Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) was een Duits theoretisch fysicus. Een van de laatste vertegenwoordigers van de klassieke natuurkunde en tevens een grondlegger van de fysica van de 20e eeuw. Zijn belangrijkste vondst was de kwantumtheorie, waarmee hij zijn experimenteel gevonden stralingswet kon afleiden. Max Planck werd 22 april 1858 in Kiel geboren als zoon van Emma Patzig en de juridische hoogleraar Johann J.W. von Planck. Hij bezocht het gymnasium in München, waarna hij aanvankelijk niet wist of hij natuurwetenschappen of muziek zou gaan studeren. Het werd het eerste, maar Planck is zijn hele leven een begaafd pianist en organist gebleven. Zijn belangstelling voor de natuurkunde, in het bijzonder de thermodynamica, werd gewekt door 'Mechanische Wärmlehre', een boek van Rudolf Clausius (1822-1888). Hij studeerde in München en Berlijn, o.a. bij Hermann Helmholtz (1821-1894) en Gustav Kirchhoff (1824-1887). Op 21-jarige leeftijd sloot hij de studie af met een proefschrift over thermodynamica. Als docent aan de universiteit van München probeerde hij de resultaten van de thermodynamica toe te passen op andere gebieden van de natuurkunde en de chemie. In 1885 werd Planck hoogleraar in Kiel in de theoretische natuurkunde; in 1889 volgde hij Kirchhoff op in Berlijn. De stemming onder de natuurkundigen aan het eind van de 19e eeuw was bezadigd zelfingenomen, wat ook voor de conservatief ingestelde Planck gold. Er waren, zo meenden zij, nog wel enkele kleine onduidelijkheden, maar in grote trekken had men ongeveer alles verklaard. Men had goede hoop bestaande onregelmatigheden alsnog in de bestaande theorieën in te kunnen passen. Planck ging zich, in navolging van Kirchhoff, bezighouden met de straling die bij verschillende temperatuur wordt uitgezonden door een zwart lichaam (een lichaam dat alle erop vallende stralen absorbeert en ook de maximale hoeveelheid straling uitzendt). Hij probeerde evenals vele anderen toentertijd een passende wet te vinden waarin de hoeveelheid stralingsenergie die een lichaam uitzendt, beschreven wordt als functie van de temperatuur en golflengte. De toen bekende wet van Wien voldeed alleen bij korte golflengten en de wet van Rayleigh-Jeans alleen bij lange golflengten. Op 19 oktober 1900 had Planck een op experimentele gegevens gebaseerde wet gevonden die voor alle golflengten klopte. Nog geen twee maanden later, op 14 december, kon Planck ook al een theoretische afleiding van de wet presenteren. Het principiële verschil tussen de afleiding van Wien en die van Planck was dat volgens Wilhelm Wien (1864-1928) willekeurig iedere hoeveelheid energie mocht worden uitgestraald (dus een continu verloop), terwijl volgens Planck de omzetting in stralingsenergie slechts in veelvouden van kleine energiepakketjes kan plaatsvinden. De hoeveelheid energie van een pakketje is hc/l, waarin c de lichtsnelheid, l de golflengte van de straling en h een fundamentele natuurconstante is, die later de constante van Planck is genoemd. De invoering van deze energiepakketjes, die hij kwanten noemde, was het begin van de kwantumtheorie. Aanvankelijk werd deze theorie, waarin een natuurproces niet continu verloopt maar sprongsgewijs, nauwelijks geaccepteerd. Men zag deze theoretische afleiding als een weinig elegante manier om de succesvolle stralingswet een theoretische achtergrond te geven. Planck zelf onderkende in die tijd ook het enorme belang van zijn kwantumtheorie nog niet en heeft als exponent van de klassieke natuurkunde jarenlang geprobeerd deze wet op een klassieke manier te verklaren. In 1905 opperde Einstein dat niet alleen de omzetting van warmte-energie in stralingsenergie was gekwantiseerd, maar dat alle licht en elektromagnetische straling gekwantiseerd waren, hetgeen Planck aanvankelijk bestreed. Toen in 1914 Niels Bohr (1885-1962) echter de positie van de spectraallijnen van een atoomspectrum atoom kon verklaren met behulp van de kwantumtheorie, waren de twijfels weggenomen en ontving Planck de Nobelprijs (1918). Aan de verdere ontwikkeling van de theorie in bijv. de kwantummechanica zoals die in de jaren twintig door Schrödinger, Dirac en Heisenberg is geformuleerd, heeft Planck geen grote bijdrage meer geleverd. In 1926 werd hij lid van de Royal Society in Londen en in 1930 werd hij president van het Kaiser Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, dat na de Tweede Wereldoorlog (1948) werd herdoopt in het Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften met als zetel Göttingen. Planck hield zich ook bezig met natuurfilosofische problemen en het verband tussen geloof en wetenschap, waarover hij herhaaldelijk publiceerde. Hij concludeerde dat er geen tegenspraak bestaat tussen godsdienst en natuurwetenschappen, maar dat ze elkaar aanvullen en afperken. De laatste jaren van zijn leven kreeg hij problemen met het nazi-regime doordat hij Hitler had gevraagd joodse collega's vrij te laten. Hij werd zelfs gedwongen de executie bij te wonen van zijn zoon, die betrokken was geweest bij een aanslag op Hitler. Hij stierf 4 oktober 1947 te Göttingen.