Qui était Max Planck ?

Découvrez la vie d’un physicien talentueux dans ce court article de blog.

Quelle était l’histoire de Max Planck ?

Max Planck était un physicien théoricien allemand, considéré comme le fondateur initial de la théorie quantique et l’un des physiciens les plus importants du XXe siècle. Au début du siècle, il s’est rendu compte que la lumière et les autres ondes électromagnétiques étaient émises sous forme de paquets d’énergie discrets qu’il a appelés « quanta » – « quantum » au singulier – et qui ne pouvaient prendre que certaines valeurs discrètes (multiples d’une certaine constante, qui porte aujourd’hui le nom de « constante de Planck »). Cette découverte est généralement considérée comme la première étape essentielle du développement de la théorie quantique, qui a révolutionné notre façon de voir et de comprendre le monde subatomique.

Karl Ernst Ludwig Marx Planck, plus connu sous le nom de Max, est né à Kiel, dans le Holstein, au nord de l’Allemagne, le 23 avril 1858. Sa famille était traditionnelle et intellectuelle (son père était professeur de droit et son grand-père et son arrière-grand-père avaient été professeurs de théologie). En 1867, la famille s’installe à Munich, où Planck fréquente le lycée Ludwig-Maximilians. Il y est placé sous la tutelle de Hermann Müller, qui lui enseigne l’astronomie et la mécanique ainsi que les mathématiques, et éveille l’intérêt précoce de Planck pour la physique.

Bien que musicien de talent (il chante, joue du piano, de l’orgue et du violoncelle, et compose des chansons et même des opéras), il choisit d’étudier la physique à l’université de Munich en 1874, se réorientant rapidement vers la physique théorique, avant de partir à Berlin pour une année d’études supplémentaires en 1877. Après avoir terminé sa thèse d’habilitation sur la théorie de la chaleur en 1880, Planck devient conférencier privé non rémunéré à Munich, en attendant qu’on lui propose un poste universitaire. En avril 1885, l’université de Kiel le nomme professeur associé de physique théorique et il poursuit ses travaux sur la théorie de la chaleur et sur les idées de Rudolph Clausius concernant l’entropie et son application en chimie physique.

En 1889, Planck s’installe à l’université de Berlin, où il devient professeur titulaire en 1892. Il avait épousé Marie Merck en 1887, et ils eurent quatre enfants, Karl (1888), les jumelles Emma et Grete (1889) et Erwin (1893), dont seul Erwin survécut à la Première Guerre mondiale. La maison des Planck à Berlin devient un centre social et culturel pour les universitaires, et de nombreux scientifiques de renom, dont Albert Einstein, Otto Hahn et Lise Meitner, la visitent fréquemment.

En 1894, Planck s’intéresse au problème du rayonnement des corps noirs, c’est-à-dire à l’observation que la plus grande quantité d’énergie rayonnée par un « corps noir » (ou tout autre absorbeur parfait) se situe vers le milieu du spectre électromagnétique, plutôt que dans la région de l’ultraviolet comme le suggère la théorie classique. En particulier, il a étudié comment l’intensité du rayonnement électromagnétique émis par un corps noir dépend de la fréquence du rayonnement (par exemple, la couleur de la lumière) et de la température du corps. Après quelques frustrations initiales, il a dérivé la première version de sa loi de radiation du corps noir en 1900. Cependant, bien qu’elle décrive bien le spectre du corps noir observé expérimentalement, il s’est rendu compte qu’elle n’était pas parfaite.

L’année précédente, en 1899, il avait noté que l’énergie des photons ne pouvait prendre que certaines valeurs discrètes qui étaient toujours un multiple entier d’une certaine constante, connue aujourd’hui sous le nom de « constante de Planck ». Ainsi, la lumière et les autres ondes étaient émises en paquets d’énergie discrets qu’il appelait « quanta ». La définition de la constante de Planck lui a permis de définir un nouvel ensemble universel d’unités physiques ou unités de Planck (telles que la longueur de Planck, le temps de Planck, la température de Planck, etc.), toutes basées sur cinq constantes physiques fondamentales : la vitesse de la lumière dans le vide, la constante gravitationnelle, la constante de la force de Coulomb, la constante de Boltzmann et sa propre constante de Planck.

Plus tard, en 1900, il a révisé sa théorie du corps noir pour y incorporer la supposition que l’énergie électromagnétique ne pouvait être émise que sous forme « quantifiée », de sorte que l’énergie ne pouvait être qu’un multiple d’une unité élémentaire E = hv (où h est la constante de Planck, qu’il avait déjà introduite en 1899, et v est la fréquence du rayonnement). Bien que la quantification soit une hypothèse purement formelle dans le travail de Planck à cette époque et qu’il n’ait jamais pleinement compris ses implications radicales (qui devaient attendre les interprétations d’Albert Einstein en 1905), sa découverte a été considérée comme la naissance de la physique quantique et le plus grand accomplissement intellectuel de la carrière de Planck. C’est en reconnaissance de cet accomplissement qu’il a reçu le prix Nobel de physique en 1918.

Planck est l’un des rares à avoir immédiatement reconnu l’importance de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, publiée en 1905, et il use de son influence dans le monde de la physique théorique (il est président de la toute nouvelle Société allemande de physique de 1905 à 1909) pour faire en sorte que la théorie soit rapidement et largement acceptée en Allemagne, tout en apportant ses propres contributions à son développement. Après que Planck eut été nommé doyen de l’université de Berlin, il lui fut possible d’appeler Einstein à Berlin et de créer une nouvelle chaire spécialement pour lui en 1914. Les deux scientifiques devinrent rapidement des amis proches et se rencontraient fréquemment pour jouer de la musique ensemble.

La femme de Planck, Marie, meurt en 1909, probablement de la tuberculose, et, en 1911, il épouse en secondes noces Marga von Hoesslin, qui lui donnera la même année un troisième fils, Hermann. Au moment de l’annexion de l’Allemagne et de la Première Guerre mondiale en 1914 (dont Planck s’est d’abord félicité, mais contre laquelle il s’est ensuite élevé), il est effectivement la plus haute autorité de la physique allemande, en tant que l’un des quatre présidents permanents de l’Académie des sciences de Prusse, et un leader de l’influent organisme de coordination, la Société Kaiser Wilhelm. À la fin des années 1920, Niels Bohr, Werner Heisenberg et Wolfgang Pauli avaient élaboré ce que l’on appelle « l’interprétation de Copenhague » de la mécanique quantique, et la théorie quantique que les travaux de Planck avaient déclenchée s’est imposée de plus en plus, même si Planck lui-même (comme Einstein) n’a jamais été tout à fait à l’aise avec certaines de ses implications philosophiques.

Lorsque les nazis prennent le pouvoir en 1933, Planck est un vieil homme de 74 ans et il évite généralement tout conflit ouvert avec le régime nazi, même s’il organise une réunion officielle commémorative quelque peu provocatrice après la mort en exil de son collègue physicien Fritz Haber. Il réussit également à permettre secrètement à un certain nombre de scientifiques juifs de continuer à travailler dans les instituts de la Société de l’Empereur Guillaume pendant plusieurs années.

Le mouvement « Deutsche Physik » attaque Planck, Arnold Sommerfeld et Werner Heisenberg, entre autres, pour avoir continué à enseigner les théories d’Einstein, les qualifiant de « juifs blancs ». Lorsque son mandat de président de la Kaiser Wilhelm Society prend fin en 1936, le gouvernement nazi fait pression sur lui pour qu’il ne brigue pas un nouveau mandat. À la fin de 1938, l’Académie des sciences de Prusse perd ce qui lui reste d’indépendance et est reprise par les nazis, et Planck proteste en démissionnant de sa présidence. Il refuse catégoriquement d’adhérer au parti nazi, bien qu’il soit soumis à d’importantes pressions politiques pour le faire.

Les campagnes de bombardement alliées contre Berlin pendant la Seconde Guerre mondiale ont obligé Planck et sa femme à quitter temporairement la ville pour vivre à la campagne, et sa maison à Berlin a été complètement détruite par un raid aérien en 1944. Il continue à voyager fréquemment, à donner de nombreuses conférences publiques, notamment sur la religion et la science (il a été un adepte dévoué et persistant du christianisme toute sa vie), et à l’âge avancé de 85 ans, il est encore suffisamment en forme pour escalader des sommets de 3 000 mètres dans les Alpes.

À la fin de la Seconde Guerre mondiale (au cours de laquelle son fils cadet Erwin est impliqué dans la tentative d’assassinat d’Hitler en 1944 et est pendu), Planck, sa seconde épouse et son fils restant s’installent à Göttingen. Il y meurt le 4 octobre 1947, à l’âge de 89 ans, à la suites de plusieurs attaques cérébrales.

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