زندگینامه ماکس پلانک و فعالیت‌های علمی‌اش

ماکس پلانک

ماکس پلانک در سال ۱۸۹۲ به سمت استادی فیزیک نظری در دانشگاه برلین منصوب شد. اول ژانویه ۱۹۰۰ نخستین اعلام عمومی نظریه کوانتومی در سال ۱۹۰۰ «نظریه قانون توزیع انرژی به شکل طیفی پیوسته» منتشر شد. در سال ۱۹۱۸ جایزه نوبل فیزیک به پلانک اعطا شد.

در واقع چه زمانی عصر علمی «نوین» آغاز شد؟ در سراسر قرن نوزدهم پیشرفت‌های بسیاری در تمام جنبه‌های علوم به وجود آمد که احتمالا می‌تواند به منظور پی‌ریزی شالوده جدیدی انگاشته شود. ولی دست کم در مورد فیزیک پاسخ ساده است: اول ژانویه سال ۱۹۰۰. آن روزی بود که ماکس پلانک آلمانی نخستین اعلان عمومی را در مورد نظریه کوانتومی، اگرچه خطاب به پسرش، انجام داد. این عقیده‌ای بود که فرضیه‌های پرداخته شده در فیزیک کلاسیک را به شکلی از بین برد و مرحله کاملا جدیدی را بر سر راه فیزیک گشود.

نظریه کوانتومی

پلانک تا حدودی به یاری بخت و اقبال، به مفهومی که جهان علم را تغییر داد، تصادفی برخورد. او به کاری نظری در مورد ترمودینامیک مشغول بود و کاوش وی در جهت یافتن پاسخی فرضی برای یک مسئله توضیح ناپذیر در فیزیک در آن زمان بود که منجر به یافتن راه حلی شد که در واقعیت انعکاس پیدا کرد. این آلمانی، مانند بسیاری از دانشمندان دیگر پیش از خودش فرمولی را کاویده بود که به تابشی ربط پیدا می‌کرد که جسمی در دمای بالا آزاد می‌کند. می‌دانست که این فرمول باید به صورت ترکیبی از طول موج، بسامد و دما قابل بیان باشد، اما رفتار نامتعارف اجسام داغ یک پیش‌گویی منطقی را دشوار می‌کرد. بنابراین، فیزیکدانان برای یک شکل کامل نظری در مورد چنین ماده‌ای با عنوان «جسم سیاه»، نمی‌توانستند تابشی را که باید گسیل کند در قالب یک فرمول خالص پیش‌گویی کنند. دانشمندان اولیه به عبارت‌هایی رسیده بودند که با رفتار اجسام داغ در بسامدهای بالا سازگار بود، و دیگران معادلاتی کاملا متفاوت را به منظور نشان دادن ماهیت آن‌ها در بسامدهای پائین یافتند. اما هیچ کس نتوانست فرمولی بیابد که با تمام بسامدها سازگار باشد در عین حال از قوانین فیزیک کلاسیک پیروی کند.

ثابت پلانک

نه این که چنین معمایی ماکس پلانک را به دردسر انداخت. در مقابل، تصمیم گرفت فرمولی نظری بیابد که به طور ریاضیاتی کارآمد باشد، حتی اگر قوانین فیزیکی شناخته شده را منعکس نکند. پاسخی که او در زمان کوتاهی یافت، پاسخ نسبتاً ساده‌ای بود انرژی گسیل شده را می‌توان به صورت حاصل ضرب سادهٔ بسامد در یک عدد ثابت، «ثابت پلانک»، (Js 34-10* 6256/6) بیان کرد. اما این فرمول با ضرایب اعداد صحیح (مثلا ۱، ۲، ۳ و مانند آن‌ها) درست در می‌آمد و به این معنی بود که به منظور هرگونه استفاده کاربردی از این فرمول، باید این فرض اساسی پذیرفته شود که انرژی فقط به شکل «تکه‌های گسسته تقسیم‌ناپذیری به نام کوانتوم، و یا «یک‌تکه» انرژی به نام کوانتوم آزاد می‌شود. تا آن زمان فرض شده بود که انرژی به شکل جریانی پیوسته گسیل می‌شود، بنابراین این ایده که انرژی فقط به شکل کوانتوم‌ها آزاد می‌شود، شوخی و مسخره به نظر می‌رسید. این نظر با اصول فیزیک کلاسیک کاملاً تناقض داشت. ولی توضیح پلانک با رفتار تابشی که از اجسام گرم آزاد می‌شود منطبق بود. به علاوه، هریک از کوانتوم‌های انرژی به حدی کوچک بودند که وقتی در هر روز، و در سطوح بزرگ مشاهده شده در طبیعت گسیل شدند. منطقی به نظر می‌رسید که انرژی بتواند به شکل جریانی پیوسته ظاهر شود.

تولد یک نظریه

به این ترتیب بود که نسبت به فیزیک کلاسیک تردید روا داشتند و نظریه کوانتوم متولد شد. پلانک نتایج خود را در مقاله‌اش در سال ۱۹۰۰ با عنوان «در باب نظریه قانون توزیع انرژی در طیف پیوسته» به اطلاع عموم رساند. طبیعتاً این امر هیجانی را به وجود آورد ولی وقتی آلبرت اینشتین در توضیح اثر فوتوالکتریک در سال ۱۹۰۵ با استفاده از نظریه پلانک و نیز نیلس بور در توضیح ساختار اتمی در سال ۱۹۱۳ موفق شد، ناگهان، این نظر دیگر مسخره به نظر نمی‌رسید. این ایدهٔ مختصر واقعاً موفق به توضیح رفتار این واقعه فیزیکی شد و در نتیجه پلانک به سرعت به جایگاه مهم‌ترین دانشمند آلمانی ترفیع یافت. به او جایزه نوبل فیزیک به علت نوآوری‌هایش در سال ۱۹۱۸ اعطا شد.

از فیزیک کلاسیک تا مکانیک کوانتومی

فیزیک کلاسیک نیوتونی و گالیله‌ای برای ما قوانینی را که قادر به توضیح جهان عادی روزمره اطراف‌مان باشند، فراهم آوردند. به هر حال از آزمایش‌هایی که در اوایل قرن بیستم انجام شد، نتایجی به بار آمد که فیزیک کلاسیک قادر به توضیح و توجیه آن نبود. مثلا این یافته که اگر الکترون‌های یک اتم به دور هسته به شیوه‌ای که فیزیک کلاسیک پیش‌بینی کرده در چرخش باشند، طی مدت بسیار کوتاهی به طور مارپیچی به درون هسته فرو خواهند افتاد و اتم از بین خواهد رفت. از آن‌جا که این امر آشکارا درست نبود، روشن شد که روش توجیهی دیگری در ارتباط با ذرات اتمی و زیر اتمی مورد نیاز است. این کشف که به نظریه کوانتوم‌های انرژی پلانک وابسته بود، به تدوین مکانیک کوانتومی انجامید.

پلانک با خوش اقبالی به طور تصادفی به مفهومی رسید که جهان علم را تغییر داد.

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.