Intro: l’autore di una rivoluzione scinetifica

Max Planck (1858-1947) era un fisico tedesco considerato il padre della fisica quantistica. Scoprì che la luce poteva essere emessa in particelle (quanti) anziché in onde stazionarie. Questa ipotesi ha ribaltato molti presupposti della fisica classica, aprendo la strada a molti sviluppi nella fisica quantistica.

Verso l’inizio del ventesimo secolo, infatti, una rivoluzione stava accadendo nel mondo della fisica. Sebbene la maggior parte delle persone non ne fosse a conoscenza, questa rivoluzione alla fine avrebbe cambiato le nostre vite quotidiane in modo profondo e avrebbe spianato la strada all’attuale tecnologia come il personal computer e lo smartphone.

I fondamenti della meccanica classica, che aveva governato la fisica per molti anni, venivano messi alla prova mentre gli scienziati imparavano sempre di più sulle particelle più piccole che compongono il nostro universo. Questo nuovo campo scientifico si chiamava meccanica quantistica e una delle prime persone a iniziare a studiarlo fu un fisico tedesco di nome Karl Ernst Ludwig Max Planck, sebbene la maggior parte delle persone lo chiamasse Max.

Vita e formazione

Max Planck è nato nel 1858 nella città di Kiel, nella Germania settentrionale. È nato in una famiglia intellettuale di avvocati e teologi. Quando Planck aveva solo nove anni, suo padre trasferì la famiglia a Monaco, dove lavorava come professore di legge all’Università di Monaco.

A Monaco, Planck si iscrisse come studente nella rinomata Maximilian Gymnasium school. Egli eccelleva a scuola ed era interessato a molte materie. Gli piaceva studiare la filosofia ed era un musicista di talento. Tuttavia, si era anche molto interessato alla fisica grazie al suo insegnante di matematica, Herman Muller, con cui trascorse più tempo imparando molto sull’astronomia e la fisica.

Planck decise di conseguire una laurea in fisica e si iscrisse all’Università di Monaco. Quì il suo professore Philipp von Jolly gli aveva sconsigliato a Planck di scegliere la fisica perché: “In questo campo, quasi tutto è già stato scoperto, e tutto ciò che rimane è riempire alcuni buchi“. Planck, però, era desideroso di comprendere gli aspetti fondamentali della fisica e non era intenzionato a trovare nuove scoperte e così ottenne un dottorato in filosofia nel 1879.

In seguito avrebbe detto della sua decisione di studiare fisica che: “il mondo esterno è qualcosa di indipendente dall’uomo, qualcosa di assoluto e la ricerca delle leggi che si applicano a questo assoluto mi è apparsa…come la ricerca scientifica più sublime nella vita“.

Dal 1880 al 1889 divenne professore di fisica teorica alla Kiel. Successivamente si trasferì all’Università di Berlino dove successe al suo ex insegnante Kirchoff.

La costante di Planck e le origini della teoria quantistica

Fin da piccolo, Max Planck era affascinato dall’idea della conservazione dell’energia. Per questo motivo aveva deciso di basare gli studi del suo dottorato proprio su questi aspetti su cui si dedicò completamente anche quando era diventato professore all’Università di Berlino. 

Ha concentrato il suo lavoro sul fenomeno delle radiazioni del corpo nero. All’epoca, si sapeva già che un perfetto corpo nero avrebbe assorbito e poi riemesso tutte le radiazioni che lo colpiscono. Planck decise di comprendere meglio questo processo e determinare un modo per calcolare la quantità di energia che sarebbe stata emessa.

Ciò che aveva scoperto lo sorprese: erano emesse solo determinate quantità di energia. Aveva definito ogni singolo pacchetto di energia un quanto di energia. Da ciò derivò un’importante equazione, ora nota come Legge di Planck, che collega la frequenza delle radiazioni alla quantità di energia emessa.

Le sue osservazioni sperimentali hanno mostrato che la distribuzione della lunghezza d’onda dell’energia non era costante ma in funzione della temperatura. L’energia per un risonatore con frequenza v è hv .

E = hv

Dove h è una costante universale (ora chiamata costante di Planck) che Plank ha previsto correttamente entro il 2% del valore generalmente accettato. (6.626 x 10-34 J s.)

La difficoltà dell’affermarsi di una nuova teoria

Questo è stato un momento importante nella scienza perché nessuno aveva capito che l’energia veniva rilasciata dagli atomi solo in piccole quantità discrete. Questa comprensione fu l’inizio della meccanica quantistica. Ha portato allo sviluppo di un nuovo modello dell’atomo e, ancora oggi, gli scienziati stanno ancora cercando di comprendere le implicazioni complete di queste idee. Planck avrebbe ricevuto un premio Nobel nel 1918 per questo lavoro rivoluzionario.

La nuova ipotesi di Planck era in opposizione alla fisica classica che prevedeva una lunghezza d’onda costante. Inizialmente, Planck stesso dubitava della validità del suo esperimento, riteneva che fosse solo una comoda spiegazione matematica. Planck disse che la sua seconda legge della termodinamica era: “Un atto di disperazione … Ero pronto a sacrificare una qualsiasi delle mie precedenti convinzioni sulla fisica“.

Le nuove idee su come funziona il mondo raramente vengono accettate immediatamente. Ci sono stati molti scienziati che hanno pensato che Planck avesse torto e non hanno esitato a sottolineare ciò che percepivano come difetti nella sua logica. Planck la prese con filosofia ed aveva affermato che: ”Un’importante innovazione scientifica raramente si fa strada conquistando gradualmente e convertendo i suoi avversari. Quello che succede è che gli avversari si estinguono gradualmente”.

Einstein e Planck

Max Planck (a sinistra) – Albert
Einstein (a destra)

Il suo lavoro è stato riassunto in due libri Thermodynamik (Thermodynamics) (1897) e Theorie der Wärmestrahlung (Teoria delle radiazioni di calore) (1906). Planck temeva che i suoi risultati potessero minare l’intera fisica, ma in seguito si rese conto che spostava il soggetto a una comprensione più completa del livello atomico e subatomico. Ha detto delle sue nuove teorie.

Ulteriori ricerche in questo campo hanno dimostrato che l’ipotesi di Planck era effettivamente corretta. Ad esempio, la spiegazione di Albert Einstein sull’effetto fotoelettrico si basava sullo stesso modello di energia quantica. Planck fu uno dei primi scienziati a vedere l’importanza della teoria della relatività speciale di Einstein pubblicata nel 1905. Il supporto di Planck fu determinante nel vedere le nuove teorie di Einstein ottenere un ampio consenso in Germania e nel resto del mondo. Einstein e Planck divennero buoni amici e Planck aiutò Einstein a ottenere una cattedra a Berlino nel 1914.

Riconoscimenti

Planck ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1918 in riconoscimento del suo contributo alla fisica quantistica. Fu ampiamente considerato come un premio molto meritato, ma dato il contesto della prima guerra mondiale, ebbe un significato più ampio per illustrare che la scienza era oltre i confini nazionali. Anche il compianto Stephen Hawking scoprì che il più piccolo buco nero possibile aveva una massa di 1 unità di massa Planck.

Planck si ritirò dall’Università di Berlino nel 1926, ma rimase attivo a causa del suo crescente profilo internazionale. Fu nominato presidente della Kaiser Wilhelm Society for the Promotion of Science e nel 1926 fu eletto membro straniero della Royal Society.

Planck, il nazismo e la guerra

Nel 1887, Planck sposò Marie Merck e si trasferirono in un appartamento a Kiel. Ebbero quattro figli. Marie morì nel 1909. Planck si risposò con sua cugina Marga Von Hosslin e ebbero un altro figlio.

Durante la prima guerra mondiale, Planck inizialmente fu un entusiasta sostenitore della guerra. Nel 1914, firmò il Manifesto dei Novantatre – un supporto intellettuale per lo sforzo bellico tedesco e l’invasione del Belgio. (Einstein rifiutò di firmare). Planck avrebbe in seguito revocato parti del manifesto. 

Nel 1916, firmò una dichiarazione contro l’espansionismo tedesco. Durante la guerra, suo figlio Erwin fu fatto prigioniero dai francesi nel 1914. Il figlio maggiore Karl fu ucciso in azione a Verdun nel 1917. Le sue due figlie, Grete ed Emma, ​​morirono di parto nel giro di due anni. (1917 e 1919). Affontò queste tragedie personali con stoicismo.

Durante il dominio nazista 1933-45, Plank rimase patriottico nei confronti della Germania, ma fu spesso critico nei confronti del comportamento di Hitler e del regime nazista. Si indignò per il modo in cui venivano trattati gli scienziati ebrei. Tuttavia, sotto la sua guida, la Kaiser Wilhelm Society evitò il conflitto aperto con i nazisti. Planck continuava a sperare che il regime nazista avrebbe moderato il loro comportamento. Nel 1938 si dimise dalla presidenza quando fu assunto dal regime nazista. 
La sua posizione, età e fama internazionale gli diedero più protezione rispetto altri critici.

Planck soffrì anche di gravi difficoltà personali quando la sua casa fu bombardata dagli alleati verso la fine della guerra. Nonostante le difficoltà della guerra, Planck rimase ansioso di provare a vivere per vedere un nuovo ordine internazionale sollevarsi dalle braci del regime nazista. Tuttavia, il figlio più vicino, Erwin, fu coinvolto nel fallito complotto di bomba di Hitler del 1944 e fu giustiziato dalla Gestapo all’inizio del 1945. Questa era una pillola difficile da prendere per il solito stoico Planck.

Plank e la religione

Planck era un cristiano luterano e adottò una visione liberale nei confronti delle altre religioni. Sentiva che come fisico Dio era l’anello di congiunzione che spiegava la fonte di tutta la materia e gli atomi. Era scettico su alcuni dei miracoli attribuiti alla credenza religiosa e sentiva che l’essenza della religione era compatibile con una ricerca scientifica della verità.

Chiunque sia stato seriamente impegnato in lavori scientifici di qualsiasi tipo si rende conto che oltre l’ingresso delle porte del tempio della scienza sono scritte le parole: Devi avere fede. È una qualità che lo scienziato non può rinunciare“. Da: “Dove sta andando la scienza?” (1932).

Influenza di Planck

Sebbene Planck non sia stato direttamente coinvolto negli sviluppi successivi della fisica quantistica, ha dato la svolta più significativa ad essa fornendo una base teorica per molti dei progressi che in seguito vennero nella fisica quantistica e per la nostra comprensione dei processi atomici e subatomici. A questo proposito, può essere considerato altamente influente nello sviluppo della fisica e della scienza del ventesimo secolo.

Oltre alla sua fama di fisico, Planck era un musicista di talento. Suonava il piano, l’organo e prendeva lezioni di canto. In tenera età, considerò una carriera nella musica ma scelse (per fortuna) la fisica.

Planck adorava camminare tra le montagne europee. Rimase in forma nella vecchiaia ed era uno dei grandi piaceri della sua vita.

Muore a Gottinga il 4 ottobre 1947.

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