马克斯·普朗克：量子理论之父

知识分子家庭中的童年

马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克（1858-1947）于1858年4月23日出生在荷尔斯泰因公国（当时处于丹麦统治下）的基尔，成长于一个知识分子和法律世家。其父尤利乌斯·威廉·普朗克是宪法学教授，祖父戈特利布·雅各布·普朗克则是神学家。

教育之旅：

• 1867-1874年：在慕尼黑马克西米利安中学接受中学教育
• 1874-1877年：在慕尼黑大学学习物理学
• 1877-1878年：在柏林大学师从赫尔曼·冯·亥姆霍兹和古斯塔夫·基尔霍夫学习
• 1879年：以热力学第二定律为题完成博士论文答辩
• 1880年：以关于各向同性体平衡态的论文获得教授资格。

量子革命（1900年）

1900年12月，普朗克向德国物理学会提出了他革命性的作用量子理论：

• 问题解决：黑体辐射中的“紫外灾难”
• 假设：能量不是连续发射的，而是以离散的包（量子）形式存在。
• 普朗克公式：\( E = h\nu \)，其中 \( h \) 为普朗克常数（\( 6.62607015 \times 10^{-34} \) 焦耳·秒）。
• 普朗克黑体辐射定律： $$ B_\nu(T) = \frac{2h\nu^3}{c^2} \frac{1}{e^{h\nu/kT} - 1} $$

这一发现标志着量子物理学的诞生，并为他赢得了1918年的诺贝尔物理学奖。

物理学的主要贡献

1. 热力学

在量子研究之前，普朗克对热力学做出了根本性贡献：

• 1879年：关于热力学第二定律的论文
• 1882年：热力学过程中不可逆性的概念
• 1897年：关于熵及其统计解释的研究
• 热力学势概念的发展

2. 量子理论

1900年发现之后，普朗克进一步发展了量子理论：

• 1906年：引入作用量子概念作为基本常数
• 1908年：提出光量子假说（光子的前身）
• 1911年：第一届索尔维量子理论会议
• 1913年：支持尼尔斯·玻尔关于氢原子的研究

3. 科学哲学

普朗克对科学哲学也颇感兴趣：

• 对物理现实本质的反思
• 与爱因斯坦关于决定论与非决定论的辩论
• 关于科学与宗教关系的研究
• 独立于观察者的“物理实在”概念

学术生涯与参与活动

职业旅程：

• 1885-1889年：慕尼黑大学编外讲师
• 1889-1892年：基尔大学副教授
• 1892-1926年：柏林大学理论物理学教授
• 1912-1938年：普鲁士科学院终身秘书
• 1930-1937年：威廉皇帝学会（马克斯·普朗克学会前身）会长

科学与社会参与：

• 德国基础研究的推广
• 对年轻物理学家的支持（包括爱因斯坦、玻尔、海森堡）
• 对纳粹政权的谨慎抵抗（保护犹太同事）
• 二战后德国科学的重建

个人生活与考验

普朗克的一生充满了个人磨难：

• 1909年：第一任妻子玛丽·默克去世（死于分娩）
• 1916年：长子卡尔在凡尔登战役中阵亡
• 1917年：他的双胞胎女儿艾玛和格蕾特因肺结核去世。
• 1944年：他的家在盟军轰炸中被毁
• 1945年：次子埃尔温因参与刺杀希特勒的密谋被处决身亡。

尽管经历了这些悲剧，普朗克仍坚持科学研究，直至1947年10月4日在哥廷根去世。

科学遗产

普朗克的遗产是巨大的：

• 量子物理学创始人，基础涵盖：量子力学、原子与分子物理学、固体物理学、粒子物理学
• 身后荣誉：普朗克常数\( h \)以他命名；马克斯·普朗克科学促进学会；理论物理学马克斯·普朗克奖章；小行星(1069)普朗克星；欧洲航天局用于研究宇宙微波背景辐射的普朗克卫星（2009-2013年）。

爱因斯坦曾这样评价普朗克：“他是一个将科学真理看得比任何事物都更为珍贵的人，其人格不会因外界困难而动摇。”