Stellen Sie sich vor, wenn Sie wollen, dass Ihr Name für immer mit einer bahnbrechenden wissenschaftlichen Theorie verbunden sein würde. Stellen Sie sich auch vor, dass Ihr Name sogar mit einer Reihe von Einheiten verbunden wäre, die entwickelt wurden, um Messungen für komplexe Gleichungen durchzuführen. Nun stellen Sie sich vor, Sie wären ein Deutscher, der zwei Weltkriege überlebt, den Nobelpreis für Physik gewonnen und viele seiner Kinder überlebt hat.

Wenn Sie all das können, dann wissen Sie vielleicht, wie es war, Max Planck zu sein, der deutsche Physiker und Begründer der Quantentheorie. Ähnlich wie Galileo, Newton und Einstein gilt Max Planck als einer der einflussreichsten und bahnbrechendsten Wissenschaftler seiner Zeit, ein Mann, der mit seinen Entdeckungen dazu beitrug, das Gebiet der Physik zu revolutionieren. Ironisch, wenn man bedenkt, dass ihm zu Beginn seiner Karriere gesagt wurde, es gäbe nichts Neues zu entdecken!

Frühes Leben und Ausbildung:

Geboren 1858 in Kiel, Deutschland, war Planck ein Kind von Intellektuellen, sein Großvater und Urgroßvater waren beide Theologieprofessoren, sein Vater ein Juraprofessor und sein Onkel ein Richter. 1867 zog die Familie nach München, wo Planck in das Maximilians-Gymnasium eingeschrieben wurde. Schon früh zeigte Planck eine Begabung für Mathematik, Astronomie, Mechanik und Musik.

Er machte früh, im Alter von 17 Jahren, sein Abitur und studierte anschließend theoretische Physik an der Universität München. 1877 wechselte er an die Friedrich-Wilhelms-Universität in Berlin, um bei dem Physiker Hermann von Helmholtz zu studieren. Helmholtz hatte einen großen Einfluss auf Planck, mit dem er eng befreundet war, und schließlich entschied sich Planck für die Thermodynamik als sein Forschungsgebiet.

Im Oktober 1878 bestand er sein Examen und verteidigte im Februar 1879 seine Dissertation – mit dem Titel „Über den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik“. In dieser Arbeit machte er folgende Aussage, von der man annimmt, dass sich daraus der moderne Zweite Hauptsatz der Thermodynamik ableitet: „Es ist unmöglich, einen Motor zu konstruieren, der in einem vollständigen Zyklus arbeitet und keinen anderen Effekt erzeugt als das Anheben eines Gewichts und die Abkühlung eines Wärmereservoirs.“

Eine Zeit lang schuftete Planck in relativer Anonymität aufgrund seiner Arbeit mit der Entropie (die als totes Feld angesehen wurde). Allerdings machte er in dieser Zeit einige wichtige Entdeckungen, die es ihm ermöglichten, sein Ansehen zu steigern und eine Anhängerschaft zu gewinnen. So enthielt seine 1897 veröffentlichte Abhandlung über die Thermodynamik den Keim für Ideen, die später sehr einflussreich werden sollten: die Strahlung des Schwarzen Körpers und spezielle Gleichgewichtszustände.

Mit dem Abschluss seiner Dissertation wurde Planck unbezahlter Privatdozent an der Münchner Friedrich-Wilhelms-Universität und trat der dortigen Physikalischen Gesellschaft bei. Obwohl die akademische Gemeinschaft ihm keine große Beachtung schenkte, setzte er seine Arbeit an der Wärmetheorie fort und entdeckte unabhängig davon dieselbe Theorie der Thermodynamik und der Entropie wie der amerikanische Physiker Josiah Willard Gibbs, dem die Entdeckung zugeschrieben wird.

Im Jahr 1885 berief die Universität Kiel Planck als außerordentlichen Professor für theoretische Physik, wo er seine Studien in physikalischer Chemie und Wärmesystemen fortsetzte. 1889 kehrte er an die Friedrich-Wilhelms-Universität in Berlin zurück und wurde 1892 ordentlicher Professor. Er blieb in Berlin bis zu seiner Emeritierung im Januar 1926, als er von Erwin Schrödinger abgelöst wurde.

Schwarzkörperstrahlung:

Es war im Jahr 1894, als er im Auftrag der Elektrizitätswerke bessere Glühbirnen entwickeln sollte, dass Planck begann, sich mit dem Problem der Schwarzkörperstrahlung zu beschäftigen. Die Physiker kämpften bereits damit, zu erklären, wie die Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die von einem perfekten Absorber (d. h. einem schwarzen Körper) ausgesendet wird, von der Temperatur des Körpers und der Frequenz der Strahlung (d. h. der Farbe des Lichts) abhängt.

Mit der Zeit löste er dieses Problem, indem er vorschlug, dass elektromagnetische Energie nicht in einer konstanten Form, sondern in diskreten Paketen, d. h. Quanten, fließt. Dies wurde als das Planck-Postulat bekannt, das mathematisch als E = hv ausgedrückt werden kann – wobei E die Energie, v die Frequenz und h die Planck-Konstante ist. Diese Theorie, die nicht mit der klassischen Newtonschen Mechanik vereinbar war, trug dazu bei, eine Revolution in der Wissenschaft auszulösen.

Als zutiefst konservativer Wissenschaftler, der den Implikationen seiner Theorie misstrauisch gegenüberstand, gab Planck an, dass er nur widerwillig zu seiner Entdeckung kam und hoffte, dass sie sich als falsch erweisen würde. Die Entdeckung der Planckschen Konstante sollte sich jedoch als revolutionär erweisen, da sie die Wissenschaftler dazu veranlasste, mit der klassischen Physik zu brechen, und zur Schaffung der Planck-Einheiten (Länge, Zeit, Masse usw.) führte.

Quantenmechanik:

Um die Jahrhundertwende machte ein anderer einflussreicher Wissenschaftler namens Albert Einstein mehrere Entdeckungen, die die Richtigkeit von Plancks Quantentheorie beweisen sollten. Die erste war seine Theorie der Photonen (als Teil seiner Speziellen Relativitätstheorie), die der klassischen Physik und der Theorie der Elektrodynamik widersprach, die davon ausging, dass Licht eine Welle sei, die ein Medium brauche, um sich auszubreiten.

Die zweite war Einsteins Studie über das anomale Verhalten bestimmter Körper, wenn sie bei niedrigen Temperaturen erhitzt wurden, ein weiteres Beispiel für ein Phänomen, das der klassischen Physik widersprach. Obwohl Planck als einer der Ersten die Bedeutung von Einsteins Spezieller Relativitätstheorie erkannte, lehnte er zunächst die Vorstellung ab, dass Licht aus diskreten Materiequanten (in diesem Fall Photonen) bestehen könnte.

Im Jahr 1911 organisierten Planck und Walther Nernst (ein Kollege Plancks) jedoch eine Konferenz in Brüssel, die als Erste Solvav-Konferenz bekannt wurde und deren Thema die Strahlungs- und Quantentheorie war. Einstein nahm daran teil und konnte Planck im Verlauf der Tagung von seinen Theorien über bestimmte Körper überzeugen. Die beiden wurden Freunde und Kollegen, und 1914 richtete Planck für Einstein eine Professur an der Universität Berlin ein.

In den 1920er Jahren war eine neue Theorie der Quantenmechanik entstanden, die als „Kopenhagener Deutung“ bekannt wurde. Diese Theorie, die maßgeblich von den deutschen Physikern Neils Bohr und Werner Heisenberg entwickelt wurde, besagte, dass die Quantenmechanik nur Wahrscheinlichkeiten vorhersagen kann; und dass physikalische Systeme im Allgemeinen keine bestimmten Eigenschaften haben, bevor sie gemessen werden.

Dies wurde jedoch von Planck abgelehnt, der der Meinung war, dass die Wellenmechanik die Quantentheorie bald überflüssig machen würde. Ihm schlossen sich seine Kollegen Erwin Schrödinger, Max von Laue und Einstein an – sie alle wollten die klassische Mechanik vor dem „Chaos“ der Quantentheorie retten. Die Zeit sollte jedoch beweisen, dass beide Interpretationen korrekt (und mathematisch äquivalent) waren, was zu Theorien des Teilchen-Wellen-Dualismus führte.

Erster und Zweiter Weltkrieg:

Im Jahr 1914 schloss sich Planck dem nationalistischen Eifer an, der Deutschland erfasste. Obwohl er kein extremer Nationalist war, unterzeichnete er das berühmt gewordene „Manifest der Dreiundneunzig“, ein Manifest, das den Krieg befürwortete und Deutschlands Beteiligung rechtfertigte. Doch 1915 widerrief Planck Teile des Manifests, und 1916 wurde er zu einem entschiedenen Gegner der Annexion anderer Gebiete durch Deutschland.

Nach dem Krieg galt Planck als die deutsche Autorität auf dem Gebiet der Physik, war Dekan der Berliner Universität, Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft sowie Präsident der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (KWS, heute Max-Planck-Gesellschaft). In den turbulenten Jahren der 1920er Jahre nutzte Planck seine Position, um Mittel für die oft knappe wissenschaftliche Forschung zu beschaffen.

Die Machtergreifung der Nationalsozialisten 1933 führte zu großer Not, die Planck zum Teil persönlich miterlebte. Dazu gehörte, dass viele seiner jüdischen Freunde und Kollegen aus ihren Ämtern vertrieben und gedemütigt wurden und es zu einem großen Exodus deutscher Wissenschaftler kam.

Planck versuchte in diesen Jahren durchzuhalten und sich aus der Politik herauszuhalten, war aber gezwungen, bei Bedrohungen von Kollegen einzuschreiten. 1936 trat er von seinen Ämtern als Leiter der KWS zurück, weil er sich weiterhin für jüdische Kollegen in der Gesellschaft einsetzte. 1938 trat er als Präsident der Preußischen Akademie der Wissenschaften zurück, weil die Nationalsozialisten die Kontrolle über die Akademie übernahmen.

Trotz dieser Ereignisse und der Härten, die der Krieg und die alliierten Bombenangriffe mit sich brachten, blieben Planck und seine Familie in Deutschland. 1945 wurde Plancks Sohn Erwin wegen des versuchten Attentats auf Hitler im Rahmen des 20. Juli-Plots verhaftet und von der Gestapo hingerichtet. Dieses Ereignis führte dazu, dass Planck in eine Depression verfiel, von der er sich bis zu seinem Tod nicht mehr erholte.

Tod und Vermächtnis:

Planck starb am 4. Oktober 1947 im Alter von 89 Jahren in Gottingen, Deutschland. Er hinterließ seine zweite Frau, Marga von Hoesslin, und seinen jüngsten Sohn Hermann. Obwohl er in seinen späteren Jahren gezwungen war, seine Schlüsselpositionen aufzugeben, und die letzten Jahre seines Lebens vom Tod seines ältesten Sohnes verfolgt wurde, hinterließ Planck ein bemerkenswertes Erbe.

In Anerkennung für seinen grundlegenden Beitrag zu einem neuen Zweig der Physik wurde er 1918 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Außerdem wurde er 1926 zum „Foreign Membership of the Royal Society“ gewählt und erhielt 1928 die Copley-Medaille der Gesellschaft. Im Jahr 1909 wurde er als Ernest Kempton Adams Lecturer in Theoretischer Physik an die Columbia University in New York City berufen.

Er war auch bei seinen Kollegen und Zeitgenossen hoch angesehen und zeichnete sich dadurch aus, dass er ein integraler Bestandteil der drei wissenschaftlichen Organisationen war, die die deutschen Wissenschaften dominierten – die Preußische Akademie der Wissenschaften, die Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft und die Deutsche Physikalische Gesellschaft. Die Deutsche Physikalische Gesellschaft schuf auch die Max-Planck-Medaille, deren erste 1929 sowohl an Planck als auch an Einstein verliehen wurde.

Zu Ehren seines Lebens und seiner Leistungen wurde 1948 in der Stadt Göttingen die Max-Planck-Gesellschaft gegründet. Diese Gesellschaft wuchs in den folgenden Jahrzehnten und absorbierte schließlich die Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft mit all ihren Institutionen. Heute ist die Gesellschaft als führend in der wissenschaftlichen und technologischen Forschung anerkannt und die führende Forschungsorganisation in Europa, mit 33 Nobelpreisen, die an ihre Wissenschaftler verliehen wurden.

Im Jahr 2009 setzte die Europäische Weltraumorganisation (ESA) die Planck-Sonde ein, ein Weltraumobservatorium, das den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) bei Mikrowellen- und Infrarotfrequenzen kartiert. Zwischen 2009 und 2013 lieferte sie die bisher genauesten Messungen der durchschnittlichen Dichte von gewöhnlicher und dunkler Materie im Universum und trug dazu bei, mehrere Fragen über das frühe Universum und die kosmische Evolution zu klären.

Planck wird für immer als einer der einflussreichsten Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts in Erinnerung bleiben. Jahrhunderts in Erinnerung bleiben. Neben Männern wie Einstein, Schrödinger, Bohr und Heisenberg (von denen die meisten seine Freunde und Kollegen waren), half er, unsere Vorstellungen von der Physik und der Natur des Universums neu zu definieren.

Wir haben für Universe Today viele Artikel über Max Planck geschrieben. Hier ist „Was ist die Planck-Zeit?“, „Plancks erstes Licht?“, „Der ganze Himmel von Planck“, „Was ist Schrödingers Katze?“, „Was ist das Doppelspaltexperiment?“, und hier ist eine Liste von Geschichten über das Raumschiff, das seinen Namen trägt.

Wenn Sie mehr über Max Planck erfahren möchten, lesen Sie die Biographie von Max Planck in Science World und Space and Motion.

Wir haben auch eine ganze Folge von Astronomy Cast rund um Max Planck aufgenommen. Hören Sie hier, Episode 218: Max Planck.