Úvodní strana  >  Články  >  Ostatní  >  Před 150 lety se narodil Max Planck – život a dílo

Před 150 lety se narodil Max Planck – život a dílo

Max Planck, zdroj: wikipedia
Max Planck, zdroj: wikipedia
Max Karl Ernst Ludwig Planck
(*23 . 4. 1858 v Kielu; + 4. 10. 1947 v Göttingenu)

S odstupem doby vyniká dílo a osobnost Maxe Plancka snad ještě více než v době jeho vrcholné vědecké a vědecko-organizační aktivity. Přitom je paradoxní, že když se šestnáctiletý maturant Maximiliánského gymnázia v Mnichově rozhodoval, co bude po maturitě studovat, obrátil se nejprve o radu ke svým učitelům na Hudební akademii, protože měl absolutní sluch, hrál v kostele na varhany a doma na klavír, působil ve školním pěveckém sboru a sám skládal písně a drobné skladby. Naštěstí pro fyziku od nich dostal mrazivou odpověď: „Když se vůbec ptáte, tak jděte radši studovat něco jiného!“

Odmítnut hudebníky zašel maturant Planck, který na střední škole vynikal v náboženské výuce, cizích jazycích (řečtina, latina a francouzština) a v matematice, za věhlasným profesorem fyziky na mnichovské univerzitě Pillipem von Jollym. Ani tam však příliš nepochodil, protože Jolly vyslovil mínění, že celá fyzika je v podstatě hotová, zbývá už jen několik málo nejasností (psal se r. 1874!) a pak už nebudou fyzici dělat nic jiného než zpřesňovat hodnoty fyzikálních konstant. Nakonec prohlásil, že při Planckově nesporném nadání je ho pro fyziku zkrátka škoda.

Jestliže se Planck přesto rozhodl pro fyziku, přispělo k tomu několik jeho charakterových vlastností. Byl díky rodinnému patricijskému prostředí a tradicím hluboce oddán víře o souladu vědy a náboženství. Jako křesťan-protestant chtěl proto hledat ve fyzice doklady o jednoduchosti věcí pomocí oslňující síly logického úsudku. Když se Planck na gymnáziu dozvěděl o formulaci zákona zachování hmoty a energie, který je evidentně nezávislý na vědomí člověka a zcela univerzální, vzpomínal na tu chvíli jako na zvěstování absolutní pravdy. Právě takovému hledání věčných neměnných zákonitostí se chtěl věnovat a na mnichovské univerzitě mu k tomu nejvíce pomohlo studium matematiky. Stihl však přitom ještě složit ve svých 18 letech operetu „Láska v lese“, v níž pak sám účinkoval jako sólista; jeho další láskou byla též vysokohorská turistika.

Pro jeho fyzikální růst měl rozhodující význam zimní semestr 1877/78 na Berlínské univerzitě Bedřicha Viléma, kde poslouchal přednášky tehdejších veleknězů německé fyziky H. Helmholtze a G. Kirchhoffa. Přesto si nakonec téma své doktorské disertace vybral sám na základě studia práce jiného německého fyzika R. Clausia „Mechanická teorie tepla“. V r. 1879, když mu bylo teprve 21 roků, podal na Mnichovské univerzitě disertaci „O druhém principu teorie tepla“ (šlo o II. termodynamickou větu; mezi examinátory byl již zmíněný P. von Jolly, ale také chemik A. von Bayer, jenž mu dal při obhajobě najevo, že považuje teoretickou fyziku za zbytečnou!). Navzdory tomu získal Planck doktorát summa cum laude, čili s vyznamenáním.

Planck musel být velmi zklamán, když zjistil, že zaslanou disertaci Helmholtz ani neotevřel a Kirchhoff s jeho závěry nesouhlasil. Zkoušel osobně navštívit Clausia v Bonnu, ale vůbec se k němu nedostal. Planck však měl jednu skvělou vlastnost: vytrvalost, takže nezahořkl a pokračoval pilně ve vědecké práci na problémech termodynamiky a již v r. 1880 se v Mnichově habilitoval prací „Rovnovážné stavy izotropních těles při různých teplotách“. Planck se tím sice vědecky prosadil jako soukromý docent, ale to mu nepřineslo žádné placené zaměstnání a živili ho rodiče až do r. 1885, kdy získal své první placené místo mimořádného profesora fyziky na univerzitě v Kielu. Publikoval zde velmi cenné práce „Zákon zachování energie“ (byl za ní v r. 1887 odměněn II. cenou v soutěži filozofické fakulty univerzity v Göttingenu) a „O principu růstu entropie“ (později se dozvěděl, že s touto myšlenkou přišel nezávisle a dříve než Planck americký fyzik J. Gibbs).

V r. 1889 zemřel G. Kirchhoff a Planck ve svých 31 letech získal mimořádnou profesuru fyziky v Berlíně, kde se spřátelil s Helmholtzem a vytvořil své hlavní vědecké životní dílo. Traduje se, že jednou měl mít na univerzitě přednášku v jiné posluchárně než obvykle a nepamatoval si, kde. Při vstupu do budovy se proto zeptal vrátného, kde dnes přednáší prof. Planck. A vrátný na to: „Přednáší ve II. patře, ale, mladý pane, tam ani nechoďte, tomu byste vůbec nerozuměl!“ Planckovy výsledky v termodynamice začaly budit čím dál větší pozornost; studoval však také akustiku, přičemž k vlastním překvapení hudebníka zjistil, že lidské ucho dává přednost temperovanému ladění před čistým. V r. 1892 získal řádnou profesuru a v r. 1894 jako 34letý byl zvolen řádným členem prestižní Pruské akademie věd.

Ke svému životnímu objevu se dostal Planck zajímavou oklikou přes aplikovanou fyziku. V r. 1887 měl nově založený Říšský fyzikálně-technický ústav vytvořit nový světelný normál. K tomu potřebovali dostatečně černé těleso, které by pohltilo téměř veškerou světelnou i tepelnou energii, která na ně dopadne. V této věci mohli fyzikové navázat na teoretické i experimentální práce G. Kirchhoffa, W. Wiena, L. Boltzmanna a F. Paschena. Planck jako teoretik se soustředil na výpočet tvaru křivky spektrální zářivosti v závislosti na jediném parametru, jímž měla být teplota onoho dokonale černého tělesa. Jejímu řešení se věnoval od r. 1896 do konce r. 1900, kdy 14. prosince toho roku přednesl na zasedání berlínské Fyzikální společnosti pojednání „O teorii hustoty energie v normálním spektru“, kterou pak po úpravách publikoval v odborném časopise Annalen der Physik.

Už v r. 1899 přitom odvodil svůj slavný vztah:

E = h . ν

kde E je energie; h – Planckova konstanta a ν kmitočet elektromagnetického záření. Planck tak dospěl k naprosto nečekanému a pro něho osobně téměř nepřijatelnému zjištění, že energie elektromagnetického záření je kvantována. Důvod, proč na to fyzikové nepřišli dříve, spočívá v neobyčejně nepatrné velikosti Planckovy konstanty h = 6,6.10-34 J.s (tato veličina je dnes experimentálně známa s přesností na 8 platných cifer), takže kvantový charakter hmoty se v makroskopické fyzice neprojevuje. Zavedením tohoto na první pohled iracionálního předpokladu o kvantování se podařilo Planckovi naprosto bezvadně vysvětlit tvar spektrálního rozdělení energie vyzařování dokonale černého tělesa, což dříve byla spíše dokonalá blamáž klasické fyziky, protože předešlá klasická řešení (Rayleighův-Jeansův zákon) dávala nekonečnou hodnotu celkové vyzářené energie.

Ještě větší dosah však měl objev Planckovy konstanty při obecném studiu mikroskopické struktury hmoty. Vždyť sám Planck ještě ve své doktorské disertaci v r. 1879 tvrdil, že atomová domněnka není slučitelná se zákonem zachování energie! Svou epochální prací z r. 1900 však atomovou domněnku bezděčně skvěle potvrdil a přispěl tak zásadně k rozvoji nástroje, jímž se pak dala popsat vnitřní struktura hmoty -- kvantové mechaniky.

Dalším důsledkem Planckova objevu bylo zavedení přirozené soustavy fyzikálních jednotek, založené na několika základních přírodních konstantách, tj. rychlosti světla ve vakuu c, gravitační konstantě G a Planckově konstantě h. Pak lze zavést např. elementární Planckovu délku (1,6.10-35 m), Planckovu hmotnost (2.10-8 kg), Planckův čas (5,4.10-44 s) a Planckovu teplotu (1,4.1032 K). Tyto jednotky se sice pro praktický život nehodí, ale dávají teoretickým fyzikům možnost poukázat na hluboké vnitřní vazby mezi zdánlivě nahodilými hodnotami fyzikálních konstant. Tak se Planckovi podařilo naplnit jeho vůdčí myšlenku z mládí, tj. hledání absolutních zákonitostí neměnných v čase a nezávislých na lidském vědomí.

Max Planck a Albert Einstein v roce 1929, zdroj: wikipedia
Max Planck a Albert Einstein v roce 1929, zdroj: wikipedia
V následujících desetiletích však Planck zasáhl do vývoje fyziky a vědy vůbec nejenom svými dalšími výzkumy, ale zejména ovlivněním vědeckého klimatu v Německu a tím i na světě. Německá fyzika byla v té době v záviděníhodném postavení. Podporována politiky a státníky formátu císaře Viléma se těšila vážnosti a přinášela skvělé výsledky. Kolem Plancka se v Berlíně soustředila budoucí fyzikální esa, např. M. von Laue, L. Meitnerová nebo A. Einstein.

Mimochodem, právě na Planckovu přímluvu získal A. Einstein profesuru na pražské Karlo-Ferdinandově univerzitě a později i profesoru přímo v Berlíně. Planck totiž jako jeden z prvních fyziků rozpoznal zásadní význam dnes tak proslulých Einsteinových prací z památného roku 1905, když je jako redaktor časopisu Annalen der Physik uveřejnil rovnou, bez obvyklého recenzního řízení!

Fyzikální idyla v Berlíně však netrvala dlouho. Přišla první světová válka, kdy arogantní vstup Německa do války vlastenec Planck podpořil podpisem na Provolání kulturnímu světu, které podepsalo 93 německých akademiků (Planck však z této nacionální eufórie brzy vystřízlivěl a svůj podpis o rok později odvolal. Jeho nejstarší syn Karl padl v r. 1916 u Verdunu; v r. 1917 zemřela při porodu jeho dcera Margarete a o dva roky později za stejných okolností i dcera Emma.)

Německá věda utrpěla za první světové války nejenom hmotné ztráty, ale také respekt v zahraničí právě kvůli zmíněnému Provolání. Po válce bylo Německo hospodářsky rozvráceno a morálně zubožené. V této situaci se vynořil Planck jako zachránce, když prosadil své životní krédo „Vydržet a pracovat“ nejenom jako představitel německých fyziků, ale i vědců vůbec – byl totiž v r. 1919 odměněn Nobelovou cenou za fyziku za r. 1918, kterou kvůli poválečné situaci přebíral i s dalšími německými laureáty (M. von Laue, J. Stark, R. Wilstätter a F. Haber) ve Stockholmu až r. 1920.

Skutečně se mu podařilo obnovit vážnost německé vědy a přitáhnout zvláště do Berlína nové talenty. Byl přitom zavalen organizačními povinnostmi zejména jako stálý sekretář Akademie věd a výkonný redaktor Annalen der Physik, ačkoliv v r. 1926 ve svých 68 letech formálně odešel do důchodu a jeho nástupcem na katedře fyziky se stal geniální rakouský fyzik E. Schrödinger. Planck byl v té době navzdory těžkým ranám osudu stále ve výborné fyzické i psychické kondici. Ještě dlouho po sedmdesátce zdolával o prázdninách třítisícové vrcholy v horách.

V r. 1930 byl Planck zvolen prezidentem učené Společnosti císaře Viléma, ale tuto funkci zastával jen do doby nacistických útoků na integritu německé vědy v r. 1937. O rok později po nátlaku nacistů rezignoval i na funkce v Pruské akademii věd. Planck tak musel podruhé v životě přihlížet degradaci německé vědy (bohužel za aktivního přispění osobností jako byli J. Stark nebo P. Lenard), která nabyla brzy rozměrů živelné katastrofy. Planck se opatrně snažil zabránit persekuci fyziků židovského původu, ale příliš neuspěl, i když na toto téma hovořil přímo s A. Hitlerem. Spíše tím jen ublížil svému vlastnímu postavení, ale s tím předem počítal.

Odborná veřejnost si ovšem Plancka nadále cenila. Když v r. 1938 slavil své osmdesátiny, přišli na oslavy všichni v Německu zbylí významní fyzikové. Dostal také na 500 telegrafických gratulací, na něž pak několik měsíců osobně odpovídal. K témuž datu oznámila Mezinárodní astronomická unie pojmenování planetky č. 1069 jménem Planckia (planetku objevil v Heidelberku v r. 1927 německý astronom M. F. Wolf).

Během druhé světové války se Planck věnoval filosofii a vztahu mezi vědou a náboženstvím. Kvůli bombardování se na radu syna Erwina uchýlil v r. 1943 na venkov a dobře udělal. Berlínský dům Planckových byl zničen bombardováním počátkem r. 1944 a tak vzala za své Planckova korespondence i vědecké deníky. V tomtéž roce postihla Plancka snad vůbec nejtěžší rána osudu. V říjnu 1944 byl jeho milovaný syn Erwin odsouzen k trestu smrti za údajnou účast v atentátu na Hitlera. Planck se snažil osobními intervencemi syna zachránit, ale bezúspěšně. V lednu 1945 byl Erwin popraven a to Plancka naprosto zlomilo. K tomu také přispěly těžké poslední chvíle války na území Německa.

Nakonec se o záchranu Plancka nečekaně zasloužil známý americký astronom holandského původu G. Kuiper, který sloužil v přísně tajné americké zpravodajské skupině Alsos (řecky „háje“, anglicky „groves“; generál L. Groves byl šéf projektu „Manhattan“). Skupina pátrala po stopách německého programu vývoje atomové pumy a zajala přitom řadu německých fyziků (mj. O. Hahna, M. von Laueho a C. von Weizsäckera). Kuiper byl zrovna v Göttingenu, když dostal hlášku, že Planck je někde poblíž a daří se mu velmi špatně. Kuiper na základě této informace Plancka našel v sovětské okupační zóně a tajně ho převezl do Göttingenu, kde se Planck ubytoval u své neteře. Ze Švédska mu posílala potravinové balíčky L. Meitnerová...

Po válce byla shodou okolností přeložena do Göttingenu správa Společnosti císaře Viléma. Vedení Společnosti prakticky neexistovalo, protože řada lidí zahynula a ti zbylí byli těžce kompromitováni spoluprací s nacisty. Planck proto přijal úlohu prozatímního prezidenta, kterou na jeho žádost posléze převzal po návratu z internace v lednu 1946 O. Hahn, nositel Nobelovy ceny za r. 1944.

Společnost však zdaleka neměla vyhráno, protože Spojenci ji chtěli rozpustit. Tehdy se už vážně nemocný Planck vydal ještě v květnu 1946 do Británie a orodoval tam za záchranu Společnosti. To zapůsobilo a Britové přišli se spásným návrhem, aby se zdiskreditovaná Společnost přejmenovala na Společnost Maxe Plancka pro podporu vědy, což bylo neoficiálně přijato 11. září 1946 a Planck tak naposledy prospěl německé vědě.

Oficiálně byla Společnost Maxe Plancka pro podporu přírodních a společenských věd ustavena v Göttingenu 26. 2. 1948. Dnes má prestižní Společnost na 80 ústavů ve všech německých spolkových zemích a dokonce i tři ústavy v zahraničí (v Itálii a Holandsku). V letech 1972-84 byl jejím prezidentem astrofyzik Reimar Lüst. Mezi těmito centry excelence současné německé vědy najdeme také několik ústavů bezprostředně souvisejících s astronomií: Astronomický ústav v Heidelberku, Astrofyzikální ústav v Garchingu, Einsteinův ústav pro fyziku gravitace v Golmu a Hannoveru, Ústav pro kosmickou fyziku v Garchingu, Radioastronomický ústav v Bonnu a Ústav pro výzkum sluneční soustavy v Katlenburgu-Lindau.

Mezitím se pohnutý životní příběh velikána světové vědy Maxe Plancka blížil k závěru, jak o tom píše ve své brožuře Dr. Igor Jex: „V lednu (1947) Planck onemocněl, ale nový zázrak medicíny penicilín mu zachránil život. Na sklonu roku však upadl, zlomil si ruku a už se nezotavil. Zemřel 4. října 1947. Rakev s ostatky nestora německé fyziky z kostela vynesli studenti fyziky. Byl to výraz naděje, že fyzika v Německu najde cestu ke své zašlé slávě, ke které Planck přispěl vrchovatou mírou. Z celého světa přicházely kondolence od jednotlivců i institucí. Za americkou Akademii věd se loučil A. Einstein slovy:

„Ten, kterému bylo dopřáno darovat lidstvu velikou tvůrčí myšlenku, nepotřebuje, aby ho následovníci oslavovali. Dostalo se mu vyššího ocenění jeho vlastním činem.“

Výběr citátů Maxe Plancka:

„Co mě na fyzice vždy zajímalo, jsou velké obecné zákony, které mají svůj význam pro všechny procesy v přírodě, nezávisle na vlastnostech těles, které se procesů zúčastňují, a na představách o jejich struktuře, které si vytvoříme.“

„Nová vědecká pravda se neprosazuje tím, že se její odpůrci dají přesvědčit, ale spíše tak, že odpůrci pomalu vymřou a dorůstající generace se s pravdou seznamuje hned na počátku.“

„Neexistuje fyzika bez příměsi metafyziky“

„Věda i náboženství vedou společně odvěký boj proti skepticismu, proti dogmatismu, proti nevíře a proti pověrám. Společné heslo v tomto boji znělo a zní i do budoucna: K Bohu!“

„Každý přátelský náznak osudu, každou radostně prožitou hodinu musíme přijmout jako nezasloužený, ba přímo zavazující dar.“

Použitá literatura:

Doc. Ing. Igor Jex, DrSc.: Max Planck – hledač absolutna. 8. sv. edice JČMF „Velké postavy vědeckého nebe“, 56 str. Prometheus, Praha 2000.







O autorovi

Jiří Grygar

Jiří Grygar

Jiří Grygar (*1936) studoval fyziku na MU v Brně a astronomii na UK v Praze. Vědeckou aspiranturu v astrofyzice absolvoval v Astronomickém ústavu ČSAV v Ondřejově, kde pak pracoval ve stelárním odd. do r. 1981. Od té doby až dosud je zaměstnán ve Fyzikálním ústavu ČSAV/AV v Řeži/Praze, v současné době v odd. astročásticové fyziky. Web: www.astronom.cz/grygar/



48. vesmírný týden 2016

48. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 28. 11. do 4. 12. 2016. Měsíc bude v novu, večer projde kolem Venuše, která je krásně vidět jako jasná hvězda na jihozápadě. Večer je vidět také Mars, ráno Jupiter. Na Slunci se objevila skvrnka. Čeká nás start nákladní lodi Progress k ISS.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

VdB149, VdB150, LDN1235 - prach v souhvězdí Cephea

Souhvězdí Cephea je cirkumpolárním souhvězdím naší severní oblohy. Podobně jako například Velká medvědice, jejíž část označujeme lidovým jménem Velký vůz. Ale přeci … Velký vůz pozná téměř každý, o Cepheovi mnoho z „neastronomů“ možná ani neví. A astronom? Ten nás většinou odbude větou typu:

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Konjunkce Venuše a Měsíce

Konjunkce Venuše a Měsíce

Další informace »