Макс Карл Эрнст Людвиг Планк — физик-теоретик, один из основателей квантовой физики и один из крупнейших учёных рубежа XIX – XX веков. Его научное открытие изменило представления о природе энергии и положило начало новой физической картине мира. Если классическая механика Ньютона описывала движение тел, а электродинамика Максвелла — электромагнитные процессы, то квантовая теория Планка открыла законы микромира, в котором энергия передаётся не непрерывно, а отдельными порциями — квантами.
Макс Планк родился 23 апреля 1858 года в городе Киле в образованной семье. Его отец был профессором права. В детстве Планк проявлял способности к музыке, математике и естественным наукам. После переезда семьи в Мюнхен он поступил в Мюнхенский университет, где изучал физику и математику. Позднее Планк продолжил образование в Берлине, слушая лекции крупнейших немецких учёных того времени — Германа Гельмгольца и Густава Кирхгофа.
Особый интерес молодого Планка вызывала термодинамика — наука о теплоте, энергии и закономерностях их преобразования. В 1879 году он защитил докторскую диссертацию, посвящённую второму началу термодинамики. Планк исследовал понятие энтропии и стремился показать, что законы термодинамики имеют фундаментальный и универсальный характер. В 1885 году он стал профессором Кильского университета, а в 1889 году получил кафедру теоретической физики в Берлинском университете, которую занимал более тридцати лет.
Главное открытие Планка было связано с проблемой теплового излучения. Любое нагретое тело испускает электромагнитные волны. Физики конца XIX века пытались найти формулу, которая правильно описывала бы распределение энергии излучения в зависимости от частоты и температуры. Классические теории давали результаты, расходившиеся с экспериментами, особенно в области высоких частот. Это противоречие позднее получило название «ультрафиолетовой катастрофы»: из классических расчётов следовало, что нагретое тело должно испускать на высоких частотах неограниченно большую энергию, чего в действительности не наблюдалось.
В 1900 году Планк предложил формулу, точно соответствовавшую экспериментальным данным. Однако для её обоснования ему пришлось выдвинуть совершенно новое предположение. Он допустил, что энергия испускается и поглощается веществом не непрерывно, а отдельными минимальными порциями — квантами. Энергия одного кванта определяется выражением:
E = hν,
где E — энергия кванта, ν — частота излучения, а h — новая фундаментальная величина, впоследствии получившая название постоянной Планка.
Это предположение стало революционным. До Планка считалось, что энергия может изменяться сколь угодно малыми непрерывными порциями. Планк показал, что в микромире существует принципиальная дискретность: при определённых взаимодействиях энергия передаётся строго определёнными пакетами. Чем выше частота излучения, тем больше энергия соответствующего кванта.
Постоянная Планка имеет чрезвычайно малую величину — приблизительно 6,626 × 10⁻³⁴ Дж·с. Поэтому квантовые эффекты почти незаметны в обычном макроскопическом мире, но становятся определяющими на уровне атомов, электронов и элементарных частиц. Постоянная Планка обозначила границу применимости классической физики и стала одной из важнейших фундаментальных постоянных природы.
Первоначально сам Планк относился к идее квантов осторожно и рассматривал её скорее как необходимый математический приём. Однако вскоре другие физики раскрыли глубокий физический смысл его открытия. В 1905 году Альберт Эйнштейн использовал идею квантов для объяснения фотоэффекта и предположил, что само электромагнитное излучение обладает квантовыми свойствами. Позднее Нильс Бор применил квантовые представления к строению атома, а Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шрёдингер, Макс Борн и Поль Дирак создали развитую квантовую механику.
Таким образом, работа Планка стала отправной точкой огромной научной революции. Квантовая теория позволила объяснить устойчивость атомов, структуру атомных спектров, химические связи, свойства твёрдых тел, радиоактивность и поведение элементарных частиц. На её основе были разработаны полупроводники, транзисторы, лазеры, светодиоды, электронные микроскопы, атомные часы и значительная часть современной вычислительной и телекоммуникационной техники.
Большое значение имеют и другие труды Планка. Он внёс вклад в развитие термодинамики, статистической физики и теории относительности. Планк одним из первых среди крупных немецких учёных поддержал специальную теорию относительности Эйнштейна и содействовал её признанию. Он также ввёл систему естественных единиц, основанную на фундаментальных постоянных природы — скорости света, гравитационной постоянной, постоянной Планка и постоянной Больцмана. Планковские единицы времени, длины, массы и температуры используются в современной космологии и теориях, стремящихся объединить квантовую физику с гравитацией.
В 1918 году Макс Планк был удостоен Нобелевской премии по физике «в знак признания заслуг в развитии физики благодаря открытию квантов энергии».
Открытие Планка стало началом квантовой эпохи и одним из важнейших поворотных событий в истории науки.