger toonde aan dat golfmechanica en matrixmechanica wiskundig equivalent zijn. Deze twee theorieën, nu gezamenlijk bekend als de kwantummechanica, boden een langverwacht gemeenschappelijk raamwerk voor het beschrijven van kwantumfenomenen. Veel natuurkundigen gaven de voorkeur aan golfmechanica omdat het wiskundige apparaat ervan hen bekender was en de concepten ervan ‘fysieker’ leken; bewerkingen op matrices zijn omslachtiger.

Kort nadat Heisenberg en Schrödinger de kwantummechanica ontwikkelden, Paulus Dirac stelde een meer algemene theorie voor die elementen van Einsteins speciale relativiteitstheorie combineerde met de golfvergelijking. De Dirac-vergelijking is van toepassing op deeltjes die met willekeurige snelheden bewegen. De spin- en magnetische eigenschappen van het elektron volgden uit de theorie van Dirac zonder enige aanvullende aannames. Bovendien voorspelde de theorie van Dirac het bestaan ​​van antideeltjes, zoals het positron en antiproton, tweelingen van deeltjes met elektrische ladingen van tegengestelde tekens.

] Hoofdredacteur L.S. Polak. Samengesteld door U.I. Frankfurt.
(Moskou: Uitgeverij "Nauka", 1975. - Serie "Classics of Science")
Scan, verwerking, formaat: ???, revisie: AAW, mor, 2010

• INHOUD:
  Van de redacteur (5).
  THERMODYNAMICA
  Over het principe van toenemende entropie. Eerste bericht (9).
  Over het principe van toenemende entropie. Tweede bericht (25).
  Over het principe van toenemende entropie. Derde bericht (36).
  Over het principe van toenemende entropie. Vierde bericht (69).
  Opmerkingen over het Carnot-Clausius-principe (102).
  De heer Swinburne en Entropy (106).
  Entropie (109).
  Over de mechanische betekenis van temperatuur en entropie (111).
  Over de Clausius-stelling voor onomkeerbare cycli en over de toename van entropie (119).
  Op weg naar de kinetische theorie van gassen. Kritisch onderzoek (121).
  Over de absolute entropie van monatomische lichamen (123).
  Absolute entropie en chemische constante (138).
  Over de statistische definitie van entropie (144).
  Nieuwe statistische definitie van entropie (154).
  Over het potentiaalverschil van zwakke oplossingen (168).
  Over het potentiële verschil van zwakke oplossingen. Tweede bericht (173).
  Le Chatelier-Brown-principe (177).
  Opmerkingen over kwantiteitsparameter, intensiteitsparameter en stabiel evenwicht (186).
  STRALINGSTHEORIE EN KWANTUMTHEORIE
  Over onomkeerbare stralingsprocessen (191).
  Entropie en temperatuur van stralingsenergie (234).
  Over één verbetering van de stralingswet van Wien (249).
  Op weg naar de theorie van de verdeling van stralingsenergie van het normale spectrum (251).
  Over de wet van de energieverdeling in het normale spectrum (258).
  Over het elementaire kwantum van materie en elektriciteit (268).
  Over onomkeerbare stralingsprocessen. Toevoeging (271).
  Wetten van thermische straling en de hypothese van het elementaire kwantum van actie (282).
  Moderne betekenis van de kwantumhypothese voor de kinetische theorie van gassen (311).
  Gewijzigde formulering van de kwantumhypothese (325).
  Over kwantumacties in de elektrodynamica (331).
  Fysieke structuur van faseruimte (339).
  Over de aard van thermische straling (370).
  Over de kwestie van de kwantisering van een mono-atomair gas (384).
  Fysieke realiteit van lichtkwanta (393).
  Over Schrödingers werk over golfmechanica (398).
  Een poging om golf- en corpusculaire mechanica te synthetiseren (401).
  Een poging om golf- en corpusculaire mechanica te synthetiseren. Aanvulling (417).
  Een poging om golf- en corpusculaire mechanica te synthetiseren. Tweede bericht (419).
  Over de geschiedenis van de ontdekking van het kwantum van actie (431).
  RELATIVITEITSTHEORIE
  Het relativiteitsprincipe en de basisvergelijkingen van de mechanica (445).
  Kaufman's metingen van b-straalafbuiging en hun implicaties voor de elektronendynamica (449).
  Aanvulling op de bespreking van Kaufman-metingen (462).
  Over de dynamiek van bewegende systemen (466).
  Opmerkingen over het principe van actie en reactie in de algemene dynamiek (494).
  Uniforme rotatie en Lorentz-contractie (498).
  ARTIKELEN EN TOESPRAKEN
  Over nieuwe natuurkunde (501).
  Theoretische natuurkunde (506).
  Heinrich Rudolf Hertz (510).
  Paul Drude (531).
  Helmholtz's verdiensten in de theoretische natuurkunde (553).
  Gottfried Wilhelm Leibniz (550).
  Ter gelegenheid van de 25e verjaardag van de ontdekking van W. Friedrich, P. Knipschg en M. Laue (561).
  Herinneringen (564).
  Twintig jaar werk aan het fysieke beeld van de wereld (568).
  Oorsprong en invloed van wetenschappelijke ideeën (590).
  De opkomst en geleidelijke ontwikkeling van de kwantumtheorie (603).
  Eenheid van het fysieke wereldbeeld (613).
  De relatie van de moderne natuurkunde tot het mechanistische wereldbeeld (634).
  Wetenschappelijke autobiografie (649).
  Academische toespraken (664).
  SOLLICITATIE
  M. Planck en de opkomst van de kwantumfysica. L.S. Polak (685).
  Commentaar op een artikel van M. Planck. EEN. Frumkin (735).
  Thermodynamische werken van M. Planck. gebruikersinterface Frankfort (737).
  M. Planck als fysisch chemicus. Yu.I. Solovjev (745).
  M. Planck's werken over de speciale relativiteitstheorie. EN IK. Itenberg, W.I. Frankfort (754).
  Filosofische opvattingen van M. Planck. Yu.V. Sachkov, E.M. Tsjoedinov (757).
  Bibliografie (762).
  Naamindex (781).

Samenvatting van de uitgever: Deze editie van geselecteerde werken van Max Planck, een van de grondleggers van de moderne natuurkunde, bevat artikelen over thermodynamica, statistische natuurkunde, kwantumtheorie, speciale relativiteitstheorie, evenals algemene kwesties van natuurkunde en scheikunde.
Het boek is interessant voor natuurkundigen, scheikundigen en historici van de natuur- en scheikunde.