Max Planck

Max Planck (23.4. 1858 – 4.10. 1947) byl německý fyzik, který je považován za zakladatele kvantové teorie, jednoho z nejvýznamnějších oborů moderní fyziky. Jeho objev kvantové povahy energie přinesl revoluci do vědeckého chápání přírody a položil základy pro budoucí vývoj fyziky. V roce 1918 získal Nobelovu cenu za fyziku za své zásadní příspěvky.

Nové vědecké myšlenky nikdy nevznikají z kolektivního tělesa, ať už je jakkoliv organizované, ale spíše z hlavy jednotlivě inspirovaného badatele, který osamoceně zápasí se svými problémy a soustředí veškeré své myšlení na jeden jediný bod, který se na chvíli stává celým jeho světem.

By Hugo Erfurth – This file was derived from: Max Planck by Hugo Erfurth 1938cr.jpg
Original source: https://www.dhm.de/lemo/bestand/objekt/max-planck, Public Domain, Link

Hudebník, který chtěl objevit zákony přírody

Max Karl Ernst Ludwig Planck se narodil do rodiny univerzitního profesora práva. Už od mládí projevoval Planck výjimečné nadání pro matematiku, fyziku a hudbu. V roce 1867 se rodina přestěhovala do Mnichova, kde mladý Planck navštěvoval gymnázium Maximiliansgymnasium. Právě zde se poprvé setkal s fyzikou díky svému učiteli Hermannu Müllerovi, který v něm vzbudil hluboký zájem o přírodní zákony. Vedle toho byl Max také výborným hudebníkem – ovládal klavír, varhany a dokonce skládal hudbu. Přesto se rozhodl věnovat vědě, protože věřil, že fyzika nabízí možnost objevit „pravdu“ o světě.

Matematika? Ano, děkuji!

Po absolvování gymnázia v roce 1874 začal studovat fyziku na Mnichovské univerzitě a později přešel na Berlínskou univerzitu, kde se setkal s předními vědci té doby, jako byli Hermann von Helmholtz a Gustav Kirchhoff. Planck si brzy uvědomil, že jeho zájem spočívá především v teoretické fyzice, která tehdy nebyla příliš populární, ale přesto ho přitahovala svým matematickým základem.

Už během studií se začal zabývat termodynamikou a otázkami souvisejícími s entropií. V roce 1879, ve svých pouhých 21 letech, dokončil doktorát s prací zaměřenou na druhý zákon termodynamiky. Toto téma se později stalo klíčovým v jeho kariéře, protože vedlo k jeho nejslavnějšímu objevu – kvantové teorii.

Barevný problém

Představte si přelom 19. a 20. století. Fyzika tehdy vypadala, jako kdyby už bylo všechno podstatné objeveno. Newtonovy zákony, elektrodynamika Maxwellova a termodynamika – vše dokonale vysvětluje svět kolem nás. Alespoň to si většina vědců myslela. Ale pak přišla otázka, kterou nikdo neuměl pořádně zodpovědět: Proč tělesa při zahřívání září různě jasně a v různých barvách?

Problém zvaný záření absolutně černého tělesa trápil fyziky celé roky. Podle tehdejších teorií mělo množství vyzařované energie růst do nekonečna, což bylo očividně nesmyslné. Říkalo se tomu ultrafialová katastrofa. Fyzikové potřebovali řešení – a tady vstupuje na scénu Max Planck.

Trik, který změní chod dějin

Planck nebyl experimentátor, ale čistý teoretik, což bylo tehdy dost neobvyklé. Ponořil se do matematického popisu záření černého tělesa a pokusil se problém vyřešit. Ale ani ty nejlepší existující rovnice nefungovaly. Nakonec se odhodlal udělat něco, co sám považoval za čistě matematický trik: předpokládal, že energie nemůže být vyzařována spojitě, ale pouze v diskrétních balíčcích, které nazval kvanta. Tento nečekaný krok, publikovaný v roce 1900, vedl ke vzorci, který přesně popisoval záření černého tělesa.

Planck si zpočátku neuvědomoval, jak zásadní objev udělal. Říkal: „Bylo to čistě zoufalství, co mě donutilo sáhnout po této šílené hypotéze.“ Ale jeho „trik“ se ukázal být mnohem víc než jen praktickým řešením. Byl to začátek revoluce ve fyzice.

Jeho kvantová hypotéza položila základy pro práce dalších vědců, jako byl Einstein, který ji rozšířil na světlo (teorie fotoelektrického jevu), a Niels Bohr, který ji využil pro popis atomů. To všechno vedlo ke vzniku kvantové mechaniky, zcela nové disciplíny, která dodnes formuje náš pohled na svět.

Co vlastně znamená „kvanta energie“?

Planck přišel s tím, že energie nemůže být přenášena plynule (jako třeba voda tekoucí z kohoutku), ale že přichází v diskrétních „balíčcích“ – říkejme jim kvanta. Množství energie každého kvanta závisí na frekvenci záření.

Tento koncept byl naprosto radikální, protože rozbil dosavadní myšlenku, že energie může být libovolně malá nebo spojitá. Planck si tak představil svět, kde se vše „skládá“ z malých jednotek – od světla po vibrace atomů.

Jak si to představit v běžném životě?

Představte si světlo jako déšť. Klasická fyzika by řekla, že můžete mít jakýkoli objem vody (třeba 0,0001 litru). Kvantová fyzika říká: Ne! Voda přichází ve formě kapek – nemůžete mít „poloviční kapku“. Stejně tak energie není spojitá, ale přichází v „kapkách“, které nazýváme kvanta.

Několik zajímavostí o zakladateli kvantové fyziky

Hudební génius vedle fyziky

Planck byl nadaný hudebník – hrál na klavír, varhany i violoncello a skládal vlastní hudbu. Hudba byla jeho celoživotní vášní, kterou považoval za protiváhu ke složitému světu fyziky. V jeho domě se často pořádaly hudební večery, na kterých hrál například díla Bacha nebo Beethovena.

Nechtěl být průkopníkem

Planck vždy říkal, že neměl v úmyslu převratně měnit fyziku. Sám prý věřil, že jeho práce na kvantové teorii bude jen dočasné řešení. „Bylo to zoufalství, co mě donutilo sáhnout po kvantech,“ řekl jednou. Ironií osudu je, že tento „trik“ přepsal základy fyziky navždy.

Věrný svým zásadám

Během první světové války a později za nacistického režimu se Planck snažil zůstat neutrální a držet vědu mimo politiku. Přesto jeho loajalita k pravdě a morálce vedla k problémům s nacisty, zejména když veřejně obhajoval své židovské kolegy. Tragédie ho však neobešla – jeho syn Erwin byl za neúspěšný pokus o atentát na Hitlera popraven.

Planckova konstanta a „kvantová trofej“

Planckova konstanta (ℎ) je jedním z nejdůležitějších fyzikálních parametrů a tvoří základ kvantové mechaniky. Planck sám si však na svou slávu příliš nepotrpěl. Byl prý skromný a svůj přínos neviděl jako něco výjimečného.

Jeho oblíbené místo pro přemýšlení

Planck často řešil složité fyzikální problémy během dlouhých procházek v přírodě. Říká se, že některé své nejdůležitější myšlenky vymyslel při procházkách v Alpách, které miloval.

Dlouhý a dramatický život

Planck žil ve velmi turbulentní době: zažil císařské Německo, první světovou válku, nacistický režim i druhou světovou válku. Osobní tragédie ho však provázely celý život – kromě ztráty syna Erwina přišel o dvě dcery (zemřely krátce po sobě na stejnou nemoc) a jeho dům v Berlíně byl zničen během bombardování.

Má kráter na Měsíci i planetku

Na jeho počest byl pojmenován kráter Planck na odvrácené straně Měsíce a také planetka 1069 Planckia. Kromě toho nesou jeho jméno i vědecké instituce, například Max-Planck-Gesellschaft – prestižní síť výzkumných institutů v Německu.

Skeptik k teorii relativity

I když byl jedním z prvních, kdo uznal význam Einsteinovy speciální teorie relativity, zpočátku k ní přistupoval s jistou dávkou opatrnosti. Později se stal jejím zastáncem a přispěl k jejímu šíření.

Smysl pro humor

Planck byl známý svým suchým smyslem pro humor. Jednou, když se ho kolega ptal, jak se cítí jako „zakladatel kvantové teorie“, odpověděl: „Jako člověk, který zasadil strom, pod kterým ostatní sedí ve stínu.“

Těžko uvěřitelné osobní tragédie Maxe Plancka

– Jeho první manželka, Marie Merck, zemřela v roce 1909 po 22 letech manželství. Společně měli čtyři děti: Karla, Emmu, Grete a Erwina.
– Během první světové války byl jejich syn Karl zabit v roce 1916 během bitvy u Verdunu.
– Obě dcery zemřely při porodu; Grete v roce 1917 a Emma v roce 1919. Emma se provdala za vdovce po své sestře Grete a zemřela při porodu dítěte z tohoto manželství.
– Během druhé světové války se Erwin zapojil do neúspěšného atentátu na Adolfa Hitlera v roce 1944. Po odhalení byl zatčen a v lednu 1945 popraven.
– Ke konci druhé světové války byl Planckův dům v Berlíně zničen bombardováním, což vedlo ke ztrátě jeho vědecké knihovny a osobních dokumentů.