Достижения планка. Макс карл эрнст людвиг планк - биография

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (нем. Max Karl Ernst Ludwig Planck). Родился 23 апреля 1858 года в Киле - умер 4 октября 1947 года в Гёттингене. Немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1918) и других наград, член Прусской академии наук (1894), ряда иностранных научных обществ и академий наук. На протяжении многих лет один из руководителей немецкой науки.

Научные труды Планка посвящены термодинамике, теории теплового излучения, квантовой теории, специальной теории относительности, оптике. Он сформулировал второе начало термодинамики в виде принципа возрастания энтропии и использовал его для решения различных задач физической химии. Применив к проблеме равновесного теплового излучения методы электродинамики и термодинамики, Планк получил закон распределения энергии в спектре абсолютно чёрного тела (формула Планка) и обосновал этот закон, введя представление о квантах энергии и кванте действия. Это достижение положило начало развитию квантовой физики, разработкой различных аспектов которой он много занимался в последующие годы («вторая теория» Планка, проблема структуры фазового пространства, статистическая механика квантовых систем и так далее). Планк впервые вывел уравнения динамики релятивистской частицы и заложил основы релятивистской термодинамики. Ряд работ Планка посвящён историческим, методологическим и философским аспектам науки.

Макс Планк родился 23 апреля 1858 года в Киле, принадлежал к старому дворянскому роду; среди его предков - видные юристы, учёные, военные и церковные деятели. Его дед (Heinrich Ludwig Planck, 1785-1831) и прадед (Gottlieb Jakob Planck, 1751-1833) были профессорами теологии в Гёттингенском университете, а дядя (Gottlieb Karl Georg Planck, 1824-1910) - известным юристом, одним из создателей Германского гражданского уложения.

Отец будущего физика, Вильгельм Планк (Johann Julius Wilhelm von Planck, 1817-1900), был также юристом, профессором права Кильского университета. Он был женат дважды и имел двоих детей от первого брака (Хуго и Эмма) и пятерых от второго (Герман, Хильдегард, Адальберт, Макс и Отто). Мать Макса, Эмма Патциг (Emma Patzig, 1821-1914), происходила из пасторской семьи из померанского городка Грайфсвальд. Как писал известный физик Макс Борн, «о происхождении Планка, о всех этих людях - прекрасных, достойных, неподкупных, благородных и великодушных, отдавших себя служению церкви и государству, - необходимо помнить каждому, кто захочет понять характер Макса Планка и истоки его успеха».

Первые девять лет жизни Макса прошли в Киле, столице Голштинии, которая в то время была в центре противоречий между Данией и Пруссией. В 1864 году юный Планк даже стал свидетелем вступления в город прусско-австрийских войск.

В 1867 году Вильгельм Планк принял приглашение занять должность профессора юриспруденции Мюнхенского университета и вместе с семьёй переехал в баварскую столицу. Здесь Макс был отдан в Максимилиановскую гимназию (Maximiliansgymnasium München); он занимался охотно и скоро стал одним из лучших учеников в классе. Хотя много внимания уделялось традиционным для гимназий предметам (в частности, изучению древних языков), преподавание естественнонаучных дисциплин в этой школе также находилось на высоком уровне. Глубокое влияние на юного Планка оказал учитель математики Герман Мюллер (Hermann Müller), от которого будущий учёный впервые услышал о законе сохранения энергии; у Макса рано проявился математический талант. И хотя учителя не видели у него каких-то особых способностей, они специально отмечали его личные качества - сильный характер, прилежность и исполнительность. Обучение в гимназии способствовало укреплению в нём интереса к науке, к выяснению законов природы.

Другим увлечением Планка с детских лет была музыка: он пел в хоре мальчиков, играл на нескольких инструментах (особенно много времени он проводил за роялем), изучал теорию музыки и пробовал сочинять, однако скоро пришёл к выводу, что у него нет таланта композитора. К моменту окончания школы он оказался перед выбором: стать пианистом, филологом или заняться изучением физики и математики. Планк выбрал последнее и в сентябре 1874 года стал студентом Мюнхенского университета. Впрочем, в студенческие годы он по-прежнему много времени уделял музыке: играл на орга́не в студенческой церкви, служил хормейстером в студенческом певческом союзе, дирижировал любительским оркестром.

Вскоре после поступления в университет Планк по совету отца обратился к профессору Филиппу фон Жолли и рассказал, что хотел бы заниматься теоретической физикой. Тот принялся отговаривать студента от этого намерения, утверждая, что эта наука близка к завершению и что в ней осталось исследовать лишь некоторые незначительные проблемы. Впрочем, этот разговор не повлиял на желание Планка стать теоретиком. Объясняя это решение, он говорил, что у него не было желания совершать открытия, а только понять и по возможности углубить уже установленные основы науки. На протяжении шести семестров Планк слушал лекции по экспериментальной физике, которые читали Вильгельм фон Бец (нем. Wilhelm von Beetz) и тот же Жолли. Под руководством последнего Планк провёл своё единственное экспериментальное исследование, посвящённое проницаемости нагретой платины для газов, в частности водорода. Поскольку в Мюнхене не было кафедры теоретической физики, он начал посещать занятия математиков Людвига Зейделя и Густава Бауэра (Gustav Bauer), у которых, как он признавал позже, многому научился.

В лаборатории Жолли Планк познакомился с Германом Гельмгольцем, знаменитым физиком, профессором Берлинского университета. Юноша решил продолжить образование в Берлине, где провёл два семестра 1877/78 учебного года. Здесь его наставниками стали Гельмгольц и Густав Кирхгоф; он также посещал лекции математика Карла Вейерштрасса. Впрочем, Планк был разочарован лекциями по физике, поэтому принялся за тщательное изучение оригинальных работ Гельмгольца и Кирхгофа, которые считал образцом для подражания в плане мастерства и ясности изложения. Вскоре будущий учёный познакомился с трудами Рудольфа Клаузиуса по теории теплоты и был так впечатлён, что решил заняться термодинамикой.

Летом 1878 года Планк возвратился в Мюнхен и вскоре сдал экзамен на право работать учителем физики и математики. Одновременно он начал самостоятельные научные исследования, руководствуясь только книгами и научными статьями. Это позволило его ученику Максу фон Лауэ позже назвать Планка «самоучкой». Отталкиваясь от работ Клаузиуса, Планк рассмотрел вопрос о необратимости процессов теплопроводности и дал первую формулировку второго начала термодинамики в терминах возрастания энтропии. Результаты были изложены в докторской диссертации «О втором законе механической теории теплоты» (Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie), защита которой состоялась 12 февраля 1879 года в Мюнхенском университете. Наконец, 28 июня, после сдачи устного экзамена, Планку была присуждена степень доктора философии с высшим отличием (summa cum laude). Впрочем, в то время его диссертация не привлекла к себе никакого внимания, несмотря на то, что он послал её нескольким известным физикам.

В 1880 году Планк представил работу «Состояния равновесия изотропных тел при различных температурах» (Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen) на соискание права работать преподавателем в университете (хабилитация) и получил место приват-доцента, которое занимал на протяжении пяти следующих лет. Поскольку преподавательские обязанности не отнимали у него много времени, он мог полностью сконцентрироваться на научной работе. В свободное время он занимался музыкой, изучал её теорию и получил известность, как блестящий пианист. Другим увлечением Планка в эти годы стал альпинизм, которым он начал заниматься в расположенных неподалёку Баварских Альпах; учёный оставался приверженцем этого вида спорта на протяжении всей последующей жизни.

Всё это время Планк надеялся получить место профессора в каком-нибудь университете. Однако первое приглашение поступило из Высшей лесотехнической школы в Ашаффенбурге (Forstliche Hochschule Aschaffenburg), где освободилась должность преподавателя физики. Посоветовавшись с Гельмгольцем, Планк решил отказаться и ждать варианта, который бы более соответствовал его научным устремлениям. Такой случай представился весной 1885 года, когда молодой учёный получил предложение занять место экстраординарного профессора теоретической физики в Кильском университете. Он с радостью согласился, хотя, как признавался впоследствии, этим назначением он был обязан не столько признанию своих научных трудов, сколько протекции отца, чей близкий друг Густав Карстен работал профессором физики и минералогии в Киле. Здесь, в городе своего детства, Планк быстро освоился и вскоре завершил книгу «Принцип сохранения энергии» (Das Princip der Erhaltung der Energie), над которой работал с 1884 года. Эту монографию он отправил на конкурс работ, объявленный философским факультетом Гёттингенского университета. Книга была встречена с интересом, однако была удостоена лишь второй премии, в то время как первая вообще не была вручена никому из участников конкурса. Причиной этого стало то, что в научном споре между гёттингенцем Вильгельмом Вебером и берлинцем Гельмгольцем Планк оказался на стороне последнего.

Начиная с осени 1886 года, Планк написал серию статей под общим названием «О принципе возрастания энтропии» (Über das Princip der Vermehrung der Entropie), в которых применил термодинамические соображения к решению конкретных задач физики и химии. Эти работы принесли ему определённую известность в научных кругах, особенно среди специалистов по физической химии. В частности, он познакомился с Вильгельмом Оствальдом и Сванте Аррениусом; последний приезжал к Планку в Киль, чтобы обсудить научные проблемы.

31 марта 1887 года Макс Планк, который теперь был вполне обеспечен финансово, женился на своей подруге детства Марии Мерк (Marie Merck), дочери мюнхенского банкира. У них было четверо детей: сыновья Карл (Karl, 1888-1916) и Эрвин (Erwin, 1893-1945) и дочери-близнецы Эмма (Emma, 1889-1919) и Грета (Grete, 1889-1917).

В октябре 1887 года, после смерти Кирхгофа, освободилась кафедра теоретической физики Берлинского университета. Первые два претендента на право занять этот пост - Людвиг Больцман и Генрих Герц - ответили отказом, предпочтя Мюнхен и Бонн соответственно. Тогда Гельмгольц предложил кандидатуру Планка, который получил от коллег высокие оценки как учёный, педагог и человек. К выполнению своих обязанностей в Берлине молодой физик приступил в январе 1889 года; первые три года он оставался экстраординарным профессором, пока в 1892 году в университете не была учреждена ординарная профессура по теоретической физике. Одновременно он возглавил вновь открытый при университете Институт теоретической физики. Работа в Берлине позволяла тесно общаться с Гельмгольцем, Августом Кундтом и другими известными физиками, однако как теоретик Планк находился по существу в изолированном положении, и на первых порах ему стоило большого труда наладить контакт с коллегами-экспериментаторами.

В 1894 году по представлению Гельмгольца и Кундта его избрали действительным членом Прусской академии наук.

Планк принимал активное участие в университетской жизни, в работе различных комиссий и использовал свой всё возраставший авторитет для защиты своих коллег и науки в целом. Так, он настоял на назначении Эмиля Варбурга преемником Августа Кундта, скончавшегося в 1894 году, хотя прусское министерство образования пыталось проигнорировать рекомендацию факультета в пользу этой кандидатуры (возможно, по причине еврейского происхождения Варбурга).

В 1895 году Планк был членом комиссии, расследовавшей по требованию министерства деятельность физика Лео Аронса (нем. Leo Arons), стоявшего на социалистических позициях и финансово поддерживавшего Социал-демократическую партию Германии. Комиссия не обнаружила влияния политических взглядов Аронса на его педагогическую и научную деятельность и отказалась наказывать его. В 1897 году, отвечая на специальный запрос, Планк высказался против принципиального запрета на университетское образование для женщин; сам он разрешил нескольким женщинам посещать свои лекции. Позже он пригласил из Вены Лизу Мейтнер, бывшую студентку Больцмана, и в 1912 году даже назначил её своим ассистентом; Мейтнер стала одним из ближайших друзей Планка. В первые берлинские годы Планк по-прежнему уделял много внимания музыке и одно время даже читал курс по теории музыки. Когда Институту была передана большая фисгармония, он получил возможность изучить на этом инструменте восприятие натурального строя музыки и пришёл к выводу, что темперированный строй при всех обстоятельствах звучит более выразительно. Этот результат («наше ухо предпочитает темперированные гаммы») Планк опубликовал в 1893 году в специальной статье. Интерес к искусству и литературе сблизил учёного с историком Теодором Моммзеном, романистом Адольфом Тоблером и другими представителями гуманитарных кругов.

С 1895 года обязанности Планка включали редактирование журнала Annalen der Physik, в котором учёный отвечал за статьи по теоретическим вопросам. Работая на этом посту, он стремился более чётко отделять физику от математики и философии, что способствовало формированию новой по тем временам дисциплины - теоретической физики. 23 марта 1911 года Планк был избран непременным секретарём Прусской академии наук, то есть одним из четырёх руководителей этого учреждения (по двое от естественнонаучного и гуманитарного отделений). В следующие несколько лет он использовал своё положение для приглашения в Берлин и избрания членом академии Альберта Эйнштейна, работы которого высоко ценил. Кроме того, Планк занимал пост ректора Берлинского университета на 1913/14 учебный год, а также трижды (в 1905-1908 и 1915-1916 годах) избирался президентом Немецкого физического общества. Он был вовлечён в создание Общества кайзера Вильгельма, основанного в 1911 году указом императора Вильгельма II; в частности, с 1913 года он участвовал в переговорах по поводу учреждения в рамках Общества Института физики, возглавить который должен был Эйнштейн.

В октябре 1909 года умерла жена Планка Мария. Спустя полтора года, в марте 1911 года, учёный женился во второй раз - на племяннице своей первой жены Маргарите фон Хёсслин (Margarete von Hoeßlin, 1882-1949), дочери известного художника Георга фон Хёсслина (нем. Georg von Hoeßlin). У них был один общий ребёнок Герман (Hermann, 1911-1954). Планк был семейным человеком и, по свидетельству жены, «полностью раскрывал все свои человеческие качества только в семье». По-настоящему свободно он чувствовал себя только среди людей своего круга; берлинский пригород Груневальд, где учёный с семьёй жил в большом доме с обширным садом, был населён университетскими профессорами. Близкими соседями Планка были известные историки Ганс Дельбрюк и Адольф фон Гарнак.

В довоенные годы каждые две недели Планк устраивал дома музыкальные вечера, в которых участвовали знаменитый скрипач Йозеф Иоахим, и прочие друзья. По свидетельству племянника учёного, музыка была единственной областью, в которой Планк не сдерживал свой дух; учёный предпочитал сочинения Шуберта, Брамса и Шумана.

К берлинскому периоду относится высшее научное достижение Планка. В середине 1890-х годов он занялся проблемой теплового излучения и в конце 1900 года достиг решающего успеха: получил правильную формулу для распределения энергии в спектре абсолютно чёрного тела и дал её теоретическое обоснование, введя знаменитый «квант действия» h . Квантовая гипотеза немецкого учёного, глубокий смысл которой вскрылся лишь много позже, ознаменовала рождение квантовой физики. В последующие годы Планк приложил много усилий, пытаясь согласовать свои результаты с классической физикой; он крайне настороженно относился к дальнейшим шагам, уводящим в сторону от старых представлений, например к теории световых квантов Эйнштейна.

Тем временем, благодаря работам Альберта Эйнштейна, Пауля Эренфеста и других учёных, теория квантов приобретала всё большее признание в научном сообществе. Свидетельством этого стал созыв осенью 1911 года первого Сольвеевского конгресса, посвящённого теме «Излучение и кванты». Эта представительная конференция поместила квантовую теорию излучения в центр внимания научного мира, хотя стоявшие перед ней проблемы и противоречия оставались нерешёнными. После появления в 1913 году работ Нильса Бора, связавшего гипотезу квантов с проблемой строения атома, начался этап бурного развития квантовой физики. Признанием заслуг Планка стало присуждение ему Нобелевской премии по физике за 1918 год с формулировкой «в знак признания услуг, которые он оказал физике своим открытием квантов энергии». 2 июля 1920 года учёный прочитал в Стокгольме нобелевскую лекцию «Возникновение и постепенное развитие теории квантов» .

Как и многие его коллеги, Планк, воспитанный в духе прусского патриотизма, с воодушевлением воспринял начало Первой мировой войны . В своих публичных выступлениях он приветствовал войну, направленную, как он думал, на защиту справедливых требований и жизненно важных ценностей немецкой нации, и призывал молодёжь вступать добровольцами в армию.

Он видел в войне способ преодоления всех разногласий и объединения нации в единое целое: «Немецкий народ вновь обрёл себя». Планк подписал опубликованный в октябре 1914 года «Манифест 93-х интеллектуалов», оправдывавший вступление Германии в войну; впоследствии он сожалел об этом. Смягчение позиции учёного произошло во многом благодаря общению с Хендриком Лоренцем, который вследствие принадлежности к нейтральному государству имел возможность донести до Планка точку зрения противоположной стороны. В частности, голландский физик предоставил доказательства того, что преступления немецких войск в Бельгии не были лишь плодом клеветы и вражеской пропаганды.

Уже с весны 1915 года Планк высказывался против усиления ненависти между народами и за восстановление прежних международных связей, а в начале 1916 года передал через Лоренца открытое письмо коллегам из стран Антанты, в котором объявлял «Манифест 93-х» результатом всплеска патриотизма в первые недели войны, отказался защищать все действия немецких военных в ходе войны и писал, что «существуют области интеллектуальной и нравственной жизни, которые лежат за пределами борьбы наций» и в которых возможно плодотворное сотрудничество граждан разных стран. Много усилий Планк затратил на то, чтобы предотвратить «чистки» в Прусской академии наук, не допустить исключения из неё иностранных членов и избежать полного разрыва отношений с научными обществами вражеских стран.

Наивность представлений Планка о политике в годы войны отмечали Лауэ и Эйнштейн. Поражение в войне и последующее падение монархии больно задели патриотические чувства Планка. Даже спустя четыре года в одном из своих выступлений он выражал сожаление, что императорская фамилия лишилась трона. Вместе с тем, он понимал, что отречение императора является одним из условий проведения необходимых реформ и сохранения немецкого государства как такового.

Война принесла учёному и личную трагедию: в мае 1916 года под Верденом погиб его старший сын Карл. Для Планка это событие стало поводом переоценить своё отношение к сыну, который не мог найти себя в жизни и не смог оправдать надежд, возлагавшихся на него отцом; учёный с горечью писал по этому поводу: «Без войны я бы никогда не узнал его ценность, а сейчас, когда я знаю её, я должен потерять его» . В 1917 году дочь Планка Грета, вышедшая замуж за гейдельбергского профессора Фердинанда Фелинга (Ferdinand Fehling), умерла неделю спустя после родов. Её сестра-близнец Эмма, взявшая на себя заботу о ребёнке, в январе 1919 года тоже стала женой Фелинга, однако в конце года её постигла судьба сестры: она также скончалась при родах. Осиротевшие внучки, получившие имена в честь своих матерей, частично воспитывались в доме деда. Младший сын Планка Эрвин, также служивший на фронте, встретил окончание войны во французском плену.

Планк сыграл видную роль в послевоенной реорганизации немецкой науки, происходившей в условиях упадка экономики и сокращения финансирования научных исследований. Он стал одним из инициаторов учреждения Чрезвычайной ассоциации немецкой науки (нем. Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaft), созданной для привлечения финансов из различных источников, и впоследствии активно участвовал в распределении средств, осуществлявшемся различными комиссиями этой организации. Планк, с 1916 года бывший сенатором Общества кайзера Вильгельма, принимал участие в общем руководстве Обществом, институты которого в новых условиях были вынуждены ориентироваться на прикладные разработки, важные для восстановления немецкой промышленности. Учёный занимал критическую позицию по отношению к этой новой политике, призывая не забывать о важности фундаментальных исследований. В июле 1930 года он был избран президентом Общества; много времени пожилой учёный отдавал общению с политиками, предпринимателями, банкирами, журналистами, выступал в средствах массовой информации. Что касается его политических взглядов, то в новых условиях парламентской республики Планк стал поддерживать умеренно правую Немецкую народную партию, представлявшую интересы промышленников. И хотя он не мог одобрить многие нововведения и, например, считал «всеобщее право голосовать (для двадцатилетних!) фундаментальной ошибкой» , он не видел смысла выступать против нового государства и не видел возможности вернуть всё обратно.

Кроме экономической разрухи, положение науки в послевоенной Германии осложнялось международной изоляцией, которая во многом была связана с националистической позицией немецких учёных в годы войны и которая лишь постепенно начинала преодолеваться. Ситуация усугублялась суровыми ограничениями, наложенными на Германию по результатам мирного договора, что не способствовало проявлению инициативы со стороны учёных; Планк и большинство его коллег считали официальное признание собственной неправоты невозможным в таких условиях, ибо это могли счесть проявлением трусости и эгоизма. Лишь к середине 1920-х годов напряжение стало уменьшаться, и в 1926 году, после принятия Германии в Лигу наций, немецкие и австрийские учёные получили приглашение присоединиться к Международному исследовательскому совету (предшественнику Международного совета по науке). Планк, понимавший важность международного научного сотрудничества, способствовал восстановлению разорванных войной связей и налаживанию новых контактов во время своих поездок. В этой деятельности он старался придерживаться принципа невмешательства политики в дела науки и предпочитал неформальные или чисто научные контакты встречам, устроенным государственными или иными политическими организациями. В частности, несмотря на прохладное отношение правительства и своей партии, он посетил в качестве представителя Прусской академии наук торжества по случаю 200-летия Российской академии наук, проходившие в сентябре 1925 года в Ленинграде и Москве .

Планк передал руководство Институтом теоретической физики Максу фон Лауэ ещё в 1921 году, а осенью 1926 года, по достижении предельного возраста, покинул пост профессора Берлинского университета. Его преемником стал Эрвин Шрёдингер, за работами которого Планк следил с большим интересом. Однако и после выхода в отставку учёный, получивший титул почётного профессора, по-прежнему активно участвовал в научной жизни университета, работе приёмных и аттестационных комиссий, ещё несколько лет читал курсы лекций; он также оставался секретарём Прусской академии наук. В 1930-е годы Планк получил возможность больше времени уделять лекциям по общенаучным и философским проблемам; его выступления проходили не только в различных университетах Германии, но и в Голландии, Англии, Швейцарии, Швеции, Финляндии. Учёный строго придерживался в жизни определённого распорядка, согласно которому работа чередовалась с отдыхом. Он всегда использовал свои отпуска, чтобы как следует отдохнуть, путешествовал, занимался альпинизмом, проводил время в своём имении вблизи Тегернзе; ему удалось сохранить хорошее здоровье до преклонного возраста.

В 1933 году к власти в Германии пришли нацисты; начались гонения против неугодных учёных, многие из них (особенно еврейского происхождения) были вынуждены эмигрировать. Многие немецкие учёные поначалу думали, что политика нового режима носит временный характер и что негативные тенденции со временем должны исчезнуть, поэтому тактика Планка и других руководителей науки состояла в том, чтобы защищать науку и при этом избегать какой-либо критики режима. По словам историка Джона Хейльброна (англ. John L. Heilbron), «они открыто шли на уступки в малых вещах и не протестовали публично против великих несправедливостей...».

Первоочередной задачей для Планка и его коллег, оставшихся в Германии, стало сохранение науки в новых условиях, защита её от окончательного разрушения. Для этого пожилой учёный использовал свой авторитет и положение президента Общества кайзера Вильгельма; стараясь не привлекать внимания властей, он способствовал сохранению работоспособности институтов Общества, помогал уволенным сотрудникам найти новую работу или выехать за рубеж. Придерживаясь этой тактики личных контактов, во время встречи с Адольфом Гитлером в мае 1933 года Планк попробовал заступиться за своего еврейского коллегу Фрица Габера, знаменитого химика, однако фюрер даже не захотел говорить на эту тему. Потерпев это поражение, Планк, однако, никогда открыто не выступал против нацистского режима и старался по мере сил поддерживать с ним мирные отношения. Так, он был не согласен с позицией Эйнштейна, публично заявившего о своём неприятии нацизма, и фактически устранился от участия в процедуре лишения Эйнштейна членства в Прусской академии наук . Тем не менее, желая смягчить ситуацию, Планк выступил с заявлением, в котором напомнил о значении работ Эйнштейна для развития физики, однако при этом выразил сожаление, что «Эйнштейн своим собственным политическим поведением сделал своё присутствие в академии невозможным».

Планк также выступил в качестве организатора чествования памяти Габера, скончавшегося в эмиграции; это собрание состоялось, несмотря на официальный запрет посещать его, распространявшийся на всех государственных служащих. Учёный позволял себе критиковать режим лишь косвенным образом, затрагивая в своих выступлениях на философские и исторические темы те или иные проблемы современности. Эйнштейн так и не простил Планка за его отказ публично выступить против творившихся несправедливостей (в 1933 году прекратилась их переписка), и даже Лауэ критиковал своего учителя за то, что тот не проявил большего «упрямства».

В начале 1936 года активизировались нападки на Планка со стороны представителей так называемой «арийской физики»; учёный объявлялся проводником вредных идей, посредственным исследователем, ставленником «эйнштейновской клики». Эта активизация была во многом обусловлена назначенными на 1 апреля перевыборами президента Общества кайзера Вильгельма, которое, по словам Филиппа Ленарда, с самого начала было «еврейским чудовищем». Однако Планку удалось сохранить за собой этот пост, одновременно начались поиски подходящего преемника. Им стал Карл Бош, сменивший Планка в 1937 году. 22 декабря 1938 года пожилой учёный ушёл и с должности секретаря академии, однако продолжал борьбу, стараясь сохранить за этим научным учреждением остатки самостоятельности. В мае 1938 года в Берлине был, наконец, открыт Институт физики Общества кайзера Вильгельма (нем. Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik), созданию которого на протяжении многих лет Планк посвящал много усилий. Несмотря на сопротивление представителей «арийской физики», по инициативе вновь назначенного директора Петера Дебая институту было присвоено имя Макса Планка.

После начала Второй мировой войны Планк продолжал выступать с лекциями по всей стране. В феврале 1944 года в результате налёта англо-американской авиации сгорел дом учёного в Груневальде; были уничтожены его рукописи и дневники, бо́льшая часть его обширной библиотеки. Он был вынужден переехать к своему другу Карлу Штилю (нем. Carl Still) в имение Рогец под Магдебургом. Жестоким ударом для престарелого учёного стала смерть его второго сына Эрвина (нем. Erwin Planck), который был близок к группе полковника Штауффенберга и принимал участие в дискуссиях заговорщиков о будущем переустройстве Германии. Хотя непосредственного участия в событиях 20 июля 1944 года Эрвин, по-видимому, не принимал, он был приговорён к смерти и, несмотря на прошения отца о помиловании, в январе 1945 года повешен.

Весной 1945 года Макс Планк едва не погиб во время бомбёжки в Касселе, где он выступал с очередной лекцией. В конце апреля имение Рогец было разрушено; Планк с женой некоторое время укрывались в лесу, затем в течение двух недель жили у местного молочника; состояние учёного усугублялось артритом позвоночника, он с трудом мог ходить. Наконец, он был доставлен в Гёттинген американскими военными, отправленными на спасение старика по просьбе профессора Роберта Поля. Здесь учёный был вынужден провести пять недель в университетской клинике, его здоровье значительно ухудшилось в результате пережитых событий. Оправившись, Планк поселился в Гёттингене у своей племянницы; вскоре он смог вернуться к работе, к лекционным выступлениям.

В июле 1946 года Планк посетил Англию, где в качестве единственного представителя Германии принял участие в праздновании 300-летия со дня рождения . Некоторое время престарелый физик оставался почётным президентом Общества кайзера Вильгельма, которое вскоре с согласия учёного было переименовано в Общество Макса Планка (первым его президентом стал Отто Ган).

В Бонне, во время одной из своих лекционных поездок, 88-летний Планк серьёзно заболел двусторонним воспалением лёгких, однако сумел выздороветь.

В марте 1947 года состоялось его последнее выступление перед студентами. Научное сообщество Германии готовилось к торжествам по случаю его 90-летия, но за считанные месяцы до этой круглой даты учёный скончался от инсульта. Это случилось 4 октября 1947 года в Гёттингене, где Планк и был похоронен.

Немецкий физик Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился в 1858 году в г. Киле (тогда Пруссия), в семье профессора гражданского права Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка, профессора гражданского права, и Эммы (в девичестве Патциг) Планк. В детстве мальчик учился играть на фортепьяно и органе, обнаруживая незаурядные музыкальные способности. В 1867 г. семья переехала в Мюнхен, и там Планк поступил в Королевскую Максимилиановскую классическую гимназию, где превосходный преподаватель математики впервые пробудил в нем интерес к естественным и точным наукам. По окончании гимназии в 1874 году он собирался было изучать классическую филологию, пробовал свои силы в музыкальной композиции, но потом отдал предпочтение физике.

В течение трех лет Планк изучал математику и физику в Мюнхенском и год – в Берлинском университетах. Один из его профессоров в Мюнхене, физик-экспериментатор Филипп фон Жолли, оказался плохим пророком, когда посоветовал молодому Планку избрать другую профессию, так как, по его словам, в физике не осталось ничего принципиально нового, что можно было бы открыть. Эта точка зрения, широко распространенная в то время, возникла под влиянием необычайных успехов, которых ученые в XIX в. достигли в приумножении наших знаний о физических и химических процессах. В бытность свою в Берлине Планк приобрел более широкий взгляд на физику благодаря публикациям выдающихся физиков: Германа фон Гельмгольца и Густава Кирхгофа, а также статьям Рудольфа Клаузиуса. Знакомство с их трудами способствовало тому, что научные интересы Планка надолго сосредоточивались на термодинамике – области физики, в которой на основе небольшого числа фундаментальных законов изучаются явления теплоты, механической энергии и преобразования энергии.

Ученую степень доктора Макс Планк получил в 1879 г., защитив в Мюнхенском университете диссертацию о втором начале термодинамики, утверждающем, что ни один непрерывный самоподдерживающийся процесс не может переносить тепло от более холодного тела к более теплому.

На следующий год Планк написал еще одну работу по термодинамике, которая принесла ему должность младшего ассистента физического факультета Мюнхенского университета. В 1885 г. он стал адъюнкт-профессором Кильского университета, что упрочило его независимость, укрепило финансовое положение и предоставило больше времени для научных исследований.

Работы Планка по термодинамике и ее приложениям к физической химии и электрохимии снискали ему международное признание. В 1888 г. он стал адъюнкт-профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (пост директора был создан специально для него). Полным (действительным) профессором он стал в 1892 году.

С 1896 г. Макс Планк заинтересовался измерениями, производившимися в Государственном физико-техническом институте в Берлине, а также проблемами теплового излучения тел. Любое тело, содержащее тепло, испускает электромагнитное излучение. Если тело достаточно горячее, то это излучение становится видимым. При повышении температуры тело сначала раскаляется докрасна, затем становится оранжево-желтым и, наконец, белым. Излучение испускает смесь частот (в видимом диапазоне частота излучения соответствует цвету). Однако излучение тела зависит не только от температуры, но и до некоторой степени от таких характеристик поверхности, как цвет и структура. В качестве идеального эталона для измерения и теоретических исследований физики приняли воображаемое абсолютное черное тело. По определению, абсолютно черным называется тело, которое поглощает все падающее на него излучение и ничего не отражает. Излучение, испускаемое абсолютно черным телом, зависит только от его температуры. Хотя такого идеального тела не существует, неким приближением к нему может служить замкнутая оболочка с небольшим отверстием (например, надлежащим образом сконструированная печь, стенки и содержимое которой находятся в равновесии при одной и той же температуре). Одно из доказательств чернотельных характеристик такой оболочки сводится к следующему. Излучение, падающее на отверстие, попадает в полость и, отражаясь от стенок, частично отражается и частично поглощается. Поскольку вероятность того, что излучение в результате многочисленных отражений выйдет через отверстие наружу, очень мала, оно практически полностью поглощается. Излучение, берущее начало в полости и выходящее из отверстия, принято считать эквивалентным излучению, испускаемому площадкой размером с отверстие на поверхности абсолютно черного тела при температуре полости и оболочки. Подготавливая собственные исследования, Планк прочитал работу Кирхгофа о свойствах такой оболочки с отверстием. Точное количественное описание наблюдаемого распределения энергии излучения в этом случае получило название проблемы черного тела.

Как показали эксперименты с черным телом, график зависимости энергии (яркости) от частоты или длины волны является характеристической кривой. При низких частотах (больших длинах волн) она прижимается к оси частот, затем на некоторой промежуточной частоте достигает максимума (пик с округлой вершиной), а затем при более высоких частотах (коротких длинах волн) спадает. При повышении температуры кривая сохраняет свою форму, но сдвигается в сторону более высоких частот. Были установлены эмпирические соотношения между температурой и частотой пика на кривой излучения черного тела (закон смещения Вина, названный так в честь Вильгельма Вина) и между температурой и всей излученной энергией (закон Стефана – Больцмана, названный так в честь австрийских физиков Йозефа Стефана и Людвига Больцмана), но никому не удавалось вывести кривую излучения черного тела из основных принципов, известных в то время. Вину удалось получить полуэмпирическую формулу, которую можно подогнать так, что она хорошо описывает кривую при высоких частотах, но неверно передает ее ход при низких частотах. Джордж У. Стретт (лорд Рэлей) и английский физик Джеймс Джинс применили принцип равного распределения энергии по частотам колебаний осцилляторов, заключенных в пространстве черного тела, и пришли к другой формуле (формуле Рэлея – Джинса). Она хорошо воспроизводила кривую излучения черного тела при низких частотах, но расходилась с ней на высоких частотах.

Макс Планк под влиянием теории электромагнитной природы света Джеймса Клерка Максвелла (опубликованной в 1873 г. и подтвержденной экспериментально Генрихом Герцем в 1887 г.) подошел к проблеме черного тела с точки зрения распределения энергии между элементарными электрическими осцилляторами, физическая форма которых никак не конкретизируется. Хотя на первый взгляд может показаться, что выбранный им метод напоминает вывод Рэлея – Джинса, Планк отверг некоторые из принятых этими учеными допущений. В 1900 г., после продолжительных и настойчивых попыток создать теорию, которая удовлетворительно объясняла бы экспериментальные данные, Планку удалось вывести формулу, которая, как обнаружили физики-экспериментаторы из Государственного физико-технического института, согласовывалась с результатами измерений с замечательной точностью. Законы Вина и Стефана – Больцмана также следовали из формулы Планка. Однако для вывода своей формулы ему пришлось ввести радикальное понятие, идущее вразрез со всеми установленными принципами. Энергия планковских осцилляторов изменяется не непрерывно, как следовало бы из традиционной физики, а может принимать только дискретные значения, увеличивающиеся (или уменьшающиеся) конечными шагами. Каждый шаг по энергии равен некоторой постоянной (называемой ныне постоянной Планка), умноженной на частоту. Дискретные порции энергии впоследствии получили название квантов. Введенная Планком гипотеза ознаменовала рождение квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает «физика до Планка».

Макс Планк отнюдь не был революционером, и ни он сам, ни другие физики не сознавали глубокого значения понятия «квант». Для Планка квант был всего лишь средством, позволившим вывести формулу, дающую удовлетворительное согласие с кривой излучения абсолютно черного тела. Он неоднократно пытался достичь согласия в рамках классической традиции, но безуспешно. Вместе с тем он с удовольствием отметил первые успехи квантовой теории, последовавшие почти незамедлительно. Его новая теория включала в себя, помимо постоянной Планка, и другие фундаментальные величины, такие, как скорость света и число, известное под названием постоянной Больцмана. В 1901 г., опираясь на экспериментальные данные по излучению черного тела, Планк вычислил значение постоянной Больцмана и, используя другую известную информацию, получил число Авогадро (число атомов в одном моле элемента). Исходя из числа Авогадро, Планк сумел с замечательной точностью найти электрический заряд электрона.

Позиции квантовой теории укрепились в 1905 г., когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона – кванта электромагнитного излучения – для объяснения фотоэлектрического эффекта (испускание электронов поверхностью металла, освещаемой ультрафиолетовым излучением). Эйнштейн предположил, что свет обладает двойственной природой: он может вести себя и как волна (в чем нас убеждает вся предыдущая физика), и как частица (о чем свидетельствует фотоэлектрический эффект). В 1907 г. Эйнштейн еще более упрочил положение квантовой теории, воспользовавшись понятием кванта для объяснения загадочных расхождений между предсказаниями теории и экспериментальными измерениями удельной теплоемкости тел – количества тепла, необходимого для того, чтобы поднять на один градус температуру одной единицы массы твердого тела. Еще одно подтверждение потенциальной мощи введенной Планком новации поступило в 1913 от Нильса Бора, применившего квантовую теорию к строению атома. В модели Бора электроны в атоме могли находиться только на определенных энергетических уровнях, определяемых квантовыми ограничениями. Переход электронов с одного уровня на другой сопровождается выделением разности энергий в виде фотона излучения с частотой, равной энергии фотона, деленной на постоянную Планка. Тем самым получали квантовое объяснение характеристические спектры излучения, испускаемого возбужденными атомами.

Основоположником квантовой физики считается немецкий физик-теоретик Макс Карл Эрнст Людвиг Планк. Именно он в 1900 г. заложил основы квантовой теории, предположив, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается отдельными порциями – квантами.

Позже было доказано, что любому излучению присуща прерывность.

Из биографии

Родился Макс Планк 23 апреля 1858 г. в г. Киле. Его отец, Иоганн Юлиус Вильгельм фон Планк, был профессором права. В 1867 г. Макс Планк начал обучаться в Королевской Максимилиановской гимназии в Мюнхене, куда к тому времени переехала его семья. В 1874 г.Планк закончил гимназию и занялся изучением математики и физики в Мюнхенском и Берлинском университетах. Планку был всего 21 год, когда в 1879 г. он защитил свою диссертацию «О втором законе механической теории тепла», посвящённую второму началу термодинамики. Через год он защищает вторую диссертацию «Равновесное состояние изотропных тел при различных температурах» и становится приват-доцентом факультета физики в Мюнхенском университете.

Весной 1885 г. Макс Планк – экстраординарный профессор кафедры теоретической физики Кильского университета. В 1897 г. был издан курс лекций Планка по термодинамике.

В январе 1889 г. Планк приступил к выполнению обязанностей экстраординарного профессора кафедры теоретической физики Берлинского университета, а в 1982 г. он стал ординарным профессором. Одновременно он возглавил Институт теоретической физики.

В 1913/14 учебном году Планк занимал пост ректора Берлинского университета.

Квантовая теория Планка

Берлинский период стал наиболее плодотворным в научной карьере Планка. Занимаясь проблемой теплового излучения с 1890 г., в 1900 г. Планк предположил, что электромагнитное излучение не является непрерывным. Оно излучается отдельными порциями – квантами. А величина кванта зависит от частоты излучения. Планком была выведена формула распределения энергии в спектре абсолютно чёрного тела. Он установил, что свет испускается и поглощается порциями-квантами с определённой частотой колебаний. А энергия каждого кванта равна частоте колебания, умноженной на постоянную величину , получившую название константы Планка.

E = hn , где n – частота колебаний, h –константа Планка.

Константу Планка называют основной константой квантовой теории , или квантом действия .

Это величина, связывающая величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой. Но так как любое излучение происходит квантами, то константа Планка справедлива для любой линейной колебательной системы.

19 декабря 1900 г., когда на заседании Берлинского физического общества Планк доложил о своём предположении, стал днём рождения квантовой теории.

В 1901 г. на основе данных по излучение чёрного тела Планку удалось вычислить значение постоянной Больцмана . Он также получил число Авогадро (число атомов в одном моле) и установил величину заряда электрона с высочайшей точностью.

В 1919 г. Планк стал лауреатом Нобелевской премии по физике за 1918 г. за заслуги «в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии».

В 1928 г. Максу Планку исполнилось 70 лет. Он вышел в формальную отставку. Но сотрудничество с Обществом фундаментальных наук кайзера Вильгельма не прекратил. В 1930 г. он стал президентом этого общества.

Планк был членом академий наук Германии и Австрии, научных обществ и академий Ирландии, Англии, Дании, Финляндии, Нидерландов, Греции, Италии, Венгрии, Швеции, США и Советского Союза.Германское физическое общество учредило медаль Планка. Это высшая награда этого общества. И первым почётным её обладателем стал сам Макс Планк.

Квантовая теория родилась в 1901 г., когда Макс Планк предложил теоретический вывод о соотношении между температурой тела и испускаемым этим телом излучением, вывод, который долгое время ускользал от других ученых. Как и его предшественники, Планк предположил, что излучение испускают атомные осцилляторы, но при этом считал, что энергия осцилляторов (и, следовательно, испускаемого ими излучения) существует в виде небольших дискретных порций, которые Эйнштейн назвал квантами. Энергия каждого кванта пропорциональна частоте излучения. Хотя выведенная Планком формула вызвала всеобщее восхищение, принятые им допущения оставались непонятными некоторое время, так как противоречили классической физике. В 1905 г. Альберт Эйнштейн воспользовался квантовой теорией для объяснения некоторых аспектов фотоэлектрического эффекта – испускания электронов поверхностью металла, на которую падает ультрафиолетовое излучение. Попутно Эйнштейн отметил кажущийся парадокс: свет, о котором на протяжении долгого времени было известно, что он распространяется как непрерывные волны, при поглощении и излучении проявляет дискретные свойства.

Примерно через восемь лет Нильс Бор распространил квантовую теорию на атом и объяснил частоты волн, испускаемых атомами, возбужденными в пламени или в электрическом разряде. Эрнест Резерфорд показал, что масса атома почти целиком сосредоточена в центральном ядре, несущем положительный электрический заряд и окруженном на сравнительно больших расстояниях электронами, несущими отрицательный заряд, вследствие чего атом в целом электрически нейтрален.

Бор предположил, что электроны могут находиться только на определенных дискретных орбитах, соответствующих различным энергетическим уровням, и что «перескок» электрона с одной орбиты на другую, с меньшей энергией, сопровождается испусканием фотона, энергия которого равна разности энергий двух орбит. Частота, по теории Планка, пропорциональна энергии фотона. Таким образом, модель атома Бора установила связь между различными линиями спектров, характерными для испускающего излучение вещества, и атомной структурой. Несмотря на первоначальный успех, модель атома Бора вскоре потребовала модификаций, чтобы избавиться от расхождений между теорией и экспериментом. Кроме того, квантовая теория на той стадии ещё не давала систематической процедуры решения многих квантовых задач. Однако стало ясно, что классическая физика неспособна объяснить тот факт, что движущийся с ускорением электрон не падает на ядро, теряя энергию при излучении электромагнитных волн.

Новая существенная особенность квантовой теории проявилась в 1924 г., когда Луи де Бройль выдвинул радикальную гипотезу о волновом характере материи: если электромагнитные волны, например свет, иногда ведут себя как частицы (что показал Эйнштейн), то частицы, например электрон при определенных обстоятельствах, могут вести себя как волны. Таким образом, в микромире стёрлась граница между классическими частицами и классическими волнами. В формулировке де Бройля частота, соответствующая частице, связана с её энергией, как в случае фотона (частицы света), но предложенное де Бройлем математическое выражение было эквивалентным соотношением между длиной волны, массой частицы и её скоростью (импульсом). Существование электронных волн было экспериментально доказано в 1927 г. Клинтоном Дж. Дэвиссоном и Лестером Х. Джермером в Соединенных Штатах и Джорджем Паджетом Томсоном в Англии.

В свою очередь это открытие привело к созданию в 1933 г. Эрнстом Руской электронного микроскопа.

Под впечатлением от комментариев Эйнштейна по поводу идей де Бройля Эрвин Шрёдингер предпринял попытку применить волновое описание электронов к построению последовательной квантовой теории, не связанной с неадекватной моделью атома Бора. В известном смысле он намеревался сблизить квантовую теорию с классической физикой, которая накопила немало примеров математического описания волн. Первая попытка, предпринятая им в 1925 г., закончилась неудачей. Скорости электронов в теории Шрёдингера были близки к скорости света, что требовало включения в неё специальной теории относительности Эйнштейна и учета предсказываемого ею значительного увеличения массы электрона при очень больших скоростях.

Одной из причин постигшей Шрёдингера неудачи было то, что он не учел наличия специфического свойства электрона, известного ныне под названием спина (вращение электрона вокруг собственной оси наподобие волчка, однако такое сравнение не совсем корректно), о котором в то время было мало известно. Следующую попытку Шрёдингер предпринял в 1926 г. Скорости электронов на этот раз были выбраны им настолько малыми, что необходимость в привлечении теории относительности отпадала сама собой. Вторая попытка увенчалась выводом волнового уравнения Шрёдингера, дающего математическое описание материи в терминах волновой функции. Шрёдингер назвал свою теорию волновой механикой. Решения волнового уравнения находились в согласии с экспериментальными наблюдениями и оказали глубокое влияние на последующее развитие квантовой теории. В настоящее время волновая функция лежит в основе квантово-механического описания микросистем, подобно уравнениям Гамильтона в классической механике.

Незадолго до того Вернер Гейзенберг , Макс Борн и Паскуаль Иордан опубликовали другой вариант квантовой теории, получивший название матричной механики, которая описывала квантовые явления с помощью таблиц наблюдаемых величин. Эти таблицы представляют собой определенным образом упорядоченные математические множества, называемые матрицами, над которыми по известным правилам можно производить различные математические операции. Матричная механика также позволяла достичь согласия с наблюдаемыми экспериментальными данными, но в отличие от волновой механики не содержала никаких конкретных ссылок на пространственные координаты или время. Гейзенберг особенно настаивал на отказе от каких-либо простых наглядных представлений или моделей в пользу только таких свойств, которые могли быть определены из эксперимента, так как по его соображениям микромир имеет принципиально иное устройство, чем макромир в виду особой роли постоянной Планка, несущественной в мире больших величин.

Шрёдингер показал, что волновая механика и матричная механика математически эквивалентны. Известные ныне под общим названием квантовой механики, эти две теории дали долгожданную общую основу описания квантовых явлений. Многие физики отдавали предпочтение волновой механике, поскольку её математический аппарат был им более знаком, а её понятия казались более «физическими»; операции же над матрицами – более громоздкими.

Вскоре после того, как Гейзенберг и Шрёдингер разработали квантовую механику, Поль Дирак предложил более общую теорию, в которой элементы специальной теории относительности Эйнштейна сочетались с волновым уравнением. Уравнение Дирака применимо к частицам, движущимся с произвольными скоростями. Спин и магнитные свойства электрона следовали из теории Дирака без каких бы то ни было дополнительных предположений. Кроме того, теория Дирака предсказывала существование античастиц, таких, как позитрон и антипротон, – двойников частиц с противоположными по знаку электрическими зарядами.

Макс Планк (1858-1947).

Немецкий физик Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 года в прусском городе Киле, в семье профессора гражданского права Иоганна Юлиуса Вильгельма фон Планка, профессора гражданского права, и Эммы (в девичестве Патциг) Планк. В детстве мальчик учился играть на фортепиано и органе, обнаруживая незаурядные музыкальные способности. В 1867 году семья переехала в Мюнхен, и там Планк поступил в Королевскую Максимилиановскую классическую гимназию, где превосходный преподаватель математики впервые пробудил в нем интерес к естественным и точным наукам. По окончании гимназии в 1874 году он поначалу собирался изучать классическую филологию, пробовал свои силы в музыкальной композиции, но потом отдал предпочтение физике.

В течение трех лет Планк изучал математику и физику в Мюнхенском и год в Берлинском университетах. Один из его профессоров в Мюнхене, физик-экспериментатор Филипп фон Жолли, оказался плохим пророком, когда посоветовал молодому Планку избрать другую профессию, так как, по его словам, в физике не осталось ничего принципиально нового, что можно было бы открыть. Эта точка зрения, широко распространенная в то время, возникла под влиянием необычайных успехов, которых ученые в XIX веке достигли в приумножении наших знаний о физических и химических процессах.

В бытность свою в Берлине Планк приобрел более широкий взгляд на физику благодаря публикациям выдающихся физиков Германа фон Гельмгольца и Густава Кирхгофа, а также статьям Рудольфа Клаузиуса. Знакомство с их трудами способствовало тому, что научные интересы Планка надолго сосредоточивались на термодинамике - области физики, в которой на основе небольшого числа фундаментальных законов изучаются явления теплоты, механической энергии и преобразования энергии.

Ученую степень доктора Планк получил в 1879 году, защитив в Мюнхенском университете диссертацию "О втором законе механической теории тепла" - втором начале термодинамики, утверждающем, что ни один непрерывный самоподдерживающийся процесс не может переносить тепло от более холодного тела к более теплому. Через год он защитил диссертацию "Равновесное состояние изотропных тел при различных температурах", которая принесла ему должность младшего ассистента физического факультета Мюнхенского университета.

В 1885 году он стал адъюнкт-профессором Кильского университета, что упрочило его независимость, укрепило финансовое положение и предоставило больше времени для научных исследований. Работы Планка по термодинамике и ее приложениям к физической химии и электрохимии снискали ему международное признание. В 1888 году он стал адъюнкт-профессором Берлинского университета и директором Института теоретической физики (пост директора был создан специально для него).

Работая доцентом Мюнхенского университета, Планк начал составлять курс лекций по теоретической физике. Но до 1897 года он не мог приступить к публикации своих лекций. В 1887 году он написал конкурсное сочинение на премию философского факультета Геттингенского университета. За это сочинение Планк получил премию, а сама работа, содержащая историко-методологический анализ закона сохранения энергии, переиздавалась пять раз, с 1887 по 1924 год. За это же время Планк опубликовал ряд работ по термодинамике физико-химических процессов. Особую известность получила созданная им теория химического равновесия разведенных растворов. В 1897 году вышло первое издание его лекций по термодинамике. Эта классическая книга переиздавалась несколько раз (последнее издание вышло в 1922 году) и переводилась на иностранные языки, в том числе и на русский. К тому времени Планк был уже ординарным профессором Берлинского университета и членом Прусской академии наук.

С 1896 года Планк заинтересовался измерениями, производившимися в Государственном физико-техническом институте в Берлине, а также проблемами теплового излучения тел. Проводя свои исследования, Планк обратил внимание на новые физические закономерности. Он установил на основе эксперимента закон теплового излучения нагретого тела. При этом он столкнулся с тем, что излучение имеет прерывный характер. Планк смог обосновать свой закон лишь с помощью замечательного предположения, что энергия колебания атомов не произвольная, а может принимать лишь ряд вполне определенных значений. Позднейшие исследования целиком подтвердили это предположение. Оказалось, что прерывность присуща любому излучению, что свет состоит из отдельных порций (квантов) энергии.

Планк установил, что свет с частотой колебания должен испускаться и поглощаться порциями, причем энергия каждой такой порции равна частоте колебания умноженной на специальную константу, получившую название постоянной Планка.

14 декабря 1900 года Планк доложил Берлинскому физическому обществу о своей гипотезе и новой формуле излучения. Введенная Планком гипотеза ознаменовала рождение квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает "физика до Планка".

В 1906 году вышла монография Планка "Лекции по теории теплового излучения". Она переиздавалась несколько раз. Русский перевод книги под названием "Теория теплового излучения" вышел в 1935 году.

Его новая теория включала в себя, помимо постоянной Планка, и другие фундаментальные величины, такие как скорость света и число, известное под названием постоянной Больцмана. В 1901 году, опираясь на экспериментальные данные по излучению черного тела, Планк вычислил значение постоянной Больцмана и, используя другую известную информацию, получил число Авогадро (число атомов в одном моле элемента). Исходя из числа Авогадро, Планк сумел с высочайшей точностью найти электрический заряд электрона.

Планк отнюдь не был революционером, и ни он сам, ни другие физики не сознавали глубокого значения понятия "квант". Для Планка квант был всего лишь средством, позволившим вывести формулу, дающую удовлетворительное согласие с кривой излучения абсолютно черного тела. Он неоднократно пытался достичь согласия в рамках классической традиции, но безуспешно. Вместе с тем он с удовольствием отметил первые успехи квантовой теории, последовавшие почти незамедлительно.

Позиции квантовой теории укрепились в 1905 году, когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона - кванта электромагнитного излучения. Эйнштейн предположил, что свет обладает двойственной природой: он может вести себя и как волна, и как частица. В 1907 году Эйнштейн еще более упрочил положение квантовой теории, воспользовавшись понятием кванта для объяснения загадочных расхождений между предсказаниями теории и экспериментальными измерениями удельной теплоемкости тел. Еще одно подтверждение потенциальной мощи введенной Планком новации поступило в 1913 году от Нильса Бора, применившего квантовую теорию к строению атома.

В тоже время личная жизнь Планка была отмечена трагедией. Его первая жена, урожденная Мария Мерк, с которой он вступил в брак в 1885 году и которая родила ему двух сыновей и двух дочерей-близнецов, умерла в 1909 году. Двумя годами позже он женился на своей племяннице Марге фон Хесслин, от которой у него также родился сын. Во время Первой мировой войны погиб под Верденом один из его сыновей, а в последующие годы обе его дочери умерли при родах.

В 1919 году Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за 1918 год "в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии". Как заявил А. Г. Экстранд, член Шведской королевской академии наук, на церемонии вручения премии, "теория излучения Планка - самая яркая из путеводных звезд современного физического исследования, и пройдет, насколько можно судить, еще немало времени, прежде чем иссякнут сокровища, которые были добыты его гением". В нобелевской лекции, прочитанной в 1920 году, Планк подвел итог своей работы и признал, что "введение кванта еще не привело к созданию подлинной квантовой теории".

В двадцатые годы Шредингер, Гейзенберг, Дирак и другие развили квантовую механику. Планку пришлась не по душе новая вероятностная интерпретация квантовой механики, и, подобно Эйнштейну, он пытался примирить предсказания, основанные только на принципе вероятности, с классическими идеями причинности. Его чаяниям не суждено было сбыться: вероятностный подход устоял.

Вклад Планка в современную физику не исчерпывается открытием кванта и постоянной, носящей ныне его имя. Сильное впечатление на него произвела специальная теория относительности Эйнштейна, опубликованная в 1905 году. Полная поддержка, оказанная Планком новой теории, в немалой мере способствовала принятию специальной теории относительности физиками. К числу других его достижений относится предложенный им вывод уравнения Фоккера-Планка, описывающего поведение системы частиц под действием небольших случайных импульсов.

В 1928 году в возрасте семидесяти лет Планк вышел в обязательную формальную отставку, но не порвал связей с Обществом фундаментальных наук кайзера Вильгельма, президентом которого он стал в 1930 году. И на пороге восьмого десятилетия он продолжал исследовательскую деятельность.

Как человек сложившихся взглядов и религиозных убеждений, да и просто как справедливый человек, Планк после прихода в 1933 году Гитлера к власти публично выступал в защиту еврейских ученых, изгнанных со своих постов и вынужденных эмигрировать. На научной конференции он приветствовал Эйнштейна, преданного анафеме нацистами. Когда Планк как президент Общества фундаментальных наук кайзера Вильгельма наносил официальный визит Гитлеру, он воспользовался этим случаем, чтобы попытаться прекратить преследования ученых-евреев. В ответ Гитлер разразился тирадой против евреев вообще. В дальнейшем Планк стал более сдержанным и хранил молчание, хотя нацисты, несомненно, знали о его взглядах. Как патриот, любящий родину, он мог только молиться о том, чтобы германская нация вновь обрела нормальную жизнь. Он продолжал служить в различных германских ученых обществах в надежде сохранить хоть какую-то малость немецкой науки и просвещения от полного уничтожения.

Планка ждало новое потрясение. Второй сын от первого брака был казнен в 1944 году за участие в неудавшемся заговоре против Гитлера. После того как его дом и личная библиотека погибли во время воздушного налета на Берлин, Планк и его жена пытались найти убежище в имении Рогец неподалеку от Магдебурга, где оказались между отступающими немецкими войсками и наступающими силами союзных войск. В конце концов, супруги Планк были обнаружены американскими частями и доставлены в безопасный тогда Геттинген.

Планк глубоко интересовался философскими проблемами, связанными с причинностью, этикой и свободой воли, и выступал на эти темы в печати и перед профессиональными и непрофессиональными аудиториями. Исполнявший обязанности пастора (но не имевший священнического сана) в Берлине, Планк был глубоко убежден в том, что наука дополняет религию и учит правдивости и уважительности.

Планк верил в реальности внешнего мира и в могущество разума. Это существенно отметить, потому что очень важный этап его деятельности протекал в обстановке кризиса в физике. Однако материалистически настроенный Планк твердо противостоял модным позитивистским увлечениям Маха и Оствальда. "Он был типичным немцем в лучшем смысле этого слова, - пишет в своей книге Джордж Паджет Томсон, видный физик, сын Дж. Дж. Томсона. - Честный, педантичный, с чувством собственного достоинства, по-видимому, довольно твердый, но в благоприятных условиях способный отбросить всю чопорность и превратиться в обаятельного человека".

Через всю свою жизнь Планк пронес любовь к музыке: великолепный пианист, он часто играл камерные произведения со своим другом Эйнштейном, пока тот не покинул Германию. Планк был также увлеченным альпинистом и почти каждый свой отпуск проводил в Альпах.

Планк состоял членом Германской и Австрийской академий наук, а также научных обществ и академий Англии, Дании, Ирландии, Финляндии, Греции, Нидерландов, Венгрии, Италии, Советского Союза, Швеции и Соединенных Штатов. Германское физическое общество назвало в честь него свою высшую награду медалью Планка, и сам ученый стал первым обладателем этой почетной награды. В честь его восьмидесятилетия одна из малых планет была названа Планкианой, а после окончания Второй мировой войны Общество фундаментальных наук кайзера Вильгельма было переименовано в Общество Макса Планка.

Скончался Планк в Геттингене 4 октября 1947 года, за шесть месяцев до своего девяностолетия. На его могильной плите выбиты только имя и фамилия и численное значение постоянной Планка.