ماکس پلانک؛ پدر فیزیک کوانتوم
ماکس پلانک در سال 1858 در آلمان متولد شد. او یکی از مهم ترین فیزیکدانان نظری در تاریخ فیزیک، بنیانگذار نظریه کوانتومی بود. نظریه ای که بری پلانک را در سال 1918 برنده جایزه نوبل کرد.
به گزارش سرگرمی روز، پلانک خدمات زیادی به فیزیک نظری کرد، اما شهرت او عمدتاً به دلیل نقش او به عنوان خالق نظریه کوانتومی است. این نظریه اساساً درک جدید از فرآیندهای اتمی و زیراتمی را تغییر داد. همانطور که نظریه نسبیت اینشتین تغییری اساسی در درک مکان و زمان ایجاد کرد.
پلانک کاشف انیشتین در دنیای فیزیک بود. این دو مرد در واقع نظریه های بنیادی فیزیک قرن بیستم را با نظریه های کوانتومی و نسبیت پایه گذاری کردند. این دو نظریه باعث شده بسیاری از فیلسوفان در برخی از اساسی ترین باورهای فلسفی خود تجدید نظر کنند. همچنین این دو نظریه دارای کاربردهای نظامی و صنعتی بوده و بر تمامی جنبه های زندگی بشر مدرن تأثیر می گذارد.
در نتیجه تحقیقات مستقل او، استعدادهای فکری پلانک باعث شد که به نوشته های رودولف کلازیوس در مورد ترمودینامیک توجه کند. پلانک گفت:
«اولین تصمیم من در زندگی ام در مسیر علم نتیجه مستقیم کشف این بود که قوانین اندیشه بشری با قوانین حاکم بر زنجیره تأثیراتی که از دنیای اطراف خود دریافت می کنیم هماهنگ و سازگار است. در نتیجه، استدلال دقیق می‌تواند مکانی را برای افراد فراهم کند تا در مورد مکانیسم جهان بینش پیدا کنند.
در واقع پلانک در زمانی که فیزیک نظری هنوز به عنوان یک رشته علمی شکل نگرفته بود تصمیم گرفت فیزیکدان نظری شود. اما او از این فراتر رفت و به این نتیجه رسید که وجود قوانین فیزیکی نشان می دهد که چیزی در دنیای بیرونی مستقل از تفکر انسان وجود دارد.
چنین دیدگاهی نفی دیدگاه معروف فلسفی بود که فلسفه نمی تواند «جهان خارج» را اثبات کند. دیدگاهی که فیلسوفانی چون برکلی و کانت از آن دفاع یا تایید کرده اند. برکلی یک ایده آلیست بود و ایده آلیست ها در دنیای فلسفه، به ویژه ایده آلیست های رادیکال، قویاً از این موضوع دفاع می کردند که ممکن است چیزی به نام “جهان بیرونی” وجود نداشته باشد و آنچه وجود دارد فقط ذهن انسان است و دنیای بیرون چیزی بیش از ذهنی نیست. تخیلات
وقتی پلانک می گوید که وجود قوانین فیزیک نشان می دهد که چیزی در دنیای بیرونی مستقل از اندیشه انسان وجود دارد، در واقع نظر فلسفی ایده آلیست معروف را انکار می کند. رای گیری که البته شبیه سفسطه است، اما سفسطه لزوما به راحتی از حوزه بحث حذف نمی شود. به همین دلیل، بسیاری هنوز معتقدند که کل دنیای بیرونی ممکن است چیزی جز یک توهم نباشد.
باری، اولین مدل مطلق در طبیعت که پلانک را بسیار تحت تأثیر قرار داد، قانون بقای (استراحت) انرژی بود. این به معنای قانون اول ترمودینامیک است. بعدها، در طول سال های دانشگاه، پلانک متقاعد شد که قانون آنتروپی (بی نظمی)، قانون دوم ترمودینامیک، نیز یک قانون مطلق طبیعت است.
یکی از اولین مشکلاتی که پلانک برای حل آن تلاش کرد مسئله تابش جسم سیاه بود. تا سال 1890، آزمایش‌ها و تلاش‌های نظری زیادی برای تعیین توزیع طیفی انرژی (منحنی که نشان می‌دهد چقدر انرژی در فرکانس‌های مختلف برای دمای جسم سیاه معین ساطع می‌شود) انجام شد.
پلانک مجذوب فرمولی بود که همکارش ویلهلم وین در سال 1896 کشف کرد. او سپس مجموعه تلاش های تحقیقاتی خود را برای دستیابی به “قانون وین” و نتیجه گیری از آن بر اساس قانون دوم ترمودینامیک آغاز کرد.
با این حال، در اکتبر 1900، دیگران نشانه های روشنی دریافت کردند که قانون وین، در حالی که در فرکانس های بالا معتبر است، در فرکانس های پایین کاملاً شکست خورده است.
پلانک درست قبل از جلسه انجمن فیزیک آلمان در اکتبر 1900 از این نتایج مطلع شد. او فهمید که چگونه آنتروپی تابش در ناحیه فرکانس بالا، اگر قانون وین در آنجا معتبر باشد، باید از نظر ریاضی به انرژی آن بستگی داشته باشد. او همچنین دریافت که چه مقدار از این وابستگی باید در ناحیه فرکانس پایین باشد تا نتایج تجربی را بازتولید کند.
بنابراین او پیشنهاد کرد که باید سعی کند این دو تفسیر را به ساده ترین شکل ممکن ترکیب کند و نتیجه را به فرمولی برای انرژی تابش در برابر فرکانس آن تبدیل کند. این نتیجه که قانون تابش پلانک نامیده می شود، به عنوان “بی چون و چرا درست” ستایش شد. با این حال، برای پلانک این فقط یک حدس بود، یک «حدس درست» که اگر قرار بود جدی گرفته شود، باید به نحوی از اصل اول نشأت می‌گرفت.
این وظیفه ای بود که پلانک فوراً در صدد انجام آن برآمد و تا 14 دسامبر 1900 به موفقیت هایی در این زمینه دست یافت، اما با هزینه های زیاد. برای رسیدن به این هدف، او دریافت که باید یکی از ارزشمندترین باورهای خود را کنار بگذارد که قانون دوم ترمودینامیک یک قانون مطلق طبیعت است.
در واقع باید گفت که در اواخر دهه 1800، فیزیک با بحران مواجه شد. فیزیکدانان سعی کردند ارتعاشات اتمی را مدل کنند، اما آنچه به دست آوردند با واقعیت مطابقت نداشت. تنها چیزی که آنها در آن زمان می دانستند این بود که ارتعاشات اتمی باید به روش خاصی مدل شوند.
این مشکلی بود که ماکس پلانک آن را حل کرد. فیزیکدانان قبل از او فکر می کردند که ارتعاشات اتمی پیوسته هستند. یعنی این ارتعاشات می توانند در هر فرکانسی رخ دهند. اما پلانک فرض می‌کرد که اتم‌ها فقط در فرکانس‌های خاصی ارتعاش می‌کنند که مضربی از فرکانس‌های بنیادی هستند، که او آن را فرکانس‌های بنیادی h نامید. به عبارت دیگر، اتم ها می توانند در فرکانس های h، 2h یا 3h ارتعاش کنند، اما نه در 2.5h.
به عبارت دیگر، در مکانیک کلاسیک، زمانی که کودک سوار تاب می شود، می تواند در هر دامنه (ارتفاعی) در مسیر تاب باشد و انرژی موجود در سیستم با مجذور دامنه متناسب است. بنابراین، کودک می تواند در هر محدوده انرژی پیوسته از صفر تا یک نقطه خاص نوسان کند.
اما وقتی از منظر کوانتومی به مسئله نگاه می کنید، رفتار سیستم متفاوت می شود. در این حالت، مقدار انرژی که یک نوسانگر می تواند داشته باشد مانند پله های یک نردبان جداگانه است. سطوح انرژی با یکدیگر به ترتیب hf متفاوت است، جایی که f فرکانس فوتون است. یک الکترون می تواند با آزاد کردن یا جذب انرژی از یک سطح انرژی به سطح دیگر حرکت کند.
حدس پلانک واقعاً عجیب بود، اما در مورد او کارساز بود. با توجه به این مدل، به نظر می رسد که اتم ها (و بسیاری چیزهای دیگر) فقط می توانند مقادیر معینی را بگیرند. در فیزیک کوانتیزاسیون به این خاصیت کمیت می گوییم.
کشف پلانک منجر به آغاز تحقیقات در حوزه جدیدی از فیزیک به نام مکانیک کوانتومی شد. این ثابت بعدها به نام او نامگذاری شد و به معنای واقعی کلمه کلمه کوانتوم را در مکانیک کوانتومی نشان می دهد.
برای بسیاری از مردم این سوال پیش می آید که کوانتوم چیست؟ پلانک این ایده را مطرح کرد که انرژی نیز مانند ماده از واحدها یا بسته های کوچکی تشکیل شده است. او هر یک از این بسته ها را کوانتومی نامید. بنابراین، کوانتوم، مانند یک سلول در یک موجود زنده یا یک مولکول در ماده، واحد کوچکی است که همراه با واحدهایی مانند خودش انرژی ایجاد می کند.
پلانک علاوه بر اهمیت پایه‌گذاری نظریه کوانتومی و معرفی «ثابت پلانک» به دنیای علم و البته سایر پژوهش‌های علمی، در بین دانشمندان قرن بیستم نیز از نظر دیدگاه خود نسبت به «خدا» حائز اهمیت است.
پلانک یک دیست بود. یعنی به «خداوند خالق» اعتقاد داشت. دئیسم خدا را به عنوان خالق این جهان می بیند و دخالت مستقیم خداوند در کار جهان را رد می کند. دئیسم در واقع خداباوری الحادی است. امروزه که دانشمندانی مانند ریچارد داوکینز، علاوه بر خدای ادیان ابراهیمی، حتی خدای خالق را نیز رد می کنند، این حقیقت که دانشمند برجسته ای مانند ماکس پلانک خداپرست است، مایه دلگرمی خداباورانی است که نمی خواهند چندگانه را بپذیرند. اسطوره ها و خرافات همراه با خداباوری
در اواخر عمر پلانک، شایعه شد که او به مسیحیت کاتولیک گرویده است، اما پلانک گفت که اگرچه در طول زندگی خود همیشه عمیقاً مذهبی بود، اما به خدای شخصی اعتقاد نداشت.
ایشان در مورد علم و دین فرمودند: «علم و دین هر دو مستلزم ایمان به خدا هستند. از نظر مومنان، خدا در آغاز همه چیز است و به گفته فیزیکدانان، خدا در پایان همه نظریه پردازی ها است… آغاز همه چیز است و همچنان ملکه هر جهان بینی است.
پلانک در سال 1880 به عنوان دانشیار شروع به تدریس در دانشگاه مونیخ کرد. هنگامی که 22 ساله بود. در سال 1918 استاد دانشگاه برلین شد. زمانی که 60 ساله بود و به تازگی برنده جایزه نوبل شده بود.
پلانک سه سال قبل از مرگش این کلمات درخشان را برای بشریت به جا گذاشت:
«به عنوان مردی که تمام عمر خود را صرف تحصیل درخشان ترین علوم و مطالعه ماهیت ماده کرده است، نتایج تحقیقات خود را این گونه خلاصه می کنم: ماده به معنای واقعی کلمه وجود ندارد، منشأ و حیات عالم مادی به دلیل است. وجود نیرویی که ذرات زیر اتمی را به هم متصل می کند. این منظومه شمسی کوچک که در ساختار اتم وجود دارد در کنار هم و به شکل ارتعاشی حفظ می شود و باید در نظر داشته باشیم که پشت این نیرو قرار دارد. وجود و روح هوشمند و آگاه. این وجود روح و اساس همه هستی است.
ماکس پلانک در 4 اکتبر 1947 در سن 89 سالگی بر اثر حمله قلبی درگذشت. او کاشف کوانتوم و کاشف آلبرت انیشتین است. انیشتین عمیقاً طرفدار پلانک بود و در سال 1918، زمانی که او و نیلز بور و ارنست رادرفورد نیز مستحق دریافت جایزه نوبل بودند، پیشنهاد داد که جایزه نوبل فیزیک به پلانک اعطا شود.
