خانه

نظریه پردازان

نظریه پردازان بزرگ جهان

ماکس پلانک

هنگامی که ماکس کودک بود والدینش به مونیخ مهاجرت کردند. ماکس تحصیلات اولیه خود را در این شهر انجام داد، سپس به برلین رفته، مانند هرتز زیر نظر هلمهولتز و کیرشهوف به کسب دانش پرداخت.

از 1880 در دانشکده مونیخ به کار مشغول شد و پنج سال بعد استاد دانشگاه کیل گردید. در 1889 به جای کیرشهوف ، که درگذشته بود، به استادی دانشگاه برلین انتخاب شد و تا 1926 که از کار کناره گرفت همین سمت را عهده دار بود. پلانک پس از اطلاع از کارهای کلاوزیوس به مبحث ترمودینامیک علاقه مند گردید و رساله دکتری خود را نیز در همین زمینه نوشت. وی مخصوصا توجه خاصی به سیه جسم ( جسمی خیالی که تشعشعات وارده را تماماً جذب می کند و هیچ یک را منعکس نمی نماید؛ اما در صورتی که حرارت ببیند کلیه تشعشعات را صادر می کند) داشت، این مسئله نخستین بار به وسیله استاد پیرش ، کیرشهوف عرضه شده بود.
وی به نکته دقیقی برخورد و آن اینکه تعداد بسامدهای مختلف در ناحیه کوتاه است ( کما اینکه تعداد اعداد صحیح بالاتر از یک میلیون به مراتب بیش از اعداد صحیح کمتر از یک میلیون است). اگر سیه جسمی کلیه بسامدهای تشعشع مغناطیسی را متساویاً صادر می کرد، کلیه انرژی ، عملاً در ناحیه بسامدهای بلند متشعشع می شد ( کما اینکه اگر به شما بگویند که عددی انتخاب کنید ، حتماً عددی بالاتر از یک میلیون را برخواهید داشت ، زیرا در آن ناحیه تعداد اعدادی که میتوان انتخاب کرد چندین برابر اعداد پایین تر از یک میلیون است). این کیفیت، از لحاظ تشعشع ، همان است که از آن به " حادثه فوق بنفش " تعبیر می کنند. وجه تسمیه بدین مناسبت است که تشعشع دارای بلندترین بسامد در طیف نور مرئی همان تشعشع نور بنفش است.
بدیهی است در عمل هیچ گاه چنین پدیده ای روی نمی دهد و حادثه فوق بنفش نیز فی الواقع مانند سیه جسم یک آزمایش خیالی بیش نیست. وین و ریلی هر دو می کوشیدند تا معادلاتی برای علت و معلول توزیع تشعشع سیه جسم عرضه بدارند. معادله وین برای بسامدهای بلند صادق بود، ولی نمی توانست جوابگوی بسامدهای کوتاه باشد و حال اینکه معادلات ریلی ، بالعکس ، در بسامدهای کوتاه صدق می کرد، ولی در مورد بسامدهای بلند کارآمد نبود.
پلانک در 1900 بر آن شد تا معادله نسبتاً ساده ای عرضه بدارد که بتواند جوابگوی توزیع تشعشع بسامدها باشد. وی معادله خود را بر فرضی بی سابقه و جنجالی بنیان نهاد و آن اینکه در بسیاری ( وشاید در همه ) موارد انتقال ، انرژی جنبه اتمی دارد، یعنی به وسیله اجزای تجزیه ناپذیر از دستگاهی به دستگاه دیگر منتقل می گردد. تا آن زمان انتقال انرژی را جریانی متصل می شمردند ، ولی وی برای نخستین بار فرض انتقال انفصالی انرژی را به وسیله آحاد یا "بسته " ها یا "دانه"هایی از انر‍ژی مطرح كرد و هر "بسته" یا "دانه" یا واحد انرژی را یك كوانتوم انرژی (علامت : q) نامید.
پلانك متعاقباً چنین اظهار داشت كه اندازه كوانتوم هر نوع تشعشع مغناطیسی با بسامد آن رابطه مستقیم دارد. بنابر این چون بسامد طیف در انتهای بنفش آن دو برابر بسامد انتهای قرمز است لاجرم انرژی یك كوانتوم از نور بنفش هم دو برابر انرژی یك كوانتوم از نور قرمز می باشد.
حال فرض كنید كه انرژی بتواند صرفاً به صورت كوانتوم های صحیح جذب یا صادر شود. در چنین حالتی تشعشع سیه جسم چنان نخواهد بود كه كلیه طول موجها را متساویاً تشعشع كند. تشعشع بسامد كوتاه سهل است ، زیرا تنها مقداری اندك انرژی لازم است ، تا یك كوانتوم انرژی تشكیل شود. لكن تشعشع بسامد بلند نیازمند مقدار زیادی انرژی است و كمتر احتمال آن می رود كه بتوان انرژی اضافی را یك كاسه كرد. بطور كلی هرچه بسامد بلندتر باشد، احتمال صدور تشعشع كمتر است. مثلاً بیشتر تشعشع جسمی در دمای 600 درجه صد بخشی از نوع ماورای قرمز كم كوانتوم بوده و نور قرمز مرئی آن به اندازه ای خواهد بود كه ایجاد درخشندگی بكند. در این مورد دیگر بحث از «حادثه فوق بنفش» در كار نخواهد بود ، زیرا صحیح است كه تعداد بسامدهای بلند زیاد است لكن مقتضیات كوانتوم انرژی آن بنحوی است كه تشعشع را غیر ممكن می سازد. هرچه دما بالا رود ذخیره انرژی نیز افزایش می یابد و امكانات تشعشع كوانتوم های پر انرژی هم زیادتر می گردد. به همین علت هم موقعی كه جسمی حرارت می بیند نوری كه از آن متشعشع می شود رفته رفته به نارنجی ، زرد و به آبی می گراید. بدین ترتیب قانون وین كه سابقاً تنها از راه آزمایش و مشاهده مورد توجه قرار گرفته بود بر مبنای نظری قوام یافت. نسبت بسامد تشعشع و مقدار كوانتوم را ثابت پلانك می نامند و آن را با حرف h مشخص می سازند. این ثابت هرچند كه مقدارش كوچك است، اما یكی از ثابتهای اساسی جهان است.
نظریه كوانتوم به حدی بدیع، بی سابقه، و انقلابی بود كه در آغاز فیزیكدانان حاضر به پذیرفتن آن نشدند و حتی گفته اند كه خود پلانك نیز قلباً به آن عقیده ای نداشت . جمعی دیگر از دانشمندان آن را صرفاً به عنوان نوعی سرگرمی یا معمای ریاضی تلقی كرده و برای آن هیچ گونه «ارتباطی با واقعیت های طبیعت» قائل نبودند.
اینشتین در 1905 برای نخستین بار نظریه كوانتوم را در پدیده قابل رؤیتی به كار بست كه با اصول فیزیك قرن نوزدهم قابل تبیین نبود. این پدیده همان اثر فوتو الكتریك بود، كه نخستین بار هرتس ذكری از آن به عمل آورده بود. بور در 1913 نظریه كوانتوم را در ساختمان اتمی وارد كرد و به توجیه بسیاری مسائل نایل آمد كه فیزیك قرن نوزدهم به توضیح آنها قادر نبود. امروزه سراسر اصول فیزیكی قبل از 1900 را تحت عنوان «فیزیك كلاسیك» می خوانند و آنچه را بعداً عرضه شده است «فیزیك نوین» می نامند. حد فاصل و مرز میان این دو همان نظریه كوانتوم می باشد. از آنجا كه فیزیك نوین بدون سیماهای جدید آنالیز ریاضی و از جمله كوانتوم ، نمی تواند موجودیتی داشته باشد غالباً از آن به مكانیك كوانتوم تعبیر می كنند.
در 1918 اهمیت نظریه كوانتوم به مرحله ای رسید كه پلانك به اخذ جایزه نوبل در رشته فیزیك نایل آمد . اینیشتین و بور نیز برای استفاده ای كه از آن به عمل آورده بودند چند سال بعد به اخذ همین جایزه مفتخر گشتند.
ماكس پلانك در 1930 به ریاست انجمن كایزر ویلهلم برلن انتخاب شد؛ بعداً اسم انجمن نیز به انجمن پلانك تغییر یافت. پلانك در سنین آخر عمر ، از لحاظ شهرت علمی ، پس از اینشتین مقام اول را حائز بود بعلاوه، علی رغم كهولت سن ، در دوران روی كار آمدن و قدرت نازیها در برابر هیتلر با سرسختی ایستادگی كرد و هیچ گاه حاضر نشد آوازه و شهرت خود را به نحوی به نفع رژیم هیتلری به كار برد. وی یكبار شخصاً نزد هیتلر برای همكاران یهودی خود وساطت كرد، لكن نتیجه ای از آن به دست نیاورد. سرانجام هم مجبور شد در 1937 از ریاست انجمن ماكس پلانك استعفا كند. پسرش ، اروین پلانك، در 1944 به اتهام شركت در توطئه ای علیه هیتلر اعدام شد.
پلانك، نود سال زندگی کرد و پایان جنگ جهانی دوم و اضمحلال رژیم نازی را به چشم دید. در 1945 به وسیله نیروهای امریكایی آزاد و بار دیگر به ریاست انجمن پلانك منصوب شد. لكن چون فوق العاده شكسته و رنجور بود جانشینی برایش تعیین گردید . سپس به گوتینگن رفت و دو سال آخر عمر خود را با نهایت عزت و احترام گذرانید.

o گروه موضوعی ← علوم پایه
o نظریه های ارایه شده ← نظریه کوانتوم
o تاریخ (ارایه نظریه یا بازه زندگی) ←1858-1947