Max Karl Ernst Ludwig Planck è un fisico teorico tedesco vissuto nella prima metà del secolo scorso a cui dobbiamo la scoperta dei quanti, l’unità di base della teoria quantistica. Con questa scoperta sancì l'inizio di una svolta epocale per la fisica contemporanea e conquistò il Premio Nobel per la Fisica nel 1918. Ma qual è la storia dell’uomo che ha portato a questo enorme cambiamento per lo studio di tutte le cose che esistono? In questo articolo ricostruiamo la sua vita e le sue scoperte.
Le origini e la formazione
Max nasce il 23 aprile 1858 a Kiel, nel nord della Germania, da Johann Julius Wilhelm Planck e la sua seconda moglie Emma Patzig. È il sesto figlio e inizialmente viene battezzato come Karl Ernst Ludwig Marx Planck, ma poi per un errore o per volontà di lui stesso, “Marx” si trasforma in “Max” e gli rimane come primo nome. Sin da piccolo Max è circondato da numerosi stimoli culturali: il padre è un professore di diritto costituzionale presso l’Università di Kiel, mentre sia il suo nonno che il suo bisnonno erano professori di teologia a Gottinga.
Nel 1867 tutta la famiglia si sposta a Monaco di Baviera, poco prima dell’unificazione della Germania. Qui frequenta il liceo e conosce il matematico Hermann Müller che gli insegna la matematica, la meccanica e l’astronomia. Max è eccezionale in tutte queste discipline, quindi non è un caso che prenda il diploma in anticipo, a soli 17 anni.
Dopodiché frequenta la facoltà di Fisica presso l’Università di Monaco (dove consegue il dottorato nel 1879) e quella di Berlino, ma allo stesso tempo è anche un musicista molto dotato: suona il piano, l’organo e il violoncello. Durante gli anni di formazione a Monaco il suo professore Philipp Von Jolly gli sconsiglia di proseguire con gli studi di fisica perché quel campo è già del tutto saturo: a suo avviso non c’è altro da scoprire. Chi si sarebbe aspettato che Max avrebbe dimostrato esattamente il contrario?
Quando si sposta a Berlino studia con grandissimi scienziati del tempo: i fisici Hermann von Helmholts, Gustav Kirchhoff e il matematico Karl Weierstrass e a soli 28 anni Max, forse proprio perché cresciuto in un ambiente così fertile dal punto di vista degli studi, diventa Professore di Fisica Teorica presso l’Università di Kiel, la sua città natale.
Durante l’anno successivo sposa Marie Merck con la quale ha quattro figli. Casa loro diventa molto presto un luogo di ritrovo e confronto per professori, intellettuali e scienziati. Tra questi ci sono anche Albert Einstein, Otto Hahn ed Elise Meinter: questi studiosi frequentano casa di Max e Marie con costanza e rendono quel luogo un posto ideale per lo scambio di riflessioni e pensieri.
I quanti e il Nobel per la Fisica
Nel 1894 Max si interessa al cosiddetto “problema della radiazione del corpo nero” ovvero della radiazione elettromagnetica emessa da un assorbitore perfetto. Un "assorbitore perfetto", in parole semplici, non è altro che un oggetto che assorbe completamente tutta la radiazione che lo colpisce, senza rifletterne o disperderne neanche una piccola parte.
Il problema sta nel fatto che i dati raccolti sperimentalmente dicono una cosa, mentre la teoria un’altra. Max, spinto dal voler risolvere questo problema, propone la prima versione della sua legge solo nel 1900, ma non include né la quantizzazione dell'energia né la meccanica statistica.
Dopodiché, durante quello stesso anno, rivede la sua proposta basandosi sull‘interpretazione statistica di Boltzmann della seconda legge della termodinamica. Questa viene utilizzata da Max per comprendere in modo più efficace alcuni principi alla base della propria legge sulla radiazione (nonostante fosse profondamente sospettoso rispetto a ciò che le tesi del collega avrebbero provocato a livello filosofico).
Nel dicembre del 1900 Max sostiene che l'energia elettromagnetica può essere emessa solo in forma quantizzata, ovvero suddivisa in "pacchetti discreti di energia" contabili, e quindi che l'energia può essere solo un multiplo di un'unità elementare. Lo scrive con la sua famosa formula:
E = hv
In questa formula:
– h è la costante di Planck o quanto d'azione di Planck;
– ν è la frequenza della radiazione.
I fisici chiamano questi "pacchetti di energia" fotoni e un fotone di frequenza ν avrà una sua energia specifica e unica. L'energia totale a quella determinata frequenza è quindi uguale al prodotto hν moltiplicato a sua volta per il numero di fotoni a quella frequenza. Nasce così la fisica quantistica e nel 1918 Max vince il Premio Nobel per la Fisica.
I rapporti con Albert Einstein
Nel 1905 vengono pubblicati i tre lavori di Albert Einstein e Max riconosce subito l'importanza della teoria speciale della relatività ed è proprio grazie alla sua posizione e influenza che la teoria di Einstein viene ampiamente accettata in Germania.
L'ipotesi di Einstein dei fotoni, basata sulla scoperta di Heinrich Hertz del 1887 (e sulle ulteriori indagini di Philipp Lenard) dell'effetto fotoelettrico, inizialmente a Max non piace: non può scartare completamente la teoria dell'elettrodinamica di Maxwell. Ma nel 1911 si fa convincere definitivamente dalle prove portare da Einstein a favore della propria tesi durante la Prima Conferenza di Solvay a Bruxelles nel 1911.
In tutto ciò Max viene nominato rettore dell'Università di Berlino, il che gli dà la possibilità di chiamare Einstein a Berlino e di istituire una nuova cattedra per lui nel 1914. Così i due diventano molto amici e si trovano spesso per…suonare insieme!
Max non si fida della sua stessa scoperta
Intorno agli anni '20 l'Interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica viene elaborata da scienziati come Bohr, Heisenberg e Pauli. Max invece, insieme a Schrödinger ed Einstein, la rifiuta perché è certo che la meccanica ondulatoria possa rendere superflua la meccanica quantistica, quella da lui stesso iniziata.
Eppure, grazie agli studi successivi la teoria dei quanti viene confermata, nonostante le perplessità dello stesso iniziatore e si rivela essere una vera e propria svolta radicale nell'intera storia della fisica.
Max Planck durante i conflitti mondiali
La Prima Guerra Mondiale
All’inizio del primo conflitto mondiale Max non è affatto scettico: è addirittura tra coloro che firmano il “Manifesto dei 93 intellettuali", uno scritto di propaganda bellica. Il suo amico Albert invece mantiene per tutto il tempo un atteggiamento estremamente pacifista.
Nonostante l'endorsement al conflitto, la guerra comporta disgrazie anche personali a Max che, dopo aver perso la moglie a causa della tubercolosi nel 1909, in questo periodo perde anche il figlio maggiore durante la battaglia di Verdun ed entrambe le sue figlie muoiono dando alla luce i figli. Perfino il figlio più piccolo di Max, Erwin, viene reso prigioniero dai francesi nel 1914, ma sopravvive.
La Seconda Guerra Mondiale e la fine
Nel 1933 Max ha 74 anni e vede piano piano che vengono eseguite espulsioni di amici e colleghi dai loro ruoli e dal paese. Nonostante tutto continua a lavorare e prova a chiedere ad alcuni scienziati di rimanere con lui in Germania, fiducioso che la situazione sarebbe durata poco.
Max in quegli anni guida la Kaiser Wilhelm Society (KWG) e prova ad evitare conflitto aperto con il regime nazista, ma non ci riesce sempre. Ad esempio il Premio Nobel per la Chimica Fritz Haber, poiché ebreo, viene costretto ad emigrare in Inghilterra, nonostante Max avesse provato a discutere la questione direttamente con Adolf Hitler. Quest’ultimo gli risponde che, in quanto ebreo, Haber era un nemico.
Nel 1936 Max termina il mandato come presidente del KWG e i nazisti gli impongono di non ricandidarsi. Più passa il tempo più il clima diventa difficile e perfino alcuni suoi colleghi lo attaccano perché continua a insegnare le teorie di Einstein, anch’egli ebreo. Alla fine del 1938, quando Max ha 80 anni, l'Accademia Prussiana delle Scienze (di cui era Segretario dal 1912) viene occupata dai nazisti, quindi si dimette dalla presidenza. Dopodiché inizia il secondo conflitto mondiale e lui, insieme alla seconda moglie Marga von Hoesslin (che aveva sposato nel 1911) va a vivere nelle campagne per proteggersi.
Fanno bene: nel febbraio 1944, la sua casa in città viene completamente distrutta da un bombardamento aereo e vengono distrutti tutti i suoi documenti scientifici e la sua corrispondenza.
Nel 1944 il figlio di Max, Erwin, viene arrestato dalla Gestapo in seguito al tentativo di assassinio di Hitler nel complotto del 20 luglio, poi viene processato e condannato a morte dal Tribunale del Popolo nell'ottobre 1944, venendo impiccato nel 1945. Max resta definitivamente annientato dalla perdita anche del quarto figlio e con la fine della guerra va a Gottinga, città in cui Max Planck muore il 4 ottobre 1947.
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