Max Planck

과학은 자연의 궁극적인 미스터리를 풀 수 없습니다. 그리고 그것은 마지막 분석에서 우리 자신이 우리가 풀려고 하는 미스터리의 일부이기 때문입니다.

Max Karl Ernst Ludwig Planck는 에너지 양자의 발견으로 1918년 노벨 물리학상을 수상한 독일의 이론물리학자였습니다.

Planck는 이론물리학에 많은 기여를 했지만, 물리학자로서의 명성은 주로 원자 및 아원자 과정에 대한 인간의 이해를 혁신한 양자론의 창시자로서의 역할에 있습니다. 1948년 Planck가 두 번 회장을 역임한 독일 과학 기관인 Kaiser Wilhelm Society는 Max Planck Society MPS로 개명되었습니다. MPS는 현재 다양한 과학 분야를 대표하는 83개 기관을 포함하고 있습니다.

경력

Planck은 전통적이고 지적인 가족 출신이었습니다. 그의 부계 증조부와 할아버지는 모두 Göttingen에서 신학 교수였고, 그의 아버지는 Kiel과 Munich 대학교의 법학 교수였습니다. 그의 삼촌 중 한 명도 판사였습니다.

Planck는 1858년 Kiel, Holstein에서 Johann Julius Wilhelm Planck과 그의 두 번째 아내 Emma Patzig에게서 태어났습니다. 그는 Karl Ernst Ludwig Marx Planck라는 이름으로 세례를 받았습니다. 그의 주어진 이름 중 Marx는 이제 구식인 Markus의 변형이거나 아마도 Max의 오류일 수 있으며, Max는 실제로 Maximilian의 약자였고 "호칭 이름"으로 표시되었습니다. 그러나 10세가 되면서 그는 Max라는 이름으로 서명했고 평생 동안 이것을 사용했습니다.

그는 가족의 6번째 자녀였지만, 그의 형제자매 중 두 명은 아버지의 첫 번째 결혼에서 나온 것입니다. Planck의 초기 몇 년 동안 전쟁이 흔했고, 그의 가장 초기 기억 중 하나는 1864년 제2차 Schleswig 전쟁 중 Kiel로 진격하는 Prussian과 Austrian 군대의 행진이었습니다. 1867년 가족은 Munich로 이사했고, Planck은 Maximilians gymnasium 학교에 등록했으며, 그곳에서 청년에게 관심을 가진 수학자 Hermann Müller의 지도를 받았고 천문학, 역학 및 수학을 배웠습니다. Müller로부터 Planck이 에너지 보존의 원리를 처음 배웠습니다. Planck는 17세에 조기 졸업했습니다. 이것이 Planck이 물리학 분야와 처음 접촉하게 된 방식입니다.

Planck는 음악에 관해서 재능이 있었습니다. 그는 성악 레슨을 받았고 피아노, 오르간 및 첼로를 연주했으며, 노래와 오페라를 작곡했습니다. 그러나 음악 대신 물리학을 공부하기로 선택했습니다.

Munich 물리학 교수 Philipp von Jolly는 Planck에게 물리학으로 가지 말 것을 충고했으며, "이 분야에서는 거의 모든 것이 이미 발견되었고, 남은 것은 몇 가지 구멍을 채우는 것뿐입니다."라고 말했습니다. Planck은 새로운 것을 발견하고 싶지 않고 이 분야의 알려진 기본을 이해하고 싶을 뿐이라고 대답했고, 따라서 1874년 Munich 대학교에서 그의 공부를 시작했습니다. Jolly의 감시 하에 Planck은 그의 과학적 경력에서 유일한 실험을 수행했으며, 가열된 백금을 통한 수소의 확산을 연구했지만 이론물리학으로 전환했습니다.

1877년, 그는 물리학자 Hermann von Helmholtz와 Gustav Kirchhoff, 수학자 Karl Weierstrass와 함께 1년간 공부하기 위해 Friedrich Wilhelms University in Berlin으로 갔습니다. 그는 Helmholtz가 절대로 준비가 잘 되지 않았고, 천천히 말했으며, 끝없이 계산을 잘못했고, 청취자들을 지루하게 했다고 썼던 반면, Kirchhoff는 신중하게 준비된 강의를 했으며 건조하고 단조로웠습니다. 그는 곧 Helmholtz와 친한 친구가 되었습니다. 그곳에 있는 동안 그는 주로 Clausius의 저작에 대한 자습 프로그램을 수행했으며, 이는 그가 열역학을 자신의 분야로 선택하도록 이끌었습니다.

1878년 10월, Planck은 자격 시험에 합격했고 1879년 2월에 그의 박사 학위 논문 Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (열역학의 제2법칙에 관하여)를 변론했습니다. 그는 Munich의 그의 이전 학교에서 수학과 물리학을 잠시 가르쳤습니다.

1880년까지 Planck은 유럽에서 제공되는 가장 높은 두 학위를 취득했습니다. 첫 번째는 열역학에 대한 그의 연구와 이론을 자세히 설명하는 논문을 완료한 후 박사 학위였습니다. 그 다음 그는 Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen (다양한 온도에서 등방성 물질의 평형 상태)라는 논문을 발표했으며, 이는 그에게 교수 자격(Habilitation)을 얻게 했습니다.

학문 경력

Planck이 교수 자격 논문을 완료하면서, 학술 직책을 기다리며 Munich에서 무급 Privatdozent (독일 학문 직급으로 강사/조교수와 비교할 수 있음)가 되었습니다. 초기에는 학문 공동체에서 무시당했지만, 그는 열 이론 분야에서 자신의 일을 진전시켰고 Gibbs와 동일한 열역학 형식을 하나씩 발견했는데 깨닫지 못했습니다. Clausius의 엔트로피에 대한 아이디어는 그의 일에서 중심적인 역할을 했습니다.

1885년 4월, Kiel 대학교는 Planck을 이론물리학 준교수로 임명했습니다. 특히 물리화학에 적용되는 엔트로피와 그 처리에 대한 추가 작업이 뒤따랐습니다. 그는 1897년에 그의 《열역학 논문》을 출판했습니다. 그는 Svante Arrhenius의 전해질 전리 이론에 대한 열역학적 근거를 제안했습니다.

1889년, 그는 Friedrich-Wilhelms-Universität in Berlin에서 Kirchhoff의 직책 후임자로 지명되었습니다 - 아마도 Helmholtz의 중보기도 덕분 - 1892년까지 정교수가 되었습니다. 1907년 Planck은 Vienna에서 Boltzmann의 직책을 제안받았지만 Berlin에 머물기 위해 거절했습니다. 1909년, Berlin 대학교 교수로서, 그는 뉴욕시 Columbia University에서 이론물리학의 Ernest Kempton Adams 강의자가 되도록 초청받았습니다. 그의 강의 시리즈는 Columbia University 교수 A. P. Wills에 의해 번역되고 공동 출판되었습니다. 그는 1926년 1월 10일 Berlin에서 은퇴했으며, Erwin Schrödinger로 인수인계되었습니다.

가족

1887년 3월, Planck은 학창 시절 친구의 여동생인 Marie Merck (1861–1909)와 결혼했고, Kiel의 전대차 아파트로 이사했습니다. 그들은 네 명의 자녀가 있었습니다: Karl (1888–1916), 쌍둥이 Emma (1889–1919)와 Grete (1889–1917), Erwin (1893–1945).

Berlin의 아파트 이후, Planck 가족은 Berlin-Grunewald, Wangenheimstrasse 21의 빌라에 살았습니다. Berlin 대학교의 다른 여러 교수들도 근처에 살았으며, 그 중에는 Planck의 친한 친구가 된 신학자 Adolf von Harnack이 있었습니다. 곧 Planck의 집은 사회 및 문화 중심지가 되었습니다. Albert Einstein, Otto Hahn, Lise Meitner와 같은 많은 유명한 과학자들이 자주 방문했습니다. 음악을 함께 연주하는 전통은 이미 Helmholtz의 집에서 확립되어 있었습니다.

몇 년간의 행복한 시간 이후, 1909년 7월 Marie Planck은 아마도 결핵으로 사망했습니다. 1911년 3월 Planck은 그의 두 번째 아내인 Marga von Hoesslin (1882–1948)과 결혼했으며, 12월에 그의 다섯 번째 자녀 Hermann이 태어났습니다.

제1차 세계대전 중 Planck의 둘째 아들 Erwin은 1914년 프랑스군에 포로로 잡혔으며, 그의 맏아들 Karl은 Verdun에서 전사했습니다. Grete는 1917년 첫 자녀를 출산하다가 사망했습니다. 그녀의 자매는 2년 후 Grete의 미망인과 결혼한 후 같은 방식으로 사망했습니다. 두 손녀 모두 생존했으며 그들의 어머니 이름을 따라 명명되었습니다. Planck은 이러한 손실을 담담하게 견뎌냈습니다.

1945년 1월, 그가 특히 가까웠던 Erwin은 1944년 7월 히틀러 암살 시도 실패에 참여한 죄로 Nazi Volksgerichtshof에 의해 사형선고를 받았습니다. Erwin은 1945년 1월 23일에 처형되었습니다.

Berlin 대학교 교수

Friedrich-Wilhelms-Universität in Berlin의 교수로서, Planck은 지역 Physical Society에 가입했습니다. 그는 나중에 이 시간에 대해 다음과 같이 썼습니다: "그 당시 나는 본질적으로 유일한 이론물리학자였고, 따라서 내가 엔트로피에 대해 언급하기 시작했을 때 일들이 그렇게 쉽지 않았습니다. 그러나 이것은 수학적 유령으로 간주되었기 때문에 그리 유행하지 않았습니다". 그의 주도로 독일의 다양한 지역 Physical Society는 1898년 Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG)를 형성하기 위해 합병했습니다. 1905년부터 1909년까지 Planck은 회장을 역임했습니다.

Planck은 이론물리학에 대한 6학기 강의 과정을 시작했으며, Lise Meitner에 따르면 "건조하고 다소 개인적이지 않은" 것이었습니다. 영국인 참가자인 James R. Partington에 따르면 "내가 들은 최고의 강사였습니다"며 계속합니다: "항상 많은 사람들이 방 주위에 서 있었습니다. 강의실이 잘 난방되어 있고 다소 답답했기 때문에 청취자 중 일부는 때때로 바닥에 떨어졌지만 이것이 강의를 방해하지는 않았습니다." Planck은 실제 "학파"를 설립하지 않았으며, 그의 대학원 학생 수는 약 20명에 불과했으며, 그 중에는:

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

흑체 복사

1894년, Planck은 흑체 복사 문제에 관심을 돌렸습니다. 문제는 1859년 Kirchhoff에 의해 제시되었습니다: "검은 물체(완벽한 흡수체, 공동 방사체라고도 함)에 의해 방출되는 전자기 복사의 강도는 복사의 주파수(즉, 빛의 색)와 물체의 온도에 어떻게 의존하는가?" 이 질문은 실험적으로 탐구되었지만, 이론적 처리는 실험 값과 일치하지 않았습니다. Wilhelm Wien은 Wien의 법칙을 제안했으며, 이는 높은 주파수에서의 행동을 올바르게 예측했지만 낮은 주파수에서는 실패했습니다. Rayleigh–Jeans 법칙, 문제에 대한 또 다른 접근 방식은 낮은 주파수에서 실험 결과와 일치했지만, 높은 주파수에서 나중에 "자외선 재앙"으로 알려진 현상을 만들었습니다. 그러나 많은 교과서와 달리 이것은 Planck의 동기가 아니었습니다.

Planck의 1899년 문제에 대한 첫 번째 제안된 해결책은 Planck이 "기본 무질서의 원리"라고 부르는 것에서 나왔으며, 이는 이상적인 진동자의 엔트로피에 대한 여러 가정으로부터 Wien의 법칙을 유도할 수 있게 했으며, Wien–Planck 법칙이라고 불리는 것을 만들었습니다. 곧 실험 증거가 새로운 법칙을 전혀 확인하지 않았으며, Planck의 좌절감이 있었습니다. Planck은 자신의 접근 방식을 수정했으며, 실험적으로 관찰된 흑체 스펙트럼을 잘 설명하는 유명한 Planck 흑체 복사 법칙의 첫 번째 버전을 유도했습니다. 처음 1900년 10월 19일 DPG의 회의에서 제안되었고 1901년에 출판되었습니다. 이 첫 번째 유도에는 에너지 양자화가 포함되지 않았으며, 그가 혐오했던 통계 역학을 사용하지 않았습니다. 1900년 11월 Planck은 이 첫 번째 접근 방식을 수정했으며, Boltzmann의 열역학 제2법칙에 대한 통계적 해석에 의존했으며, 이는 자신의 복사 법칙 뒤의 원리에 대한 더 근본적인 이해를 얻는 방법으로 사용했습니다. Planck은 Boltzmann의 접근 방식의 철학적 및 물리적 함축에 대해 깊이 의심스러웠기 때문에, 그들로의 의존은, 그가 나중에 말했듯이, "절망의 행위... 나는 물리학에 대한 내 이전의 모든 확신을 포기할 준비가 되어 있었습니다"였습니다.

1900년 12월 14일 DPG에 제시된 새로운 유도의 뒤에 있는 중심 가정은 이제 Planck 가정으로 알려진 가정이었으며, 전자기 에너지는 양자화된 형태로만 방출될 수 있다는 가정, 즉 에너지는 기본 단위의 배수만 될 수 있다는 것이었습니다:

여기서 h는 Planck 상수이며, 이미 1899년에 도입된 Planck의 작용 양자라고도 알려져 있고, ν는 복사의 주파수입니다. 여기서 논의된 에너지의 기본 단위는 hν로 표현되며 단순히 ν가 아닙니다. 물리학자들은 이제 이러한 양자를 광자라고 부르며