Max Planck - kvantfysikens grundare

Kvantfysiken, som behandlar universums minsta delar, är en av den moderna fysikens hörnstenar. Kvantfysiken bygger på sannolikheter och inte på exakta förutsägelser. Trots det har teorierna kunnat förklara fenomen i atomerna som annars skulle ha varit oförklarliga. Men kvantteorierna ger ofta häpnadsväckande resultat. Till och med den tyske vetenskapsmannen Max Planck (1858-1947) som grundlade kvantfysiken avfärdade från början sin upptäckt som "dumheter".

Bild: Deutsches Bundesarchiv

Max Plancks revolutionerande idé att energi sänds ut i "paket" eller kvanta togs upp av Einstein, som använde teorin för att år 1905 förklara den fotoelektriska effekten. Men själv avvisade Planck i över 20 år sin teori som dumheter.

I slutet av 1800-talet hade fysikerna börjat studera värmestrålning. Om du värmer upp en järnstång, känns den först varm utan att det syns någon skillnad på stången. Den avger då osynlig, infraröd strålning som vi uppfattar som värme.

Allteftersom stången blir varmare kan du se att den först blir rödglödande och till sist vitglödande. När stången är röd, utsänds den strålning vi uppfattar som rött ljus; när stången är vitglödgad, sänder den ut ljus av alla färger - precis som solen.

Nu hade fysikerna räknat ut att strålningen från en absolut svart kropp (materiellt föremål) är den största möjliga. Precis som järnstången blir en svart kropp först varm, sedan rödglödgad och till slut vitglödgad när den upphettas.

ANNONS

Data och fakta

1858: Max Planck föds i Tyskland.

1900: Planck lägger fram sin kvantteori - energi sänds ut i småbitar som han kallar "kvantum".

1916: Plancks äldsta son stupar i första världskriget.

1917: Plancks ena dotter dör under barnafödsel.

1918: Planck får Nobelpriset i fysik för sin kvantteori.

1919: Plancks andra dotter dör även hon i barnsäng.

1930-1937: Planck blir ordförande i Kejsar Wilhelm-sällskapet.

1944: Berlin bombas under andra världskriget, och Plancks hus och bibliotek brinner upp. Hans son avrättas misstänkt för delaktighet i ett attentat mot Hitler.

1947: Planck dör i Göttingen.

Det borde vara en enkel sak att räkna ut vilken strålning en upphettad svart kropp skulle sända ut. Men det visade sig uträkningarna som gjorts enligt den klassiska fysiken inte stämde alls - något måste vara fel.

Ett kvantum

Planck upptäckte att det gick att rätta till felet genom att anta att strålningen sändes ut i små bestämda mängder. Varje mängd kallade han ett kvantum. Det var ett fantastiskt antagande för en fysiker som Planck. Han tillhörde den klassiska skola som byggde på Newtons teorier. Hans upptäckt stred mot dessa.

Plancks idé blir lättare att förstå om du tänker på en stråle vatten ur en vattenkran. Egentligen sprutar vattenkranen ut en mängd enskilda vattendroppar - vattenmolekyler. Att vi ändå ser en hel stråle vatten beror på att dropparna är så små.

Fysikerna hade hittills sett på värmestrålningen som en enda "vattenstråle". Planck kom alltså på att "vattenstrålen" bestod av små droppar. Varje droppe är ett energikvantum. Planck gjorde inga experiment utan räknade ut alltsammans genom att kombinera två matematiska formler. I oktober 1900 lade Planck en första version av sin teori för Berlins fysikaliska sällskap. Men teorin stämde inte riktigt. Under ytterligare två månader försökte Planck hitta den korrekta matematiska formeln för sin teori. Han prövade en rad lösningar - till sist återstod bara ett alternativ som Planck starkt ogillade. Men det var det enda som stämde med Plancks uträkningar.

Trots att resultatet stred mot hans övertygelse, lät Planck sina krav på logik gå före och accepterade det alternativ han ogillade. Den 14 december år 1900 lade Planck fram sin omarbetade teori. Enligt den sändes värmestrålning ut i små bestämda mängder. Det datumet betraktas numera som den dag den moderna fysiken föddes.

Planck själv var ganska kritisk till sin teori och var i över 20 år säker på att den skulle motbevisas. Men allt fler försök visade att den stämde. 1918 fick Planck Nobelpriset i fysik för sin upptäckt, trots att han fortfarande var tveksam till den.

- Han var konservativ, skrev kollegan Max Born. Ändå var hans tro på den tvingande kraften i logiska resonemang, grundade på fakta, så stark att han inte tvekade att lägga fram den mest revolutionära idé som någonsin skakat om fysiken.

ANNONS

Samarbete med Einstein

Planck arbetade större delen av sitt liv i Berlin och arbetade vid första världskrigets utbrott 1914 tillsammans med Albert Einstein som arbetat vidare på Plancks teorier. Till det yttre var de båda kontraster. Planck var den korrekte tyske professorn med stålbågade glasögon, hög krage, fluga och svart rock. Einstein klädde sig ofta informellt, och hans hår stod åt alla håll.

Men trots den yttre olikheten både arbetade och kopplade de av tillsammans. Planck hade absolut gehör och var en utmärkt pianist. Han spelade gärna tillsammans med Einstein, som spelade fiol.

Hitlertiden

1933 kom nazistpartiet till makten i Tyskland. Nazistledaren Adolf Hitlers judefientliga politik tvingade en rad framstående vetenskapsmän av judisk härkomst att lämna landet, bland dem Einstein. Tyskland förlorade därigenom sin ledande position inom vetenskap. När Planck försökte vädja hos Hitler för en judisk vetenskapsman, fick den tyske ledaren ett raseriutbrott.

Planck var under åren 1930-1937 ordförande i Tysklands viktigaste vetenskapliga förening, Kejsar Wilhelm-sällskapet. Sällskapet heter sedan 1948 Max Planck-sällskapet.

Planck själv försökte aldrig öppet motarbeta Hitler, även om han avskydde nazismen. Forskaren Otto Hahn bad Max Planck att få kända tyska professorer att skriva under lista i protest mot hur judiska vetenskapare behandlades. Max Planck tyckte inte det var en bra idé.

- Om det gick att få tag i 30 personer som skrev under skulle 150 personer protestera mot listan nästa dag, för att de ville ha undertecknarnas platser svarade han.

Personliga katastrofer

För Planck blev de båda världskrigen en personlig katastrof. Hans äldste son Karl stupade i första världskriget 1916, och 1917 dog hans ena dotter Margarete under en barnafödsel. 1919 dog hans andra dotter, Emma, på samma sätt.

Under andra världskriget bombades Berlin 1944, och Plancks hus och hela hans fina bibliotek förstördes. Samma år arresterades hans yngste son Erwin, misstänkt för delaktighet i attentatet mot Hitler den 20 juli. Sonen avrättades 1945, och detta knäckte Plancks livsvilja.

Max Planck fick se Tyskland växa till en stormakt för sedan krossas och delas.

Planck dog 1947 i Göttingen, dit amerikanska styrkor förts honom vid Hitlerrikets sammanbrott 1945.

LÄS MER: Vetenskapspersoner och vetenskapshistoria

ANNONS

Uppgifter och frågor

Frågor till texten:

När och var föddes Max Planck?
Vilket område av fysiken arbetar en kvantfysiker med?
Vilket år fick Max Planck Nobelpriset?
Förklara varför Tyskland förlorade många av sina främsta forskare före och under andra världskriget.
Hur beskrev Planck med sin teori hur strålning sändes ut?
Varför ogillade Planck till en början sin revolutionerande teori och avfärdade den som "dumheter"?