Max Planck

„Každý krok je třeba si důsledně promyslet, ale potom se držet rozhodnutí.“
„skutečné je jen to, co lze změřit.“

Max Karl Ernest Planck se narodil v německém přístavním městě Kiel. Jeho otec byl právníkem a univerzitním profesorem na univerzitě v Kielu a později v Göttingen. Početné rodině (Planck měl celkem šest sourozenců) tehdy nic nechybělo a těšila se veliké úctě. V roce 1867 se celá rodina přestěhovala do Mnichova, kde začal Planck navštěvovat humanitně zaměřené Maximiliánské gymnázium. Planck byl od mládí hodnocen jako velmi skromný a pracovitý. Je známo, že měl absolutní sluch a tíhnul k hudbě. Hra na klavír a varhany byla jeho celoživotním duševním odpočinkem. Dokonce se po ukončení gymnázia rozhodoval mezi hudbou a fyzikou. I když bylo gymnázium zaměřeno spíše humanitně přesto si našla fyzika k Planckovi cestu. Byla součástí matematiky, kterou tam vykládal vynikající učitel Hermann Müller. Již v době studia na gymnáziu se projevilo Planckovo matematické nadání. Dokonce mohl u vyšších ročníků suplovat za nemocného profesora. Ve své autobiografii Planck píše, že jeho učitel fyziky dokázal vysvětlit zákon zachování energie tak dobře, že jej přijal jako „evangelium“.

Max Planck.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.

V roce 1874 ukončil mladý student gymnázium a zvolil si studium fyziky na mnichovské univerzitě, i když se tehdy fyzika zdála být ukončeným a neperspektivním oborem. Při studiu v Mnichově se rozhodl pro dva semestry na berlínské univerzitě, která byla jednou z nejprestižnějších univerzit v Německu. Přednášeli tam takové osobnosti jako Gustav Kirchhoff nebo Hermann von Helmholtz. Ve své autobiografii hodnotí přednášky těchto dvou velikánů. O Helmholtzovi píše: “Helmholtz se zřejmě nikdy na přednášku pořádně nepřipravil, v hovoru se zakoktával, přičemž z malého poznámkového sešitu vyhledával potřebná data, kromě toho dělal početní chyby na tabuli, a měli jsme pocit, že Helmholtz se v přednášce nudí nejméně tak jako my …“ [2] O Kirchhoffovi píše: “Kirchhoff vytáhl pečlivě vypracovaný přednáškový sešit, kde každá věta byla dobře uvážena a měla své místo; ani slovo zbytečné, ani jedno slovo nechybělo. Celek však působil jako nazpaměť naučený, byl suchý a jednotvárný. Obdivovali jsme přednášejícího, nikoli to co přednášel.“ [2] Středem Planckova zájmu se stala termodynamika v podání Rudolpha Clausia. Studium dokončil v roce 1878. Za rok dokončil svou doktorskou práci s názvem O druhém principu teorie tepla, ve které se soustředil na druhý termodynamický zákon – nevratnost procesů vedení tepla. Práci obhájil s hodnocením summa cum laude (z lat. s největší pochvalou, nejlepší hodnocení doktorských zkoušek) v roce 1879 v Mnichově. Tato práce se prakticky setkala s nulovou odezvou. Helmholtz si práce vůbec nevšiml, Kirchhoff ji sice pozorně přečetl, ale odmítl, Clausius Planckovi neodpovídal na dopisy. Planck se však nedal odradit a svoji teorii dál rozpracovával. Tak vznikla jeho habilitační práce Änderung der Aggregatzustände (Změna agregátních stavů), kterou roku 1880 úspěšně obhájil.

V roce 1880 byl docentem na mnichovské univerzitě. Roku 1885 nastoupil Planck jako řádný profesor na univerzitu v Kielu, kde působil až do smrti G. Kirchhoffa roku 1889, kdy byl povolán do Berlína jako jeho nástupce. Kandidáti na uvolněné místo byli tři. Na prvním místě byl německý fyzik Heinrich Hertz, druhý byl rakouský fyzik Ludwig Boltzman a třetím kandidátem byl Planck. První dva kandidáti však nabízené místo odmítli a tak se Planck stal mimořádným profesorem pro teoretickou fyziku v Berlíně a začal pracovat po Helmholtzově boku. V té době, už byl také ženatý s Marií Merckovou a společně se syny Karlem, Erwinem a dcerami Emmou, Gretou bydleli ve vilové čtvrti Grünewald. Z Berlína vytvořil centrum fyziky, ve 20. letech tu byla největší koncentrace nositelů Nobelovy ceny za fyziku.

Max Planck.
Zdroj: commons.wikimedia.cz. Public domain.

Planck působil velmi aktivně nejprve v Berlínské fyzikální společnosti, která se postupně stala Německou Společností a v roce 1894 byl přijat za řádného člena Pruské akademie věd, kde byl velmi činným členem a po více než 20 let byl jejím předsedou. Ve vědecké činnosti pracoval zpočátku především v oblasti termodynamiky, později ho zaujala Kirchhoffova práce o záření absolutně černého tělesa, kterou se začal zabývat hlouběji. V té době byl usilovně hledán explicitní tvar spektrální funkce.

Planck se rád zabýval novými pracemi. Zvláště ho zaujala práce tehdy neznámého Alberta Einsteina, který v roce 1905 představil svoji speciální teorii relativity. Nezůstával však jen pasivním čtenářem, ale publikoval například rozsáhlou práci o dynamice pohybujících se těles.

Přednášky profesora Plancka byly vždy důkladně připravené a systematické. Na hodiny nenosil žádné materiály, kromě svého poznámkového bločku do kterého nakoukl však jen zřídkakdy. I přes dokonalou přípravu byly jeho přednášky odměřené a nepříliš záživné. Planckův nejoblíbenější žák a později spolupracovník byl Max von Laue, dalšími vyznanými studenty byli např. Walter Bothe, Walter Schottky, Lamla, Abrham a asistenti Lise Meitnerová či E. Zermela. Planck také pomohl matematicky formulovat s Waltherem Nernstem třetí termodynamickou větu občas označovanou jako Nernstův–Planckův zákon.

V roce 1909 zemřela Planckova manželka Marie. Starosti s péčí o děti a dům ho přiměly rychle uzavřít nový sňatek. Jeho druhou ženou se stala Marga von Hoesslin, neteř Marie, která byla o 25 let mladší než její choť. Manželům se záhy narodil syn Hermann. 23. března byl Planck zvolen za stálého sekretáře fyzikálně–matematické sekce akademie věd. Sekretář měl v německé vědě značný vliv. S využitím tohoto vlivu se Planckovi podařilo dostat Einsteina do Berlína a tím ještě zvýšit, už tak velkou vědeckou prestiž hlavního města.

Teoretická formulace závislosti spektrální hustoty energie na vlnové délce byla velkou výzvou pro fyziky konce 19. století. Popisuje ji několik empirických zákonů. Prvním z nich je Rayleighův–Jeansův zákon, který lze odvodit v rámci klasické teorie, avšak platí pouze v oblasti delších vlnových délek. Další empirický zákon, Wienův posunovací zákon, popisuje vyzařování dokonale černého tělesa v oblasti krátkovlnné, ale naopak selhává pro delší vlnové délky. O popis vyzařování černého tělesa se s využitím klasické fyziky pokoušeli také rakouští fyzikové Josef Stefan a Ludwig Boltzman, kteří odvodili závislost intenzity vyzařování absolutně černého tělesa na jeho termodynamické teplotě.

Na stole byl tedy úkol najít spektrální funkci, která by popisovala vyzařování absolutně černého tělesa pro všechny vlnové délky. Tento úkol Plancka mimořádně zaujal, protože se jednalo o hledání něčeho absolutního a to se přesně shodovalo s Planckovým obecným filozofickým zaměřením. Teprve Planckův zákon přinesl úplný popis záření absolutně černého tělesa. Všechny nedostatky zákonů popisujících vyzařování černého tělesa odstranil Planck tak, že při odvozování vlastností černého tělesa zavedl zjednodušující předpoklad, že černé těleso nemůže vyzařovat nebo pohlcovat energii v libovolně velkém množství, ale pouze v určitých kvantech. Na základě tohoto zjednodušení odvodil rovnici, která popisuje záření absolutně černého tělesa ve všech oblastech spektra elektromagnetického vlnění. Své odvození zákona Planck přednesl na zasedání fyzikální společnosti 14. prosince 1900 a publikoval ho v pojednání fyzikální společnosti pod názvem O teorii hustoty energie v normálním spektru a obměněnou verzi pak následně v Annalen der Physik pod názvem O zákonu rozdělení energie v normálním spektru.

Planck si dobře uvědomoval, že objevil něco zásadně nového ve fyzice. Věděl, že jeho nová konstanta h, rychlost světla c a gravitační konstanta mají v sobě něco absolutního. I když byla rozdělovací funkce plně v souladu s experimentálními údaji, většina fyziků k ní byla skeptická. Sám Planck se dlouho nemohl smířit s tím, že energie není spojitá, ale je kvantována. K tomu mu pomohl Einstein, když v roce 1905 vysvětlil pomocí Planckovy hypotézy fotoelektrický jev.

V době vypuknutí války vykonával Planck funkci rektora Berlínské univerzity. V roce 1916 padl jeho nejstarší syn Karl u Verdunu, hned rok na to zemřela dcera Greta po porodu svého dítěte na plicní embolii. Planck hledal útěchu především ve své práci. Po prohrané válce bylo velmi těžké navázat na dřívější mezinárodní vědeckou spolupráci a to zejména kvůli práci německých vědců na jejich výzkumech chemických zbraní. Planck se nemalou měrou zasloužil o to, aby se německá fyzika dostala k novým vrcholům. V roce 1918 mu byla udělena Nobelova cena jako ocenění prvního kroku k elementárnímu kvantu. Radost z ceny byla však skoro okamžitě přerušena další krutou ranou, když zemřela jeho druhá dcera Emma, podobně jako její sestra, po porodu.

Ač bylo Německo po první světové válce vystaveno obrovské inflaci německá věda se rozvíjela z přičinění německých vědců zdárně dál a to především v oblasti atomové fyziky. Ve dvacátých letech byl Planck více a více absorbován reprezentativními povinnostmi. Plynuly v první řadě z jeho funkce stálého sekretáře Akademie a také z vydávání časopisu Annalen der Physik. V té době se fyzika hnala vpřed díky nové generaci tvořené zvučnými jmény jako Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli, Max Born a dalšími. Planck nesouhlasil s těmito novými směry a názory. V názorech na fyzikální problémy se shodoval s Einsteinem a Lauem. V 68 letech ho na jeho profesorském postu nahradil Schrödinger. V roce 1930 se stal Planck prezidentem Společnosti císaře Willhelma. Po druhé světové válce byla tato společnost přejmenována na společnost Maxe Plancka, který se tak ve svých 70. letech stal mluvčím německé vědy. I v tomto úctyhodném věku se dál věnoval svým koníčkům tedy vysokohorské turistice a hře na klavír. Druhá světová válka dopadla na Plancka těžce. Při náletu na Berlín byl zničen jeho dům a hlavně rozsáhlá knihovna.

Ne všechna rozhodnutí během druhé světové války byla šťastná. Mnohých výroků, pak Planck později litoval. Můžeme ale říci, že se vždy snažil vše vyřešit smírem. I když s Einsteinem v té době politicky nesouhlasil, přesto se nedal nacisty donutit, aby nevykládal o teorii relativity. Jednou dokonce Planck osobně intervenoval u Hitlera, kvůli židovskému chemiku Fritzu Haberovi – neúspěšně. Poslední těžká rána přišla v roce 1945, kdy nacisti pověsili jeho syna Erwina, kvůli podezření z účasti atentátu na Hitlera. V květnu 1946 se mohl jako jediný němec zúčastnit slavnostního aktu v Royal Society. Max Planck zemřel 4. října 1947 v Göttingenu ve věku 89 let. Ke konci života ho podporovala jeho bývalá asistentka Lise Meitnerová. Albert Einstein se s ním rozloučil slovy: “Ten, kterému bylo dopřáno darovat lidstvu velikou tvůrčí myšlenku, nepotřebuje, aby ho následovníci oslavovali. Dostalo se mu vyššího ocenění jeho vlastním činem.“ [3]

Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Použité zdroje

[1] BÜHRKE, T. Převratné objevy fyziky od Galileiho k Lise Meitnerové. 1. vydání. Praha: Academia, 1999. 231 s. ISBN 20–200–0743–1.

[2] HERNECK, F. Max Planck (k 10. výročí smrti). Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, 1958, roč. 3, č. 2, s. 205-210. ISSN 0032-2423.

[3] JEX, I. Max Planck: hledač absolutna. 1. vydání. Praha: Prometheus, 2000. 56s. ISBN 80–7196–172–8.

[4] JEX, I. Max Karl Ernst Ludwig Planck. Československý časopis pro fyziku, 2009 č. 3 svazek 59 s. 1415SSN 0009–0700.

[5] KULHÁNEK, P. Teoretická fyzika 2, kvantová teorie. [online]. [cit. 2007–08–07]
URL: < www.aldebaran.cz/>.

[6] Multimediální encyklopedie atomové a kvantové fyziky. [online]. [cit. 2007–08–07]
URL: <artemis.osu.cz/>.

[7] Výukový portál gymnázia L. Jaroše Holešov. [online]. [cit. 2007–08–07]
URL: <www.gymhol.cz>.