Lue lisää lahjakkaan fyysikon elämästä tässä lyhyessä blogikirjoituksessa.
Millainen oli Max Planckin tarina?
Max Planck oli saksalainen teoreettinen fyysikko, jota pidetään kvanttiteorian alkuperäisenä perustajana ja yhtenä 1900-luvun merkittävimmistä fyysikoista. Vuosisadan vaihteessa hän tajusi, että valo ja muut sähkömagneettiset aallot säteilevät erillisinä energiapaketteina, joita hän kutsui ”kvanteiksi” – ”kvantiksi” yksikössä – ja jotka voivat saada vain tiettyjä erillisiä arvoja (tietyn vakion moninkertaisia arvoja, joka tunnetaan nykyään Planckin vakiona). Tätä löytöä pidetään yleisesti ensimmäisenä olennaisena askeleena kvanttiteorian kehityksessä, joka mullisti tapamme nähdä ja ymmärtää subatomista maailmaa.
Karl Ernst Ludwig Marx Planck, joka tunnetaan paremmin nimellä Max, syntyi Kielissä Holsteinissa Pohjois-Saksassa 23. huhtikuuta 1858. Hänen perheensä oli perinteinen ja älyllinen (hänen isänsä oli oikeustieteen professori ja hänen isoisänsä ja isoisoisoisänsä olivat olleet teologian professoreita). Vuonna 1867 perhe muutti Müncheniin, jossa Planck kävi Ludwig-Maximilians Gymnasiumia. Siellä hän joutui Hermann Müllerin holhoukseen, joka opetti hänelle tähtitiedettä ja mekaniikkaa sekä matematiikkaa ja herätti Planckin varhaisen kiinnostuksen fysiikkaa kohtaan.
Vaikka Planck oli lahjakas muusikko (hän lauloi, soitti pianoa, urkuja ja selloa sekä sävelsi lauluja ja jopa oopperoita), hän päätti opiskella fysiikkaa Münchenin yliopistossa vuonna 1874 ja siirtyi nopeasti teoreettiseen fysiikkaan ennen kuin hän muutti Berliiniin opiskelemaan vielä vuodeksi 1877. Valmistuttuaan vuonna 1880 lämpöteoriaa käsittelevästä väitöskirjastaan Planck toimi palkattomana yksityisluennoitsijana Münchenissä, kunnes hänelle tarjottiin yliopiston virkaa. Kielin yliopisto nimitti hänet huhtikuussa 1885 teoreettisen fysiikan apulaisprofessoriksi, ja hän jatkoi työtään lämpöteorian parissa sekä Rudolph Clausiuksen entropiaa koskevien ajatusten ja niiden soveltamisen parissa fysikaalisessa kemiassa.
Vuonna 1889 Planck siirtyi Berliinin yliopistoon, jossa hänestä tuli varsinainen professori vuonna 1892. Hän oli avioitunut Marie Merckin kanssa vuonna 1887, ja heillä oli neljä lasta: Karl (1888), kaksoset Emma ja Grete (1889) sekä Erwin (1893), joista vain Erwin selvisi ensimmäisestä maailmansodasta. Berliinin Planckin talosta tuli akateemisten ihmisten sosiaalinen ja kulttuurinen keskus, ja monet tunnetut tiedemiehet, kuten Albert Einstein, Otto Hahn ja Lise Meitner, vierailivat siellä usein.
Vuonna 1894 Planck kiinnostui mustan kappaleen säteilyn ongelmasta eli havainnosta, jonka mukaan ”mustan kappaleen” (tai minkä tahansa muun täydellisen absorboivan kappaleen) säteilemä energia on suurimmillaan sähkömagneettisen spektrin keskiosassa eikä ultraviolettialueella, kuten klassinen teoria esittää. Hän tutki erityisesti sitä, miten mustan kappaleen lähettämän sähkömagneettisen säteilyn voimakkuus riippuu säteilyn taajuudesta (esimerkiksi valon väristä) ja kappaleen lämpötilasta. Alun turhautumisen jälkeen hän johti ensimmäisen version mustan kappaleen säteilylaista vuonna 1900. Vaikka se kuvasi hyvin kokeellisesti havaittua mustan kappaleen spektriä, hän kuitenkin tajusi, ettei se ollut täydellinen.
Viime vuonna 1899 hän oli havainnut, että fotonien energia voi saada vain tiettyjä erillisiä arvoja, jotka ovat aina tietyn vakion, joka nykyään tunnetaan Planckin vakiona, kokonaislukuinen monikerta. Näin valo ja muut aallot säteilevät erillisinä energiapaketteina, joita hän kutsui ”kvanteiksi”. Planckin vakion määrittelyn ansiosta hän pystyi määrittelemään uuden universaalin fysikaalisten yksiköiden eli Planckin yksiköiden joukon (kuten Planckin pituus, Planckin aika, Planckin lämpötila jne.), jotka kaikki perustuvat viiteen fysikaaliseen perusvakioon: valon nopeus tyhjiössä, gravitaatiovakio, Coulombin voimavakio, Boltzmannin vakio ja hänen oma Planckin vakionsa.
Myöhemmin, vuonna 1900, hän tarkisti mustan kappaleen teoriaansa sisällyttämällä siihen olettamuksen, että sähkömagneettista energiaa voidaan lähettää vain ”kvantittuneessa” muodossa, joten energia voi olla vain alkeisyksikön E = hv monikerta (jossa h on Planckin vakio, jonka hän oli ottanut käyttöön jo vuonna 1899, ja v on säteilyn taajuus). Vaikka kvantifiointi oli Planckin työssä tuolloin puhtaasti muodollinen hypoteesi, eikä hän koskaan täysin ymmärtänyt sen radikaaleja vaikutuksia (jotka jäivät odottamaan Albert Einsteinin tulkintoja vuonna 1905), hänen löytöään on pidetty kvanttifysiikan syntynä ja Planckin uran suurimpana älyllisenä saavutuksena. Tästä saavutuksesta hänelle myönnettiin Nobelin fysiikan palkinto vuonna 1918.
Planck oli yksi niistä harvoista, jotka tunnistivat heti Einsteinin vuonna 1905 julkaistun erityisen suhteellisuusteorian merkityksen, ja hän käytti vaikutusvaltaansa teoreettisen fysiikan maailmassa (hän oli vastaperustetun Saksan fysikaalisen seuran puheenjohtaja vuosina 1905-1909) varmistaakseen, että teoria hyväksyttiin Saksassa nopeasti ja laajasti, ja antoi samalla oman panoksensa teorian kehittämiseen. Kun Planck nimitettiin Berliinin yliopiston dekaaniksi, hän pystyi kutsumaan Einsteinin Berliiniin ja perustamaan erityisesti hänelle uuden oppituoli vuonna 1914. Näistä kahdesta tiedemiehestä tuli pian läheisiä ystäviä, ja he tapasivat usein soittaakseen yhdessä musiikkia.
Planckin vaimo Marie kuoli vuonna 1909, todennäköisesti tuberkuloosiin, ja vuonna 1911 hän avioitui toisen kerran Marga von Hoesslinin kanssa, joka antoi hänelle samana vuonna kolmannen pojan, Hermannin. Saksan liittämisen ja ensimmäisen maailmansodan aikaan vuonna 1914 (jota Planck aluksi piti myönteisenä mutta jota hän myöhemmin vastusti) hän oli Saksan fysiikan korkein auktoriteetti, sillä hän oli yksi Preussin tiedeakatemian neljästä pysyvästä puheenjohtajasta ja vaikutusvaltaisen koordinointielimen, Keisari-Wilhelm-seuran, johtaja. Niels Bohr, Werner Heisenberg ja Wolfgang Pauli olivat 1920-luvun lopulla kehittäneet kvanttimekaniikan niin sanotun Kööpenhaminan tulkinnan, ja Planckin työn käynnistämä kvanttiteoria vakiintui yhä enemmän, vaikka Planck itse (kuten Einstein) ei koskaan ollutkaan täysin tyytyväinen joihinkin sen filosofisiin seurauksiin.
Kun natsit nousivat valtaan vuonna 1933, Planck oli jo 74-vuotias vanha mies ja vältti yleensä avoimia konflikteja natsihallinnon kanssa, vaikka hän järjestikin hieman provosoivan virallisen muistokokouksen fyysikkotoverinsa Fritz Haberin kuoltua maanpaossa. Hän onnistui myös salaa sallimaan useiden juutalaisten tiedemiesten jatkaa työskentelyä Keisari-Wilhelm-seuran instituuteissa useiden vuosien ajan.
”Deutsche Physik” -liike hyökkäsi muun muassa Planckia, Arnold Sommerfeldiä ja Werner Heisenbergiä vastaan, koska nämä jatkoivat Einsteinin teorioiden opettamista, ja leimasi heidät ”valkoisiksi juutalaisiksi”. Kun hänen kautensa Kaiser Wilhelm -seuran puheenjohtajana päättyi vuonna 1936, natsihallitus painosti häntä olemaan asettumatta uudelleen ehdolle. Vuoden 1938 lopussa Preussin tiedeakatemia menetti jäljellä olevan itsenäisyytensä ja siirtyi natsien haltuun, ja Planck protestoi sitä vastaan eroamalla puheenjohtajuudesta. Hän kieltäytyi kategorisesti liittymästä natsipuolueeseen, vaikka häneen kohdistui huomattavaa poliittista painostusta.
Liittoutuneiden pommituskampanjat Berliiniä vastaan toisen maailmansodan aikana pakottivat Planckin ja hänen vaimonsa lähtemään kaupungista väliaikaisesti asumaan maaseudulle, ja hänen Berliinissä sijainnut talonsa tuhoutui täysin ilmahyökkäyksessä vuonna 1944. Planck jatkoi matkustamista, piti monia julkisia luentoja erityisesti uskonnosta ja tieteestä (hän oli koko elämänsä ajan uskollinen ja sinnikäs kristinuskon kannattaja) ja oli vielä 85-vuotiaana riittävän hyväkuntoinen kiipeämään Alppien 3000-metrisille huipuille.
Toisen maailmansodan päätyttyä (jonka aikana hänen nuorin poikansa Erwin osallistui Hitlerin salamurhayritykseen vuonna 1944 ja hirtettiin) Planck muutti toisen vaimonsa ja jäljellä olevan poikansa kanssa Göttingeniin. Hän kuoli siellä 4. lokakuuta 1947 89-vuotiaana useiden aivohalvausten jälkeen.
.
Löydä seuraava artikkelimme: Kuka oli Richard Feynman?