Неделимый и постоянный: как Макс Планк ввел в физику понятие кванта и описал квантовую теорию

Макс Планк — великий ученый XX века. Разрываясь между музыкой и наукой, в университете он рискнул заниматься «бесперспективной», как считали многие, физикой. Однако именно благодаря его смелому выбору и родилась квантовая механика.

Без часа музыкант: юность и образование Макса Планка

Максу Планку было суждено стать великим физиком. Он родился в 1858 году в ученой семье. Среди его родственников были видные юристы, военные и преподаватели. Его отец, Вильгельм Планк, занимал должность профессора права в Кильском университете и помогал своему брату в составлении Германского гражданского уложения.

Макс Планк вырос в немецком городе Киле. Именно там разворачивались основные события конфликта между Пруссией и Данией, и мальчик с юного возраста наблюдал за военными на улицах. Однако юный Макс все же оказался творцом, а не разрушителем. Это проявилось в его любви к музыке: он играл на нескольких музыкальных инструментах, пел в хоре и мечтал стать пианистом.

В возрасте девяти лет Макс перебрался с родителями в Мюнхен — его отец получил приглашение занять должность профессора в местном университете. Мальчик был отдан в гимназию, где проявил талант к математике. Юный Планк очень быстро стал одним из лучших учеников, однако учителя в первую очередь отмечали его личные качества, а не способности.

В 1874 году, когда Макс Планк окончил гимназию, перед ним встал серьезный выбор. Он хотел посвятить свою жизнь музыке или филологии, но в последний момент все же отдал предпочтение физике. Планк поступил в Мюнхенский университет и даже там продолжал музицировать. Он играл на органе в студенческой церкви, а также дирижировал оркестром.

По совету отца Макс начал посещать занятия Филиппа фон Жолли. Юноша поделился с профессором мечтой заниматься теоретической физикой, и в ответ... его начали отговаривать. Научное сообщество XIX века считало, что все вопросы уже решены, и остались лишь последние «штрихи». Однако это не изменило решения Планка. Он начал проводить собственные исследования о проницаемости нагретой платины для водорода.

Пыл Макса вскоре угас — он нашел лекции по физике крайне несовершенными. Планк начал самостоятельно выбирать учебники для изучения и однажды наткнулся на труд Рудольфа Клаузиуса по теории теплоты. Студент был так поражен, что начал заниматься термодинамикой сам.

Открыл двери в квантовую физику: главное научное достижение Макса Планка

В 1879 году Планк защитил диссертацию «О втором законе механической теории теплоты» и практически сразу получил должность младшего ассистента. Уже через десять лет он стал профессором Университета имени Гумбольдта в Берлине. В это время Макс начал работать над проблемой теплового излучения.

Макс Планк смог собрать все эти данные воедино. Он ввел квант действия — константу, которая связывает энергию и время. Это минимальное возможное изменение действия, которое отделило классическую физику от квантовой. Сначала Планк не мог даже предположить, что излучение испускается в виде квантов, величина которых была связана с частотой самого излучения. Ученый видел в этом не больше чем трюк.

Коллеги Макса Планка признали формулу. Уже в 1911 году был созван Сольвеевский конгресс, на котором обсуждалась квантовая теория. Оказалось, что Планк не просто нарисовал последние «штрихи» — он обнаружил новые нерешенные проблемы в науке. В 1918 году ученый получил Нобелевскую премию «в знак признания услуг, которые он оказал физике своим открытием квантов энергии».

Взлеты в науке, падения в личной жизни

В 1910-е годы Макс Планк потерял жену, а потом и троих детей — сына и дочерей. Тогда физик углубился в науку и стал посещать лютеранскую церковь. Во Вторую мировую войну он столкнулся с новыми потерями: его сына казнили за неудачное покушение на Гитлера. После трагедии ученый начал искать разгадки Вселенной именно в религии.

Планк продолжал преподавать. Его последняя лекция прошла весной 1947 года. Однако причиной такого решения стала не пенсия: через полгода ученый скончался, не дожив до своего 90-летия считанные месяцы. На могильной плите были выбиты только имя и фамилия Макса Планка, а также численное значение его постоянной.