Max Planck

العلم لا يستطيع حل اللغز الأسمى للطبيعة. وذلك لأنه، في التحليل النهائي، نحن أنفسنا جزء من اللغز الذي نحاول حله.

Max Karl Ernst Ludwig Planck كان فيزيائياً نظرياً ألمانياً، وفازت اكتشافاته لكوانتا الطاقة بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1918.

ساهم Planck بإسهامات عديدة في الفيزياء النظرية، لكن شهرته كفيزيائي تقوم أساساً على دوره كمؤسس نظرية الكم، التي أحدثت ثورة في فهم الإنسان للعمليات الذرية والدون ذرية. في عام 1948، أُعيدت تسمية مؤسسة Kaiser Wilhelm Society الألمانية العلمية، التي كان Planck رئيساً لها مرتين، إلى Max Planck Society (MPS). تضم MPS الآن 83 مؤسسة تمثل مجموعة واسعة من الاتجاهات العلمية.

المسيرة المهنية

جاء Planck من عائلة تقليدية وفكرية. كان جده الأكبر من الأب وجده كلاهما أستاذي لاهوت في Göttingen؛ وكان والده أستاذ قانون في جامعة Kiel وميونخ. كان أحد أعماله أيضاً قاضياً.

وُلد Planck عام 1858 في Kiel بـ Holstein، لـ Johann Julius Wilhelm Planck وزوجته الثانية Emma Patzig. تم تعميده باسم Karl Ernst Ludwig Marx Planck؛ من بين أسماؤه المعطاة، كان Marx - وهو الآن متغير قديم الطراز لـ Markus أو ربما ببساطة خطأ لـ Max، الذي هو في الواقع اختصار لـ Maximilian - محدداً باسم "اسم الاستدعاء". ومع ذلك، بحلول سن العاشرة، وقّع باسم Max واستخدمه لبقية حياته.

كان الطفل السادس في الأسرة، على الرغم من أن اثنين من إخوته كانا من زواج والده الأول. كانت الحروب شائعة خلال السنوات الأولى من حياة Planck، وكان من بين أوائل ذكرياته مسيرة القوات البروسية والنمساوية إلى Kiel خلال حرب Schleswig الثانية عام 1864. في عام 1867 انتقلت الأسرة إلى ميونخ، والتحق Planck بمدرسة Maximilians gymnasium، حيث تلقى تعليماً من Hermann Müller، وهو عالم رياضيات اهتم بالشاب، وعلّمه علم الفلك والميكانيكا وكذلك الرياضيات. كان من Müller أن تعلم Planck لأول مرة مبدأ حفظ الطاقة. تخرج Planck مبكراً في سن 17. هكذا تلامس Planck لأول مرة مع مجال الفيزياء.

كان Planck موهوباً عندما يتعلق الأمر بالموسيقى. أخذ دروساً في الغناء وعزف البيانو والأرغن والتشيللو، وألّف أغاني وأوبرا. ومع ذلك، بدلاً من الموسيقى اختار دراسة الفيزياء.

نصح أستاذ الفيزياء في ميونخ Philipp von Jolly الـ Planck ضد الدخول إلى الفيزياء قائلاً: "في هذا المجال، تم اكتشاف كل شيء تقريباً، وكل ما تبقى هو ملء بعض الثغرات." أجاب Planck بأنه لا يرغب في اكتشاف أشياء جديدة، بل فقط فهم الأساسيات المعروفة في المجال، وبدأ دراسته عام 1874 في جامعة ميونخ. تحت إشراف Jolly، أجرى Planck التجارب الوحيدة في حياته العلمية، ودرس انتشار الهيدروجين عبر البلاتين المسخن، لكنه انتقل إلى الفيزياء النظرية.

في عام 1877 ذهب إلى Friedrich Wilhelms University في برلين لسنة دراسية مع الفيزيائيين Hermann von Helmholtz و Gustav Kirchhoff وعالم الرياضيات Karl Weierstrass. كتب أن Helmholtz لم يكن مستعداً أبداً، تحدث بببطء، وأخطأ في الحسابات بلا نهاية، وملّل مستمعيه، بينما كان Kirchhoff يتحدث في محاضرات مُحضّرة بعناية كانت جافة وممله. سرعان ما أصبح صديقاً حميماً مع Helmholtz. هناك قام بدراسة ذاتية في الغالب لكتابات Clausius، مما قاده للاختيار الديناميكا الحرارية كمجاله.

في أكتوبر 1878 اجتاز Planck امتحاناته المؤهلة وفي فبراير 1879 دافع عن أطروحته، Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (حول القانون الثاني للديناميكا الحرارية). قام بتدريس الرياضيات والفيزياء لفترة قصيرة في مدرسته السابقة في ميونخ.

بحلول عام 1880، كان Planck قد حصل على أعلى درجتين أكاديميتين معروضتين في أوروبا. كانت الأولى درجة الدكتوراه بعد أن أكمل أطروحته التي تفصل بحثه ونظريته في الديناميكا الحرارية. ثم قدم أطروحته بعنوان Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen (حالات التوازن للأجسام المتناحية في درجات حرارة مختلفة)، والتي حصل بموجبها على التأهيل.

المسيرة الأكاديمية

مع إكمال أطروحة التأهيل، أصبح Planck محاضراً خاصاً غير مدفوع الأجر (Privatdozent) - وهي درجة أكاديمية ألمانية تماثل محاضر/أستاذ مساعد في ميونخ، في انتظار أن يتم تقديم منصب أكاديمي له. على الرغم من أنه تم تجاهله في البداية من قبل المجتمع الأكاديمي، إلا أنه طور عمله في مجال نظرية الحرارة واكتشف واحدة تلو الأخرى نفس الصيغ الديناميكا الحرارية مثل Gibbs دون أن يدرك ذلك. احتلت أفكار Clausius عن الإنتروبيا دوراً مركزياً في عمله.

في أبريل 1885، عينت جامعة Kiel Planck كأستاذ مشارك في الفيزياء النظرية. تابع العمل الإضافي على الإنتروبيا وتعاملها، خاصة كما يتم تطبيقها في الكيمياء الفيزيائية. نشر كتابه Treatise on Thermodynamics عام 1897. اقترح أساساً ديناميكياً حرارياً لنظرية Svante Arrhenius في الانفصال الكهربائي.

في عام 1889، تم تعيينه خليفة Kirchhoff في منصبه في Friedrich-Wilhelms-Universität في برلين - على الأرجح بفضل وساطة Helmholtz - وبحلول عام 1892 أصبح أستاذاً كاملاً. في عام 1907 تم عرض منصب Boltzmann في فيينا على Planck، لكنه رفضه ليبقى في برلين. خلال عام 1909، كأستاذ في جامعة برلين، تمت دعوته ليصبح Ernest Kempton Adams محاضراً في الفيزياء النظرية في جامعة Columbia في مدينة نيويورك. تم ترجمة سلسلة محاضراته ونشرها بشكل مشترك من قبل أستاذ جامعة Columbia A. P. Wills. تقاعد من برلين في 10 يناير 1926، وخلفه Erwin Schrödinger.

الأسرة

في مارس 1887، تزوج Planck من Marie Merck (1861–1909)، أخت زميل مدرسة، وانتقل معها إلى شقة مؤجرة بجزء من الإيجار في Kiel. أنجبا أربعة أطفال: Karl (1888–1916)، والتوأم Emma (1889–1919) و Grete (1889–1917)، و Erwin (1893–1945).

بعد الشقة في برلين، عاشت عائلة Planck في فيلا في Berlin-Grunewald، Wangenheimstrasse 21. عاش عدة أساتذة آخرين من جامعة برلين بالقرب منها، من بينهم عالم اللاهوت Adolf von Harnack، الذي أصبح صديقاً مقرباً من Planck. سرعان ما أصبح منزل Planck مركزاً اجتماعياً وثقافياً. كان العديد من العلماء المعروفين، مثل Albert Einstein و Otto Hahn و Lise Meitner زوار متكررين. كانت تقليد الموسيقى المشتركة قد تم إنشاؤه بالفعل في منزل Helmholtz.

بعد عدة سنوات سعيدة، في يوليو 1909 توفيت Marie Planck، ربما من السل. في مارس 1911 تزوج Planck زوجته الثانية، Marga von Hoesslin (1882–1948)؛ وفي ديسمبر وُلد طفله الخامس Hermann.

خلال الحرب العالمية الأولى، تم أسر ابنه الثاني Erwin من قبل الفرنسيين في عام 1914، بينما قُتل ابنه الأكبر Karl في العمل في Verdun. توفيت Grete عام 1917 أثناء الولادة. توفيت أختها بالطريقة نفسها بعد سنتين، بعد أن تزوجت من أرمل Grete. نجت كلا الحفيدتين وتمت تسميتهما على اسم والديهما. تحمل Planck هذه الخسائر بشجاعة.

في يناير 1945، حُكم على Erwin، الذي كان مقرباً بشكل خاص، بالإعدام من قبل محكمة Volksgerichtshof النازية بسبب مشاركته في محاولة الاغتيال الفاشلة لـ Hitler في يوليو 1944. تم تنفيذ حكم الإعدام في Erwin في 23 يناير 1945.

أستاذ في جامعة برلين

كأستاذ في Friedrich-Wilhelms-Universität في برلين، انضم Planck إلى الجمعية الفيزيائية المحلية. كتب لاحقاً عن هذا الوقت: "في تلك الأيام كنت أساساً الفيزيائي النظري الوحيد هناك، وبالتالي لم تكن الأمور سهلة بالنسبة لي، لأنني بدأت أذكر الإنتروبيا، لكن هذا لم يكن موضة، لأنه كان يُعتبر شبحاً رياضياً". بفضل مبادرته، اندمجت الجمعيات الفيزيائية المحلية المختلفة في ألمانيا عام 1898 لتشكيل الجمعية الفيزيائية الألمانية (Deutsche Physikalische Gesellschaft, DPG)؛ ومن 1905 إلى 1909 كان Planck الرئيس.

بدأ Planck سلسلة محاضرات من ستة فصول دراسية عن الفيزياء النظرية، "جافة وغير شخصية نوعاً ما" وفقاً لـ Lise Meitner، "بدون ملاحظات، لم تخطئ أبداً، ولا تتردد؛ أفضل محاضر سمعته على الإطلاق" وفقاً لمشارك إنجليزي، James R. Partington، الذي يتابع: "كان هناك دائماً الكثيرون يقفون حول الغرفة. بما أن قاعة المحاضرات كانت دافئة جداً وضيقة جداً، كان بعض المستمعين يسقطون على الأرض من وقت لآخر، لكن هذا لم يزعج المحاضرة." لم ينشئ Planck "مدرسة" فعلية؛ كان عدد طلاب الدراسات العليا لديه حوالي 20 فقط، من بينهم:

• 1897 Max Abraham (1875–1922)
• 1903 Max von Laue (1879–1960)
• 1904 Moritz Schlick (1882–1936)
• 1906 Walther Meissner (1882–1974)
• 1907 Fritz Reiche (1883–1960)
• 1912 Walter Schottky (1886–1976)
• 1914 Walther Bothe (1891–1957)

إشعاع الجسم الأسود

في عام 1894، وجه Planck انتباهه لمسألة إشعاع الجسم الأسود. كانت المشكلة قد وُضعت من قبل Kirchhoff عام 1859: "كيف يعتمد شدة الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من جسم أسود - ممتص مثالي، يُعرف أيضاً باسم جسم مشع التجويف - على تردد الإشعاع، أي لون الضوء ودرجة حرارة الجسم؟". تم استكشاف المسألة بشكل تجريبي، لكن لا يوجد معالجة نظرية تتفق مع القيم التجريبية. اقترح Wilhelm Wien قانون Wien، الذي تنبأ بشكل صحيح بالسلوك عند الترددات العالية، لكنه فشل عند الترددات المنخفضة. يعتبر قانون Rayleigh–Jeans نهجاً آخر للمسألة، وقد اتفق مع النتائج التجريبية عند الترددات المنخفضة، لكنه أنشأ ما أصبح يُعرف لاحقاً باسم "الكارثة فوق البنفسجية" عند الترددات العالية. ومع ذلك، على عكس العديد من الكتب المدرسية، لم تكن هذه حافزاً لـ Planck.

كان الحل المقترح الأول من Planck للمسألة عام 1899 يتبع ما أسماه Planck "مبدأ الفوضى الأولية"، مما سمح له باشتقاق قانون Wien من عدد من الافتراضات حول إنتروبيا مذبذب مثالي، مما أدى إلى ما أُشير إليه باسم قانون Wien–Planck. سرعان ما تبين أن الأدلة التجريبية لم تؤكد القانون الجديد على الإطلاق، لإحباط Planck. عدّل Planck نهجه، مستخرجاً الإصدار الأول من قانون إشعاع الجسم الأسود الشهير لـ Planck، الذي وصف طيف الجسم الأسود المُلاحظ بشكل جيد. تم اقتراحه لأول مرة في اجتماع DPG في 19 أكتوبر 1900 ونُشر عام 1901. لم يتضمن هذا الاشتقاق الأول كميّة الطاقة، وأستخدم الميكانيكا الإحصائية، التي كان يكره. في نوفمبر 1900 عدّل Planck هذا النهج الأول، معتمداً على التفسير الإحصائي لـ Boltzmann للقانون الثاني للديناميكا الحرارية كوسيلة للحصول على فهم أكثر أساسية لمبادئ قانون الإشعاع الخاص به. بما أن Planck كان يشك بشدة في الآثار الفلسفية والفيزيائية لمثل هذا التفسير لنهج Boltzmann، فإن لجوءه إليها كان، كما قال لاحقاً، "عمل يأس... كنت مستعداً للتضحية بأي من معتقداتي السابقة عن الفيزياء".

الافتراض المركزي وراء اشتقاقه الجديد، المُقدّم إلى DPG في 14 ديسمبر 1900، كان الافتراض، المعروف الآن باسم مسلمة Planck، بأن الطاقة الكهرومغناطيسية يمكن أن تُنبعث فقط في شكل مكمّم، بعب