Max Planck : le père de la théorie quantique

Une enfance dans une famille intellectuelle

Né le 23 avril 1858 à Kiel, dans le duché de Holstein (alors sous domination danoise), Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) grandit dans une famille d'intellectuels et de juristes. Son père, Julius Wilhelm Planck, est professeur de droit constitutionnel, et son grand-père, Gottlieb Jakob Planck, était théologien.

Parcours éducatif :

• 1867-1874 : Études secondaires au Maximiliansgymnasium de Munich
• 1874-1877 : Études de physique à l'Université de Munich
• 1877-1878 : Études à l'Université de Berlin sous la direction de Hermann von Helmholtz et Gustav Kirchhoff
• 1879 : Soutient sa thèse de doctorat sur le deuxième principe de la thermodynamique
• 1880 : Obtient son habilitation avec une thèse sur les états d'équilibre des corps isotropes

La révolution quantique (1900)

En décembre 1900, Planck présente sa théorie révolutionnaire du quantum d'action à la Société allemande de physique :

• Problème résolu : le "catastrophe ultraviolet" dans le rayonnement du corps noir
• Hypothèse : l'énergie n'est pas émise de manière continue mais par paquets discrets (quanta)
• Formule de Planck : \( E = h\nu \) où \( h \) est la constante de Planck (\( 6.62607015 \times 10^{-34} \) J⋅s)
• Loi de Planck pour le rayonnement du corps noir : $$ B_\nu(T) = \frac{2h\nu^3}{c^2} \frac{1}{e^{h\nu/kT} - 1} $$

Cette découverte marque la naissance de la physique quantique et lui vaudra le prix Nobel de physique en 1918.

Contributions majeures à la physique

1. Thermodynamique

Avant ses travaux sur les quanta, Planck apporte des contributions fondamentales à la thermodynamique :

• 1879 : Thèse sur le deuxième principe de la thermodynamique
• 1882 : Concept d'irréversibilité dans les processus thermodynamiques
• 1897 : Travaux sur l'entropie et son interprétation statistique
• Développement de la notion de potentiel thermodynamique

2. Théorie quantique

Après sa découverte de 1900, Planck développe davantage la théorie quantique :

• 1906 : Introduit le concept de quantum d'action comme constante fondamentale
• 1908 : Formule l'hypothèse des quanta de lumière (précurseur des photons)
• 1911 : Première conférence Solvay sur la théorie quantique
• 1913 : Soutient les travaux de Niels Bohr sur l'atome d'hydrogène

3. Philosophie des sciences

Planck s'intéresse également à la philosophie des sciences :

• Réflexions sur la nature de la réalité physique
• Débats avec Einstein sur le déterminisme et l'indéterminisme
• Ouvrages sur la relation entre science et religion
• Concept de "réalité physique" indépendante de l'observateur

Carrière académique et engagements

Parcours professionnel :

• 1885-1889 : Privatdozent (maître de conférences) à l'Université de Munich
• 1889-1892 : Professeur associé à l'Université de Kiel
• 1892-1926 : Professeur de physique théorique à l'Université de Berlin
• 1912-1938 : Secrétaire perpétuel de l'Académie prussienne des sciences
• 1930-1937 : Président de la Société Kaiser Wilhelm (ancêtre de la Société Max Planck)

Engagements scientifiques et sociaux :

• Promotion de la recherche fondamentale en Allemagne
• Soutien aux jeunes physiciens (dont Einstein, Bohr, Heisenberg)
• Résistance discrète au régime nazi (protection de collègues juifs)
• Reconstruction de la science allemande après la Seconde Guerre mondiale

Vie personnelle et épreuves

La vie de Planck est marquée par des épreuves personnelles :

• 1909 : Mort de sa première femme Marie Merck (décédée en couches)
• 1916 : Mort de son fils aîné Karl pendant la bataille de Verdun
• 1917 : Mort de ses filles jumelles Emma et Grete de tuberculose
• 1944 : Destruction de sa maison lors des bombardements alliés
• 1945 : Mort de son second fils Erwin, exécuté pour sa participation à l'attentat contre Hitler

Malgré ces tragédies, Planck reste actif scientifiquement jusqu'à sa mort le 4 octobre 1947 à Göttingen.

Héritage scientifique et postérité

L'héritage de Planck est immense :

• Fondateur de la physique quantique, base de :
  • La mécanique quantique
  • La physique atomique et moléculaire
  • La physique des solides
  • La physique des particules
• Hommages posthumes :
  • La constante de Planck \( h \) porte son nom
  • La Société Max Planck pour la promotion des sciences
  • Le prix Max Planck de physique théorique
  • L'astéroïde (1069) Planckia
  • Le satellite Planck de l'ESA (2009-2013) pour l'étude du fond diffus cosmologique

Einstein a déclaré à propos de Planck : "Il était un homme à qui la vérité scientifique était plus chère que tout le reste, et dont la personnalité ne pouvait être ébranlée par les difficultés extérieures."