A ciência não pode resolver o mistério final da natureza. E isso ocorre porque, em última análise, nós mesmos somos parte do mistério que estamos tentando resolver.
Max Karl Ernst Ludwig Planck foi um físico teórico alemão cuja descoberta dos quanta de energia lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1918.
Planck fez muitas contribuições à física teórica, mas sua fama como físico repousa principalmente em seu papel como originador da teoria quântica, que revolucionou a compreensão humana dos processos atômicos e subatômicos. Em 1948, a instituição científica alemã Kaiser Wilhelm Society, da qual Planck foi presidente duas vezes, foi renomeada Max Planck Society MPS. A MPS agora inclui 83 instituições representando uma ampla gama de direções científicas.
Carreira
Planck veio de uma família tradicional e intelectual. Seu bisavô paterno e avô foram ambos professores de teologia em Göttingen; seu pai era professor de direito na Universidade de Kiel e Munique. Um de seus tios também era juiz.
Planck nasceu em 1858 em Kiel, Holstein, de Johann Julius Wilhelm Planck e sua segunda esposa, Emma Patzig. Ele foi batizado com o nome de Karl Ernst Ludwig Marx Planck; de seus nomes próprios, Marx uma variante agora obsoleta de Markus ou talvez simplesmente um erro para Max, que na verdade é abreviação de Maximilian foi indicado como o "nome de apelação". No entanto, aos dez anos de idade ele assinava com o nome Max e usou isso pelo resto de sua vida.
Ele era o 6º filho da família, embora dois de seus irmãos fossem do primeiro casamento de seu pai. A guerra era comum durante os primeiros anos de Planck e entre suas primeiras memórias estava a marcha das tropas prussianas e austríacas para Kiel durante a Segunda Guerra de Schleswig em 1864. Em 1867 a família se mudou para Munique, e Planck se inscreveu na escola Maximilians gymnasium, onde ficou sob a tutela de Hermann Müller, um matemático que se interessou pelo jovem e lhe ensinou astronomia e mecânica, bem como matemática. Foi de Müller que Planck aprendeu pela primeira vez o princípio da conservação da energia. Planck se formou cedo, aos 17 anos. É assim que Planck teve seu primeiro contato com o campo da física.
Planck era talentoso quando se tratava de música. Tomou aulas de canto e tocava piano, órgão e violoncelo, e compôs canções e óperas. No entanto, em vez de música, ele escolheu estudar física.
O professor de física de Munique Philipp von Jolly aconselhou Planck contra entrar em física, dizendo: "Neste campo, quase tudo já foi descoberto, e tudo que resta é preencher alguns buracos." Planck respondeu que não desejava descobrir coisas novas, mas apenas compreender os fundamentos conhecidos do campo, e assim começou seus estudos em 1874 na Universidade de Munique. Sob a supervisão de Jolly, Planck realizou os únicos experimentos de sua carreira científica, estudando a difusão de hidrogênio através de platina aquecida, mas se transferiu para a física teórica.
Em 1877, ele foi para a Friedrich Wilhelms University em Berlim para um ano de estudo com os físicos Hermann von Helmholtz e Gustav Kirchhoff e o matemático Karl Weierstrass. Ele escreveu que Helmholtz nunca estava bem preparado, falava lentamente, calculava erroneamente sem cessar e entediava seus ouvintes, enquanto Kirchhoff falava em palestras cuidadosamente preparadas que eram secas e monótonas. Logo ele se tornou amigo próximo de Helmholtz. Enquanto estava lá, ele realizou um programa de estudo principalmente autossuficiente dos escritos de Clausius, que o levou a escolher a termodinâmica como seu campo.
Em outubro de 1878, Planck passou em seus exames de qualificação e em fevereiro de 1879 defendeu sua dissertação, Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie Sobre a segunda lei da termodinâmica. Ele lecionou brevemente matemática e física em sua antiga escola em Munique.
Até o ano de 1880, Planck havia obtido os dois diplomas acadêmicos mais altos oferecidos na Europa. O primeiro foi um doutorado após completar seu trabalho detalhando sua pesquisa e teoria da termodinâmica. Ele então apresentou sua tese chamada Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen Estados de equilíbrio de corpos isotrópicos em diferentes temperaturas, que lhe rendeu uma habilitação.
Carreira acadêmica
Com a conclusão de sua tese de habilitação, Planck se tornou um Privatdozent alemão não remunerado classificação acadêmica germânica comparável a professor assistente/leitor em Munique, aguardando até receber uma posição acadêmica. Embora fosse inicialmente ignorado pela comunidade acadêmica, ele aprofundou seu trabalho no campo da teoria do calor e descobriu um após outro o mesmo formalismo termodinâmico de Gibbs sem perceber. As ideias de Clausius sobre entropia ocuparam um papel central em seu trabalho.
Em abril de 1885, a Universidade de Kiel nomeou Planck como professor associado de física teórica. Trabalho adicional sobre entropia e seu tratamento, especialmente conforme aplicado na química física, seguiu. Ele publicou seu Tratado sobre Termodinâmica em 1897. Ele propôs uma base termodinâmica para a teoria de dissociação eletrolítica de Svante Arrhenius.
Em 1889, ele foi nomeado sucessor da posição de Kirchhoff na Friedrich-Wilhelms-Universität em Berlim – presumivelmente graças à mediação de Helmholtz – e até 1892 se tornou professor titular. Em 1907 Planck foi oferecido a posição de Boltzmann em Viena, mas a recusou para permanecer em Berlim. Durante 1909, como professor da Universidade de Berlim, foi convidado a se tornar o Ernest Kempton Adams Lecturer in Theoretical Physics na Universidade de Columbia em Nova York. Uma série de suas palestras foi traduzida e copublicada pelo professor da Universidade de Columbia A. P. Wills. Ele se aposentou de Berlim em 10 de janeiro de 1926, e foi sucedido por Erwin Schrödinger.
Família
Em março de 1887, Planck casou-se com Marie Merck 1861–1909, irmã de um colega de escola, e se mudou com ela para um apartamento alugado em Kiel. Eles tiveram quatro filhos: Karl 1888–1916, os gêmeos Emma 1889–1919 e Grete 1889–1917, e Erwin 1893–1945.
Após o apartamento em Berlim, a família Planck viveu em uma vila em Berlin-Grunewald, Wangenheimstrasse 21. Vários outros professores da Universidade de Berlim viveram nas proximidades, entre eles o teólogo Adolf von Harnack, que se tornou um amigo próximo de Planck. Logo a casa de Planck se tornou um centro social e cultural. Inúmeros cientistas bem conhecidos, como Albert Einstein, Otto Hahn e Lise Meitner eram visitantes frequentes. A tradição de fazer música conjuntamente já havia sido estabelecida na casa de Helmholtz.
Após vários anos felizes, em julho de 1909 Marie Planck morreu, possivelmente de tuberculose. Em março de 1911 Planck casou-se com sua segunda esposa, Marga von Hoesslin 1882–1948; em dezembro seu quinto filho Hermann nasceu.
Durante a Primeira Guerra Mundial o segundo filho de Planck, Erwin, foi capturado pelos franceses em 1914, enquanto seu filho mais velho Karl foi morto em ação em Verdun. Grete morreu em 1917 enquanto dava à luz seu primeiro filho. Sua irmã morreu da mesma forma dois anos depois, após ter casado com o viúvo de Grete. Ambas as netas sobreviveram e foram nomeadas em homenagem às suas mães. Planck suportou essas perdas estoicamente.
Em janeiro de 1945, Erwin, com quem ele havia sido particularmente próximo, foi condenado à morte pelo Volksgerichtshof nazista por sua participação na tentativa fracassada de assassinar Hitler em julho de 1944. Erwin foi executado em 23 de janeiro de 1945.
Professor na Universidade de Berlim
Como professor na Friedrich-Wilhelms-Universität em Berlim, Planck ingressou na Society of Physics local. Ele posteriormente escreveu sobre esse período: "Naqueles dias eu era essencialmente o único físico teórico lá, por isso as coisas não foram tão fáceis para mim, porque comecei a mencionar entropia, mas isso não era bem fashion, uma vez que era considerado um fantasma matemático". Graças à sua iniciativa, as várias Physical Societies locais da Alemanha se fundiram em 1898 para formar a German Physical Society Deutsche Physikalische Gesellschaft, DPG; de 1905 a 1909 Planck foi presidente.
Planck iniciou um curso de seis semestres de palestras sobre física teórica, "seco, algo impessoal" de acordo com Lise Meitner, "sem usar notas, nunca cometendo erros, nunca vacilando; o melhor palestrante que já ouvi" de acordo com um participante inglês, James R. Partington, que continua: "Havia sempre muitos de pé ao redor da sala. Como a sala de aula era bem aquecida e bastante fechada, alguns dos ouvintes cairiam de tempos em tempos no chão, mas isso não perturbava a palestra." Planck não estabeleceu uma verdadeira "escola"; o número de seus alunos de pós-graduação era apenas cerca de 20, entre eles:
- 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
Radiação do corpo negro
Em 1894, Planck voltou sua atenção para o problema da radiação do corpo negro. O problema havia sido apresentado por Kirchhoff em 1859: "como a intensidade da radiação eletromagnética emitida por um corpo negro um absorvedor perfeito, também conhecido como um radiador de cavidade depende da frequência da radiação ou seja, a cor da luz e da temperatura do corpo?". A questão havia sido explorada experimentalmente, mas nenhum tratamento teórico concordava com os valores experimentais. Wilhelm Wien propôs a lei de Wien, que predisse corretamente o comportamento em altas frequências, mas falhou em baixas frequências. A lei de Rayleigh–Jeans, outra abordagem do problema, concordou com os resultados experimentais em baixas frequências, mas criou o que mais tarde ficou conhecido como a "catástrofe ultravioleta" em altas frequências. No entanto, contrariamente a muitos livros didáticos isso não foi uma motivação para Planck.
A primeira solução proposta por Planck para o problema em 1899 seguiu o que Planck chamou de "princípio da desordem elementar", que lhe permitiu derivar a lei de Wien de uma série de suposições sobre a entropia de um oscilador ideal, criando o que foi referido como a lei de Wien–Planck. Logo foi descoberto que a evidência experimental não confirmava a nova lei de forma alguma, para a frustração de Planck. Planck revisou sua abordagem, derivando a primeira versão da famosa lei de radiação do corpo negro de Planck, que descrevia bem o espectro de corpo negro observado experimentalmente. Foi primeiro proposto em uma reunião do DPG em 19 de outubro de 1900 e publicado em 1901. Esta primeira derivação não incluiu quantização de energia, e não usou mecânica estatística, à qual ele tinha aversão. Em novembro de 1900 Planck revisou essa primeira abordagem, confiando na interpretação estatística de Boltzmann da segunda lei da termodinâmica como uma forma de ganhar uma compreensão mais fundamental dos princípios por trás de sua lei de radiação. Como Planck era profundamente desconfiado das implicações filosóficas e físicas de tal interpretação da abordagem de Boltzmann, seu recurso a elas foi, como ele mais tarde disse, "um ato de desespero ... Eu estava pronto para sacrificar qualquer uma de minhas convicções anteriores sobre física".
A suposição central por trás de sua nova derivação, apresentada ao DPG em 14 de dezembro de 1900, era a suposição, agora conhecida como o postulado de Planck, de que a energia eletromagnética só poderia ser emitida de forma quantizada, em outras palavras, a energia só poderia ser um múltiplo de uma unidade elementar:
onde h é a constante de Planck, também conhecida como quantum de ação de Planck introduzido já em 1899, e ν é a frequência da radiação. Note que as unidades elementares de energia discutidas aqui são representadas por hν e não simplesmente por ν. Os físicos agora chamam esses quanta de fótons, e um fóton de frequência ν terá sua própria energia específica e única. A energia total naquela frequência é então igual a hν multiplicado pelo número de fótons naquela frequência.
No início Planck considerou que a quantização era apenas "uma suposição puramente formal ... na verdade não pensei muito nisso ..."; atualmente essa suposição, incompatível com a física clássica, é considerada o nascimento da física quântica e a maior realização intelectual da carreira de Planck Ludwig Boltzmann havia estado discutindo em um artigo teórico em 1877 a possibilidade de que os estados de energia de um sistema físico pudessem ser discretos. A descoberta da constante de Planck permitiu-o definir um novo conjunto universal de unidades físicas, como o comprimento de Planck e a massa de Planck, todas baseadas em constantes físicas fundamentais sobre as quais grande parte da teoria quântica se baseia. Em reconhecimento da contribuição fundamental de Planck para um novo ramo da física, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física para 1918, na verdade recebeu o prêmio em 1919.
Posteriormente, Planck tentou compreender o significado dos quanta de energia, mas sem sucesso. "Minhas tentativas inúteis de de alguma forma reintegrar o quantum de ação à teoria clássica se estenderam por vários anos e me causaram muito incômodo." Mesmo vários anos depois, outros físicos como Rayleigh, Je
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