Max Planck

Max Planck

Max Planck ontdekte de wet die de wetenschap zou veranderen bij toeval

Max Planck 1858-1947

Wanneer begon de ‘moderne’ tijd in de wetenschappen? In de 19de eeuw was er op alle wetenschapsgebieden vooruitgang geboekt die het begin van een nieuwe periode konden inluiden. Voor de natuurkunde is het antwoord heel eenvoudig: 1 januari 1900. Op die dag gaf de Duitser Max Planck voor het eerst in het openbaar ruchtbaarheid, zij het aan zijn zoon, van de quantumtheorie. Deze theorie zette de klassieke natuurkunde volledig op zijn kop en luidde een nieuw tijdperk in.

Quantumtheorie

In zekere zin stuitte Planck met enig geluk op zijn theorie die de wetenschappelijke wereld zou veranderen. Hij had getheoretiseerd over de thermodynamica en het was zijn zoektocht naar een hypothetisch antwoord op een toen onoplosbaar probleem in de natuurkunde die tot een oplossing leidde die correct bleek te zijn. De Duitse geleerde had, als zoveel andere wetenschappers voor hem, formules gezocht voor de straling die een lichaam uitzond bij een hoge temperatuur. Hij wist dat die uit te drukken moest zijn in een combinatie van golflengtefrequentie en temperatuur, maar het ‘onregelmatige’ gedrag van hete lichamen maakte een goede voorspelling moeilijk. Voor een theoretisch perfecte vorm, het ‘zwarte lichaam’, konden natuurkundigen niet in een nette wetenschappelijke formule voorspellen welke straling die zou uitzenden. Wetenschappers hadden vroeger formules gevonden voor het gedrag van hete lichamen bij hoge frequenties, en anderen kwamen met een volledig verschillende formule om het gedrag bij lage frequenties te omschrijven. Maar er was geen algemene formule voor alle frequenties die ook voldeed aan de wetten van de klassieke natuurkunde.

Constante van Planck

Maar Max Planck ging zo’n raadsel niet uit de weg. In plaats daarvan zocht hij naar een wet met wiskundige precisie, ook al ging die tegen de natuurkundige wetten in. Hij vond al snel het relatief eenvoudige antwoord: de uitgezonden energie kon worden berekend door de vermenigvuldiging van de frequentie met de zogenaamde Constante van Planck (6.6256 x 10 ³⁴). Dit werkte echter alleen met hele getallen (1, 2, 3, enzovoort), dus wilde de wet enig praktisch nut hebben, dan moest men de radicale aanname doen dat energie alleen in onzichtbare ‘pakketjes’ wordt verstuurd, de quanta. Tot dat moment ging men ervan uit dat energie in een constante stroom werd uitgestraald, en het idee dat dit allen in quanta gebeurde leek belachelijk. Het ging geheel in tegen de klassieke natuurkunde. Plancks uitleg over het stralingsgedrag van hete lichamen klopte echter. Bovendien waren de quanta energie zo klein dat ze bij de waarneming van alledaagse, enorme hoeveelheden die in de natuur werden uitgestraald gemakkelijk het idee gaven dat energie een constante stroom was.

Geboorte van een theorie

De klassieke natuurkunde stond ter discussie en de quantumtheorie was geboren. Planck maakte zijn bevindingen voor een groot publiek bekend in zijn verhandeling uit 1900 Zur Theorie des Gesetzes der Energie-Verteilung im Normal-Spektrum. Deze zorgde natuurlijk voor opschudding, maar toen Albert Einstein in 1905 in staat was om het met behulp van Plancks theorie te het Toto-elektrisch’ effect uien kon zetten, en in 1913 Niels Bohr zijn verklaring van de structuur van atomen eveneens baseerde op de quantum-theorie, leek zijn gedachte niet meer zo ridicuul. Het abstracte idee was inderdaad in staat om natuurkundige fenomenen te beschrijven en Planck kreeg de Nobelprijs voor natuurkunde voor zijn baanbrekende werk in 1918.

Van klassieke natuurkunde naar qijantummechanica

De klassieke natuurkunde van Isaac Newton en Galileo Galilei formuleerde de wetten die onze alledaagse wereld beschrijven. Experimenten die in het begin van de 20ste eeuw zijn gedaan, toonden resultaten die buiten het bereik van de klassieke natuurkunde lagen. Een voorbeeld was de ontdekking dat als elektronen rond de kern van een atoom cirkelden zoals de klassieke natuurkunde voorspelde, ze snel spiraalsgewijs richting de kern zouden gaan, en het atoom niet langer meer zou bestaan. Maar dit was niet het geval, dus was duidelijk dat een andere manier om met atomen en atoomdeeltjes om te gaan ontwikkeld moest worden. Deze ontdekking, samenhangend met die van Planck, leidde tot de quantummechanica.

1892 Planck wordt professor in de theoretische natuurkunde aan de Universiteit van Berlijn. 1 januari 1900 Eerste keer dat de quantum-theorie wordt genoemd. 1900 Publicatie Zur Theorie des Gesetzes der Energie-Verteilung im Normal-Spektrum. 1918 Planck krijgt de Nobelprijs voor natuurkunde.

1918 Nobelprijs voor natuurkunde “Voor zijn verdiensten voor de vooruitgang van de natuurkunde door zijn ontdekking van energiekwanta”.

Author: Y Comak