Physique quantique, une idée révolutionnaire de Max Planck, physicien allemand
Karl Ernst Ludwig Marx Planck, mieux connu sous le nom de Max, est né à Kiel dans le Holstein, dans le nord de l’Allemagne, le 23 avril 1858. Sa famille était traditionnelle et intellectuelle (son père était professeur de droit et son grand-père et arrière-grand-père avaient été professeurs de théologie). En 1867, la famille déménage à Munich, où Planck fréquente l’école de gymnastique Ludwig Maximilians. .jpg)
Là, il passa sous la tutelle d’Hermann Müller, qui lui enseigna l’astronomie et la mécanique ainsi que les mathématiques, et éveilla l’intérêt précoce de Planck pour la physique. Bien que talentueux musicien (il chante, joue du piano, de l’orgue et du violoncelle, et compose des chansons et même des opéras), il choisit d’étudier la physique à l’Université de Munich en 1874, passant bientôt à la physique théorique, avant de partir à Berlin pour une année d’études complémentaires en 1877. Après avoir terminé sa thèse d’habilitation sur la théorie de la chaleur en 1880, Planck devint professeur privé non rémunéré à Munich, attendant qu’on lui propose un poste universitaire. En avril 1885, l’Université de Kiel le nomma professeur associé de physique théorique, et il continua à poursuivre ses travaux sur la théorie de la chaleur et sur les idées de Rudolph Clausius sur l’entropie et son application en chimie physique.
En 1889, Planck a déménagé à l’Université de Berlin, devenant professeur titulaire en 1892. Il avait épousé Marie Merck en 1887, et ils ont eu quatre enfants, Karl (1888), les jumeaux Emma et Grete (1889) et Erwin (1893), dont seul Erwin devait survivre après la Première Guerre mondiale. La maison Planck à Berlin est devenue un centre social et culturel pour les universitaires, et de nombreux scientifiques bien connus, dont Albert Einstein, Otto Hahn et Lise Meitner, étaient des visiteurs fréquents. En 1894, Planck tourna son attention vers le problème du rayonnement du corps noir, l’observation que la plus grande quantité d’énergie émise par un « corps noir » (ou tout absorbeur parfait) tombe près du milieu du spectre électromagnétique, plutôt que dans la région ultraviolette comme le suggère la théorie classique. En particulier, il a étudié comment l’intensité du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir dépend de la fréquence du rayonnement (par exemple la couleur de la lumière) et de la température du corps.
L’année précédente, cependant, en 1899, il avait noté que l’énergie des photons ne pouvait prendre que certaines valeurs discrètes qui étaient toujours un multiple entier d’une certaine constante, qui est maintenant connue sous le nom de « constante de Planck ». Ainsi, la lumière et d’autres ondes étaient émises en paquets discrets d’énergie qu’il appelait » quanta « . La définition de la constante de Planck lui a permis de définir un nouvel ensemble universel d’unités physiques ou unités de Planck (telles que la longueur de Planck, le temps de Planck, la température de Planck, etc.), toutes basées sur cinq constantes physiques fondamentales : la vitesse de la lumière dans le vide, la constante gravitationnelle, la constante de la force de Coulomb, la constante de Boltzmann et sa propre constante de Planck.
Planck était parmi les rares à avoir immédiatement reconnu l’importance de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein en 1905, et il a utilisé son influence dans le monde de la physique théorique (il a été président de la Société allemande de physique nouvellement formée de 1905 à 1909) pour s’assurer que la théorie fut bientôt largement acceptée en Allemagne, tout en apportant ses propres contributions à l’extension de la théorie. Après que Planck eut été nommé doyen de l’Université de Berlin, il lui devint possible d’appeler Einstein à Berlin et de créer une nouvelle chaire spécialement pour lui en 1914, et les deux scientifiques devinrent rapidement des amis proches et se rencontrèrent fréquemment pour jouer de la musique ensemble.
À la fin des années 1920, Niels Bohr, Werner Heisenberg et Wolfgang Pauli avaient élaboré la soi-disant « interprétation de Copenhague » de la mécanique quantique, et la théorie quantique que le travail de Planck avait déclenchée est devenue de plus en plus établi, même si Planck lui-même (comme Einstein) n’a jamais été tout à fait à l’aise avec certaines de ses implications philosophiques. Lorsque les nazis ont pris le pouvoir en 1933, Planck était un vieil homme de 74 ans et il a généralement évité un conflit ouvert avec le régime nazi, bien qu’il ait organisé une réunion commémorative officielle quelque peu provocante après la mort en exil de son collègue physicien Fritz Haber. Il a également réussi à permettre secrètement à un certain nombre de scientifiques juifs de continuer à travailler dans les instituts de la Kaiser Wilhelm Society pendant plusieurs années.
À la fin de la Seconde Guerre mondiale (au cours de laquelle son plus jeune fils Erwin a été impliqué dans l’attentat contre Hitler en 1944 et pendu), Planck, sa seconde épouse et son fils restant ont déménagé à Göttingen. Il y décède le 4 octobre 1947, à l’âge de 89 ans, des suites d’une chute et de plusieurs accidents vasculaires cérébraux. Max Planck Ressources
Max Planck : créateur de la théorie quantique
Il était de coutume pour les étudiants allemands de se déplacer entre les universités à cette époque et Planck étudia à l’Université de Berlin à partir d’octobre 1877, où ses professeurs comprenaient Helmholtz et Kirchhoff. Il retourna à Munich et obtint son doctorat en juillet 1879 à l’âge de 21 ans en soumettant une thèse sur la deuxième loi de la thermodynamique. En 1885, il est nommé « professeur extraordinaire de physique théorique » à Kiel. Après la mort de Kirchhoff en octobre 1887, l’Université de Berlin cherche un physicien pour le remplacer. Planck a été proposé par la faculté de philosophie de Berlin et fortement recommandé par Helmholtz. Il a été promu professeur ordinaire en 1892 et a occupé la chaire jusqu’à sa retraite en 1927. Il a continué à se livrer à sa passion pour la musique, faisant construire un harmonium spécial et donnant des concerts dans sa propre maison.
Planck avait 42 ans lorsqu’il a fait son annonce quantique historique, mais n’a joué qu’un rôle mineur dans le développement ultérieur de la théorie quantique. Cela a été laissé à Einstein, Poincaré, Bohr, Dirac et d’autres.
Sa vie privée a été remplie de tragédie. Sa première femme est décédée en 1909, son fils aîné a été tué en 1916 pendant la Première Guerre mondiale et ses deux filles sont mortes en couches. Sa maison à Berlin a été détruit par un incendie après un raid aérien en février 1944, et son deuxième fils a été soupçonné d’être impliqué dans le complot visant à assassiner Hitler et exécuté en 1945. Planck avait 87 ans à la fin de la Seconde Guerre mondiale mais, remarquablement, il a pu s’efforcer de reconstruire la science allemande en tant que président de la Kaiser Wilhelm Gesellschaft. Il meurt en octobre 1947. Nommée en son honneur, la mission Planck de l’ESA analyse actuellement le rayonnement de fond diffus cosmologique, qui s’est formé peu après le Big Bang. Les données recueillies par Planck permettront aux astronomes de rechercher des indices sur la façon dont les galaxies se forment et se regroupent, nous donnant la structure à grande échelle que nous voyons autour de nous dans l’espace aujourd’hui.
Max Planck : Le père de la mécanique quantique
La mécanique quantique est sans aucun doute l’une des théories physiques les plus importantes et les plus réussies de tous les temps. Contrairement à la plupart des autres théories, c’est l’aboutissement des efforts d’un certain nombre de grands esprits du siècle dernier. Le début de la mécanique quantique a été le moment où les scientifiques ont pu déduire le fait que tout dans notre univers était quantifié. La théorie de Max Planck est considérée comme l’un des piliers fondateurs de la mécanique quantique. À cette fin, il est considéré comme le père de la mécanique quantique.
Planck est né en 1858 à Kiel en Allemagne. Il était le 6e enfant de la famille. En 1867, sa famille s’installe à Munich et Planck s’inscrit au lycée Maximilians, où il passe sous la tutelle d’Hermann Müller, un mathématicien qui s’intéresse à lui. Pendant que Planck était à l’école, Müller lui a enseigné l’astronomie et la mécanique ainsi que les mathématiques. C’est de Müller que Planck a appris pour la première fois le principe de la conservation de l’énergie. Planck a obtenu son diplôme tôt, à l’âge de 17 ans. C’est ainsi que Planck est entré en contact avec le domaine de la physique. Planck était doué pour la musique. Il prend plusieurs cours de chant et joue du piano, de l’orgue et du violoncelle, et compose des chansons et des opéras. Mais en plus de tout cela, il a pris la physique comme sa passion. Max Planck a poursuivi une carrière universitaire dans différentes institutions tout au long de sa vie.
En 1894, Planck s’intéressait surtout à résoudre le problème séculaire : le rayonnement du corps noir. Le problème avait été repéré pour la première fois par Kirchhoff en 1859 qui demandait comment l’intensité du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir, également appelé absorbeur parfait, dépendait de la fréquence du rayonnement et de la température du corps. Cette situation avait été inspectée expérimentalement, mais aucune théorie ne concordait avec les données expérimentales. Willhelm Wien a proposé sa propre loi également connue sous le nom de loi de Wien, qui prédisait précisément le comportement aux hautes fréquences, mais échouait aux basses fréquences. La loi de Rayleigh-Jeans, une autre approche du problème, a soutenu les résultats expérimentaux à basses fréquences, mais a généré un problème à hautes fréquences également connu sous le nom de «catastrophe ultraviolette».
Considérant toutes les autres spéculations sur l’énergie et la façon de résoudre les problèmes spécifiques liés à la chaleur des corps noirs, Max Planck a donné sa théorie révolutionnaire sur la quantification non seulement de l’énergie thermique mais aussi de tout type d’énergie. On sait que lorsqu’il formulait sa fameuse équation : E = hv
où le côté gauche indique le contenu énergétique et le côté droit désigne le produit de la fréquence de la lumière et d’une nouvelle constante connue sous le nom de constante de Planck, il avait utilisé la constante comme substitut en supposant qu’elle serait finalement supprimé. Mais il semblait que le produit final de l’équation contenait la constante qu’il avait introduite. Cela a surpris Planck parce que la principale raison pour laquelle il considérait la nouvelle constante était que, dans son calcul, il supposait que l’absorption et l’émission d’énergie se trouvaient dans un bloc défini. Cette idée a reçu une réponse indue de la part de la communauté universitaire car à cette époque, on considérait que la quantité d’absorption et d’émission d’énergie était continue. Cependant, le maintien de la constante de Planck dans l’équation finale a opposé les scientifiques contemporains
Cette théorie de Max Planck est surtout significative car la même constante de Planck réduite d’un facteur 2 (appelée constante de Planck réduite) est utilisée dans le calcul de l’hamiltonien (ou contenu énergétique) d’un système quantique à l’aide de la célèbre équation de Schrödinger. Cela nous permet de calculer l’évolution temporelle de l’énergie d’un système quantique qui est à la base de la mécanique quantique. Aussi, en utilisant le fameux E= mc² et l’équation énergétique de Planck a ouvert un nouveau domaine, un physicien français a pu montrer que toutes les particules peuvent agir comme des ondes et vice versa. En fin de compte, la technologie informatique quantique dépend de ce calcul de l’énergie des différents états quantiques ainsi que des phénomènes quantiques explicites : superposition, téléportation et interférence. L’idée de la quantification de l’énergie a changé le cours de la physique pour toujours. Max Planck a reçu le prix Nobel de physique en 1918 pour avoir présenté au monde une idée aussi révolutionnaire.
Plus tard dans sa vie, Max Planck s’intéresse et se consacre davantage aux écrits philosophiques, religieux et esthétiques. Certains de ses livres célèbres incluent : La théorie du rayonnement thermique, la théorie quantique, Où va la science ? etc. Avec d’autres scientifiques éminents comme Einstein et Erwin, il s’est opposé à la vision du monde indéterministe et statistique introduite par Max Born, Bohr et Werner Heisenberg. Il y a une opinion bien connue de Planck : un monde dominé par l’indéterminisme manque d’harmonie. Ce scientifique révolutionnaire, dont les travaux sont à la base de nombreux postulats de la mécanique quantique moderne, a rendu son dernier soupir le 4 octobre 1947 (à l’âge de 89 ans) à Göttingen, Basse-Saxe, Bizone, Allemagne occupée par les Alliés. Cependant, il restera à jamais immortel dans la communauté scientifique pour son extraordinaire contribution dans le domaine de la physique.
Max Karl Ernst Ludwig Planck était un physicien théoricien allemand qui a étudié à Munich et à Berlin, où il a étudié sous Helmholtz, Clausius et Kirchhoff et a ensuite rejoint la faculté. Il devint professeur de physique théorique (1889-1926). Ses travaux sur la loi de la thermodynamique et la distribution du rayonnement d’un corps noir l’ont conduit à abandonner les principes newtoniens classiques et à introduire la théorie quantique (1900), pour laquelle il a reçu le prix Nobel de physique en 1918. Cela suppose que l’énergie est pas infiniment subdivisible, mais existe finalement sous forme de quantités discrètes qu’il a appelées quanta (latin, « combien »). De plus, l’énergie transportée par un quantum dépend en proportion directe de la fréquence de son rayonnement source.
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Planck/Max_Planck_Originator_of_quantum_theory
https://www.qmunity.tech/post/max-planck-the-father-of-quantum-mechanics
https://www.physicsoftheuniverse.com/scientists_planck.html