Щасливий Макс Планк роман з ентропією

Історики, які вивчали генеалогічне древо Макса Планка , не без подиву виявили: виявляється, він був родичем, нехай віддаленому, з багатьма видатними людьми Німеччини.У тому числі з такими знаменитими, як філософи Гегель і Шеллінг, поети Шиллер і Гельдерлін.Один з його прадідів був міністром землі Швабія, дід і батько-видними юристами.

 

Можливо, професор Мюнхенського університету Вільгельм фон Планк в душі сподівався, що і син присвятить себе юриспруденції.

 

З дитинства Макс кохався в музиці, прекрасно грав на фортепіано і навіть пробував сили на композиторському терені (написав оперету, яку виконував гімназійний гурток меломанів).Іноді він навіть замислювався, не обрати йому музичну стезю.

 

В гімназії проявилися його блискучі здібності до математики.І у вересні 1874 року вступив на фізико-математичний факультет університету.То був добре обдуманий вчинок.Як помічали біографи, "перш ніж на щось зважитися, він неквапливо зважував, скрупульозно аналізував всі" за "і" проти ".Тому і вибір його був зазвичай глибокий і грунтовний".

 

Ці риси характеру-грунтовність і розсудливість-відрізняли Планка протягом усього життя.Він рідко помилявся.І навряд чи хто міг вплинути на вжиті ним рішення.

 

Батько все ж зробив спробу.Він попросив професора фізики Філіпа Жолли поговорити з абітурієнтом.Жолли взагалі вважав фізику безперспективною областю знання, особливо теоретичну.Як потім згадував Планк, його порадник "зобразив фізику як високорозвинену, чи не повністю вичерпану науку.., яка близька до того, щоб прийняти остаточну форму..." Більш того, вважав професор, "теоретична фізика наближається до тієї міри завершеності, який, наприклад, володіє геометрія вже протягом століть ".

 

Зрозуміло, вмовляння на Планка не подіяли.Але в Мюнхені він провчився всього три роки-там не було кафедри теоретичної фізики.Тому Макс продовжив освіту в Берлінському університеті.Йому пощастило слухати лекції двох світил німецької фізики: Германа фон Гельмгольца (його тоді шанували найзнаменитішою особистістю в імперії після Бісмарка і Кайзера) і Рудольфа Клаузіуса -одного із засновників термодинаміки і молекулярно-кінетичної теорії теплоти.Творчість цих вчених особливо вплинуло на вибір Планком напрямків власних наукових досліджень.

 

термодинаміки називають науку, що вивчає закони теплового рівноваги і взаємоперетворення теплоти і енергії.Її жорстким правилам підкоряються багато хімічні та фізичні процеси і явища, в тому числі перетворення речовини і випромінювання.Словом, це практично абсолютно необхідна наукова дисципліна.Понятійний апарат термодинаміки відточений; формулювання лапідарних і змістовні; рівняння і формули можна навіть назвати витонченими.Правда, вона досить-таки нудна, ця "класна дама" природознавства. Альберт Ейнштейн помітив одного разу: "термодинаміка-єдина фізична теорія загального змісту, щодо якої я переконаний, що...вона ніколи не буде спростована..." В останній чверті XIX століття не тільки рядові дослідники, а й самі творці термодинаміки вважали, що в ній в общем-то більше нічого робити.Як тут не згадати скептика Жолли

 

Проте докторська дисертація Планка (1878, Мюнхенський університет) присвячувалася ще одному обґрунтуванню Другого закону термодинаміки.Воно виявилося несподіваним і оригінальним.До речі, Планк вперше тут застосував поняття "ентропія", введене Клаузиусом, для вирішення конкретних фізичних задач.

 

На жаль, "враження, вироблене цією працею на наукову громадськість, дорівнювало нулю",-розповідав учений на схилі років.Навіть його вчителя, Гельмгольц і Клаузиус, ніяк не відгукнулися.Ім'я новоспеченого доктора філософії Макса Планка мало що говорило спільноті фізиків і хіміків.

 

"Талант-уміння робити те, чого не можуть інші; геній-здатність розглядати те, чого інші не бачать",-говорить афоризм.Історія зарахувала Планка до лику геніїв тому, що він володів "ідеями, об'єктивно переважаючими панівні".Шукав шляхи наділяти ці ідеї в плоть і кров конкретних наукових реалій.

 

Але як же часто він не зустрічав уваги і розуміння колег!

 

Так проходять вісімдесяті роки.З Мюнхена Планк перебирається в Кіль-місто, де він народився.Кілька років складається професором теоретичної фізики місцевого університету.Потім, в 1889 році, переїжджає в Берлін, щоб назавжди залишитися в цьому місті.Тим більше що там відкрився перший в світі Інститут теоретичної фізики.Планк успішно продовжує свій "роман" з ентропією: результати досліджень будуть узагальнені в книзі "Про принципі зростання ентропії".Інший праця-"Принцип збереження енергії"-отримує спеціальну премію Геттінгенського університету.Словом, ім'я Планка починає набувати розголосу.Але у нього, однак, ще немає ні учнів ні послідовників.Та й згодом йому так і не довелося створити власної наукової школи.

 

Перші роки в Берліні Планк присвячує проблемам, що належать до класичної фізичної хімії: закономірностям протікання хімічних реакцій, дисоціації газів, а також властивостями розбавлених розчинів.Він самостійно прийшов до висновку: зниження точки замерзання більшості розчинів (в порівнянні з чистим розчинником) може бути пояснено лише дисоціацією розчиненої речовини.Фактично це було також незалежне підтвердження теорії Сванте Арреніуса з позицій термодинаміки.

 

Фізична хімія в кінці 80-х-початку 90-х років переживала пору стрімкого розквіту.Талант і цілеспрямованість Планка явно припали б їй "до двору".

 

Але в 1896 році направлення його наукових інтересів змінює вектор.Проблема теплового випромінювання-ось що тепер привертає його.А адже в цей час вона вважалася досить-таки "безперспективною" областю термодинаміки.

 

...Планк був пристрасним альпіністом.Він побував на багатьох вершинах Альп.Збереглася навіть фотографія: восьмідесятічетирехлетній вчений на трехтисячніков в Східному Тиролі.

 

Нове звернення до термодинаміки дозволило йому здійснити сходження на найвищу вершину його наукової творчості.

 

Ще на початку 1860-х років Густав Кірхгоф (втім, також один з вчителів Планка) сформулював закон теплового випромінювання: ставлення випромінювальної здатності нагрітого тіла до його поглинальної здатності не залежить від природи тіла.Воно однаково для всіх тіл і є функцією температури і частоти випромінювання.Кірхгоф не зміг лише знайти математичного виразу цієї функції.

 

Інший великий німецький фізик Людвіг Больцман прийшов до висновку: енергія випромінювання пропорційна четвертого ступеня абсолютної температури.Цей висновок стосувалося лише загальної величини енергії, але не вказувало, як саме розподіляється енергія в спектрі випромінювання.Потім не менш знаменитий співвітчизник Больцмана (який став в 1911 році Нобелівським лауреатом з фізики "за відкриття законів теплового випромінювання") Вільгельм Він довів, що максимум інтенсивності в спектрі зміщений в область коротких хвиль.Однак незабаром розрахунки англійського вченого Джона Релея привели до парадоксального результату: нагріте тіло незалежно від температури має випромінювати нескінченно велику енергію в ультрафіолетовій області спектра.Цей висновок суперечив усім уявленням класичної фізики.Він увійшов в історію науки під назвою "ультрафіолетова катастрофа".

 

Ось яким "банком даних" мав у своєму розпорядженні Планк, коли приступив до власним дослідженням.Він розумів: щоб знайти вихід з положення, потрібно щось "невідоме".Необхідно було вивести таку формулу, яка б чітко висловлювала залежність розподілу енергії в спектрі випромінювання від температури і довжини хвилі (частоти).

 

Як саме прийшов до цієї формули Планк, по правді кажучи, і він сам не міг виразно пояснити.Мабуть, правильніше сказати: він її "вгадав".Ще в травні 1899 року запропонував ввести нову універсальну постійну-h; формула же виглядала так: E = hn (n-частота).

 

Величина h (Планк називав її квантом дії) є фундаментальною константою.Вона входить в усі основні формули теоретичної фізики і хімії.Її числове значення неймовірно мало: 6,626196ґ10-27 ерг в секунду.Як не може бути в світі швидкості, більшої, ніж швидкість світла, так і не може бути "дії", меншого, ніж Планка "квант дії".

 

В один з останніх днів минулого століття 14 грудня 1900 року, на засіданні Німецького фізичного товариства вчений прочитав доповідь "До теорії розподілу енергії випромінювання нормального спектра".

 

Випромінювання та поглинання енергії атомами і молекулами відбувається не безперервно, як вважалося, а дискретно-певними "порціями", або квантами.У цьому полягала квінтесенція ідеї Планка.Вона підривала в самій їх основі догмати класичної фізики.

 

Так з'явилася на світ квантова фізика.

 

Ейнштейн згодом так охарактеризував цю подію: "Саме закон випромінювання Планка дав перше точне визначення абсолютних величин атомів...Він переконливо показав, що крім атомістичної структури матерії існує свого роду атомістична структура енергії, керована універсальної постійної...Це відкриття стало основою для всіх дослідників у фізиці ХХ століття...Без нього було б неможливо встановити справжню теорію молекул і атомів і енергетичних процесів, керуючих їх перетвореннями...Воно зруйнувало остов класичної механіки та електродинаміки і поставило задачу: знайти нову пізнавальну основу для всієї фізики ".

 

Квантову теорію на перших порах взяли стримано.Одні вважали її нереальною, інші не необхідною.Якраз Ейнштейн першим взяв її на озброєння.У 1905 році він ввів в науку поняття про кванти світла-фотони, а потім розробив квантову теорію теплоємності твердих тіл.

 

Планк не залишився в боргу.Він належав до числа тих, хто відразу прийняв і зрозумів теорію відносності (до речі, сам термін "теорія відносності" він запропонував в 1906 році).

 

Стриманий по натурі, сухуватий і навіть кілька манірний, в науці він був романтиком, в сім'ї-люблячим чоловіком і дбайливим батьком.У нього було дві дочки і двоє синів.Старший був убитий під Верденом в 1916 році, молодший-розстріляний в 1945 році за участь в змові проти Гітлера.

 

Макс Планк помер 4 жовтня 1947 року.Півроку не доживши до свого дев'яностоліття.І трьох років-до піввікового ювілею квантової теорії.

 незалежна газета