ماکس پلانک و تولد مکانیک کوانتومی: بررسی زندگی علمی و شخصی

ماکس پلانک، فیزیکدان آلمانی بزرگ قرن نوزدهم و بیستم، به عنوان بنیان‌گذار نظریه مکانیک کوانتومی شناخته می‌شود. زندگی علمی او نه تنها سرشار از دستاوردهای برجسته در فیزیک بود، بلکه نشان‌دهنده مسیری پیچیده و چالش‌برانگیز در دنیای علم است. از دوران جوانی در دانشگاه‌های مونیخ و برلین تا کشف نظریه مکانیک کوانتومی، پلانک همواره در جست‌وجوی مفاهیم بنیادی و قوانین علمی نوین بود.

او با رویکردی متمرکز بر اصول علمی و آزمایش‌های دقیق، توانست قانون تابش جسم سیاه را کشف کند که به پیدایش مکانیک کوانتومی انجامید. این پیشرفت تحولی بزرگ در علم فیزیک به شمار می‌آید. و جایگاه پلانک را به عنوان یکی از بزرگترین فیزیکدانان تاریخ تثبیت کرده است. در این متن، زندگی و دستاوردهای علمی پلانک مورد بررسی قرار می‌گیرد تا نشان دهد چگونه کشفیات او مرزهای جدیدی در درک ما از جهان فیزیکی گشود.

ماکس پلانک نهمین دانشمند بزرگ از لیست دانشمندان تاثیر گذار در تاریخ فیزیک است که شرح مختصری از زندگی او را بررسی میکنیم. پس از این دانشمند انیشتن دهمین دانشمند بزرگ و تاثیر گذار علم فیزیک است. انیشتن به ویژه به خاطر تحقیقاتش روی نظریه نسبیت شناخته شده است.

می توانید داستان زندگی ماکس پلانک را در “پادکست معرفی ماکس پلانک پدید آورنده مکانیک کوانتومی” گوش کنید.

زندگی نامه ماکس پلانک

ماکس کارل ارنست لودویگ پلانک در ۲۳ آوریل ۱۸۵۸ در کیل آلمان متولد شد. او پسر یولیوس ویلهلم پلانک و اما بود. ماکس پلانک از یک خانواده علمی برخاست. پدرش یولیوس ویلهلم پلانک استاد حقوق در دانشگاه کیل، آلمان بود و پدربزرگ و جد بزرگترش هر دو استاد الهیات در گوتینگن بودند.

او تحصیلات ابتدایی خود را در کیل آغاز کرد، اما در سال ۱۸۶۷ خانواده‌اش به مونیخ نقل مکان کردند، جایی که پدرش به سمت استاد دانشگاه منصوب شد. این شهر محیطی تحریک‌کننده برای پسر جوان فراهم می‌کرد که از فرهنگ آن لذت می‌برد، به ویژه از موسیقی، و در زمانی که خانواده برای گردش به باواریا شمالی می‌رفتند، به پیاده‌روی و کوهنوردی علاقه داشت.

او دوران دبیرستان خود را در دبیرستان ماکسیمیلیان در مونیخ گذراند. یکی از خاطرات ماکس پلانک درباره این دوره:

هرمان مولر مردی میان‌سال با ذهنی تیز و حس شوخ‌طبعی فوق‌العاده بود که در هنر این که دانش‌آموزانش بتوانند مفاهیم قوانین فیزیک را تجسم و درک کنند، استاد بود. ذهن من با شوق تمام اولین قانونی را که می‌دانستم اعتبار مطلق و جهانی دارد، جذب کرد: اصل بقای انرژی. هیچ‌گاه داستان تصویری که مولر با بهترین شیوه روایتگری خود از کارگری که با زحمت زیاد یک بلوک سنگی سنگین را به پشت بام خانه می‌برد برایمان گفت، فراموش نخواهم کرد. کاری که او انجام می‌دهد از بین نمی‌رود؛ بلکه در بلوک سنگی ذخیره می‌شود، شاید برای سال‌ها، بدون کاهش و نهفته، تا روزی بلوک سنگی شل شده و روی سر یکی از رهگذران بیفتد.

او در مدرسه بسیار برجسته نبود، اما به اندازه‌ای خوب عمل کرد که بتواند در ۲۱ اکتبر ۱۸۷۴ وارد دانشگاه مونیخ شود، جایی که ابتدا به تحصیل ریاضیات پرداخت و سپس تصمیم گرفت فیزیک را مطالعه کند

تحصیلات دانشگاهی ماکس پلانک

پلانک در ابتدا به مدت سه سال در دانشگاه‌های مونیخ تحصیل کرد و آنچنان که خود اظهار کرده است در آن زمان فقط فیزیک تجربی و ریاضیات ارائه میشد و تا آن زمان هیچ کرسی یا کلاسی در فیزیک نظری وجود نداشت. پلانک در سال هایی که در مونیخ به تحصیل پرداخت دریافت خاصی از سمت اساتید خود نداشت آنچنان که خود او میگوید در زمینه های علمی اساتید مونیخ فقط تاثیرات محلی داشتند.

سپس یک سال در دانشگاه برلین تحصیل کرد جایی که از جمله اساتید او هرمان فون هلمهولتز و گوستاو کرشیف بودند.با این حال ماکس پلانک روش تدریس این دو استاد خود را نیز چندان قبول نداشت و در مورد آن ها می گوید:

باید اعتراف کنم که سخنرانی‌های این افراد برای من هیچ دستاورد محسوس و ملموسی نداشت. واضح بود که هلمهولتز هرگز سخنرانی‌های خود را به درستی آماده نمی‌کرد. او با تردید صحبت می‌کرد و برای پیدا کردن داده‌های لازم در دفترچه یادداشت کوچک خود، بحث را قطع می‌کرد؛ علاوه بر این، او بارها در محاسبات خود در تخته سیاه اشتباه می‌کرد و ما این احساس را داشتیم که کلاس او حداقل برای او به اندازه ما خسته‌کننده است. کرشوف کاملاً برعکس بود. او همیشه سخنرانی‌هایی با دقت آماده شده ارائه می‌داد که در آن هر عبارت به خوبی متعادل و در جای خود قرار داشت. نه یک کلمه کم، نه یک کلمه زیاد. اما سخنانش مانند یک متن حفظ شده به نظر می‌رسید، خشک و یکنواخت.

در این زمان پلانک تشخیص داد که باید بیشتر بر مطالعات شخصی تکیه کند تا بتواند موفقیت چشمگیری به دست آورد. اوا شروع به مطالعه آثار و مقالات رودالف کلازیوس کرد و چنان که در مورد این مقالات می گوید:

روزی روزگاری به نوشته‌های رودولف کلازیوس برخوردم، که سبک واضح و روشنگرانه او در استدلال تأثیر عمیقی بر من گذاشت و من کاملاً غرق مقالات او شدم، با اشتیاقی روزافزون. من به ویژه از فرموله‌کردن دقیق دو قانون ترمودینامیک توسط او و تفاوت واضحی که او اولین بار بین این دو قانون ایجاد کرد، قدردانی کردم.

پایان نامه دکترای ماکس پلانک در ارتباط با توسعه مفاهیم مرتبط با قوانین ترمودینامیک بود و آن چنان که خود اظهار کرده است تاثیر پایان نامه اش بر سایر فیزیکدان ها هیچ بود. پایان نامه او صرفا به خاطر فعالیت هایش در آزمایشگاه پذیرفته شد.

سمت های مختلف ماکس پلانک در دوره های مختلف

او از سال ۱۸۸۰ تا ۱۸۸۵ در مونیخ استاد خصوصی بود. پلانک در مورد این سال ها می گوید:

در دوران تدریسم در مونیخ، سال‌ها به امیدی بی‌نتیجه برای انتصاب به کرسی استادی منتظر ماندم. البته، شانس من برای دستیابی به این سمت اندک بود، زیرا فیزیک نظری هنوز به عنوان یک رشته مستقل شناخته نشده بود. با این حال، خواسته‌ای در من شکل گرفت که به هر نحوی که شده، در عرصه علم شهرتی کسب کنم.

ماکس پلانک سپس استاد دانشیار فیزیک نظری در کیل تا سال ۱۸۸۹، که در آن سال جانشین کرچف به عنوان استاد در دانشگاه برلین شد و تا بازنشستگی خود در سال ۱۹۲۶ در آنجا ماند. پس از آن او رئیس انجمن علمی کایزر ویلهلم برای پیشبرد علم شد، پستی که تا سال ۱۹۳۷ در آن خدمت کرد. آکادمی علوم پروس در سال ۱۸۹۴ او را به عضویت خود پذیرفت و در سال ۱۹۱۲ به عنوان دبیر دائمی منصوب کرد.

فعالیت های علمی پلانک

اولین کار پلانک در زمینه ترمودینامیک بود، علاقه‌ای که او در مطالعات خود تحت نظر کرچف، که او بسیار تحسینش می‌کرد، و به میزان قابل توجهی از طریق مطالعه انتشارات R. Clausius به دست آورد. او مقالاتی در مورد آنتروپی، ترموالکتریسیته و نظریه محلول‌های رقیق منتشر کرد.

در همان زمان، مشکلات فرآیندهای تابش نیز توجه او را به خود جلب کرد و او نشان داد که این فرآیندها باید از نظر ماهیت الکترومغناطیسی در نظر گرفته شوند. از این مطالعات، او به مشکل توزیع انرژی در طیف تابش کامل هدایت شد. مشاهدات تجربی در مورد توزیع طول موج انرژی ساطع شده توسط یک جسم سیاه به عنوان تابعی از دما با پیش‌بینی‌های فیزیک کلاسیک متفاوت بود. پلانک توانست رابطه بین انرژی و فرکانس تابش را استنتاج کند. در مقاله‌ای که در سال ۱۹۰۰ منتشر شد، او استنباط رابطه را اعلام کرد: این بر اساس ایده انقلابی بود که انرژی ساطع شده توسط یک رزوناتور فقط می‌توانست مقادیر یا کوانتوم‌های گسسته را بپذیرد. انرژی برای یک رزوناتور با فرکانس v برابر با hv است که h یک ثابت جهانی است، که اکنون ثابت پلانک نامیده می‌شود.

اهمیت کشف پلانک

این نه تنها مهم‌ترین کار پلانک بود، بلکه نقطه عطفی در تاریخ فیزیک نیز محسوب می‌شد. اهمیت این کشف، با تأثیر دوربرد آن بر فیزیک کلاسیک، در ابتدا مورد توجه قرار نگرفت. با این حال، شواهد صحت آن به تدریج با استفاده از آن برای توضیح بسیاری از اختلافات بین پدیده‌های مشاهده‌شده و نظریه کلاسیک، بسیار زیاد شد. از جمله این کاربردها و پیشرفت‌ها می‌توان به توضیح اثر فوتوالکتریک توسط انیشتین اشاره کرد.

کار پلانک در مورد نظریه مکانیک کوانتومی، همانطور که شناخته شد، در Annalen der Physik منتشر شد. کار او در دو کتاب ترمودینامیک (Thermodynamik) (1897) و نظریه تابش گرما (Theorie der Wärmestrahlung) (1906) خلاصه شده است.

او در سال ۱۹۲۶ به عضویت خارجی انجمن سلطنتی انتخاب شد و در سال ۱۹۲۸ مدال کوپلی انجمن را دریافت کرد.

روند توسعه ثابت پلانک

روند توسعه ثابت پلانک و اهمیت آن در فیزیک نظری یکی از دستاوردهای بزرگ و تحول‌آفرین در علم فیزیک است. این فرایند از جایی شروع شد که ماکس پلانک، با توجه به اندازه‌گیری‌های انجام‌شده توسط او. لامر و ای. پرینگشایم، توجه خود را به قانون کرشوف جلب کرد. این قانون بیان می‌کند که در یک محفظه بسته و عایق، تمام اجسام به یک دمای یکسان می‌رسند و تابش فقط به دما بستگی دارد و طبیعت موارد در تایش نقشی ندارد. این نتیجه برای پلانک به‌عنوان یک مسیر تحقیقاتی بسیار مهم بود، چرا که او همیشه جستجوی حقیقت مطلق را هدف اصلی علم می‌دانست.

پلانک برای حل مسئله توزیع انرژی طیفی، روش‌های جدیدی پیشنهاد کرد. او با استفاده از نظریه الکترومغناطیسی نور مکسول و فرض نوسانگرهای خطی، به این نتیجه رسید که تابش به تدریج به حالت ایستا می‌رسد که مطابق با قانون کرشوف است. این فرایند به‌طور مستقیم با انرژی نوسانگرها و تابش‌های انرژی در ارتباط بود. یکی از دستاوردهای اولیه‌اش این بود که او متوجه شد این رابطه هیچ وابستگی به ثابت میرایی نوسانگر ندارد. و می‌تواند به‌سادگی به یک سیستم ساده‌تر با یک درجه آزادی کاهش یابد.

مطالعه آنتروپی

اما مهم‌ترین پیشرفت پلانک در مسیر توسعه ثابت پلانک، در زمانی بود که او شروع به مطالعه ارتباط آنتروپی و انرژی نوسانگرها کرد. از آنجا که او به قوانین ترمودینامیک، به ویژه قانون دوم آن، تسلط داشت، به ارتباط آنتروپی و انرژی نوسانگر پی برد. این شناخت منجر به کشف فرمولی برای تابش شد که برای اولین‌بار توزیع انرژی طیفی را به‌درستی توضیح می‌داد.

پلانک در این باره خود چنین توضیح می دهد:

بنابراین، هیچ گزینه دیگری نداشتم جز اینکه دوباره به سراغ حل مشکل بروم — این بار از طرف مقابل، یعنی از سمت ترمودینامیک، سرزمین خودم که احساس می‌کردم در آن روی زمین امن‌تری قرار دارم. در واقع، مطالعات قبلی من در زمینه قانون دوم ترمودینامیک اکنون به کمک من آمد، زیرا از همان ابتدا ایده‌ای به ذهنم رسید که به جای دما، آنتروپی نوسان‌ساز را با انرژی آن مرتبط کنم. این یک شوخی عجیب سرنوشت بود که وضعیتی که در گذشته آن را ناخوشایند می‌یافتم، یعنی بی‌توجهی همکارانم به مسیر تحقیقاتی که در پیش گرفته بودم، اکنون به یک موهبت آشکار تبدیل شد.

در حالی که تعدادی از فیزیک‌دانان برجسته روی مشکل توزیع انرژی طیفی هم از جنبه تجربی و هم از جنبه نظری کار می‌کردند، هر یک از آنها تمام تلاش خود را صرف نشان دادن وابستگی شدت تابش به دما می‌کرد. از سوی دیگر، من مشکوک بودم که ارتباط اساسی در وابستگی آنتروپی به انرژی نهفته است. از آنجا که هنوز اهمیت مفهوم آنتروپی به طور کامل درک نشده بود، هیچ‌کس توجهی به روش من نداشت و من می‌توانستم محاسباتم را با دقت کامل و بدون نگرانی از مداخله یا رقابت، با آرامش تمام انجام دهم.

اما فرمول ابتدایی پلانک از نظر تطابق با داده‌های تجربی ناقص بود، زیرا اندازه‌گیری‌ها در نواحی مختلف انرژی دچار انحرافاتی می‌شد. این انحرافات باعث شد که پلانک به بازنگری در فرمول خود پردازد. او به‌سرعت پی برد که باید یک جمله جدید به فرمول خود اضافه کند تا رفتار تابش در نواحی مختلف انرژی به درستی پیش‌بینی شود. این تغییر باعث شد که فرمول جدید پلانک به‌طور شگفت‌انگیزی با نتایج تجربی همخوانی پیدا کند.

معرفی کمیت بنیادی عمل

در این مرحله، پلانک به این نتیجه رسید که برای تفسیر این فرمول‌ها باید یک ثابت جهانی به نام h معرفی کند.از آنجا که این ثابت بعد ابعادی مشابه عمل (انرژی × زمان) داشت، آن را “کمیت بنیادی عمل” نامید. این ثابت که در نهایت به ثابت پلانک معروف شد، بعدی اساسی در مکانیک کوانتومی را معرفی کرد. ثابت پلانک نه‌تنها برای توضیح تابش جسم سیاه اهمیت داشت، بلکه به‌طور بنیادین مفهوم جدیدی از انرژی و احتمال را در فیزیک معرفی کرد.

پلانک پس از این کشف، توانست ثابت کند که آنتروپی می‌تواند به‌طور غیرمستقیم به احتمال مرتبط باشد، چیزی که در نهایت منجر به تعریف ثابت بولتزمن شد. این ثابت، به‌عنوان یک پیوست‌گاه میان فیزیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی شناخته شد و بنیادهای فیزیک مدرن را شکل داد.

در نهایت، ثابت پلانک به‌عنوان یک کمیت بنیادی در فیزیک معرفی شد و به‌طور چشمگیری در تحول فیزیک نظری و به‌ویژه در مکانیک کوانتومی تأثیر گذاشت. این ثابت نه‌تنها در نظریه تابش جسم سیاه نقش داشت، بلکه در توضیح رفتار ذرات و انرژی‌های بسیار کوچک نیز به‌طور گسترده‌تری کاربرد پیدا کرد.

تایید های تجربی بر ثابت پلانک

تابش جسم سیاه

زمانی که یک جسم سیاه گرم می‌شود، تابش الکترومغناطیسی با طیفی که متناسب با دمای جسم است، منتشر می‌شود و نه با ترکیب آن. محاسبه فرم این طیف با استفاده از قوانین فیزیکی موجود در آن زمان، نتیجه‌ای غیرمنطقی به همراه داشت. تابش در ناحیه فرکانس‌های بالا از طیف به صورت نامتناهی می‌شد. ماکس پلانک این مشکل را در سال 1900 با معرفی نظریه «کوانتا» حل کرد، به این معنا که تابش از کوانتاهایی با انرژی‌های خاص تشکیل شده است که توسط یک ثابت بنیادی جدید، که بعدها ثابت پلانک نامیده شد، تعیین می‌شود.

اثر فوتوالکتریک

اثر فوتوالکتریک به پدیده‌ای گفته می‌شود که در آن، وقتی نور (معمولاً نور فرابنفش) به سطح یک فلز تابیده می‌شود، الکترون‌هایی از سطح فلز جدا می‌شوند. این پدیده، سال‌ها به‌طور معماگونه‌ای در فیزیک باقی مانده بود. چرا که طبق نظریه کلاسیک الکترومغناطیس، انتظار می‌رفت که انرژی تابشی، به تدریج با زمان، الکترون‌ها را از سطح فلز جدا کند. اما در عمل، مشاهده شد که فقط نور با فرکانس بالاتر از حد مشخصی باعث گسیل الکترون‌ها می‌شود.

آلبرت انیشتین در سال 1905، با استفاده از فرضیه‌ی کوانتومی نور (که نور را به صورت بسته‌های انرژی گسسته به نام فوتون‌ها می‌دید) این پدیده را توضیح داد. طبق نظریه انیشتین، انرژی هر فوتون با فرکانس نور و ثابت پلانک مرتبط است

 

این مدل به وضوح می‌گفت که فقط فوتون‌هایی که انرژی کافی (مقدار انرژی بیشتر از یک حد خاص) دارند، قادر به آزاد کردن الکترون از فلز هستند. این توضیح نظریه کوانتومی باعث شد ثابت پلانک به‌طور تجربی تأیید شود. زیرا آزمایش‌ها نشان دادند که انرژی لازم برای آزاد کردن الکترون‌ها تنها به انرژی فوتون‌های تابشی بستگی دارد و نه شدت تابش (که برخلاف پیش‌بینی‌های کلاسیک بود).

نظر پلانک در مورد استاد و همکار خود همهولتز

اما من هلمهولتز را به عنوان یک انسان نیز شناختم و به همان اندازه که همیشه او را به عنوان یک دانشمند احترام می‌گذاشتم، به او به عنوان یک مرد نیز احترام گذاشتم. چرا که با تمام شخصیت، صداقت در باورها و تواضع شخصیتش، او تجسمی از کرامت و راستی علم بود. این ویژگی‌های شخصیتی با مهربانی انسانی واقعی که از ته دل مرا تحت تأثیر قرار می‌داد، تکمیل می‌شد.

وقتی در طول یک گفت‌وگو، او با آن چشمان آرام، جستجوگر، نافذ و در عین حال مهربانش به من نگاه می‌کرد، احساس می‌کردم که غرق در احساس اعتماد و دلبستگی بی‌پایان فرزندانه‌ای شدم و می‌توانستم بدون هیچ‌گونه دغدغه‌ای همه افکارم را با او در میان بگذارم، با دانستن این که او یک قاضی منصف و بردبار خواهد بود؛ و یک کلمه تایید، حتی نه تحسین، از زبان او مرا به اندازه هر پیروزی دنیوی خوشحال می‌کرد.

من این تجربه را در چندین مورد داشتم. یکی از آنها زمانی بود که بعد از سخنرانی یادبودم درباره هاینریش هرتس در مقابل جامعه فیزیکی، او با شدت از من تشکر کرد؛ دیگری زمانی بود که موافقت خود را با نظریه من در مورد محلول‌های شیمیایی ابراز کرد، اندکی قبل از انتخاب من به آکادمی علوم پروس. من تا پایان عمرم یاد هر یک از این لحظات هیجان‌انگیز را گرامی خواهم داشت.

رابطه ماکس پلانک و لادویگ بولتزمن

ارتباط ماکس پلانک و بولتزمن به شکلی پیچیده و پر از کشمکش‌های فکری بود. در ابتدای این روایت، بولتزمن کشف بزرگی انجام داد که در آن تابع H را برای گازها تعریف کرد. این تابع ویژگی‌هایی داشت که به طور پیوسته با گذر زمان کاهش می‌یافت، به طوری که این کاهش می‌توانست به آنتروپی ارتباط داده شود و در نهایت اصل افزایش آنتروپی را ثابت کند. این نتیجه برای علم فیزیک بسیار مهم بود، چون به طور غیرمستقیم مفهوم برگشت‌ناپذیری فرایندها در سیستم‌های گازی را معرفی می‌کرد. با این حال، این دستاورد و کشف هم‌زمان با اختلاف‌نظرهایی با برخی از فیزیکدانان دیگر، از جمله پلانک، همراه بود.

مقایسه دیدگاه پلانک و بولتزمن به آنتروپی

پلانک که همزمان با بولتزمن در حال پژوهش و گسترش تئوری‌های جدید بود، به طور ویژه به نظریه آنتروپی و اصل افزایش آن توجه داشت. او به این اصل اعتقاد داشت که این قانون به نوعی ثابت و غیرقابل تغییر است. چیزی شبیه به قانون بقای انرژی، در حالی که بولتزمن به طور خاص به جنبه احتمالاتی این قانون می‌نگریست و گمان می‌کرد که استثنائاتی می‌تواند وجود داشته باشد. این تفاوت دیدگاه‌ها به نوعی تقابل بین دو فیزیکدان بزرگ تبدیل شد.

در این میان، پلانک به نظر می‌رسید که بیشتر نقش همراهی را در کنار بولتزمن ایفا کرده باشد، اما به نظر می‌رسید که از نظر فکری اختلافات زیادی با او داشت. پلانک در حالی که از توسعه‌های نظری بولتزمن حمایت می‌کرد، در عین حال دیدگاه‌های متفاوتی در مورد ماهیت آنتروپی و جایگاه آن در فیزیک داشت. این موضوع تا جایی پیش رفت که بولتزمن احساس می‌کرد پلانک به نظریه‌های او توجه کافی نمی‌کند و حتی در برخی از موارد، نسبت به نظریات او موضع خصمانه‌ای داشت.

پیوند دوباره رابطه ای که خراب شده بود

به طور خاص، زمانی که یکی از شاگردان پلانک، ای. زرمِلو، مقاله‌ای نوشت که به نقصی در استنباط‌های بولتزمن اشاره داشت، این موضوع باعث شد که بحث‌های میان آن‌ها حتی شدت بیشتری پیدا کند. بولتزمن نه تنها از این مقاله ناراضی بود، بلکه لحن بدبینانه‌ای نسبت به پلانک و حتی زرمِلو پیدا کرد.

این کشمکش‌ها و تنش‌ها نشان‌دهنده دو رویکرد متفاوت در فیزیک مدرن بودند. یکی که به قوانین قطعی و ثابت اعتقاد داشت (پلانک) و دیگری که به احتمالات و انحرافات از قوانین بنیادی نظر داشت (بولتزمن). اگرچه در ابتدا این اختلافات باعث جدایی آنها شد، اما در سال‌های بعد، به ویژه پس از اینکه پلانک به بولتزمن در مورد اصول تابش اتمی خود اطلاع داد، ارتباط میان آن‌ها دوستانه‌تر شد.

ارتباط دوستانه آن ها زمینه ساز درک و فرمول بندی تابش از جسم سیاه شد که این باعث تولد ثابت پلانک شد که خود پایه گذار مکانیک کوانتومی شد.

موضع ماکس پلانک در مقابل نظریه نسبیت انیشتن

ماکس پلانک با علاقه و توجه به نظریه نسبیت آلبرت اینشتین، به‌ویژه در رابطه با مفاهیم مطلق و نسبی در فیزیک، واکنش نشان داد. او در آغاز این مطلب، خود را به‌وضوح به‌عنوان کسی معرفی می‌کند که همیشه در جست‌وجوی “مطلق” بوده و آن را بالاترین هدف علمی خود می‌دانسته است. این دیدگاه ممکن است ظاهراً با نظریه نسبیت اینشتین که بسیاری از کمیت‌ها را نسبی می‌داند، در تضاد به نظر برسد. اما پلانک این برداشت را نادرست می‌داند. او معتقد است که حتی اگر چیزی نسبی باشد، برای معنی‌دار بودن آن، وجود یک “مطلق” ضروری است.

پلانک به‌طور خاص اشاره می‌کند که نظریه نسبیت اینشتین بر مبنای یک “مطلق” استوار است. یعنی ماتریس پیوستار فضا-زمان، که به‌عنوان نقطه آغاز برای تمامی محاسبات و اندازه‌گیری‌های نسبی در نظر گرفته می‌شود. به عبارتی، در حالی که نسبیت بسیاری از ویژگی‌ها را نسبی می‌داند، اما همچنان وجود یک عنصر مطلق، مانند سرعت نور، به‌عنوان کمیتی ثابت، ضروری است تا بتوان تمامی مفاهیم نسبی را در چارچوب علمی معتبر قرار داد.

استفاده از نور به عنوان اصل ثابت در نظریه نسبیت

پلانک به‌طور ویژه به این نکته اشاره می‌کند که نظریه نسبیت، مشابه نظریه مکانیک کوانتومی، از یک اصل ثابت استفاده می‌کند که برای تمام مقیاس‌ها و شرایط معین معتبر است. برای نظریه مکانیک کوانتومی این ثابت، کمیت بنیادی عمل است، و برای نسبیت، سرعت نور به‌عنوان یک کمیت مطلق عمل می‌کند. از نظر پلانک، این اصول مشترک بین فیزیک کلاسیک و نسبیت به‌ویژه جالب توجه است و نشان می‌دهد که حتی در نظریه‌ای که به‌طور ظاهر بر اساس نسبیت استوار است، مفهوم مطلق هنوز جایگاه خاص خود را دارد.

در نتیجه، پلانک با پذیرش اصول اساسی نظریه نسبیت، هم‌راستا با نگرش همیشگی خود در جست‌وجوی مفاهیم مطلق، به‌ویژه در نظریه‌های جدید فیزیکی، توانست به اهمیت مطلق در نظریه نسبیت پی ببرد و آن را به‌عنوان بخش اساسی از این نظریه در نظر گیرد.

یک بیان خاص از ماکس پلانک درباره فعالیت های علمی دانشمندان

یک دانشمند عادت دارد پاداش کار خود را در خود کار بیابد. هیچ چیز نمی‌تواند او را برای فداکاری‌های بی‌وقفه در برابر کالاهای مادی، زمان، انرژی و حتی سلامتی، بهتر از این آگاه کند که او ارزش‌هایی خلق کرده است که از او ماندگارتر خواهند بود و تضمین می‌کنند که او بیهوده زندگی نکرده است.

زندگی خصوصی ماکس پلانک

پلانک در دوران حکومت نازی در آلمان با دوره آشفته و غم‌انگیزی در زندگی خود مواجه شد، زمانی که احساس می‌کرد وظیفه او ماندن در کشورش است اما آشکارا با برخی از سیاست‌های دولت، به ویژه در مورد آزار و اذیت یهودیان، مخالف بود. در هفته‌های پایانی جنگ، پس از اینکه خانه‌اش در اثر بمباران ویران شد، سختی‌های زیادی را متحمل شد.

او توسط همکارانش نه تنها به دلیل اهمیت کشفیاتش، بلکه به دلیل ویژگی‌های شخصی بزرگش مورد احترام قرار گرفت. او همچنین پیانیستی با استعداد بود و گفته می‌شود که زمانی موسیقی را به عنوان حرفه خود در نظر گرفته است.

پلانک دو بار ازدواج کرد. پس از انتصاب او، در سال ۱۸۸۵، به استاد دانشیار در زادگاهش کیل، با ماری مرک، دوست دوران کودکی خود ازدواج کرد که در سال ۱۹۰۹ درگذشت. او با مارگا فون هوسلین، دختر عموی خود، دوباره ازدواج کرد. سه فرزند او در جوانی درگذشتند و دو پسر برای او باقی ماندند.

او در سال ۱۹۴۴ با مرگ یکی از پسرانش که به دلیل شرکت در تلاش ناموفق برای ترور هیتلر اعدام شد، با یک تراژدی شخصی روبرو شد.

او در ۴ اکتبر ۱۹۴۷ در گوتینگن درگذشت.

متن سخنرانی روز درگذشت ماکس پلانک

ما بر سر تابوت مردی ایستاده‌ایم که نزدیک به نود سال عمر کرد. نود سال زندگی طولانی است و این نود سال خاص سرشار از تجربیات خارق‌العاده بود. ماکس پلانک حتی در سنین پیری، منظره ورود نیروهای پروس و اتریش به شهر زادگاهش کیل را به یاد می‌آورد.

تولد و صعود شهاب‌سنگی امپراتوری آلمان در طول زندگی او رخ داد و همچنین سقوط کامل و فاجعه‌ی هولناک آن. این وقایع تأثیر بسیار عمیقی بر شخص پلانک نیز گذاشت. پسر ارشد او، کارل، در سال 1916 در وردون در جنگ جان باخت. در جنگ جهانی دوم، خانه او در جریان یک حمله هوایی به آتش کشیده شد. کتابخانه او که در طول یک عمر طولانی جمع‌آوری شده بود، ناپدید شد،

هیچ کس نمی‌داند کجا، و وحشتناک‌ترین ضربه زمانی وارد شد که پسر دوم او، اروین، در حکومت ترور در ژانویه 1945 جان خود را از دست داد. در حین یک سفر سخنرانی، خود ماکس پلانک، شاهد مستقیم تخریب کاسل بود و چندین ساعت در پناهگاه هوایی دفن شد. در اواسط ماه مه 1945، آمریکایی‌ها یک ماشین به املاک او در روگاتز در البه، که در آن زمان تئاتر جنگ بود، فرستادند تا او را به گوتینگن ببرند. اکنون ما او را به آخرین آرامگاهش می‌بریم.

در حوزه علم

در حوزه علم نیز، عمر پلانک دوران تغییرات عمیق بود. علم فیزیک روزگار ما جنبه‌ای کاملاً متفاوت از سال 1875 را نشان می‌دهد. زمانی که پلانک شروع به وقف خود به آن کرد – و ماکس پلانک بیشترین سهم را در این تغییرات داشت.

و چه داستان شگفت‌انگیزی بود زندگی او! تصور کنید، پسری هفده ساله، تازه فارغ‌التحصیل شده از دبیرستان، تصمیم گرفت علمی را دنبال کند که حتی معتبرترین نماینده آن که می‌توانست با او مشورت کند، آن را به عنوان یکی از چشم‌اندازهای بسیار اندک توصیف کرد. به عنوان یک دانشجو، او شاخه‌ای خاص از این علم را انتخاب کرد، که کمتر کسی به آن توجه داشت.

عدم اعتنا به پژوهش های اولیه او

مقالات علمی اولیه او حتی توسط هلمهولتز، کرچف و کلاوزیوس، همان مردانی که درک آنها برای او آسان‌تر می‌بود، خوانده نشد. با این وجود، او به راه خود ادامه داد. او از یک ندای درونی اطاعت کرد. تا زمانی که با مشکلی روبرو شد که بسیاری دیگر قبل از او سعی کرده بودند و نتوانسته بودند آن را حل کنند، مشکلی که معلوم شد مسیری که او در پیش گرفته بود بهترین آماده‌سازی برای آن بوده است. بنابراین، او توانست از طریق اندازه‌گیری تابش‌ها، قانونی را که نام او را برای همیشه جاودانه می‌کند، تشخیص و تدوین کند. او آن را در 19 اکتبر 1900 قبل از انجمن فیزیک برلین اعلام کرد.

مطمئناً، اثبات نظری آن او را مجبور کرد تا دیدگاه‌های خود را بازبینی کند و به روش‌های نظریه اتم پناه ببرد. البته او عادت داشت با تردید خاصی به نظریه اتم نگاه کند. و فراتر از آن، او مجبور شد فرضیه‌ای را مطرح کند که جسارت آن در ابتدا، در تمام وسعت آن، برای هیچ کس، حتی برای خودش، روشن نبود. اما در 14 دسامبر 1900، دوباره قبل از انجمن فیزیک آلمان، او توانست استنتاج نظری قانون تابش را ارائه کند. این تولد نظریه مکانیک کوانتومی بود. این دستاورد نام او را برای همیشه جاودانه خواهد کرد.

برای بررسی سیر تحول تاریخی فیزیک پیشنهاد میکنیم مقاله ما در مورد دهمین دانشمند بزرگ و تاثیر گذار تاریخ فیزیک جناب انیشتن که نظریه نسبیت را ارائه داد، را مطالعه بفرمایید. همچنین برای آگاهی از تحقیقات علمی هشتمین دانشمند بزرگ فیزیک، لادویگ بولتزمن، پیشنهاد می کنیم مقاله ما با عنوان “لادویگ بولتزمن: بررسی زندگی و دستاورد های پایه گذار مکانیک آماری” را حتما مطالعه بفرمایید.

نتیجه گیری

ماکس پلانک با کشف ثابت پلانک و توسعه نظریه مکانیک کوانتومی، نقطه عطفی در تاریخ فیزیک ایجاد کرد. که مرزهای علم فیزیک را به شکلی بنیادین تغییر داد. تحقیقات وی در زمینه تابش جسم سیاه به شکل‌گیری مکانیک کوانتومی انجامید. و مفاهیم بنیادی جدیدی در مورد انرژی، آنتروپی و احتمالات در علم فیزیک ارائه داد.

پلانک با پافشاری بر اصول علمی و تلاش‌های شخصی‌اش، پایه‌گذار تحولی بزرگ در درک ما از دنیای فیزیکی شد. دستاوردهای علمی و ویژگی‌های شخصی وی همواره الهام‌بخش نسل‌های بعدی دانشمندان بوده و نشان‌دهنده تعهدی بی‌پایان به جست‌وجوی حقیقت علمی و اعتقاد به اهمیت کار علمی است.

کشفیات پلانک با گذشت زمان اهمیت بیشتری پیدا کرده است. زیرا نسل‌های جدید دانشمندان یافته‌های او را تایید کرده و برای پیشبرد تحقیقات خود از آن‌ها استفاده کرده‌اند. پلانک به نوعی پیش‌بینی چنین تحولی کرده بود زمانی که گفته بود: “یک حقیقت علمی جدید نه با قانع کردن مخالفان و نشان دادن نور، بلکه به این دلیل پیروز می‌شود که مخالفان آن می‌میرند و نسلی جدید رشد می‌کند که با آن آشناست

منابع مطالعاتی

• کتاب Scientific Autobiography and Other Papers نوشته ماکس پلانک
  این کتاب نوشته ماکس پلانک در ارتباط با دوران تحصیل و زندگی و عقایدش می باشد.
• کتاب “Max Planck: A Biography” نوشته‌ی جانی اینگرام
  این کتاب یک زندگی‌نامه جامع و دقیق از ماکس پلانک است که به تحلیل زندگی علمی و شخصی او پرداخته و تاثیرات او بر فیزیک مدرن را مورد بررسی قرار می‌دهد. این اثر به‌ویژه برای کسانی که به تاریخ علم و فیزیک علاقه دارند، مفید است.
• کتاب “Planck: Driven by Vision, Broken by War” نوشته‌ی Brandon R. Brown
  این کتاب به داستان زندگی پلانک در دوره‌های مختلف و چالش‌هایی که با جنگ جهانی اول و دوم داشت، می‌پردازد. نویسنده همچنین به تلاش‌های پلانک در نگهداری فیزیک نظری در زمان‌های پرآشوب پرداخته است.