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Max Planck

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Max Planck rundt 1930
Max Plancks signatur

Max Karl Ernst Ludwig Planck (født 23. april 1858 i Kiel , † 4. oktober 1947 i Göttingen ) var en tysk fysiker innen teoretisk fysikk . Han regnes som grunnleggeren av kvantefysikken . For oppdagelsen av en konstant senere oppkalt etter ham i en grunnleggende fysisk ligning, Plancks handlingskvantum , mottok han Nobelprisen i fysikk i 1919 i 1918. [1]

Etter å ha studert i München og Berlin, godtok Planck først en samtale til Kiel i 1885, før han flyttet til Berlin i 1889. Der behandlet Planck stråling av svart kropp og i 1900 kunne han presentere en formel - Planck strålingsformelen som senere ble oppkalt etter ham - som korrekt beskrev denne strålingen for første gang. Dermed la han grunnlaget for moderne kvantefysikk.

Liv

Fødsel og opprinnelse

Brev signert av ti år gamle Max Planck

Max Planck ble født 23. april 1858 som det sjette [2] barnet til Wilhelm von Planck (1817-1900) og hans andre kone Emma née Patzig (1821-1914) og mottatt som det fremgår av den håndskrevne oppføringen i kirkeboken til St. Nikolai Community i Kiel opprinnelig kalt Marx . Det er ikke klart om dette var en forglemmelse, men Planck brukte navnet Max gjennom hele livet . [3] [4] Han hadde fire søsken (Hermann, Hildegard, Adalbert og Otto) og fra farens første ekteskap to halvsøsken ( Hugo og Emma). [5]

Plancks far Wilhelm von Planck kom fra en familie av lærde som var gjennomsyret av tradisjon. Hans oldefar Georg Jakob Planck var byskriver i Nürtingen , bestefaren Gottlieb Jakob Planck (1751–1833) og hans far Heinrich Ludwig Planck (1785–1831) var begge professorer i teologi i Göttingen . Wilhelm von Planck selv var jusprofessor i Kiel på tidspunktet for Max Plancks fødsel; tidligere hadde han undervist i Basel og Greifswald . [6] Hans bror Gottlieb Planck (1824-1910) var også advokat og underviste i Göttingen, han var en av forfatterne av Civil Code . [7] [8] Wilhelms mor, Johanne Wagemann, kom fra en respektert pastorfamilie i Nord -Tyskland. Faren hennes var teologen Gottfried Wilhelm Wagemann .

Plancks mor Emma kom fra Greifswald , der faren var regnskapsfører i provinsmyndigheten. Statlige og administrative tjenestemenn så vel som pastorer dominerte familien hennes. Emma Planck ble alltid tilskrevet et "livlig temperament", selv etter ektemannens død besøkte hun de akademiske kretsene i München, hvor hun var veldig populær. Max Planck forble nært knyttet til henne til hun døde 4. august 1914. [9]

1867–1874: Skoler i München

Max Planck som elev (1874)

Max Planck tilbrakte de første årene av livet i Kiel til familien flyttet til München i 1867, der faren hadde mottatt en oppfordring til formannen for sivil prosessrett. Der deltok Planck, som tidligere hadde vært elev av Sexta ved Kiel School of Academics , den første latinklassen på Maximiliansgymnasium 14. mai 1867. [5] Den allsidige Planck var en god, men ikke en enestående student og ble ansett som lærerens favoritt; disse bekreftet at han var "et veldig tydelig, logisk hode, til tross for all den barnslige naturen". [10]

Selv om det ikke var noen vitenskapsklasse på Maximiliansgymnasium, kom Planck først i kontakt med fysikk her. Hans matematikklærer Hermann Müller, som Planck i ettertid beskrev som "en mann som er midt i livet, klok og morsom", lærte studentene det grunnleggende om astronomi og mekanikk , som var en del av emnet i Abitur -klassen i emnet hans. Planck husket prinsippet om bevaring av energi som læreren introduserte med et "drastisk" og levende eksempel som spesielt dannende. Han har akseptert denne "første [] loven for ham, som har en absolutt gyldighet uavhengig av mennesket, [...] som et budskap om frelse [...]". [11]

Plancks klassekamerater på Maximiliansgymnasium inkluderte den senere grunnleggeren av Deutsches Museum , Oskar Miller og Walther von Dyck , som ble kjent som matematiker og vitenskapssjef. Barna til mange velstående og respekterte familier gikk også på skolen, inkludert sønnen til forfatteren Paul Heyse og Plancks kommende svoger Karl Merck, sønn av bankmannen Heinrich Johann Merck . [12]

Sommeren 1874, i en alder av 16 år, besto Planck Abitur som den fjerde beste eleven i klassen. Det kommende valg av emne var ikke lett for ham, først svingte han mellom naturvitenskap, klassisk filologi og musikkstudier. Planck, som hadde perfekt tonehøyde, spilte piano og cello og akkompagnerte regelmessig gudstjenester på orgelet . Han var også en utmerket sanger og var guttesopranmedlem i skolen og kirkekoret. I tillegg dirigerte og komponerte han sanger for små skuespill og husmusikk, som på den tiden for den utdannede middelklassen var et vanlig tidsfordriv. Som student komponerte han senere til og med en operette med tittelen Die Liebe im Walde , som imidlertid ikke har overlevd.

Da han lette etter et emne, vurderte Planck først å studere musikk, men så ingen karrieremuligheter i det og bestemte seg for fysikk . Fysikprofessoren i München, Philipp von Jolly , som Planck spurte om prospektene i 1874, kommenterte Plancks interesse for fysikk med bemerkningen at "nesten alt innen denne vitenskapen er allerede undersøkt, og bare noen få ubetydelige hull må lukkes." - et syn som mange fysikere hadde den gangen.

1874–1879: Studier i München og Berlin

Planck som student i Berlin (1878)

Om vinteren semester av 1874 , Planck innrullert ved Ludwig-Maximilians-universitetet i München for å studere matematikk og naturfag. Der ble Philipp von Jolly , som ifølge sin samtid "var en beundringsverdig foreleser med uovertruffen klarhet og eleganse i presentasjonen", hans akademiske lærer. Planck hørte ytterligere fysikkforelesninger med Wilhelm Beetz , hans matematikklærere var Philipp Ludwig von Seidel og Gustav Bauer , [13] hvis matematiske høyskole "internt fornøyd og stimulert" ham. [14]

Med von Jolly, som på den tiden forsøkte med liten suksess å eksperimentelt bestemme akselerasjonen på grunn av tyngdekraften , ble Planck kjent med vanskelighetene ved fysisk forskning. I løpet av denne tiden gjennomførte Planck de eneste uavhengige eksperimentene i hele sin vitenskapelige karriere da han undersøkte om de "halvgjennomtrengelige veggene" som teoretiske fysikere antok faktisk eksisterte. For dette formål behandlet han diffusjon av hydrogen gjennom oppvarmet platina , som i denne stjernebildet faktisk er halvgjennomtrengelig. Denne kunnskapen ble senere tatt opp for eksperimenter i fysikk og kjemi. [15]

I Academic Choral Society AGV München , som han, som brødrene hans, tilhørte, [16] møtte Planck Carl Runge (1856–1927), to år eldre, som også studerte matematikk og fysikk og senere ble kjent som matematiker. Våren 1877 dro Planck og to venner på en tur til Italia , som Runge senere ble med på. Plancks biografer vurderer denne turen, hvor det var mange, for det meste filosofiske, diskusjoner som en viktig begivenhet i Plancks senere ungdom. Spesielt Runge, “som hadde mot til å våge seg til dristige utflukter, [skremte] sin medstudent Planck med det da opprørsk nye spørsmålet om det ikke kunne være at den kristne kirke kunne gjøre mer skade enn godt for mennesker og for de brakte verden. "( Fischer : Der Physiker) [17] For Planck, som kom fra en tradisjonell familie, var dette helt nye ideer. [18]

I vintersemesteret 1877 flyttet Planck og Runge til Berlin i et år, hvor han studerte ved Friedrich-Wilhelms-Universität med de berømte fysikerne Gustav Kirchhoff og Hermann von Helmholtz , som han allerede hadde møtt i München. Imidlertid ble Planck snart skuffet over forelesningene til forskerne han beundret og skrev i ettertid: «[Helmholtz] var aldri ordentlig forberedt, han snakket alltid nølende, [...] dessuten fortsatte han å gjøre feilberegninger [...] og vi hadde følelsen av at han selv i dette foredraget like kjedelig som vi er. "Kirchhoff kjempet seg tilbake, selv om det var grundig forberedt og uansett formulert forelesninger, følte Planck dette som" tørt og monotont. " [19] Derfor, Planck i Berlin og matematikeren. laget, hørte Karl Weierstrass , [15] hovedsakelig i selvstudier fra forfatterene til Rudolf Clausius , som hadde behandlet teorien om varme , som senere også ble Plancks arbeidsfelt. Clausius hadde formulert de to første hovedprinsippene for termodynamikk for første gang, der Planck allerede kjente den første fra skoletiden som "prinsippet om bevaring av energi". Planck valgte den andre hovedklausulen som tema for avhandlingen. [20]

I oktober 1878, nå tilbake i München, besto Planck " statseksamen for undervisning på ungdomsskoler" i fagene matematikk og fysikk. På den tiden var dette målet for de fleste fysikkstudenter, ettersom bare yrket lærer lovet vanlig ansettelse. I kontrast, etter tradisjonen med sin familie, bestemte Planck seg for å satse på en universitetskarriere og jobbet bare som vikar på en kort tid på sin tidligere skole i slutten av 1878. 12. februar 1879 leverte han sin avhandling om den andre loven om mekanisk varmeteori , [21], der han ifølge anmelderne "oppnådde langt mer enn det som vanligvis kreves av en innledningsavhandling." Hans selvstendige arbeid var spesielt vekt på det uavhengig valgte emnet så vel som hans ekspertise. Planck besto også muntlig eksamen 30. mai samme år med glans. Kommisjonen, bestående av von Jolly (fysikk), Bauer (matematikk) og Adolf von Baeyer (kjemi), tildelte ham karakteren I med utmerkelsen summa cum laude . Den skriftlige eksamen i forskjellige underområder i fysikk, som var nødvendig for en doktorgrad den gangen, forårsaket ikke Planck noen vanskeligheter, slik at han mottok doktorgraden 28. juni 1879 etter et offentlig foredrag om utviklingen av begrepet varme og en påfølgende generell diskusjon. [22]

1880–1885: privat foreleser i München

Allerede i 1880 leverte Planck sin habiliteringsoppgave om likevekten til isotropiske legemer ved forskjellige temperaturer , der han brukte den generelle kunnskapen fra avhandlingen til å løse ulike fysikalsk -kjemiske problemer. Etter en offentlig prøveforelesning om prinsippene for mekanisk gassteori med påfølgende diskusjon, mottok Planck habiliteringen 14. juni 1880. I en alder av bare 22 år var han nå universitetsprofessor og ble utnevnt til universitetet i München som privat foreleser. [23]

Der holdt han sitt første foredrag om analytisk mekanikk fra vintersemesteret 1880 - ulønnet og fortsatt bosatt hos foreldrene - og utvidet i løpet av de følgende årene dette kurset til en syklus som omhandlet alle viktige underområder i fysikk fra et teoretisk punkt av utsikt. Samtidig prøvde han å gjøre seg bemerket som vitenskapsmann for snart å bli tilbudt et professorat. I 1883 mottok han en fra Aschaffenburg Forest Academy , men avslo utnevnelsen etter å ha konsultert Helmholtz fordi han ikke så noe vitenskapelig perspektiv i den. Planck, som på det tidspunktet allerede var forlovet med Marie Merck, følte en økende "trang til uavhengighet" og var misfornøyd med situasjonen hans, spesielt avhengigheten av farens vedlikehold. [23] [24]

I løpet av denne tiden fikk Planck liten oppmerksomhet fra eksperter, verken avhandlingen eller habiliteringsoppgaven fikk oppmerksomhet. Likevel fortsatte Planck sin forskning innen varmeteori og viet seg til entropi i løpet av sin tid i München. For å gjøre dette undersøkte han endringer i tilstanden for aggregering , gassblandinger og løsninger . [24]

1885–1889: Professorat i Kiel, ekteskap med Marie Merck

Hovedbygningen ved University of Kiel (1893)

I april 1885 utnevnte Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Planck til førsteamanuensis for teoretisk fysikk. Det ganske lille universitetet hadde allerede prøvd å etablere en slik stilling siden 1883 og ansatte først Heinrich Hertz som privat foreleser etter Berlins anbefaling. Siden etableringen av professoratet ble forsinket, godtok han imidlertid en oppringning fra TH Karlsruhe i 1884. Under det påfølgende søket av Kiel -fakultetet etter en etterfølger falt valget raskt på Planck, ettersom han "hadde den lengste og mest vellykkede aktiviteten blant de yngste dosentene i teoretisk fysikk". [25]

Etter korte forhandlinger, der han tjente på farens gode forhold i Kiel, ble Planck utnevnt til professor i Kiel 2. mai 1885. Selv om det bare var noen få studenter innen hans felt i Kiel, [25] var han i stand til å bekrefte og utvide sitt rykte som fysiker her. Planck, som nå hadde en årslønn på 2000 mark pluss bostøtte og høyskolestipend til studentene, var nå økonomisk på egne bein og, etter at han hadde forlovet seg med henne sommeren 1886, kunne han møte sine lange -term -venninne Marie Merck (1861) 31. mars 1887 –1909) gifte seg. Deres første sønn Karl (1888–1916) ble født 9. mars 1888, etterfulgt av tvillingdøtre Emma (1889–1919) og Grete (1889–1917) i april 1889, og den andre sønnen Erwin (1893–1945) i 1893 ., som senere ble statssekretær i rikskansleriet og var en av de myrdede leiemorderne 20. juli 1944 . [26]

I løpet av sin tid i Kiel deltok Planck i en konkurranse fra 1884 organisert av det filosofiske fakultetet ved University of Göttingen for året 1887 "On the essence of energy". Han ble tildelt andre prisen for sin monografi The Principle of Conservation of Energy , og siden den første prisen ikke ble delt ut, dukket Planck uoffisielt ut som vinneren av konkurransen. Juryen la særlig vekt på "den metodiske tankegangen, grundig matematisk og fysisk opplæring av forfatteren [og] forsiktigheten i dommen" [27] . Antagelig ble han nektet førstepremien fordi han i sin avhandling foretrakk arbeidet til Helmholtz fremfor Göttingen -professoren Wilhelm Eduard Webers arbeid . Det var et opphetet vitenskapelig argument mellom de to fysikerne den gangen. [28] [29]

I Kiel bestemte Planck seg endelig for å fokusere på teoretisk fysikk som emne, som i utgangspunktet var en uvanlig beslutning for tiden. I Tyskland var det bare to stoler for denne fysikkgrenen, som de dominerende eksperimentelle fysikerne så på som et nødvendig onde eller bare som en hjelpevitenskap for forskningen deres. [30]

Fra 1889: Professorat i Berlin

Hovedbygningen ved Universitetet i Berlin (rundt 1900)

I april 1889 ble Planck utnevnt til Friedrich Wilhelms University i Berlin. Der etterfulgte han Gustav Kirchhoff , som uventet døde i oktober 1887. Opprinnelig prøvde Det filosofiske fakultetet, som fysikklederen tilhørte på den tiden, å vinne den 44 år gamle Ludwig Boltzmann fra Graz . Boltzmann var en av de ledende teoretiske fysikerne på denne tiden og tilsvarte dermed kravsprofilen til fakultetet, som lette etter "autoriteter i sterk manndom". Da denne planen mislyktes, foreslo utnevnelseskomiteen Heinrich Hertz og Planck som mulige kandidater i november 1888. Siden Hertz ikke ønsket å forlate stillingen i Karlsruhe, mottok Planck endelig samtalen. I utgangspunktet var Planck bare lektor - universitetet var usikker på om den unge fysikeren oppfylte de høye kravene - men ble utnevnt til professor allerede i 1892 og hadde nå stolen for teoretisk fysikk. [31]

Umiddelbart etter tiltredelsen begynte Planck i German Physical Society i Berlin , hvor han snart også var aktiv som kasserer. I 1899 spilte Planck en nøkkelrolle i å transformere og gi nytt navn til selskapet til det tyske fysiske samfunnet . Allerede i 1894, etter forslag fra Helmholtz, ble Planck også valgt til Royal Prussian Academy of Sciences i Berlin . På bare 35 år - gjennomsnittsalderen for akademiet var over 60 - var Planck nå medlem av et av de mest anerkjente vitenskapelige samfunnene i Europa. Dette var et annet viktig skritt i Plancks karriere. [32] [33]

Minneplakett på huset på Wangenheimstrasse 21, der Planck bodde fra 1905 til 1944

I Berlin var Planck ikke bare mer vitenskapelig, men også sosialt mer involvert enn i Kiel. I villakolonien Grunewald , hvor det bodde mange professorer i Berlin, lot Planck også bygge et hus og flyttet i 1905 med familien, som Erwin (1893–1945), som ble født i 1893, tilhørte Wangenheimstrasse 21. Historikeren bodde i nabolaget Hans Delbrück , teologen Adolf von Harnack og legen Karl Bonhoeffer , med hvis familier Plancks var venner. Planck ble snart nære venner med Joseph Joachim (1831–1907), direktøren for Academic University of Music , som han ofte spilte musikk med. På dette tidspunktet behandlet Planck også musikkteoretiske problemer, spesielt toneforskjellene mellom naturlig og herdet tuning . [33]

Planck holdt sine forelesninger i en seks-semestersyklus, så på tre år handlet hver om mekanikk , elektromagnetisme , optikk , termodynamikk og til slutt spesielle problemer fra teoretisk fysikk. I foredragene brukte han ikke et manuskript, bare av og til sørget han med notatene for at beregningene og avledningene hans var riktige. Han utviklet alle emner og relasjoner fra enkle formler og ligninger, slik at lytterne hans kunne forstå forholdet mellom de respektive fagområdene. Planck ble høyt verdsatt av studentene sine fordi han snakket tydelig og flytende og forelesningene hans var enkle å forstå. På grunn av hans klare, nøkterne formuleringer følte mange ham i utgangspunktet som upersonlig og forsiktig, spesielt siden han ikke nevnte sine egne autoritative bidrag til kvanteteori, men presenterte dem så vel som alle andre temaer. Lise Meitner , som tidligere hadde studert med Boltzmann, som er kjent som en spennende foredragsholder i Wien, sa i ettertid at hun “lærte veldig raskt å forstå hvor lite mitt første inntrykk hadde å gjøre med Plancks sanne personlighet. [...] Han var av en sjelden renhet i sinnet og inderlig rettferdighet, som tilsvarte hans ytre enkelhet og upretensiøsitet. " [34]

Strålingslov og kvanteteori, relativitetsteori

Fra midten av 1890-årene behandlet Planck strålevekt og teorien om termisk stråling og prøvde å utlede strålingslovene fra termodynamiske betraktninger. 14. desember 1900 presenterte han Physical Society en ligning som korrekt beskrev svart stråling fra kroppen . Likningene som ble funnet frem til da, den wienske strålingsloven og Rayleigh-Jeans-loven , kunne bare gjengi deler av strålingsspekteret uten avvik. I løpet av arbeidet med sin strålingslov ga Planck opp sine forbehold om et atomistisk-sannsynlig syn på entropi. Samtidig la han grunnlaget for kvantefysikk da han bare tillot visse diskrete energistater for oscillatorene , som var ansvarlige for strålingen i modellkonseptet hans. Som en del av dette arbeidet introduserte Planck også Plancks handlingskvantum , en grunnleggende naturlig konstant , i fysikken. [35]

→ For en detaljert beskrivelse, se avsnittet Plancks lov om stråling og virkningskvantum .

I 1905 leste Planck avhandlingen On the Electrodynamics of Moving Bodies av Albert Einstein, som fremdeles var ukjent på den tiden, og i de påfølgende årene viet seg intensivt til den spesielle relativitetsteorien som ble introdusert der. Planck var med på å sikre at Einsteins arbeid fikk den nødvendige oppmerksomheten. Allerede i mars 1906 holdt han et foredrag for Physical Society i Berlin og var i korrespondanse med Einstein, som på det tidspunktet fremdeles bodde i Bern. Planck forsvarte det nye konseptet mot kritikere og prøvde med hell å tilbakevise eksperimentene til Walter Kaufmann fra Göttingen, hvis målinger tilsynelatende motsatte teorien. Allerede i september 1908, da matematikeren Hermann Minkowski introduserte tiden som den fjerde dimensjonen ved samling av tyske naturforskere og leger i Köln , hadde den spesielle relativitetsteorien etablert seg i spesialkretser. Uavhengig av at han promoterte Einsteins relativitetsteori, avviste Planck hans tolkning av strålingsproblemet, den såkalte lette kvantehypotesen . [36]

Marie Planck dør, gifter seg med Marga von Hoeßlin

17. oktober 1909 døde Marie Planck etter lang tids sykdom, sannsynligvis av tuberkulose eller bronkialkarsinom . For Planck, som hadde vært lykkelig gift med Marie i 23 år, var hennes død "et forferdelig slag". Han fortsatte å skrive til Wilhelm Wien : "[...] Jeg håper at med oppgavene jeg har fått ved å ta vare på barna og av vitenskap, vil også min styrke komme tilbake." [37]

14. mars 1911 giftet Planck seg med en niese av sin avdøde kone, Margarete (Marga) von Hoeßlin (1882–1949). 24. desember 1911 ble Hermann Planck († 1954) født som deres første barn. Ekteskapet med Marga, 25 år yngre, ble ikke godkjent av alle kollegene, men den 53 år gamle Planck gjenvunnet snart styrken sin gjennom det nye forholdet og gjenopptok også vanlig musikk i huset sitt. De faste gjestene inkluderte fysikerne Wilhelm Westphal , Eduard Grüneisen , Otto von Baeyer og Otto Hahn samt familiene Delbrück og Harnack . Publikum og gjester på andre arrangementer i Freundeskreis var Robert Pohl og Gustav Hertz og Lise Meitner , som Planck husket som sprudlende og bekymringsløs i løpet av denne tiden. [37]

Solvay -konferansen

Deltakere i den første Solvay -konferansen: Planck (bakre rad, 2. fra venstre) står foran tavlen som strålingsloven hans kan leses på.

I oktober 1911 deltok Planck i den første Solvay -konferansen initiert av hans kollega Walther Nernst , der konsekvensene av hans strålingslov for fysikk skulle diskuteres. Selve konferansen var mislykket - Albert Einstein beskrev den senere som "som en klagesang for ruinene av Jerusalem" - men økte fysikernes bevissthet om problemene som ble reist og førte til et økende antall unge fysikere som slet med kvanteteorien. Denne generasjonen utviklet endelig moderne kvantemekanikk på 1920 -tallet. [38]

Planck selv var ekstremt skeptisk til videre utvikling og fortsatte å prøve å bringe strålingsloven i harmoni med klassisk fysikk. For dette formål presenterte han i de påfølgende årene den såkalte "andre" og "tredje kvanteteorien", som imidlertid mislyktes på grunn av den raske utviklingen av kvantefysikken. Dette arbeidet dannet imidlertid et viktig grunnlag for videre forskning. Planck påpekte blant annet at atomvibrasjoner fortsatt må eksistere selv ved absolutt null . [38]

student

Selv om Planck leste som professor i Berlin i 37 år og ble verdsatt som lærer av studentene, etablerte han ikke sin egen skole fordi han bare hadde noen få doktorgradsstudenter og sjelden kom i kontakt med dem. Et vitenskapelig "selskap" oppstod derfor ikke ved instituttet hans. [39]

Mange av de rundt tjue doktorgradene til Planck ble senere selv fremragende forskere: [39]

Fra 1912: Fast sekretær ved det prøyssiske vitenskapsakademiet

23. mars 1912 ble Max Planck valgt til "permanent sekretær" for det prøyssiske vitenskapsakademiet , som ble grunnlagt i 1700. Sammen med tre andre faste sekretærer dannet han akademiets eksekutivkomité, som hver overtok formannskapet i hele akademiet i fire måneder. Planck hadde nå et innflytelsesrik embete og ble i økende grad den "sentrale figuren i samtidens fysikk" ( Dieter Hoffmann : Max Planck: Fremveksten av moderne fysikk), slik det hadde vært før Hermann von Helmholtz , som døde i 1894. For Planck var fokuset ikke bare på egen forskning, men også på utvikling av all fysikk og vitenskap generelt. [40]

Siden han ble valgt som permanent sekretær for det prøyssiske akademiet, prøvde Planck å bringe Albert Einstein til Berlin, som imidlertid foretrakk å bli i Sveits og avviste monarkiet . Im Frühsommer 1913 reiste Planck daher mit Walther Nernst nach Zürich und unterbreitete Einstein das Angebot, Akademie-Mitglied und Professor ohne Lehrverpflichtung an einem eigenen, neuen Institut an der Berliner Universität zu werden. Einstein sagte im Dezember zu und trat am 1. April 1914 seine neue Stelle an. [41] Planck war während des Studienjahrs 1913/1914 zudem Rektor der Friedrich-Wilhelms-Universität. [42]

Erster Weltkrieg

Als Deutschland mit der Mobilmachung und Kriegserklärung an Russland am 1. August und an Frankreich am 3. August 1914 zur Partei im Ersten Weltkrieg wurde (siehe Julikrise ), begrüßte Planck diesen Schritt und war dankbar, diese „herrliche Zeit“ zu erleben. Politisch war er konservativ und staatstreu eingestellt, zudem war er patriotisch und loyal gegenüber dem Kaiser. Wie die meisten seiner Kollegen teilte er die Begeisterung der Bevölkerung und nutzte das jährliche Stiftungsfest der Universität am 3. August, um seinem physikalischen Vortrag einen patriotischen Aufruf folgen zu lassen. Es gehe bei dem Krieg „um Gut und Blut, um die Ehre und vielleicht um die Existenz des Vaterlandes“. [43] Planck gehörte auch zu den Unterzeichnern der Schrift An die Kulturwelt!, die als Manifest der 93 bekannt wurde. Darin widersprachen namhafte Wissenschaftler den als feindliche Propaganda bezeichneten Berichten über deutsche Kriegsverbrechen im neutralen Belgien und rechtfertigten den deutschen Militarismus . [44] [41]

Als Kritik aufkam, machte Planck zunächst geltend, er habe sich für eine Unterschrift zugunsten des Manifests gewinnen lassen, ohne es auch nur gelesen zu haben. [45] Planck unterzeichnete aber nur etwa zwei Wochen später auch die Erklärung der Hochschullehrer des Deutschen Reiches , wonach es „Unser Glaube ist, daß für die ganze Kultur Europas das Heil an dem Siege hängt, den der deutsche ‚Militarismus' erkämpfen wird“. Dennoch wurde nach 1945 von einigen Autoren geltend gemacht, Planck habe sich später von seiner Unterschrift unter das Manifest „distanziert“. [46] [47] Tatsächlich aber hatte Planck das Manifest noch 1916 in einem offenen Brief an seinen niederländischen Kollegen Hendrik Antoon Lorentz mit der Begründung verteidigt, es sei „ein ausdrückliches Bekenntnis, daß die deutschen Gelehrten und Künstler ihre Sache nicht trennen wollen von der Sache des deutschen Heeres. Denn das deutsche Heer ist nichts anderes als das deutsche Volk in Waffen, und wie alle Berufsstände, so sind auch die Gelehrten und Künstler untrennbar mit ihm verbunden“. [48] In einem persönlichen Schreiben an Lorentz erläuterte Planck zudem, sein offener Brief sei zwar „eine Art Widerruf, allerdings nur bezüglich der Fassung, nicht bezüglich des Sinnes“ beider Texte. [49]

Zwar verhinderte Planck ebenfalls 1916, dass Mitglieder aus „Feindländern“ aus der Akademie ausgeschlossen wurden. Das wird von einigen Autoren als Zeichen dafür interpretiert, Planck habe den damals auch unter Akademikern weit verbreiteten Chauvinismus nicht geteilt. Er begründete allerdings sein Eintreten anders: Internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft ließe sich mit „glühender Liebe und tatkräftiger Arbeit für das eigene Vaterland“ vereinbaren. [41] [44]

Plancks Söhne Karl und Erwin waren beide als Soldaten, seine Töchter Emma und Grete als Krankenpflegerinnen [50] im Ersten Weltkrieg eingesetzt. Erwin Planck, der jüngere der beiden Brüder, geriet nach einer Verletzung schon am 7. September 1914 in französische Kriegsgefangenschaft . Karl Planck fiel am 16. Mai 1916 bei Verdun . Planck ließ sich nichts anmerken und ging weiterhin pflichtbewusst seiner Arbeit nach, viele in seinem Umfeld erfuhren erst Wochen später von dem Tod seines Sohnes. [41]

Am 15. Mai 1917 starb Plancks Tochter Grete (* 1889), nur wenige Tage nach der Geburt ihres ersten Kindes, im Wochenbett an einer Lungenembolie . Ihre Zwillingsschwester Emma kümmerte sich um die Tochter. [51]

Im Januar 1919 heiratete Emma Planck Gretes Witwer, den Heidelberger Professor Ferdinand Fehling . Am 21. November 1919 starb auch sie bei der Geburt des ersten Kindes, wiederum überlebte die Tochter. [52] [53]

Weimarer Republik

In den Wirren der Nachkriegszeit gab Planck, inzwischen oberste Autorität der deutschen Physik, die Parole „Durchhalten und weiterarbeiten“ an seine Kollegen aus. Das bedeutete auch, politische Stellungnahmen zu vermeiden, was allerdings durchaus zu politischen Folgen führen konnte: Als die Relativitätstheorie Einsteins um 1920 mit zunehmender Aggressivität in der Öffentlichkeit diskreditiert und Einstein auch persönlich angegriffen wurde, lehnte Planck es trotz einer Empfehlung des Preußischen Kultusministeriums ab, zu Gunsten Einsteins eine Stellungnahme der Akademie der Wissenschaften abgeben zu lassen. [49] Stattdessen veröffentlichten Heinrich Rubens und Walther Nernst unter eigenem Namen eine Verteidigung der Person Einstein und seiner Theorie. [54]

Im Oktober 1920 gründeten Fritz Haber und Max Planck die Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaft , die sich gezielt der Förderung der notleidenden Forschung annahm; die Mittel stammten zu einem erheblichen Teil aus dem Ausland. Er bekleidete auch führende Positionen in der Berliner Universität, der Preußischen Akademie der Wissenschaften, der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und war seit April 1916 Senator derKaiser-Wilhelm-Gesellschaft (KWG; die spätere Max-Planck-Gesellschaft ). 1921 bis 1922 war er Vorsitzender der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte .

Ab 1920 war Planck Kirchenältester im Gemeindekirchenrat der Evangelischen Grunewald -Gemeinde.

Planck wurde Mitglied der DVP , der Partei Stresemanns , die liberale innenpolitische Ziele und eher revisionistische in der Außenpolitik verfolgte. Das allgemeine Wahlrecht lehnte er ab und führte später die Nazi-Diktatur auf das „Emporkommen der Herrschaft der Masse“ zurück.

Nationalsozialismus und Zweiter Weltkrieg

Bei der Machtergreifung der Nazis 1933 war Planck 74 Jahre alt. Er verhielt sich auch diesem Regime gegenüber loyal. Als Präsident derKaiser-Wilhelm-Gesellschaft (KWG) richtete er daher am 14. Juli 1933 an Innenminister Wilhelm Frick ein Schreiben, in dem er mitteilte, dass die Gesellschaft gewillt sei, „sich systematisch in den Dienst des Reiches hinsichtlich der rassenhygienischen Forschung zu stellen“. [55] Jüdische Freunde und Kollegen Plancks wurden gedemütigt und vor allem durch das Berufsbeamtengesetz aus ihren Ämtern gedrängt, hunderte Wissenschaftler verließen Deutschland. Otto Hahn fragte daher Planck, ob man nicht eine Anzahl anerkannter deutscher Professoren für einen gemeinsamen Appell gegen diese Behandlung jüdischer Professoren zusammenbringen könne, worauf Planck antwortete: „Wenn Sie heute 30 solcher Herren zusammenbringen, dann kommen morgen 150, die dagegen sprechen, weil sie die Stellen der anderen haben wollen.“ Fritz Haber gehörte zu den wenigen, für die Planck seinen Einfluss offen einsetzte, indem er versuchte, direkt bei Hitler zu intervenieren. Das misslang, Haber starb 1934 im Exil. Ein Jahr darauf veranstaltete Planck in seiner Funktion als Präsident der KWG (seit 1930) aber eine Gedächtnisfeier für Haber. Im Übrigen allerdings versuchte Planck es weiterhin mit „Durchhalten und Weiterarbeiten“ und bat emigrierwillige Physiker lediglich im Privaten, nicht zu gehen, womit er teilweise erfolgreich war, und ermöglichte es auch einer Reihe von jüdischen Wissenschaftlern, für begrenzte Zeit weiter an Instituten der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zu arbeiten. 1936 endete Plancks KWG-Präsidentschaft; auf Drängen der Nationalsozialisten verzichtete er darauf, sich zur Wiederwahl zu stellen.

Das politische Klima verschärfte sich weiter und richtete sich nun auch gegen Planck. Johannes Stark , Vertreter der „ Deutschen Physik “ und Präsident der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, beschimpfte in einer SS-Zeitschrift Planck, Sommerfeld und Heisenberg als „weiße Juden“ und polemisierte gegen die gesamte Theoretische Physik. Das „Hauptamt Wissenschaft“ untersuchte Plancks Herkunft, erzielte aber nur das Ergebnis, er sei „zu einem Sechzehntel jüdisch“.

1938 feierte Planck seinen achtzigsten Geburtstag: Während des offiziellen Festaktes der DPG wurde dem französischen Physiker Louis de Broglie die Max-Planck-Medaille verliehen, mitten im Vorfeld eines neuen Krieges. Planck erhielt etwa 900 Gratulationen, die er alle persönlich und individuell beantwortete.

Ende 1938 wurde die Akademie gleichgeschaltet , Planck trat aus Protest zurück. Er unternahm trotz seines hohen Alters immer noch zahlreiche Vortragsreisen, so 1937 ins Baltikum mit dem berühmten Vortrag Religion und Naturwissenschaft, und noch 1943 bestieg er im Urlaub in den Alpen mehrere Dreitausender.

Während des Zweiten Weltkrieges musste Planck aufgrund des Luftkrieges Berlin verlassen. Am 1. März 1943 fand er Quartier beim Industriellen Carl Still , dessen Gutshaus auf dem ehemaligen Gelände der Burg Rogätz heute noch steht. 1942 schrieb er: „Mir ist der brennende Wunsch gewachsen, die Krise durchzustehen und so lange zu leben, bis ich den Wendepunkt, den Anfang zu einem Aufstieg werde miterleben können.“ Mit „Aufstieg“ dürfte er allerdings weniger einen militärischen Sieg des nationalsozialistischen Regimes als vielmehr einen politischen und moralischen Neuanfang nach dessen Ende gemeint haben. Denn Planck war sich damals durchaus bewusst, welche Verbrechen von Deutschen begangen wurden, sofern er es nicht sogar mit eigenen Augen sehen konnte. So äußerte er im Mai 1943 gegenüber Lise Meitner : „Es müssen schreckliche Dinge geschehen, wir haben schreckliche Dinge getan.“ [56] Ende Oktober 1943 sollte er einen Vortrag in Kassel halten; deshalb übernachtete er bei Verwandten vom 22. auf den 23. Oktober, als Kassel Ziel eines verheerenden Luftangriffs wurde. Er musste miterleben, wie seine Verwandten ausgebombt wurden. Im Februar 1944 wurde sein Haus in Berlin durch einen Luftangriff völlig zerstört.

Am 23. Juli 1944 wurde sein Sohn Erwin Planck wegen Beteiligung am Aufstand vom 20. Juli 1944 verhaftet und in das Hauptquartier der Gestapo gebracht. Vater Planck machte mit mehreren Eingaben die Unschuld seines Sohnes im Sinne der Anklage geltend. So schrieb er an Himmler : „Aufgrund des innigen Verhältnisses, das mich mit meinem Sohn verbindet, bin ich sicher, dass er mit den Geschehnissen des 20. Juli nichts zu tun hat.“ Als Erwin Planck vom Volksgerichtshof am 23. Oktober 1944 dennoch zum Tod verurteilt worden war, schrieb Vater Planck an Hitler : „Mein Führer! Ich bin zutiefst erschüttert durch die Nachricht, dass mein Sohn Erwin vom Volksgerichtshof zum Tode verurteilt worden ist. Die mir wiederholt von Ihnen, mein Führer, in ehrenvollster Weise zum Ausdruck gebrachte Anerkennung meiner Leistungen im Dienste unseres Vaterlandes berechtigt mich zu dem Vertrauen, dass Sie der Bitte des im siebenundachtzigsten Lebensjahr Stehenden Gehör schenken werden. Als Dank des deutschen Volkes für meine Lebensarbeit, die ein unvergänglicher geistiger Besitz Deutschlands geworden ist, erbitte ich das Leben meines Sohnes.“ [56] Weitere Eingaben richtete Planck an Hermann Göring und erneut an Himmler, der eine Umwandlung der Todes- in eine Zuchthausstrafe in Aussicht gestellt haben soll. Dennoch wurde Erwin Planck am 23. Januar 1945 in Plötzensee hingerichtet.

Als auch die Gegend um Rogätz zur Kampfzone wurde, flüchtete das Ehepaar Planck in den benachbarten Wald. Es übernachtete mit hunderten anderen zunächst einige Tage unter freiem Himmel, dann fand es Aufnahme in der Hütte einer Melkerfamilie. Die Gegend kam zwischen die Fronten der vorrückenden westlichen und sowjetischen Alliierten. Ein amerikanischer Offizier evakuierte das Ehepaar in das unzerstörte Göttingen, wo es bei einer Nichte Plancks unterkam. [57]

Späte Jahre

Das Grab von Max Planck und seiner Familie auf dem Stadtfriedhof Göttingen

Nach dem Kriegsende wurde von Göttingen aus unter der Führung von Ernst Telschow dieKaiser-Wilhelm-Gesellschaft wieder aufgebaut, deren kommissarischer Präsident Max Planck wurde. Nach seiner Rückkehr aus der englischen Internierung trat Otto Hahn am 1. April 1946 die Nachfolge an. Da die britische Besatzungsmacht auf einem anderen Namen bestand, wurde die Vereinigung am 11. September 1946 im Clemens-Hofbauer-Kolleg in Bad Driburg in Max-Planck-Gesellschaft umbenannt. Max Planck wurde zu ihrem Ehrenpräsidenten ernannt.

Trotz zunehmender gesundheitlicher Probleme unternahm Planck wieder Vortragsreisen. Im Juli 1946 nahm er als einziger eingeladener Deutscher an den Feierlichkeiten der Royal Society zum 300. Geburtstag Isaac Newtons teil. Am 4. Oktober 1947 starb Max Planck an den Folgen eines Sturzes und mehrerer Schlaganfälle. Sein Grab befindet sich auf dem Stadtfriedhof Göttingen , auf dem außer ihm eine Reihe weiterer Nobelpreisträger bestattet sind.

Religion und Naturwissenschaft

Planck wandte sich in den letzten Jahrzehnten seines Lebens den philosophischen Grenzfragen seines physikalischen Weltbildes zu. Er war dabei philosophisch von Immanuel Kant und theologisch von Adolf Harnack mitbeeinflusst. In Vorträgen und Aufsätzen vertrat er die Auffassung, dass die Religion von einem Gottesglauben ausgehe und den Bereich des Ethischen umfasse, dass die Naturwissenschaft als ein wissenschaftlich-empirisches Erkennen zu Gott hinstrebe, aber nur bei einer „naturwissenschaftlichen Macht“ enden könne. [58] Planck bejahte die geglaubte Wirklichkeit Gottes. Daneben stand seine Kritik an einer Pseudo-Metaphysik, die aus der Quantentheorie unzulässige Gottesbeweise abzuleiten versuchte. Außerdem kritisierte Planck die Absolutsetzung von „religiösen Symbolen“ durch die Kirchen, also mythologische Aussagen. Er war bis zu seinem Tod Mitglied der evangelischen Kirche. [59]

Werk

Entropie

Die Thermodynamik , die gegen Ende des 19. Jahrhunderts auch als „mechanische Wärmetheorie“ bezeichnet wurde, war zu Beginn dieses Jahrhunderts aus dem Versuch heraus entstanden, die Funktionsweise von Dampfmaschinen zu verstehen und ihre Effizienz zu verbessern. In den 1840er Jahren entdeckten und formulierten mehrere Forscher unabhängig voneinander den Energieerhaltungssatz , der heute auch als der Erste Hauptsatz der Thermodynamik bekannt ist. 1850 formulierte Rudolf Clausius den sogenannten zweiten Hauptsatz, der besagt, dass eine freiwillige (oder spontane) Energieübertragung nur von einem wärmeren auf einen kälteren Körper, nicht aber umgekehrt möglich ist. In England kam zu dieser Zeit William Thomson zu dem gleichen Ergebnis.

Clausius verallgemeinerte seine Formulierung immer weiter und kam 1865 zu einer neuen Formulierung. Dazu führte er den Begriff der Entropie ein, die er als Maß für die reversible Zufuhr von Wärme im Verhältnis zur absoluten Temperatur definierte:

Die neue und bis heute gültige Formulierung des zweiten Hauptsatzes lautete: „Entropie kann erzeugt, aber niemals vernichtet werden“. Clausius, dessen Arbeiten Planck als junger Student während seines Aufenthaltes in Berlin las, wandte dieses neue Naturgesetz erfolgreich auf mechanische, thermoelektrische und chemische Prozesse sowie auf Aggregatzustandsänderungen an.

In seiner Dissertation fasste Planck 1879 die Schriften Clausius' zusammen und wies dabei auf Widersprüche und Ungenauigkeiten in ihrer Formulierung hin, um sie anschließend klarzustellen. Zudem verallgemeinerte er die Gültigkeit des zweiten Hauptsatzes auf alle Vorgänge in der Natur, Clausius hatte seine Anwendung auf reversible Vorgänge und thermische Prozesse beschränkt. Weiterhin befasste sich Planck intensiv mit dem neuen Entropiebegriff und stellte heraus, dass die Entropie nicht nur eine Eigenschaft eines physikalischen Systems, sondern zugleich ein Maß für die Irreversibilität eines Prozesses ist: Wird bei einem Prozess Entropie erzeugt, so ist er irreversibel, da Entropie gemäß dem zweiten Hauptsatz nicht vernichtet werden kann. Bei reversiblen Vorgängen bleibt die Entropie demnach konstant. Diesen Sachverhalt stellte er 1887 in einer Serie von Abhandlungen mit dem Titel Über das Princip der Vermehrung der Entropie ausführlich dar. Plancks Arbeiten erfuhren zu dieser Zeit wenig Beachtung, vielen Physikern galt die Entropie als ein „mathematisches Gespenst“. [60] [61]

Planck folgte bei seiner Beschäftigung mit dem Entropiebegriff nicht der damals vorherrschenden molekularen, wahrscheinlichkeitstheoretischen Interpretation, da diese keinen absoluten Beweis der Allgemeingültigkeit ermöglichen. Stattdessen verfolgte er einen phänomenologischen Ansatz und stand auch dem Atomismus skeptisch gegenüber. Auch wenn er diese Haltung im Zuge seiner Arbeiten zum Strahlungsgesetz später aufgab, zeigt sein Frühwerk „eindrucksvoll die große Leistungskraft der phänomenologischen Thermodynamik bei der Lösung konkreter physikochemischer Probleme […]“ ( Dieter Hoffmann : Max Planck: Die Entstehung der modernen Physik). [62] [61]

Zu Plancks Entropieverständnis gehörte die Erkenntnis, dass das Maximum der Entropie dem Gleichgewichtszustand entspricht. Die damit einhergehende Folgerung, dass sich aus der Kenntnis der Entropie alle Gesetze thermodynamischer Gleichgewichtszustände ableiten lassen, entspricht dem modernen Verständnis solcher Zustände. Planck wählte daher Gleichgewichtsprozesse zu seinem Forschungsschwerpunkt und erforschte, ausgehend von seiner Habilitationsschrift, etwa die Koexistenz von Aggregatzuständen und das Gleichgewicht von Gasreaktionen. Diese Arbeiten an der Grenze zur chemischen Thermodynamik erfuhren auch große Aufmerksamkeit durch die zu dieser Zeit stark expandierende chemische Industrie. [62]

Unabhängig von Planck hatte der US-Amerikaner Josiah Willard Gibbs nahezu sämtliche Erkenntnisse, die Planck über die Eigenschaften physikalisch-chemischer Gleichgewichte gewann, ebenfalls entdeckt und ab 1876 publiziert. Planck waren diese Aufsätze unbekannt, in deutscher Sprache erschienen sie erst 1892. Beide Wissenschaftler näherten sich dem Thema jedoch auf unterschiedliche Weise, während Planck sich mit irreversiblen Prozessen beschäftigte, betrachtete Gibbs die Gleichgewichte. Dieser Ansatz konnte sich ob seiner Einfachheit schließlich auch durchsetzen, Plancks Herangehensweise wird jedoch die „größere Allgemeinheit“ zugesprochen. [63]

Elektrolyte und Lösungen

Neben seinen Forschungen zur Entropie beschäftigte sich Planck im ersten Jahrzehnt seiner wissenschaftlichen Tätigkeit auch mit elektrischen Vorgängen in Lösungen . Dabei gelang es ihm unter anderem, die Abhängigkeit von Leitvermögen und Verdünnung einer Lösung theoretisch herzuleiten, damit begründete er die moderne Elektrolyttheorie . Auch konnte er die Bedingungen für die Gefrier- und Siedepunktänderungen verdünnter Lösungen, die Raoult und van 't Hoff 1886 gefunden hatten, theoretisch herleiten. [62]

Plancksches Strahlungsgesetz und Wirkungsquantum

Nachdem er seine Arbeiten zu thermodynamischen Gleichgewichten weitgehend abgeschlossen und anschließend erfahren hatte, dass zuvor schon der US-Amerikaner Josiah Willard Gibbs zu den gleichen Ergebnissen gekommen war, wandte sich Planck Mitte der 1890er Jahre Strahlungsgleichgewichten und der Theorie der Wärmestrahlung zu. Zu diesem Zeitpunkt wusste man nur wenig über die Gesetze, nach denen erhitzte Körper Wärme- und Lichtstrahlen aussenden. Gustav Kirchhoff hatte 1859 die zentrale Bedeutung einer universellen, nur von der Frequenz und der Temperatur abhängigen, Strahlungsfunktion zur Beschreibung der Wärmestrahlung postuliert. Dabei führte er das Konzept des Schwarzen Körpers ein, der alle auftreffende Strahlung vollständig absorbiert. Ein solcher Schwarzer Körper emittiert im Umkehrschluss also nur die von ihm selbst ausgesendete Strahlung. Dadurch vereinfachte sich die Suche nach der Strahlungsfunktion, da das Problem auf die Untersuchung der Strahlung eines Schwarzen Körpers reduziert werden kann. [35]

Die experimentellen und theoretischen Hürden waren jedoch groß, erst 1879 konnte Josef Stefan den Zusammenhang zwischen Energiedichte und Temperatur als bestimmen. Ludwig Boltzmann konnte daraus 1884 ein Gesetz für die Gesamtstrahlung eines Schwarzen Körpers finden, Wilhelm Wien von der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Berlin ermittelte 1893 das sogenannte Wiensche Verschiebungsgesetz . Drei Jahre später folgte das Wiensche Strahlungsgesetz , das die experimentellen Ergebnisse zunächst – die zu dieser Zeit üblichen großen Messfehler berücksichtigend – bestätigen konnte. [35]

Während die Wissenschaftler an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt um 1900 versuchten, erstmals einen Schwarzen Körper zu realisieren, um daran Messungen durchführen zu können, näherte sich Planck dem Problem aus theoretischer Sicht. Dazu versuchte er 1894, die Gesetze der Strahlungsphysik von thermodynamischen Überlegungen abzuleiten. Diese Arbeit war die unmittelbare Fortsetzung seiner früheren Forschungen zu thermodynamischen Gleichgewichten und Entropie, die er auf diese Weise mit der elektromagnetischen Lichttheorie verknüpfen wollte. Dadurch wäre es möglich geworden, Wärmestrahlung als elektromagnetischen Vorgang zu interpretieren, was aus der damaligen Perspektive einen weiteren Abschluss der Physik dargestellt hätte. [35]

Planck verwendete für seine Theorie die 1889 von Heinrich Hertz als „ Hertzscher Oszillator “ eingeführten harmonischen Oszillatoren , mit denen sich Emission und Absorption elektromagnetischer Wellen beschreiben ließ. Planck übertrug dieses Konzept auf wärmestrahlende Körper und stellte seine Ergebnisse im März 1895 und Februar 1896 der Preußischen Akademie der Wissenschaften vor. In den folgenden Jahren erweiterte er diesen Ansatz und veröffentlichte zwischen 1897 und 1899 fünf Abhandlungen Über irreversible Strahlungsvorgänge. Weiter gelang es ihm, aus der Betrachtung des Strahlungsverhaltens eines Hohlraums das Wiensche Strahlungsgesetz abzuleiten. Als er im Mai 1899 diese Ergebnisse der Akademie präsentierte, war er außerdem zu der Erkenntnis gelangt, dass dieses Gesetz ebenso wie der zweite Hauptsatz der Thermodynamik universell gültig wäre. Gleichzeitig führte Planck die später als plancksches Wirkungsquantum bezeichnete Naturkonstante ein, erkannte aber ihre umfassende Bedeutung nicht. [35]

Vergleich der Gesetze von Rayleigh-Jeans (rot), Planck (grün) und Wien (blau) für Frequenzen von etwa 20 MHz bis etwa 2 GHz

Im Sommer 1900 ergaben Messungen von Heinrich Rubens und Ferdinand Kurlbaum , dass die bis dahin als Messfehler interpretierten Abweichungen des Wienschen Strahlungsgesetzes in niedrigen Frequenzbereichen in Wirklichkeit gravierende Fehler in der Gleichung selbst waren. Rubens, der mit Planck befreundet war, berichtete diesem im Oktober des Jahres von den gefundenen Ergebnissen und wies diesen darauf hin, dass für große Wellenlängen nicht das Wiensche Strahlungsgesetz, sondern vielmehr das gerade gefundene Rayleigh-Jeans-Gesetz gelten müsse. Dieses wich wiederum in hohen Frequenzbereichen, wo das Wiensche Gesetz genaue Werte lieferte, deutlich ab. Unmittelbar nach diesem Gespräch fand Planck eine „glücklich erratene Interpolationsformel“ für die Messergebnisse, die Rubens bei Messungen in den folgenden Tagen bestätigen konnte. Das plancksche Strahlungsgesetz verband das Wiensche mit dem Rayleigh-Jeans-Gesetz, die beide als Grenzfälle betrachtet werden können. [35]

Das vorläufige Ergebnis, das Planck am 19. Oktober im Anschluss an einen Vortrag von Kurlbaum der Akademie vorstellte, enthielt noch zwei zu diesem Zeitpunkt unbestimmte Konstanten. In den folgenden Wochen brachte Planck das Gesetz auf seine endgültige Form:

Dazu verwendete Planck die bis zu diesem Zeitpunkt von ihm abgelehnte atomistisch-wahrscheinlichkeitstheoretische Begründung der Entropie von Ludwig Boltzmann , gab also seinen bis dahin konsequent verfolgten phänomenologischen Ansatz auf und erkannte seinen Irrtum. Rückblickend beschrieb Planck diesen Schritt als einen „Akt der Verzweiflung“. [64] [65] Analog zu Boltzmanns Arbeit zur Gas-Statistik von 1877 erlaubte Planck für die Strahlungsoszillatoren nur bestimmte Energiezustände. Das so hergeleitete Gesetz enthält mit der Boltzmann-Konstante der Lichtgeschwindigkeit und dem planckschen Wirkungsquantum drei Naturkonstanten, ansonsten sind nur die variablen Größen Temperatur und Frequenz enthalten. Die Naturkonstanten konnten durch den von Planck gefundenen Zusammenhang in den folgenden Jahren deutlich genauer bestimmt werden, als es bis dahin möglich gewesen war. [35]

Am 14. Dezember 1900 stellte Planck bei einer Sitzung der Physikalischen Gesellschaft seine Ergebnisse vor, dieser Tag gilt nach Max von Laue seitdem als der „Geburtstag der Quantenphysik“, obwohl keinem der anwesenden Wissenschaftler – Planck eingeschlossen – die Bedeutung und Tragweite der Formel oder der Konstanten bewusst war. Man sah in Plancks Ergebnis zunächst eine Formel, die die Strahlungsverhältnisse korrekt darstellte. Erst Albert Einsteins Lichtquantenhypothese von 1905 und die darauf folgende kritische Analyse des Planckschen Strahlungsgesetzes, die Einstein anschließend zusammen mit Paul Ehrenfest erarbeitete, machte dessen Unvereinbarkeit mit der klassischen Physik deutlich. Planck selbst bezeichnete erst 1908 die Energiezustände der Oszillatoren als „ diskret “. [35]

Nach der Solvay-Konferenz 1911, wo die durch das plancksche Strahlungsgesetz aufgeworfenen Probleme erläutert wurden, versuchte Planck, das Strahlungsgesetz mit der klassischen Physik in Einklang zu bringen. Dazu erarbeitete er bis 1912 die „zweite Quantentheorie“, nach der nur die Emission von Energie quantisiert, die Absorption jedoch kontinuierlich erfolgt. 1914 legte er eine „dritte Quantentheorie“ vor, die vollständig ohne Quanten auskam. Nach wie vor lehnte er die Lichtquantenhypothese von Einstein ab.

Die Ende der 1920er Jahre von Bohr , Heisenberg und Pauli erarbeitete Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik lehnte Planck ab, zusammen mit Schrödinger und Laue ; auch Einstein war jetzt zum Konservativen geworden. Die heisenbergsche Matrizenmechanik fand Planck „abscheulich“, die Schrödinger-Gleichung begrüßte er wie eine Erlösung. Er erwartete, die Wellenmechanik werde die Quantentheorie, sein eigenes Kind, bald überflüssig machen. Die Wissenschaft ging über seine Bedenken hinweg. Auch für ihn selbst galt, was er in jungen Jahren im Kampf mit dem Alten festgestellt hatte: „Eine neue wissenschaftliche Wahrheit pflegt sich nicht in der Weise durchzusetzen, dass ihre Gegner überzeugt werden und sich als belehrt erklären, sondern dadurch, dass die Gegner allmählich aussterben und dass die heranwachsende Generation von vornherein mit der Wahrheit vertraut gemacht ist.“ Wissenschaftliche Selbstbiographie, Leipzig 1948.

Musik

Am Ende des 19. Jahrhunderts beschäftigte sich Planck intensiv mit den Problemen bei der reinen Intonation von Chorgesang bei Modulationen . [66]

Auszeichnungen und Ehrungen

Auszeichnungen zu Lebzeiten

Max Planck

Postume Ehrungen

Viele Schulen und auch Universitäten sind nach Max Planck benannt, siehe Liste der Max-Planck-Gymnasien .

An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Fachbereich Theoretische Physik, besteht seit 2014 eine Ausstellung zu Leben und Werk von Max Planck. Im Februar 2019 gründete sich die Initiative Max-Planck-Museum Kiel [71]

Werke (Auswahl)

Schriften und Vorträge

Zeitschriftenartikel

  • Über eine Verbesserung der Wienschen Spektralgleichung . In: Verhandl. Dtsch. Phys. Ges. Band   2 , 1900, S.   202–204 ( archive.org [abgerufen am 20. Januar 2018]).
  • Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum . In: Verhandl. Dtsch. Phys. Ges. Band   2 , 1900, S.   237–245 ( archive.org [abgerufen am 20. Januar 2018]).
  • Über das Gesetz der Energieverteilung im Normalspektrum . In: Ann. Phys. Band   4 , Nr.   3 , 1901, S.   553–563 , doi : 10.1002/andp.19013090310 ( wiley.com [PDF; abgerufen am 20. Januar 2018]).

Literatur

Biografien

  • Hans Hartmann: Max Planck als Mensch und Denker. Siegismund, Berlin 1938 (2. überarbeitete Auflage bei Hirzel, Leipzig 1948, 3. neubearbeitete Auflage bei Ott, Basel 1953, Ungekürzte Neuauflage als Taschenbuch bei Ullstein, Frankfurt 1964).
  • Max Planck: Wissenschaftliche Selbstbiographie: Mit einem Bildnis und der von Max von Laue gehaltenen Traueransprache. Barth, Leipzig 1948.
  • Wolfgang Gerlach: Die Quantentheorie: Max Planck, sein Werk und seine Wirkung. Universitätsverlag, Bonn 1948.
  • Armin Hermann : Max Planck: mit Selbstzeugnissen und Bilddokumenten. Rowohlt, Reinbek 1973, ISBN 3-499-50198-8 (8. Auflage 2005).
  • John Lewis Heilbron: The Dilemmas of an Upright Man: Max Planck and the fortunes of German science. University of California Press, Berkeley 1986, mit Literaturverzeichnis (erweiterte Ausgabe bei Harvard University Press, Cambridge 2000, ISBN 0-674-00439-6 ).
    • In deutscher Übersetzung: John Lewis Heilbron: Max Planck: Ein Leben für die Wissenschaft 1858–1947. Aus dem Amerikanischen von Norma von Ragenfeld-Feldmann, Hirzel, Stuttgart 1988, ISBN 3-7776-0392-9 . (2. korrigierte und ergänzte Auflage bei Hirzel, Stuttgart 2006, ISBN 3-7776-1438-6 ).
  • Brieftagebuch zwischen Max Planck, Carl Runge, Bernhard Karsten und Adolf Leopold. Herausgegeben, eingeleitet und kommentiert von Klaus Hentschel und Renate Tobies , ERS-Verlag, Berlin 1999 (zweite, erweiterte Auflage 2003).
  • Ernst Peter Fischer : Der Physiker. Max Planck und das Zerfallen der Welt. Siedler, München 2007, ISBN 978-3-88680-837-3 .
  • Dieter Hoffmann : Max Planck. Die Entstehung der modernen Physik. Verlag CH Beck , München 2008, ISBN 978-3-406-56242-6 .

Weiterführende Literatur

  • Dieter Hoffmann (Hrsg.): Max Planck und die moderne Physik. Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3-540-87844-5 (Aufsatzsammlung, mit Literaturverzeichnis).
  • Jules Leveugle: La Relativité, Poincaré et Einstein, Planck, Hilbert: Histoire véridique de la Théorie de la Relativité. L'Harmattan, Paris 2004, ISBN 2-7475-6862-8 (Taschenbuch).
  • Astrid von Pufendorf: Die Plancks. Eine Familie zwischen Patriotismus und Widerstand. Propyläen, Berlin 2006, ISBN 3-549-07277-5 .
  • Heinrich Vogel: Zum philosophischen Wirken Max Plancks. Akad.-Verlag, Berlin 1961.

Ansprachen und Gedenkschriften

  • Emil Warburg , Max von Laue , Arnold Sommerfeld , Albert Einstein , Max Planck: Zu Max Plancks sechzigstem Geburtstag: Ansprachen. Karlsruhe 1918 (mit Erinnerungen von Max Planck).
  • Deutsche Akademie der Wissenschaften: Max Planck zum Gedenken. Berlin 1958.
  • Kockel, Macke, Papapetrou: Max-Planck-Festschrift 1958. Berlin 1959.
  • Eugen Hintsches, Dieter Hoffmann: Max Planck: Vorträge und Ausstellung zum 50. Todestag. Herausgegeben von der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Pressereferat, München 1997.

Literaturverzeichnisse

  • Max Planck: Physikalische Abhandlungen und Vorträge: Aus Anlass seines 100. Geburtstages (23. April 1958). Herausgegeben vom Verband Deutscher Physikalischer Gesellschaften und der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Vieweg, Braunschweig 1958 (3 Bände).
  • Petra Hauke: Literatur über Max Planck: Bestandsverzeichnis. Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Berlin 2001, ISBN 3-927579-14-9 (Veröffentlichungen aus dem Archiv zur Geschichte der Max-Planck-Gesellschaft 14).

Medien

Dokumentarfilme

  • Max Planck: Umsturz mit Melancholie. Dokumentation, Deutschland 2008, 45 Min., Buch und Regie: Jürgen Miermeister, Erstsendung: 9. April 2008, Inhaltsangabe von 3sat, Besprechung in der FAZ, Online auf Youtube.
  • nano extra: Max Planck – Die körnige Welt. Dokumentation, Deutschland, 2008, 30 Min., Buch und Regie: Malte Linde, Erstsendung: 9. April 2008, Inhaltsangabe.

Max Planck in Bild und Ton

Vorlesung auf DVD

Siehe auch

Weblinks

Commons : Max Planck – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wikisource: Max Planck – Quellen und Volltexte

Einzelnachweise

  1. The Nobel Prize in Physics 1918. Bei: nobelprize.org.
  2. Heilbron: The Dilemmas of an Upright Man. Berkeley 1986, S. 1
  3. Christoph Seidler: Namens-Überraschung: Gestatten, Marx Planck. ( Memento vom 29. Juni 2011 im Internet Archive ) Bei: spiegel.de. 24. April 2008, abgerufen am 23. April 2018.
  4. Max-Planck-Gesellschaft:Der Streit ums „r“: Wie hieß Max Planck wirklich? Presseinformation vom 24. April 2008, abgerufen am 21. Februar 2013.
  5. a b Hermann: Planck. 6. Auflage. Reinbek bei Hamburg 1995, S. 7.
  6. Hellmann: Johann Julius Wilhelm von Planck †. Nachruf in der Deutschen Juristen-Zeitung, Jg. 5 (1900), S. 409.
  7. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 8 f.
  8. Hartmann: Max Planck als Mensch und Denker. 3., neubearbeitete Auflage. Basel 1953, S. 29 ff.
  9. Hartmann: Max Planck als Mensch und Denker. 3., neubearbeitete Auflage, Basel 1953, S. 39 f.
  10. Nach: Fischer: Der Physiker. München 2007, S. 31, 34.
  11. Max Planck: Vorträge und Erinnerungen. 7. Auflage. Darmstadt 1969, S. 1; nach: Hermann: Planck. 6. Auflage. Reinbek bei Hamburg 1995, S. 7.
  12. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 10.
  13. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 13.
  14. Planck: Brief an Josef Strasser. 14. Dezember 1930, nach: Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 11.
  15. a b Hartmann: Max Planck als Mensch und Denker. 3. neubearbeitete Auflage, Basel 1953, S. 12 ff.
  16. Verband Alter SVer (VASV): Anschriftenbuch. Mitgliederverzeichnis sämtlicher Alten Herren. Stand vom 1. Oktober 1937. Hannover 1937, S. 172.
  17. Fischer: Der Physiker. München 2007, S. 40.
  18. Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 11 ff.
  19. Planck: Wissenschaftliche Selbstbiographie. nach: Fischer: Der Physiker. München 2007, S. 52 f.
  20. Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 2005, S. 13 f.
  21. Planck: Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie. Ackermann, München 1879.
  22. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 14 ff.
  23. a b Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 18 ff.
  24. a b Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 17 ff.
  25. a b Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 19 f.
  26. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 21 f.
  27. Planck: Das Prinzip von der Erhaltung der Energie. Leipzig 1887, nach: Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 32.
  28. Hartmann: Max Planck als Mensch und Denker. 3. neubearbeitete Auflage, Basel 1953, S. 16.
  29. Heilbron: The Dilemmas of an Upright Man. Berkeley 1986, S. 12.
  30. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 36.
  31. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 39 f.
  32. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 41 f. und S. 69.
  33. a b Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 23 f.
  34. Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 37 ff.
  35. a b c d e f g h Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 49 ff.
  36. Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 40 ff.
  37. a b Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 45 ff.
  38. a b Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 63 ff.
  39. a b Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 48 f.
  40. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 67 f.
  41. a b c d Hermann: Planck. 6. Auflage, Reinbek bei Hamburg 1995, S. 50 ff.
  42. Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 70 f.
  43. Planck: Physikalische Abhandlungen und Vorträge. Braunschweig 1948, 3. Band, S. 77 nach: Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 72.
  44. a b Hoffmann: Max Planck. München 2008, S. 71 ff.
  45. Schreiben Albert Einsteins an Hendrik A. Lorentz vom 2. August 1915, in: Robert Schulmann ua (Hrsg.) 1998: The Collected Papers of Albert Einstein. Band 8, Princeton University Press, ISBN 978-0-691-04849-9 .
  46. Walther Jaenicke: 100 Jahre Bunsen-Gesellschaft, 1894–1994. Springer Verlag, 1994, ISBN 978-3-7985-0979-5 .
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