Max Planck
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Max Karl Ernst Ludwig Planck (23 avril 1858 - 4 octobre 1947) est un physicien allemand, Prix Nobel de physique en 1918 et lauréat du prix Goethe en 1945.
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Biographie
Max Planck né le 23 Avril 1858 à Kiel, il est issu d’une famille nombreuse et bourgeoise. Ses arrière-grand-père et grand-père paternels sont professeurs de théologie, son père professeur de droit, tandis que sa mère est issue d'une famille de pasteurs.
Études et débuts
Max Planck fait ses études secondaires à Munich où son père enseigne.
Il hésite alors entre se consacrer à la science ou à la musique. En 1874, il entame des études de mathématiques et de physique à l’université. Il obtient son baccalauréat à dix-sept ans et, trois ans plus tard, il conclut son cursus universitaire à Berlin avec Hermann von Helmholtz et Gustav Kirchhoff comme professeurs.
En 1880, il soutient sa thèse de doctorat sur « le second principe de la thermodynamique » et la notion d'entropie en perpétuelle augmentation. Ses professeurs ne sont guère convaincus. Il passe néanmoins son habilitation l'année suivante (1881) sur « les états d'équilibre des corps isotropes aux différentes températures », aboutissant aux mêmes résultats que ceux obtenus auparavant par l'américain Josiah Willard Gibbs, dont les travaux étaient restés confidentiels.
Jusqu'en 1885, il recherche un poste d'enseignant en physique théorique, discipline peu à la mode à l'époque. Il obtiendra enfin un poste de professeur adjoint à Kiel en 1885. Il se marie en 1887 et devient père de famille en 1888.
A la mort de Kirchhoff, et sur recommandation de Helmholtz, il est appelé à l’université de Berlin comme professeur adjoint puis titulaire en 1892.
Recherches
À Berlin, il poursuit des travaux en thermodynamique, en électromagnétisme et en physique statistique.
Planck rejette le modèle atomiste des gaz de Maxwell et Boltzmann. Pour lui, la théorie atomique s’effondrera à terme en faveur de l’hypothèse de la matière continue.
A cette même époque Lord Kelvin identifie le rayonnement du corps noir comme l'un des problèmes à résoudre. Jožef Stefan, Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wien s'y attaquent ainsi que Otto Richard Lummer, Ernst Pringsheim, Heinrich Rubens, Ferdinand Kurlbaum, Friedrich Paschen et Lord Rayleigh.
Travaillant à formuler avec exactitude le second principe de la thermodynamique, Planck s’intéresse dès 1894 au rayonnement électromagnétique du corps noir. Il adopte les méthodes statistiques de Boltzmann.
En 1899, il introduit les constantes de Planck (h) et de Boltzmann (k) en même temps que la notion des quanta.
En octobre 1900, il détermine la loi de répartition spectrale du rayonnement thermique du corps noir, sans en maîtriser l'interprétation physique.
C’est à la fin de 1900 qu’il présente sa découverte à la société de physique de Berlin. C’est la naissance de la théorie des quanta, à l'approfondissement de laquelle il participera peu, laissant Einstein l'étayer solidement. Planck a du mal à accepter sa propre hyptohèse, rendant la matière « discontinue ».
Honneurs
Depuis 1894, il est membre de l'Académie de Prusse dont il est nommé secrétaire perpétuel du comité de physique en 1912.
Il reçoit pour son œuvre le prix Nobel de physique en 1919.
En 1927, il est lauréat de la Médaille Franklin pour sa notion de quantum d'énergie.
La médaille « Max Planck » de physique est créée, qui lui est conjointement attribuée avec Einstein en 1929.
L’année suivante, à la mort de von Harnack, Planck est nommé président de la société KWG (Kaiser Wilhelm Gesellschaft, en l'honneur du kaiser Guillaume) qui deviendra après la seconde guerre mondiale le Max-Planck-Institute, l'une des grandes institutions de la recherche allemande.
Dans le même temps, il rédige des traités de physique théorique, et travaille sur des ouvrages de vulgarisation réputés pour leur accessibilité. Très nationaliste, il mettra du temps (1938) à s'écarter du nazisme.
Max Planck meurt le 4 octobre 1947 à Göttingen.
Planck est reconnu par les plus grands scientifiques, même avant sa mort. Einstein dit de lui qu’il est « un homme à qui il a été donné de doter le monde d’une grande idée créatrice. » Quant à Louis de Broglie, il affirme : « l’œuvre qu’il a accomplie est de celles qui assurent à leur auteur une gloire immortelle et, si quelque cataclysme ne vient pas anéantir notre civilisation, les physiciens des siècles à venir parleront toujours de la constante de Planck et ne cesseront de répéter avec admiration le nom de celui qui a révélé aux hommes l’existence des quanta. ».
Découvertes
En 1900, Max Planck découvre la loi spectrale du rayonnement d'un corps noir (publiée en 1901) en essayant de réconcilier la loi de Rayleigh-Jeans qui fonctionne aux grandes longueurs d'ondes (basses fréquences) et la loi de Wien qui fonctionne aux petites longueurs d'ondes (hautes fréquences). Il trouve que sa propre fonction correspondait remarquablement bien aux données pour toutes les longueurs d'ondes.
La correction de la loi de Rayleigh-Jeans est particulièrement importante, car elle est construite sur une base théorique forte : la thermodynamique telle qu'elle était connue à l'époque ; mais souffre d'un défaut majeur aux longueurs d'ondes courtes : la catastrophe ultraviolette. Ce point suggére que la thermodynamique est fausse. Planck essaye donc de produire une nouvelle théorie fondamentale destinée à remplacer la thermodynamique.
La loi de Rayleigh-Jeans et la loi de Planck utilisent le théorème d'équipartition et font correspondre un oscillateur à chaque fréquence. Rayleigh suppose que tous les oscillateurs sont également excités, sa loi prédit que les oscillateurs de très courtes longueurs d'ondes sont fortement excités même à température ambiante.
Planck déduit sa loi de façon empirique. Il la justifie en postulant que l'énergie émise ou absorbée par les oscillateurs ne se fait que par petits paquets d'énergie E. Ces paquets seraient directement reliés à la fréquence des oscillations selon la formule qu'il expose le 14 décembre 1900 :
- <math>E = h \nu</math>
où,
- h est la constante de Planck
- ν est la fréquence du rayonnement électromagnétique.
Cette hypothèse permet de limiter l'excitation des oscillateurs aux courtes longueurs d'ondes, puisqu'il ne peuvent absorber qu'une énergie au moins égale à <math>h\nu</math>.
Bien qu'il est facile maintenant d'interpréter cela en terme de quantification de la lumière en photons, Planck ne propose pas cette quantification.
Cela apparaît clairement dans son article de 1901, dans les références qu'il donne dans cet article sur le travail qu'l a effectué sur le sujet, ainsi que dans son livre Theory of Heat Radiation (Théorie du rayonnement de la chaleur) où il explique que sa constante concerne les oscillateurs.
À l'époque, cette relation n'est considérée que comme un artifice de calcul mathématique. L'idée de quantification est développée par d'autres, notamment Einstein qui en étudiant l'effet photoélectrique propose un modèle et une équation dans lesquels la lumière est non seulement émise mais aussi absorbée par paquets ou photons ; l'introduction de la nature corpusculaire de la lumière.
Voir aussi
Lien externe
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