马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克(德語:Max Karl Ernst Ludwig Planck,德语发音:[maks ˈplaŋk](ⓘ);1858年4月23日—1947年10月4日),德国物理学家,量子力学的创始人。以发现能量量子獲得1918年度的诺贝尔物理学奖(1919年頒發)[1]。以之為名的普朗克常数於2019年被用於重新定義基本單位,此外還有以之為名的科學獎座、機構和學會。
普朗克在基尔度过了他童年最初的几年时光,他最早的记忆便是1864年普丹战争期间,普鲁士奥地利联军进入基尔。1867年全家搬去了慕尼黑,普朗克在慕尼黑的马克西米利安文理中学(德语:Maximiliansgymnasium München)读书,在那裡他受到數學家奥斯卡·冯·米勒(Oskar von Miller,后来成为了德意志博物馆的创始人)的啟發,引起青年時期的馬克斯發現自己對數理方面有興趣。米勒也教他天文學、力學和數學,從米勒那普朗克也學到了生平第一個物理定律——能量守恒定律。之後普朗克在17岁时就完成了中学的学业,在這個學校學習的這段期間內,也是普朗克第一次接觸物理學這個領域。
慕尼黑的物理学教授菲利普·冯·约利(Philipp von Jolly,1809年-1884年)曾劝说普朗克不要学习物理,他认为「这门科学中的一切都已经被研究了,只有一些不重要的空白需要被填补(德语原文:In dieser Wissenschaft schon fast alles erforscht sei, und es gelte, nur noch einige unbedeutende Lücken zu schließen.)」,这也是当时许多物理学家所坚持的观点,但是普朗克回复道:
“我并不期望发现新大陆,只希望理解已经存在的物理学基础,或许能将其加深。”(德语原文:Ich hege nicht den Wunsch, Neuland zu entdecken, sondern lediglich, die bereits bestehenden Fundamente der physikalischen Wissenschaft zu verstehen, vielleicht auch noch zu vertiefen.)
1877年至1878年,普朗克转学到柏林,在著名物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹、古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫以及数学家卡尔·魏尔施特拉斯手下学习。关于亥姆霍兹,普朗克曾这样写道:
“他上课前从来不好好准备,讲课时断时续,经常出现计算错误,让学生觉得上课很无聊。”(德语原文:nie richtig vorbereitet, spricht stockend, verrechnet sich ständig, langweilt seine Hörer.)
而关于基尔霍夫,普朗克写道:“他讲课仔细,但是单调乏味。”(德语原文:sorgfältig ausgearbeitete Vorlesung, jedoch trocken und eintönig.)
1878年10月,普朗克在慕尼黑完成了教师资格考试,1879年2月递交了他的博士论文《关于热力学第二定律》(Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie),而後他暫時回到之前在慕尼黑所待的學校,並在那教數學及物理學。1880年6月以论文《各向同性物质在不同温度下的平衡态》(Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen)获得大学任教资格。
1887年,哥廷根大学哲学系授奖给普朗克的专著《能量守恒原理》(Das Prinzip der Erhaltung der Energie,1897年)。1889年4月,亥姆霍兹通知普朗克前往柏林,接手基尔霍夫的工作,1892年接手教职,年薪约6200马克。1894年,普朗克被选为普鲁士科学院的院士。1907年维也纳曾邀请普朗克前去接替路德维希·玻尔兹曼的教职,但他没有接受,而是留在了柏林,受到了柏林大学学生会的火炬游行队伍的感谢。普朗克于1926年10月1日退休,他的继任者是薛定谔。
“当时,我其实是唯一一个理论物理学家,感觉并不轻松,我提出了我的熵理论,而这在当时并不受欢迎,因为它是一个数学的魔鬼。(德语原文:Ich war eigentlich damals der einzige Theoretiker und hatte es daher nicht so ganz leicht, weil ich mit meiner Entropie hervorkam, und die war damals nicht sehr beliebt, weil sie ein mathematisches Gespenst war.)”
普朗克在柏林洪堡大学教授理论物理学课程,整个课程长达6个学期。莉泽·迈特纳认为他讲课“冷静理智,有些一本正经”(德语原文:nüchtern, etwas unpersönlich);一位英国人James R. Partington曾表述普朗克讲课“不用讲稿,从不犯错误,从不手软,是我所听过的最好的讲师。”(英语原文:Using no notes, never making mistakes, never faltering; the best lecturer I ever heard.)听普朗克授课的人从1890年的18人增加到了1909年的143人。
普朗克在1899年就率先提出解決此問題的方法,叫做“基础无序原理”(principle of elementary disorder),並把瑞利-金斯定律和维恩位移定律这两条定律使用一种熵列式进行内插,由此发现了普朗克辐射定律,可以很好地描述测量结果,不久後,人們發現他的這項新理論是沒有實驗證據的,這也讓普朗克他在當時感到稍稍的無奈。可是他並沒有因此而氣餒,反而修正了自己的方式,最後成功的推衍出著名的第一版普朗克黑體輻射定律,此定律是在描述由實驗觀察來的黑體輻射光譜呈現良好的狀態,这一定律于1900年10月19日在德国物理学会上首次提出。也因為普朗克黑體輻射定律是第一個不包括能源量化以及統計力學的推論,故在發表的當下,也引起了許多人的反感。
“我的那些试图将普朗克常数归入经典理论的尝试是徒劳的,却花费了我多年的时间和精力。(德语原文:Meine vergeblichen Versuche, das Wirkungsquantum irgendwie der klassischen Theorie einzugliedern, erstreckten sich auf eine Reihe von Jahren und kosteten mich viel Arbeit.)”
其他物理学家如瑞利、James Jeans(1877年—1946年)和亨德里克·洛伦兹在几年后仍将普朗克常数设为零,以便其不与经典物理学相悖,但是普朗克十分清楚,普朗克常数是一个不等于零的确切的数值。“Jeans的固执令我很费解,他就像是理论学界里的黑格尔,他本不该是这样的,观点与事实不相符时却越是要坚持。”(德语原文:Jeans' Hartnäckigkeit ist mir unverständlich – er ist das Beispiel eines Theoretikers, wie er nicht sein soll, dasselbe, was Hegel in der Philosophie war. Um so schlimmer für die Tatsachen, wenn sie nicht stimmen.)
“光量子理论不是后退了几十年,而是后退了几百年,那时克里斯蒂安·惠更斯提出反对牛顿业已占据优势的辐射理论。”(德语原文:Die Theorie des Lichtes würde nicht um Jahrzehnte, sondern um Jahrhunderte zurückgeworfen, bis in die Zeit, da Christian Huygens seinen Kampf gegen die übermächtige Newtonsche Emissionstheorie wagte.)”
在一战后的动荡时期,享有德国物理学界的最高地位的普朗克,向他的同事们发出了“坚持到底,继续工作”(德语原文:Durchhalten und weiterarbeiten)的口号。1920年10月,他和弗里茨·哈伯创建了“德国科学临时学会”(Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft),其目的是为陷入困境的科学研究提供资金支持,其中的大部分资助来自国外。同时,普朗克也在柏林的大学、普鲁士科学院、德国物理学会和威廉皇家学会(Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft,即后来的马克斯·普朗克学会)等机构担任领导职务,在这样的情况下,普朗克很难再顾及到自己的科学研究。
普朗克加入了古斯塔夫·施特雷泽曼(1926年获诺贝尔和平奖)的德国人民党,该党的国内政策自由,而对外政策则相对保守。普朗克反对普选权,并认为纳粹独裁是“人民大众法治升华”(德语原文:Emporkommen der Herrschaft der Masse)的结果。
“要接受一个新的科学真理,并不用说服它的反对者,而是等到反对者们都相继死去,新的一代从一开始便清楚地明白这一真理。(德语原文:Eine neue wissenschaftliche Wahrheit pflegt sich nicht in der Weise durchzusetzen, dass ihre Gegner überzeugt werden und sich als belehrt erklären, sondern dadurch, dass die Gegner allmählich aussterben und dass die heranwachsende Generation von vornherein mit der Wahrheit vertraut gemacht ist.)”
奥托·哈恩曾问普朗克,是否可以召集一些有声望的德国教授,共同呼吁抵制对犹太人教授的不公正待遇,普朗克回答道:“如果您今天召集了30位教授,那么明天就会有另外150位来反对您,因为您这样做会让他们丢掉饭碗。”(德语原文:Wenn Sie heute 30 solcher Herren zusammenbringen, dann kommen morgen 150, die dagegen sprechen, weil sie die Stellen der anderen haben wollen.)而对于犹太人化学家弗里茨·哈伯受到了不公正待遇,普朗克则直接去找希特勒提出抗议,但是一无所获,哈伯最终于1934年死于流亡生活中,一年后普朗克以威廉皇家学会主席的身份,为哈伯举行了一次纪念活动。普朗克还竭尽全力,使得一些犹太人科学家能够在一段时间内在威廉皇家学会的研究所内继续工作。1936年,普朗克结束了威廉皇家学会主席的任期,在纳粹的威胁之下,他放弃参加连任的选举。
1938年底,纳粹将学会的整个社会和政治生活一体化,即将公开和私人的生活统一化,普朗克辞职以表示抗议。虽然岁数已高,普朗克还是坚持前往各地演讲,其中就包括1937年的著名演讲“宗教和自然科学”(Religion und Naturwissenschaft)。1943年,普朗克还在阿尔卑斯山上攀登了数座三千多米的高山。
二战期间,由于柏林受到空袭,普朗克离开了柏林,他于1942年写道:“我突然萌发了这样的念头,要度过危机,一直活到重新崛起的转折点那天”(德语原文:Mir ist der brennende Wunsch gewachsen, die Krise durchzustehen und so lange zu leben, bis ich den Wendepunkt, den Anfang zu einem Aufstieg werde miterleben können)。1943年底普朗克在卡塞尔演讲期间借宿亲戚家,10月22日晚亲历了一次破坏性的空袭,普朗克亲眼见到亲戚被炸身亡。1944年2月,普朗克在柏林的家也在空袭中完全损毁。
John L. Heilbron, Max Planck, Hirzel, Stuttgart 2006.
Ernst Peter Fischer, Der Physiker. Max Planck und das Zerfallen der Welt, Siedler Verlag, München 2007. ISBN 3886808378
Astrid von Pufendorf: Die Plancks. Eine Familie zwischen Patriotismus und Widerstand. Propyläen Verlag, Berlin 2006. ISBN 3549072775
Jules Leveugle, La Relativité, Poincaré et Einstein, Planck, Hilbert, Paris 2004.
Heilbron, J. L., The Dilemmas of an Upright Man: Max Planck and the Fortunes of German Science, Harvard, 2000. ISBN 0-674-00439-6
Rosenthal-Schneider, Ilse, Reality and Scientific Truth: Discussions with Einstein, von Laue, and Planck, Wayne State University, 1980. ISBN 0-8143-1650-6