Immagina se vuoi che il tuo nome sia associato per sempre a una teoria scientifica rivoluzionaria. Immagina anche che il tuo nome sarebbe stato attaccato a una serie di unità, progettate per eseguire misurazioni per equazioni complesse. Ora immagina di essere un tedesco che ha vissuto due guerre mondiali, ha vinto il premio Nobel per la fisica ed è sopravvissuto a molti dei tuoi figli.

Se riesci a fare tutto questo, allora potresti sapere cosa significava essere Max Planck, il fisico tedesco e fondatore della teoria dei quanti. Proprio come Galileo, Newton ed Einstein, Max Planck è considerato uno degli scienziati più influenti e innovativi del suo tempo, un uomo le cui scoperte hanno contribuito a rivoluzionare il campo della fisica. Ironico, considerando che quando iniziò la sua carriera, gli fu detto che non c’era nulla di nuovo da scoprire!

Prima vita ed educazione:

Nato nel 1858 a Kiel, in Germania, Planck era un figlio di intellettuali, suo nonno e il suo bisnonno erano entrambi professori di teologia e suo padre un professore di legge, e suo zio un giudice. Nel 1867, la sua famiglia si trasferì a Monaco, dove Planck si iscrisse alla scuola ginnasiale Maximilians. Fin dalla tenera età, Planck dimostrò un’attitudine per la matematica, l’astronomia, la meccanica e la musica.

Si laureò presto, a 17 anni, e continuò a studiare fisica teorica all’Università di Monaco. Nel 1877, andò all’Università Friedrich Wilhelms di Berlino per studiare con il fisico Hermann von Helmholtz. Helmholtz ebbe una profonda influenza su Planck, con cui divenne molto amico, e alla fine Planck decise di adottare la termodinamica come suo campo di ricerca.

Nell’ottobre del 1878, superò i suoi esami di qualificazione e difese la sua tesi nel febbraio del 1879 – intitolata “Sulla seconda legge della termodinamica”. In questo lavoro, fece la seguente affermazione, da cui si ritiene che sia derivata la moderna seconda legge della termodinamica: “È impossibile costruire un motore che funzioni in un ciclo completo e non produca alcun effetto se non l’innalzamento di un peso e il raffreddamento di un serbatoio di calore.”

Per un certo periodo, Planck lavorò in un relativo anonimato a causa del suo lavoro sull’entropia (che era considerato un campo morto). Tuttavia, in questo periodo fece diverse scoperte importanti che gli avrebbero permesso di accrescere la sua reputazione e guadagnare un seguito. Per esempio, il suo Trattato di Termodinamica, pubblicato nel 1897, conteneva i semi di idee che sarebbero diventate molto influenti, come la radiazione del corpo nero e gli stati speciali di equilibrio.

Con il completamento della sua tesi, Planck divenne un docente privato non pagato all’Università Freidrich Wilhelms di Monaco e si unì alla locale Società di Fisica. Anche se la comunità accademica non gli prestò molta attenzione, continuò il suo lavoro sulla teoria del calore e arrivò a scoprire indipendentemente la stessa teoria della termodinamica e dell’entropia di Josiah Willard Gibbs – il fisico americano a cui è attribuita la scoperta.

Nel 1885, l’Università di Kiel nominò Planck professore associato di fisica teorica, dove continuò i suoi studi in chimica fisica e sistemi termici. Nel 1889, tornò all’Università Freidrich Wilhelms di Berlino, diventando professore ordinario nel 1892. Sarebbe rimasto a Berlino fino al suo pensionamento nel gennaio 1926, quando gli successe Erwin Schrodinger.

Radiazione di corpo nero:

Fu nel 1894, quando era sotto commissione delle compagnie elettriche per sviluppare migliori lampadine, che Planck iniziò a lavorare sul problema della radiazione di corpo nero. I fisici stavano già lottando per spiegare come l’intensità della radiazione elettromagnetica emessa da un perfetto assorbitore (cioè un corpo nero) dipendesse dalla temperatura dei corpi e dalla frequenza della radiazione (cioè il colore della luce).

Con il tempo, risolse questo problema suggerendo che l’energia elettromagnetica non scorreva in una forma costante ma piuttosto in pacchetti discreti, cioè quanti. Questo è diventato noto come il postulato di Planck, che può essere enunciato matematicamente come E = hv – dove E è l’energia, v è la frequenza e h è la costante di Planck. Questa teoria, che non era coerente con la meccanica classica newtoniana, contribuì a innescare una rivoluzione nella scienza.

Scienziato profondamente conservatore e sospettoso delle implicazioni che la sua teoria sollevava, Planck indicò che arrivava alla sua scoperta solo a malincuore e sperava che venisse dimostrato il contrario. Tuttavia, la scoperta della costante di Planck avrebbe avuto un impatto rivoluzionario, inducendo gli scienziati a rompere con la fisica classica e portando alla creazione delle unità di Planck (lunghezza, tempo, massa, ecc.).

Meccanica quantistica:

Al volgere del secolo un altro influente scienziato di nome Albert Einstein fece diverse scoperte che avrebbero dimostrato la correttezza della teoria quantistica di Planck. La prima fu la sua teoria dei fotoni (come parte della sua Teoria della Relatività Speciale) che contraddiceva la fisica classica e la teoria dell’elettrodinamica che sosteneva che la luce era un’onda che aveva bisogno di un mezzo per propagarsi.

La seconda fu lo studio di Einstein del comportamento anomalo di corpi specifici quando riscaldati a basse temperature, un altro esempio di un fenomeno che sfidava la fisica classica. Anche se Planck fu uno dei primi a riconoscere il significato della relatività speciale di Einstein, inizialmente rifiutò l’idea che la luce potesse essere costituita da quanti discreti di materia (in questo caso, fotoni).

Tuttavia, nel 1911, Planck e Walther Nernst (un collega di Planck) organizzarono una conferenza a Bruxelles nota come Prima conferenza Solvav, il cui argomento era la teoria della radiazione e dei quanti. Einstein vi partecipò, e fu in grado di convincere Planck delle sue teorie sui corpi specifici nel corso dei lavori. I due divennero amici e colleghi e nel 1914 Planck creò una cattedra per Einstein all’Università di Berlino.

Negli anni ’20 era emersa una nuova teoria della meccanica quantistica, nota come “interpretazione di Copenhagen”. Questa teoria, in gran parte ideata dai fisici tedeschi Neils Bohr e Werner Heisenberg, affermava che la meccanica quantistica può solo prevedere le probabilità e che, in generale, i sistemi fisici non hanno proprietà definite prima di essere misurati.

Questo fu rifiutato da Planck, tuttavia, che sentiva che la meccanica ondulatoria avrebbe presto reso inutile la teoria quantistica. A lui si unirono i suoi colleghi Erwin Schrodinger, Max von Laue ed Einstein – tutti che volevano salvare la meccanica classica dal “caos” della teoria quantistica. Tuttavia, il tempo avrebbe dimostrato che entrambe le interpretazioni erano corrette (e matematicamente equivalenti), dando origine alle teorie della dualità particella-onda.

La prima e la seconda guerra mondiale:

Nel 1914, Planck si unì al fervore nazionalistico che stava investendo la Germania. Pur non essendo un nazionalista estremo, fu uno dei firmatari dell’ormai famoso “Manifesto dei Novantatré”, un manifesto che approvava la guerra e giustificava la partecipazione della Germania. Tuttavia, dal 1915, Planck revocò parti del Manifesto, e dal 1916, divenne uno schietto oppositore dell’annessione di altri territori da parte della Germania.

Dopo la guerra, Planck era considerato l’autorità tedesca in fisica, essendo il decano dell’Università di Berlino, un membro dell’Accademia Prussiana delle Scienze e della Società Tedesca di Fisica, e presidente della Kaiser Wilhelm Society (KWS, ora la Max Planck Society). Durante gli anni turbolenti del 1920, Planck usò la sua posizione per raccogliere fondi per la ricerca scientifica, che spesso scarseggiava.

La presa del potere da parte dei nazisti nel 1933 portò a enormi difficoltà, alcune delle quali furono testimoniate personalmente da Planck. Questo includeva molti dei suoi amici e colleghi ebrei espulsi dalle loro posizioni e umiliati, e un grande esodo di scienziati e accademici tedeschi.

Planck cercò di perseverare in questi anni e di rimanere fuori dalla politica, ma fu costretto a intervenire per difendere i colleghi quando minacciati. Nel 1936, si dimise dalle sue posizioni come capo del KWS a causa del suo continuo sostegno ai colleghi ebrei nella Società. Nel 1938, si dimise da presidente dell’Accademia Prussiana delle Scienze a causa dell’assunzione del controllo da parte del partito nazista.

Nonostante questi eventi e le difficoltà portate dalla guerra e dalla campagna di bombardamenti degli alleati, Planck e la sua famiglia rimasero in Germania. Nel 1945, il figlio di Planck, Erwin, fu arrestato a causa del tentato assassinio di Hitler nel complotto del 20 luglio, per il quale fu giustiziato dalla Gestapo. Questo evento fece cadere Planck in una depressione dalla quale non si riprese prima della sua morte.

Morte ed eredità:

Planck morì il 4 ottobre 1947 a Gottingen, Germania all’età di 89 anni. Gli sopravvissero la sua seconda moglie, Marga von Hoesslin, e suo figlio minore Hermann. Sebbene fosse stato costretto a dimettersi dalle sue posizioni chiave negli ultimi anni, e avesse trascorso gli ultimi anni della sua vita perseguitato dalla morte del figlio maggiore, Planck lasciò una notevole eredità nella sua scia.

In riconoscimento del suo fondamentale contributo a una nuova branca della fisica, gli fu assegnato il Premio Nobel per la Fisica nel 1918. Fu anche eletto a membro straniero della Royal Society nel 1926, ricevendo la medaglia Copley della società nel 1928. Nel 1909, fu invitato a diventare Ernest Kempton Adams Lecturer in Fisica Teorica alla Columbia University di New York.

Era anche molto rispettato dai suoi colleghi e contemporanei e si distinse per essere parte integrante delle tre organizzazioni scientifiche che dominavano le scienze tedesche: l’Accademia Prussiana delle Scienze, la Società Kaiser Wilhelm e la Società Tedesca di Fisica. La Società Tedesca di Fisica creò anche la Medaglia Max Planck, la prima delle quali fu assegnata nel 1929 sia a Planck che a Einstein.

La Società Max Planck fu anche creata nella città di Gottingen nel 1948 per onorare la sua vita e i suoi successi. Questa società è cresciuta nei decenni successivi, assorbendo alla fine la Kaiser Wilhelm Society e tutte le sue istituzioni. Oggi, la Società è riconosciuta come leader nella ricerca scientifica e tecnologica e la principale organizzazione di ricerca in Europa, con 33 premi Nobel assegnati ai suoi scienziati.

Nel 2009, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha dispiegato la sonda Planck, un osservatorio spaziale che ha mappato il fondo cosmico a microonde (CMB) a frequenze microonde e infrarosse. Tra il 2009 e il 2013, ha fornito le misure più accurate fino ad oggi sulla densità media della materia ordinaria e della materia oscura nell’Universo, e ha contribuito a risolvere diverse questioni sull’Universo primordiale e sull’evoluzione cosmica.

Planck sarà per sempre ricordato come uno degli scienziati più influenti del XX secolo. Insieme a uomini come Einstein, Schrodinger, Bohr e Heisenberg (molti dei quali erano suoi amici e colleghi), ha contribuito a ridefinire le nostre nozioni di fisica e la natura dell’universo.

Abbiamo scritto molti articoli su Max Planck per Universo Oggi. Ecco Cos’è il tempo di Planck?, La prima luce di Planck?, Tutto lo stordimento del cielo di Planck, Cos’è il gatto di Schrodinger, Cos’è l’esperimento della doppia fenditura? e qui c’è una lista di storie sulla nave spaziale che porta il suo nome.

Se vuoi maggiori informazioni su Max Planck, controlla la biografia di Max Planck da Science World e Space and Motion.

Abbiamo anche registrato un intero episodio di Astronomy Cast tutto su Max Planck. Ascolta qui, Episodio 218: Max Planck.