Imaginez si vous voulez que votre nom soit à jamais associé à une théorie scientifique révolutionnaire. Imaginez aussi que votre nom soit même attaché à une série d’unités, conçues pour effectuer des mesures pour des équations complexes. Imaginez maintenant que vous êtes un Allemand qui a traversé deux guerres mondiales, remporté le prix Nobel de physique et survécu à bon nombre de vos enfants.

Si vous pouvez faire tout cela, alors vous pourriez savoir ce que c’était d’être Max Planck, le physicien allemand et fondateur de la théorie quantique. Tout comme Galilée, Newton et Einstein, Max Planck est considéré comme l’un des scientifiques les plus influents et les plus novateurs de son époque, un homme dont les découvertes ont contribué à révolutionner le domaine de la physique. Ironique, si l’on considère que lorsqu’il s’est lancé dans sa carrière, on lui a dit qu’il n’y avait rien de nouveau à découvrir !

Vie précoce et éducation :

Né en 1858 à Kiel, en Allemagne, Planck est un enfant d’intellectuels, son grand-père et son arrière-grand-père étant tous deux professeurs de théologie, son père professeur de droit et son oncle juge. En 1867, sa famille déménage à Munich, où Planck s’inscrit au gymnase de l’école Maximilians. Dès son plus jeune âge, Planck démontre une aptitude pour les mathématiques, l’astronomie, la mécanique et la musique.

Il obtient un diplôme précoce, à l’âge de 17 ans, et poursuit des études de physique théorique à l’université de Munich. En 1877, il se rend à l’université Friedrich Wilhelms de Berlin pour étudier avec le physicien Hermann von Helmholtz. Helmholtz a eu une profonde influence sur Planck, avec qui il est devenu très ami, et finalement Planck a décidé d’adopter la thermodynamique comme domaine de recherche.

En octobre 1878, il a passé ses examens de qualification et a soutenu sa thèse en février 1879 – intitulée « Sur la deuxième loi de la thermodynamique ». Dans ce travail, il a fait la déclaration suivante, dont on pense que la deuxième loi moderne de la thermodynamique est dérivée : « Il est impossible de construire un moteur qui fonctionnera dans un cycle complet et ne produira aucun effet, si ce n’est l’élévation d’un poids et le refroidissement d’un réservoir de chaleur. »

Pendant un temps, Planck a peiné dans un relatif anonymat en raison de ses travaux sur l’entropie (qui étaient considérés comme un domaine mort). Cependant, il a fait plusieurs découvertes importantes au cours de cette période qui lui ont permis d’accroître sa réputation et de gagner des adeptes. Par exemple, son Traité de thermodynamique, publié en 1897, contenait les germes d’idées qui allaient devenir très influentes – à savoir le rayonnement du corps noir et les états d’équilibre spéciaux.

Avec l’achèvement de sa thèse, Planck est devenu un conférencier privé non rémunéré à l’Université Freidrich Wilhelms de Munich et a rejoint la Société de physique locale. Bien que la communauté académique ne lui accorde pas beaucoup d’attention, il poursuit ses travaux sur la théorie de la chaleur et en vient à découvrir indépendamment la même théorie de la thermodynamique et de l’entropie que Josiah Willard Gibbs – le physicien américain à qui l’on attribue cette découverte.

En 1885, l’université de Kiel nomme Planck professeur associé de physique théorique, où il poursuit ses études en chimie physique et en systèmes thermiques. En 1889, il retourne à l’université Freidrich Wilhelms de Berlin, où il devient professeur titulaire en 1892. Il restera à Berlin jusqu’à sa retraite en janvier 1926, où il sera remplacé par Erwin Schrodinger.

Rayonnement du corps noir :

C’est en 1894, alors qu’il était chargé par les compagnies électriques de développer de meilleures ampoules électriques, que Planck a commencé à travailler sur le problème du rayonnement du corps noir. Les physiciens s’efforçaient déjà d’expliquer comment l’intensité du rayonnement électromagnétique émis par un absorbeur parfait (c’est-à-dire un corps noir) dépendait de la température du corps et de la fréquence du rayonnement (c’est-à-dire de la couleur de la lumière).

Après un certain temps, il a résolu ce problème en suggérant que l’énergie électromagnétique ne circulait pas sous une forme constante mais plutôt en paquets discrets, c’est-à-dire en quanta. C’est ce qu’on a appelé le postulat de Planck, qui peut être énoncé mathématiquement comme E = hv – où E est l’énergie, v est la fréquence et h est la constante de Planck. Cette théorie, qui n’était pas cohérente avec la mécanique newtonienne classique, a contribué à déclencher une révolution dans la science.

Scientifique profondément conservateur et méfiant à l’égard des implications que sa théorie soulevait, Planck a indiqué qu’il n’était venu à sa découverte qu’à contrecœur et qu’il espérait qu’on leur prouve qu’ils avaient tort. Cependant, la découverte de la constante de Planck allait s’avérer avoir un impact révolutionnaire, amenant les scientifiques à rompre avec la physique classique, et conduisant à la création des unités de Planck (longueur, temps, masse, etc.).

Mécanique quantique:

Au tournant du siècle, un autre scientifique influent du nom d’Albert Einstein a fait plusieurs découvertes qui allaient prouver que la théorie quantique de Planck était correcte. La première était sa théorie des photons (dans le cadre de sa théorie spéciale de la relativité) qui contredisait la physique classique et la théorie de l’électrodynamique qui soutenait que la lumière était une onde qui avait besoin d’un milieu pour se propager.

La seconde était l’étude par Einstein du comportement anormal de corps spécifiques lorsqu’ils étaient chauffés à basse température, un autre exemple de phénomène qui défiait la physique classique. Bien que Planck ait été l’un des premiers à reconnaître la signification de la relativité restreinte d’Einstein, il a d’abord rejeté l’idée que la lumière puisse être constituée de quanta discrets de matière (en l’occurrence, des photons).

Cependant, en 1911, Planck et Walther Nernst (un collègue de Planck) ont organisé à Bruxelles une conférence connue sous le nom de première conférence Solvav, dont le sujet était la théorie du rayonnement et des quanta. Einstein y participe et parvient à convaincre Planck de ses théories sur les corps spécifiques au cours de la conférence. Les deux hommes devinrent amis et collègues ; et en 1914, Planck créa un poste de professeur pour Einstein à l’université de Berlin.

Durant les années 1920, une nouvelle théorie de la mécanique quantique avait émergé, qui était connue sous le nom d' »interprétation de Copenhague ». Cette théorie, qui a été largement conçue par les physiciens allemands Neils Bohr et Werner Heisenberg, affirmait que la mécanique quantique ne peut que prédire des probabilités ; et qu’en général, les systèmes physiques n’ont pas de propriétés définies avant d’être mesurés.

Ceci fut toutefois rejeté par Planck, qui estimait que la mécanique ondulatoire rendrait bientôt inutile la théorie quantique. Il fut rejoint par ses collègues Erwin Schrodinger, Max von Laue et Einstein – qui voulaient tous sauver la mécanique classique du « chaos » de la théorie quantique. Cependant, le temps allait prouver que les deux interprétations étaient correctes (et mathématiquement équivalentes), donnant naissance aux théories de la dualité particules-ondes.

Première et deuxième guerre mondiale :

En 1914, Planck s’est joint à la ferveur nationaliste qui balayait l’Allemagne. Sans être un nationaliste extrême, il était signataire du désormais célèbre « Manifeste des Quatre-vingt-treize », un manifeste qui approuvait la guerre et justifiait la participation de l’Allemagne. Cependant, en 1915, Planck révoque certaines parties du Manifeste, et en 1916, il devient un opposant déclaré à l’annexion d’autres territoires par l’Allemagne.

Après la guerre, Planck est considéré comme l’autorité allemande en matière de physique, étant le doyen de l’université de Berlin, membre de l’Académie des sciences de Prusse et de la Société allemande de physique, et président de la Société Kaiser Wilhelm (KWS, aujourd’hui Société Max Planck). Au cours des années turbulentes des années 1920, Planck a utilisé sa position pour collecter des fonds pour la recherche scientifique, qui était souvent en pénurie.

La prise de pouvoir par les nazis en 1933 a entraîné d’énormes difficultés, dont certaines dont Planck a été personnellement témoin. Ainsi, nombre de ses amis et collègues juifs ont été expulsés de leur poste et humiliés, et un grand exode de scientifiques et d’universitaires allemands a eu lieu.

Planck tente de persévérer dans ces années et de rester à l’écart de la politique, mais il est obligé d’intervenir pour défendre des collègues lorsqu’ils sont menacés. En 1936, il démissionne de ses fonctions à la tête de la KWS en raison de son soutien continu aux collègues juifs de la Société. En 1938, il démissionne de la présidence de l’Académie des sciences de Prusse en raison de la prise de contrôle de celle-ci par le parti nazi.

Malgré ces événements et les difficultés apportées par la guerre et la campagne de bombardements alliée, Planck et sa famille restent en Allemagne. En 1945, Erwin, le fils de Planck, est arrêté en raison de la tentative d’assassinat d’Hitler lors du complot du 20 juillet, pour laquelle il est exécuté par la Gestapo. Cet événement a fait sombrer Planck dans une dépression dont il ne s’est pas remis avant sa mort.

Décès et héritage:

Planck est mort le 4 octobre 1947 à Gottingen, en Allemagne, à l’âge de 89 ans. Il laisse derrière lui sa seconde épouse, Marga von Hoesslin, et son plus jeune fils Hermann. Bien qu’il ait été contraint de démissionner de ses postes clés dans ses dernières années et qu’il ait passé les dernières années de sa vie hanté par la mort de son fils aîné, Planck a laissé un héritage remarquable dans son sillage.

En reconnaissance de sa contribution fondamentale à une nouvelle branche de la physique, il a reçu le prix Nobel de physique en 1918. Il a également été élu membre étranger de la Royal Society en 1926 et a reçu la médaille Copley de la société en 1928. En 1909, il est invité à devenir le conférencier Ernest Kempton Adams en physique théorique à l’université Columbia de New York.

Il était également très respecté par ses collègues et ses contemporains et s’est distingué en faisant partie intégrante des trois organisations scientifiques qui dominaient les sciences allemandes – l’Académie des sciences de Prusse, la Société Kaiser Wilhelm et la Société allemande de physique. La Société allemande de physique a également créé la médaille Max Planck, dont la première a été décernée en 1929 à la fois à Planck et à Einstein.

La Société Max Planck a également été créée dans la ville de Gottingen en 1948 pour honorer sa vie et ses réalisations. Cette société s’est développée au cours des décennies suivantes, absorbant finalement la Société Kaiser Wilhelm et toutes ses institutions. Aujourd’hui, la société est reconnue comme étant un chef de file dans la recherche scientifique et technologique et le principal organisme de recherche en Europe, avec 33 prix Nobel décernés à ses scientifiques.

En 2009, l’Agence spatiale européenne (ESA) a déployé la sonde Planck, un observatoire spatial qui a cartographié le fond diffus cosmologique (CMB) aux fréquences micro-ondes et infrarouges. Entre 2009 et 2013, elle a fourni les mesures les plus précises à ce jour sur la densité moyenne de la matière ordinaire et de la matière noire dans l’Univers, et a contribué à résoudre plusieurs questions sur les débuts de l’Univers et l’évolution cosmique.

Planck restera à jamais dans les mémoires comme l’un des scientifiques les plus influents du XXe siècle. Aux côtés d’hommes comme Einstein, Schrodinger, Bohr et Heisenberg (dont la plupart étaient ses amis et collègues), il a contribué à redéfinir nos notions de physique et la nature de l’Univers.

Nous avons écrit de nombreux articles sur Max Planck pour Universe Today. Voici Qu’est-ce que le temps de Planck ?, La première lumière de Planck ?, L’étourdissement de Planck dans tout le ciel, Qu’est-ce que le chat de Schrodinger ?, Qu’est-ce que l’expérience de la double fente ? et voici une liste d’histoires sur le vaisseau spatial qui porte son nom.

Si vous souhaitez plus d’informations sur Max Planck, consultez la biographie de Max Planck sur Science World et Space and Motion.

Nous avons également enregistré un épisode entier d’Astronomy Cast entièrement consacré à Max Planck. Écoutez ici, l’épisode 218 : Max Planck.