Макс Планк
Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (23 апреля 1858, Киль; 4 октября 1947, Гёттинген): немецкий физик-теоретик, основатель квантовой физики, человек, чья формула 1900 года разрушила фундамент классической науки и открыла дорогу к атомному веку. Его имя носят фундаментальная константа природы, крупнейшее научное общество Германии и космический телескоп Европейского космического агентства.
Происхождение и детство
Макс Планк родился в семье с глубокими академическими корнями. Отец Иоганн Юлиус Вильгельм Планк (1817-1900) был профессором права сначала в Кильском, а затем в Мюнхенском университете. Мать Эмма Патциг (1821-1914) происходила из пасторской семьи. Среди предков по отцовской линии числились теологи, правоведы и военные, оставившие след в культурной жизни Германии на протяжении нескольких поколений.
В 1867 году, когда Максу исполнилось девять лет, семья перебралась в Мюнхен. Там он поступил в Максимилианскую гимназию, где обнаружил выдающиеся математические способности. Помимо точных наук, мальчик серьёзно занимался музыкой: пел в гимназическом хоре, брал уроки органа и фортепиано, изучал теорию музыкальной гармонии. Этот интерес к закономерностям, стоящим за внешней пестротой явлений, перенёсся и в физику. Позже Планк признавал: его привлекало не открытие нового, а поиск единых принципов, которым подчинено разнообразие мира.
Образование и первые шаги в науке
Осенью 1874 года шестнадцатилетний Планк поступил в Мюнхенский университет. По легенде, профессор Филипп фон Джолли отговаривал его заниматься теоретической физикой: по мнению наставника, в этой науке уже всё открыто и молодому человеку нечего делать. Планк возразил, что хочет не делать открытия, а понять и углубить уже известное. В 1877-1878 годах он провёл два семестра в Берлинском университете, занимаясь у Германа Гельмгольца и Густава Кирхгофа. Впрочем, их лекции разочаровали: Гельмгольц готовился небрежно, Кирхгоф читал сухо.
12 февраля 1879 года Планк защитил докторскую диссертацию «О втором законе механической теории теплоты» и получил степень summa cum laude. Центральной идеей работы стала формулировка второго начала термодинамики через понятие энтропии. В 1880 году он получил звание приват-доцента в Мюнхене, а в 1885 году его пригласили на должность экстраординарного профессора в Кильский университет. В январе 1889 года, после смерти Кирхгофа, Планк занял его кафедру в Берлинском университете. Именно здесь начался главный период его жизни: тридцать лет работы в столице Германской империи.
Революция 1900 года: квант действия
К концу 1890-х годов перед физиками стояла загадка «абсолютно чёрного тела»: реального объекта, идеально поглощающего и излучающего электромагнитные волны. Экспериментальные данные берлинских физиков Рубенса и Курлбаума не укладывались ни в закон Вина (точный при высоких частотах), ни в формулу Рэлея-Джинса (верную при низких). Планк в течение нескольких месяцев искал математическое выражение, способное охватить весь спектр.
19 октября 1900 года он представил коллегам интерполяционную формулу, которая идеально описывала экспериментальные данные во всём диапазоне частот. Но Планка не устраивало уравнение без физического смысла. В следующие несколько недель, по его собственным словам, он «совершил акт отчаяния»: принял единственное теоретическое обоснование, хотя оно противоречило всей классической физике. 14 декабря 1900 года на заседании Берлинского физического общества он объявил: энергия излучается не непрерывно, а дискретными порциями. Каждая порция равна произведению частоты излучения на новую фундаментальную постоянную, которую Планк назвал «квантом действия» и обозначил буквой h. Это число, приблизительно равное 6,626 х 10⁻³⁴ Дж·с, вошло в физику как постоянная Планка. 14 декабря 1900 года принято считать днём рождения квантовой физики.
Парадокс судьбы состоял в том, что сам Планк на протяжении многих лет пытался доказать, что квантование энергии, строго говоря, математический приём, а не реальное свойство природы. В «Научной автобиографии» он признавался: «Мои тщетные попытки как-то ввести квант действия в классическую теорию продолжались в течение ряда лет и стоили мне немалых трудов». Лишь работы Нильса Бора (1913) и успех квантовой механики 1920-х убедили его, что открытие было реальнее, чем он хотел признать.
Профессор, организатор, наставник
В Берлинском университете Планк быстро стал центральной фигурой немецкой теоретической физики. В 1894 году его избрали членом Прусской академии наук. С 1895 года он руководил теоретическим отделом журнала «Annalen der Physik» и именно в этом качестве в 1905 году принял к публикации четыре революционные статьи молодого Альберта Эйнштейна. Планк стал первым крупным физиком, публично поддержавшим специальную теорию относительности и предложившим ввести в оборот само слово «теория относительности».
В 1913-1914 годах он был ректором Берлинского университета. В 1911 году участвовал в создании Общества кайзера Вильгельма, объединившего ведущие научно-исследовательские институты Германии. В июле 1930 года Планк был избран президентом Общества кайзера Вильгельма и занимал этот пост до 1937 года. В 1920-е годы он с трибуны Нобелевского форума и международных конгрессов настаивал на принципе невмешательства политики в науку и работал над восстановлением научных связей, разорванных Первой мировой войной.
Нобелевская премия и международное признание
В 1918 году Шведская королевская академия наук присудила Максу Планку Нобелевскую премию по физике «в знак признания услуг, которые он оказал физике своим открытием квантов энергии». Церемония вручения состоялась в Стокгольме, нобелевскую лекцию «Возникновение и постепенное развитие теории квантов» учёный прочитал 2 июля 1920 года, уже будучи шестидесятидвухлетним человеком.
Помимо Нобелевской премии, Планк получил медаль Лоренца (1927), медаль имени самого себя: в 1929 году Немецкое физическое общество учредило «Медаль Макса Планка» как высшую награду в области теоретической физики и в том же году вручило её своему основателю одновременно с коллегой Эйнштейном. В 1929 году он также был удостоен медали Копли Лондонского королевского общества. Берлинский университет избрал его почётным сенатором. Почётные степени Планку присвоили университеты Франкфурта, Мюнхена, Рёстока, Берлина и Афин.
Личная жизнь и семейные трагедии
31 марта 1887 года Планк женился на Марии Мерк, дочери мюнхенского банкира. В браке родились четверо детей: сыновья Карл (1888) и Эрвин (1893), а также дочери-близнецы Грета и Эмма (обе в 1889). Дом Планков в Берлине стал одним из центров интеллектуальной жизни города: регулярные музыкальные вечера собирали учёных и музыкантов; в числе гостей бывал и Эйнштейн, игравший на скрипке.
Личная жизнь Планка была отмечена страданиями, которые мало кто пережил бы стойко. В октябре 1909 года умерла первая жена Мария. В марте 1911 года Планк женился вторично: на Маргарите фон Хёсслин (1882-1949), дочери художника Георга фон Хёсслина. В 1911 году у них родился сын Герман (1911-1954). Первая мировая война принесла новые удары. В мае 1916 года под Верденом погиб старший сын Карл. В 1917 году умерла дочь Грета: она скончалась на следующей неделе после родов. Её сестра-близнец Эмма вышла замуж за вдовца Фердинанда Фелинга и в 1919 году тоже умерла при родах. Осиротевшими внуками занимался сам дед.
Самым жестоким ударом стала судьба младшего сына Эрвина. Образованный и думающий человек, Эрвин участвовал в дискуссиях кружка заговорщиков, связанных с группой полковника Клауса фон Штауффенберга. После покушения на Гитлера 20 июля 1944 года Эрвин был арестован гестапо. Народный суд приговорил его к смертной казни. В январе 1945 года Эрвин Планк был повешен в берлинской тюрьме Плётцензее. Ему был 51 год. Максу Планку было тогда 86 лет. Гибель сына, по свидетельству современников, сломила большую часть его воли к жизни.
Наука под нацистским режимом
После прихода Гитлера к власти в 1933 году Планк оказался в положении, которое не имело простого выхода. Консервативный патриот, лояльный к государственным институтам, он не считал возможным эмигрировать, как это сделали Эйнштейн и многие другие. Оставшись в Германии, он использовал свой авторитет президента Общества кайзера Вильгельма для защиты учёных еврейского происхождения: способствовал тому, чтобы уволенные сотрудники находили работу или могли выехать за рубеж.
В мае 1933 года Планк добился личной аудиенции у Гитлера, чтобы заступиться за своего коллегу и друга Фрица Габера, нобелевского лауреата по химии, которого преследовали из-за еврейского происхождения. Разговор закончился ничем: фюрер отказался слушать. Публично и открыто против режима Планк не выступал. Когда в 1933 году на собрании Общества кайзера Вильгельма от него потребовали нацистского приветствия, он трижды поднимал руку, дважды опускал её в нерешительности и лишь на третий раз произнёс «Хайль Гитлер», посчитав, что иначе поставит под удар всё Общество. Когда в 1935 году умер Фриц Габер, Планк вопреки прямому запрету правительства созвал торжественное заседание Общества для увековечения его памяти.
В 1937 году Планк покинул президентский пост в Обществе кайзера Вильгельма. Последующие годы принесли ещё одно тяжёлое потрясение: в феврале 1944 года берлинский дом учёного был разрушен авиационными бомбардировками. Погибла библиотека, личный архив, рукописи. Планк с женой перебрались в Рогатц, а затем, когда и там стало опасно, американские войска переправили их в Гёттинген.
Последние годы и наследие
Весну и лето 1945 года Планк провёл в разорённой послевоенной Германии. Он потерял сына, дом, архив, но не потерял присутствия духа. В 1946 году, в восемьдесят восемь лет, он лично принял участие в Ньютоновских торжествах в Лондоне. В 1946 году в Британской оккупационной зоне было учреждено Общество Макса Планка как преемник Общества кайзера Вильгельма: новая организация приняла имя учёного, чья репутация не была запятнана нацистскими годами. К 1949 году, когда образовалась ФРГ, Общество объединило институты всех оккупационных зон. Сегодня в его состав входят 86 институтов, а среди бывших сотрудников и стипендиатов числятся 29 нобелевских лауреатов.
4 октября 1947 года Макс Планк скончался в Гёттингене. Ему шёл девяностый год. Могила учёного находится на гёттингенском Городском кладбище рядом с могилой сына Эрвина. Постоянная Планка h вошла в систему фундаментальных физических констант и с 2019 года лежит в основе самого определения килограмма в Международной системе единиц. Без неё невозможны квантовая механика, квантовая электродинамика, химическая связь, физика твёрдого тела, лазеры и полупроводники. Космический телескоп Европейского космического агентства «Планк», работавший с 2009 по 2013 год, составил наиболее детальную карту реликтового излучения Вселенной. Химический элемент с атомным номером 94, плутоний, а также лунный кратер и астероид 1069 Planckia носят имя учёного.
Интересные факты
Планк обладал абсолютным музыкальным слухом и всерьёз рассматривал карьеру профессионального музыканта. Он сочинял песни и оперетты, виртуозно играл на фортепиано и органе. Регулярно устраивал у себя дома камерные концерты, в которых участвовали Эйнштейн (скрипка) и другие коллеги-физики. Любовь к музыке Планк сохранял до глубокой старости.
Профессор Мюнхенского университета Филипп фон Джолли, пытавшийся отговорить юного Планка от физики словами «всё уже открыто», не знал, что через четверть века его студент обнаружит в этой «завершённой» науке трещину, через которую хлынет XX век. Планк прожил 89 лет и пережил двух жён, четырёх детей из пяти и тотальное разрушение Берлина. Он встречал 1858 год в прусском Киле, а умер в 1947-м в побеждённой Германии, оставив в физике след, который не исчезнет, пока существует сама наука.