"Não é a posse da verdade, mas o sucesso que vem após a pesquisa, onde a busca é enriquecida por ela!"[5]
Max Planck
Assinatura de Max Planck aos dez anos de idade.
Planck nasceu emQuiel, capital deEslésvico-Holsácia, umcondado nonorte daAlemanha. Pertenceu a uma família de grande tradição acadêmica (seu avô e bisavô foram professores de teologia em Gotinga). Era filho de Johann Julius Wilhelm Planck, professor de direito Constitucional na Universidade deQuiel,[6] com sua segundaesposa, Emma Patzig, e foi batizado com o nome deKarl Ernst Ludwig Marx Planck (em relação aos nomes que lhe foram dados,Marx [uma variante hoje obsoleta deMarkus ou talvez simplesmente um erro paraMax, que é hoje a abreviação paraMaximilian] foi usado como primeiro nome).[7] No entanto, por volta dos dez anos de idade, assinou com o nomeMax e usou-o assim para o resto de sua vida.[8]
PrimeiraConferência de Solvay, em 1911. Max Planck é o segundo de pé, a partir da esquerda
Oprofessor defísica emMunique,Philipp von Jolly, aconselhou Planck a não estudarfísica,[3] pois, segundo ele, "neste campo, quase tudo já está descoberto, e tudo o que resta é preencher alguns buracos". Planck respondeu que não queria descobrir coisas novas, apenas compreender os fundamentos conhecidos do assunto. Assim, começou seus estudos nesta área em 1874 naUniversidade de Munique. Sob a supervisão deJolly, Planck realizou os únicos experimentos de sua carreira científica, estudando adifusão dehidrogênio através deplatina aquecida, antes de transferir-se para afísica teórica.
Em 1877 foi paraBerlim para um ano de estudo com os físicosHermann von Helmholtz eGustav Kirchhoff e o matemáticoKarl Weierstrass. Lá, ele relatou queHelmholtz nunca estava completamente preparado, falava lentamente, calculava muito mal e entediava seus ouvintes, enquantoKirchhoff proferia palestras cuidadosamente preparadas que eram secas e monótonas. Logo se tornou amigo íntimo deHelmholtz. Lá, empreendeu um programa basicamente de autoestudo sobre os trabalhos deClausius que o levou a escolher ateoria do calor como o seu campo de estudo.
Em outubro de 1878 Planck passou nos exames de qualificação e em fevereiro de 1879 defendeu sua dissertação,Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (Sobre o segundo teorema fundamental dateoria mecânica do calor). Por curto período ensinoumatemática efísica na sua antigaescola emMunique.
Em junho de 1880, apresentou a suatese dehabilitação,Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen (Estados de equilíbrio de corpos isotrópicos em diferentes temperaturas). Tornou-se então professor em Munique, esperando até que lhe fosse oferecida uma posição acadêmica. Embora tenha sido inicialmente ignorado pela comunidade acadêmica, promoveu seu trabalho no campo dateoria do calor e descobriu em seguida o formalismotermodinâmico assim comoGibbs sem percebê-lo. As ideias de Clausius sobreentropia ocuparam um papel central em seu trabalho.
Seguiu para sua cidade natal,Quiel, em 1885, onde se casou com Marie Merck em 1886. Em 1889, Planck seguiu para aUniversidade de Berlim e após dois anos foi nomeado professor de Física Teórica, substituindoGustav Kirchhoff.
Em fins do século XIX, uma das dificuldades da física consistia na interpretação das leis que governam a emissão de radiação por parte dos corpos negros. Tais corpos são dotados de alto coeficiente de absorção de radiações; por isso, parecem negros para a visão humana.
Como consequência do nascimento dafísica quântica, foi laureado em 1918 com oNobel de Física. De 1930 a 1937, Planck foi presidente daKaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (KWG, Sociedade para o Avanço das Ciências do Imperador Guilherme).
Avesso aos ideais nazistas, Planck tentou convencerHitler a dar liberdade aos cientistasjudeus. Planck argumentou que haveria diversos tipos dejudeus, alguns valiosos e outros inúteis para aAlemanha. OFührer então lhe respondeu:"Se a ciência não pode passar sem judeus, teremos de nos haver sem a ciência!".[11]
Este fato desagradou aHitler. Mais tarde, seu filho Erwin foi executado por enforcamento em 23 de janeiro de 1945, acusado detraição relacionada a um atentado para matarHitler, em 20 de julho de 1944.[12]
Foi senador da Sociedade Kaiser Wilhelm, de 1916 a 1947.
A termodinâmica, também conhecida como "teoria mecânica do calor" no final do século 19, surgiu no início deste século a partir de uma tentativa de entender como as máquinas a vapor funcionam e melhorar sua eficiência. Na década de 1840, vários pesquisadores descobriram e formularam de forma independente alei de conservação de energia, que hoje também é conhecida como aPrimeira Lei da Termodinâmica. Em 1850,Rudolf Clausius formulou a chamada segunda lei, que afirma que uma transferência voluntária (ou espontânea) de energia só é possível de um corpo mais quente para um mais frio, mas não vice-versa. NaInglaterra, na época,William Thomson chegou à mesma conclusão.[13][14]
Clausius continuou a generalizar sua formulação e chegou a uma nova formulação em 1865. Para isso, introduziu o conceito deentropia que definiu como medida do fornecimento reversível de calor em relação à temperatura absoluta:[13][14]
A nova formulação da segunda lei, que vigora até hoje, foi: "A entropia pode ser criada, mas nunca destruída". Clausius, cujo trabalho Planck leu quando jovem estudante durante sua estadia em Berlim, aplicou com sucesso essa nova lei da natureza a processos mecânicos, termoelétricos e químicos, bem como a mudanças no estado da matéria.[13][14]
Em sua dissertação de 1879, Planck resumiu os escritos de Clausius, apontando contradições e imprecisões em sua formulação e, em seguida, esclarecendo-as. Além disso, generalizou a validade da segunda lei a todos os processos na natureza, Clausius limitou sua aplicação a processos reversíveis e processos térmicos. Além disso, Planck lidou intensamente com o novo conceito de entropia e apontou que a entropia não é apenas uma propriedade de um sistema físico, mas também uma medida da irreversibilidade de um processo: se a entropia é gerada em um processo, ela é irreversível, uma vez que a entropia não pode ser destruída de acordo com a segunda lei. No caso de processos reversíveis, a entropia permanece constante. Em 1887, ele apresentou esse fato em detalhes em uma série de tratados intituladaSobre o Princípio do Aumento da Entropia. O trabalho de Planck recebeu pouca atenção na época, e muitos físicos consideraram a entropia como um "espectro matemático".[13][14]
Em seu estudo do conceito de entropia, Planck não seguiu a interpretação molecular e probabilística predominante da época, pois estas não permitem uma prova absoluta de validade universal. Em vez disso, ele adotou uma abordagem fenomenológica e também era cético em relação ao atomismo. Embora mais tarde tenha abandonado essa atitude no curso de seu trabalho sobre a lei da radiação, seus primeiros trabalhos "demonstram de forma impressionante o grande poder da termodinâmica fenomenológica na resolução de problemas físico-químicos concretos [...]" (Dieter Hoffmann: Max Planck: O Surgimento da Física Moderna).[13][14]
A compreensão de Planck da entropia incluiu a constatação de que o máximo de entropia corresponde ao estado de equilíbrio. A conclusão concomitante de que todas as leis dos estados de equilíbrio termodinâmico podem ser derivadas do conhecimento da entropia corresponde à compreensão moderna de tais estados. Planck, portanto, escolheu os processos de equilíbrio como seu foco de pesquisa e, com base em sua tese de habilitação, pesquisou a coexistência de estados da matéria e o equilíbrio das reações gasosas. Esse trabalho na fronteira da termodinâmica química também atraiu muita atenção da indústria química, que estava se expandindo rapidamente na época.[13]
Independentemente de Planck, o americanoJosiah Willard Gibbs também descobriu quase todas as descobertas de Planck sobre as propriedades dos equilíbrios físico-químicos, e as publicou a partir de 1876. Planck desconhecia esses ensaios, e eles não apareceram em alemão até 1892. No entanto, ambos os cientistas abordaram o assunto de maneiras diferentes, enquanto Planck lidou com processos irreversíveis, Gibbs olhou para os equilíbrios. Esta abordagem acabou sendo aceita devido à sua simplicidade, mas a abordagem de Planck é creditada com a "maior generalidade".[15]
Além de suas pesquisas sobre entropia, Planck também trabalhou com processos elétricos emsoluções na primeira década de sua carreira científica. Entre outras coisas, ele conseguiu derivar teoricamente a dependência da condutividade e diluição de uma solução, estabelecendo assim a moderna teoria dos eletrólitos. Ele também foi capaz de deduzir teoricamente as condições para as mudanças de ponto de congelamento e ebulição de soluções diluídas, que Raoult e van 't Hoff haviam encontrado em 1886.[13]
Depois de ter concluído em grande parte seu trabalho sobre equilíbrios termodinâmicos e depois saber que o americanoJosiah Willard Gibbs já havia chegado às mesmas conclusões, Planck voltou-se para os equilíbrios radiativos e a teoria da radiação térmica em meados da década de 1890. Na época, pouco se sabia sobre as leis pelas quais corpos aquecidos emitem raios de calor e luz. Em 1859,Gustav Kirchhoff tinha a importância central de uma função universal de radiação que dependia apenas da frequência e da temperatura postulado para descrever a radiação térmica. Ao fazer isso, ele introduziu o conceito decorpo negro, que absorve completamente toda a radiação incidente. Por outro lado, tal corpo negro emite apenas a radiação emitida por si mesmo. Isso simplificou a busca pela função de radiação, já que o problema pode ser reduzido ao estudo da radiação de um corpo negro.[16]
As barreiras experimentais e teóricas eram significativas; somente em 1879Josef Stefan conseguiu estabelecer a relação entre adensidade de energiaI e a temperatura que. Em 1884,Ludwig Boltzmann derivou uma lei para a radiação total de um corpo negro, eWilhelm Wien, do Instituto de Física Técnica do Reich em Berlim, determinou em 1893 a chamada Lei de Deslocamento de Wien. Três anos depois, foi formulada a Lei de Radiação de Wien, que inicialmente confirmava os resultados experimentais, considerando os grandes erros de medição comuns naquela época.[16]
Enquanto os cientistas do Physikalisch-Technische Reichsanstalt tentavam realizar umcorpo negro pela primeira vez por volta de 1900 para poder realizar medições nele, Planck abordou o problema de um ponto de vista teórico. Em 1894 ele tentou derivar as leis da física das radiações a partir de considerações termodinâmicas. Este trabalho foi a continuação direta de sua pesquisa anterior sobre equilíbrio termodinâmico e entropia, que ele queria ligar com a teoria eletromagnética da luz. Isso teria possibilitado interpretar a radiação térmica como um processo eletromagnético, o que teria representado uma conclusão adicional da física do ponto de vista da época.[16]
Planck usou os osciladores harmônicos introduzidos por Heinrich Hertz em 1889 como o "oscilador hertziano" para sua teoria, que poderia ser usada para descrever a emissão e absorção de ondas eletromagnéticas. Planck aplicou este conceito a corpos irradiadores de calor e apresentou seus resultados àAcademia Prussiana de Ciências em março de 1895 e fevereiro de 1896. Nos anos seguintes, ele expandiu essa abordagem e publicou cincoartigos sobre processos irreversíveis de radiação entre 1897 e 1899. Além disso, ele conseguiu derivar a lei de radiação de Wien a partir da observação do comportamento da radiação de uma cavidade. Além disso, quando apresentou esses resultados à Academia em maio de 1899, ele havia chegado à conclusão de que essa lei, como a segunda lei da termodinâmica, era universalmente válida. Ao mesmo tempo, Planck introduziu a constante natural, que mais tarde foi referida como o quantum de ação de Planck mas não reconhecia seu significado abrangente.[16]
Comparação das leis do jeans Rayleigh (vermelho), Planck (verde) e Viena (azul). Mostra-se a radiância de umcorpo negro para frequências de cerca de 20 MHz a cerca de 2 GHz
No verão de 1900, medições deHeinrich Rubens eFerdinand Kurlbaum revelaram que os desvios da lei de radiação de Wien em faixas de baixa frequência, que anteriormente haviam sido interpretados como erros de medição, eram, na verdade, erros graves na própria equação. Rubens, que era amigo de Planck, relatou os resultados a Planck em outubro daquele ano e apontou-lhe que, para comprimentos de onda longos, não era a lei de radiação de Wien que tinha que ser aplicada, mas sim alei de Rayleigh-Jeans que acabara de ser encontrada. Isso, por sua vez, se desviou significativamente em faixas de alta frequência, onde a lei de Wien forneceu valores precisos. Imediatamente após essa conversa, Planck encontrou uma "fórmula de interpolação felizmente adivinhada" para os resultados das medições, que Rubens conseguiu confirmar durante as medições nos dias seguintes. A lei de radiação de Planck combinou a lei de Wien com alei de Rayleigh-Jeans, ambas as quais podem ser consideradas casos limítrofes.[16]
O resultado preliminar, que Planck apresentou à Academia em 19 de outubro após uma palestra de Kurlbaum, ainda continha duas constantes que estavam indeterminadas na época. Nas semanas que se seguiram, Planck levou a lei à sua forma final:[16]
Para esse fim, Planck usou a justificativa atomístico-probabilística da entropia deLudwig Boltzmann, que ele havia rejeitado até então, abandonando assim sua abordagem fenomenológica, que ele havia consistentemente perseguido até então, e reconhecendo seu erro. Em retrospecto, Planck descreveu esse passo como um "ato de desespero". Analogamente ao trabalho de Boltzmann de 1877 sobre estatísticas de gases, Planck permitiu apenas certos estados de energia para os osciladores de radiação. A lei derivada desta forma contém, com a constante de Boltzmann a velocidade da luz e a constante de Planck tem três constantes naturais, caso contrário, apenas as quantidades variáveis temperatura e frequência são incluídas. Nos anos seguintes, a correlação de Planck tornou possível determinar as constantes da natureza com muito mais precisão do que havia sido possível anteriormente.
Em 14 de dezembro de 1900, Planck apresentou seus resultados em uma reunião da Sociedade de Física, e de acordo comMax von Laue, este dia tem sido considerado o "aniversário da física quântica", embora nenhum dos cientistas presentes – incluindo Planck – soubesse o significado e o escopo da fórmula ou das constantes estava ciente. O resultado de Planck foi inicialmente visto como uma fórmula que representava corretamente as condições de radiação. Foi somente após a hipótese quântica da luz deAlbert Einstein de 1905 e a subsequente análise crítica da lei da radiação de Planck, que Einstein posteriormente desenvolveu junto comPaul Ehrenfest, que sua incompatibilidade com a física clássica ficou clara. Não foi até 1908 que o próprio Planck descreveu os estados de energia dos osciladores como "discretos".[16]
Após aconferência de Solvay em 1911, onde os problemas levantados pela lei da radiação de Planck foram explicados, Planck tentou conciliar a lei da radiação com a física clássica. Para isso, ele desenvolveu a "segunda teoria quântica" em 1912, segundo a qual apenas a emissão de energia é quantizada, mas a absorção é contínua. Em 1914, ele apresentou uma "terceira teoria quântica" que não exigia quanta. Ele ainda rejeitou a hipótese quântica de luz de Einstein.[16]
Planck rejeitou a interpretação deCopenhague damecânica quântica desenvolvida no final da década de 1920 porBohr,Heisenberg e Pauli (baseada em uma ideia deMax Born) e logo depois dominou, assim como Schrödinger e Laue; até mesmo o criador da hipótese quântica da luz, Einstein, havia se tornado um conservador. Planck já achava a mecânica matricial deHeisenberg – a primeira formulação da mecânica quântica – "abominável", e saudou a equação de Schrödinger, que foi elaborada logo depois, como uma salvação. Ele esperava que a mecânica ondulatória logo tornasse a teoria quântica, seu próprio filho, obsoleta. A ciência ignorou suas preocupações. O que ele havia descoberto em sua juventude em sua luta com os velhos também se aplicava a si mesmo:[16]
"Uma nova verdade científica não costuma afirmar-se de tal forma que seus oponentes sejam convencidos e se declarem instruídos, mas no fato de que os oponentes gradualmente morrem e que a nova geração está familiarizada com a verdade desde o início."
"Para os crentes, Deus está no princípio das coisas. Para os cientistas, no final de toda reflexão!"[18]
Max Planck
A morte trágica de seu filho Erwin o abalou psicologicamente. Este fato fez com que Planck perdesse a vontade de viver. Assim, após o término da Segunda Guerra Mundial, ele e sua segunda esposa mudaram-se paraGöttingen, onde, em 4 de outubro de 1947, aos 89 anos, Planck morreu em consequência de uma queda e de diversos derrames,[19] morte esta que, segundoJames Franck, veio a ele "como uma redenção."[20]
"Um homem a quem foi dada a oportunidade de abençoar o mundo com uma grande ideia criativa não precisa do louvor da posteridade. Sua própria façanha já lhe conferiu uma dádiva maior!"
As descobertas de Planck, que mais tarde viriam a ser verificadas por outros cientistas, resultaram no nascimento de um campo totalmente novo nafísica moderna, conhecido comomecânica quântica; e que forneceram a base para a investigação de áreas pouco exploradas até então, como aenergia nuclear.[22]
O próprio Planck sabe de sua importância. Tanto que em 1922 fez a seguinte afirmação: "É verdade, antes a física era mais simples, harmônica e, portanto, mais satisfatória!"[23]
"O mundo externo é algo independente do homem, algo absoluto, e a procura pelas leis que se aplicam a este absoluto mostram-se como a mais sublime busca científica na vida!"[24]
Max Planck
"Pour le Mérite" - Science and Arts 1915 (em 1930 ele se tornou o chanceler desta condecoração)
Em 24 de Dezembro de 2002, após Portaria do MEC de Nº 3.844, foi fundada no Brasil, na cidade de Indaiatuba, Estado de São Paulo, a Faculdade Max Planck. -http://www.faculdademax.edu.br/
↑abcdefghiHoffmann:Max Planck. München 2008, S. 49 ff.
↑Max Planck: Die natürliche Stimmung in der modernen Vokalmusik. In: Vierteljahrsschrift für Musikwissenschaft. Band 9, Nr. 4. Breitkopf & Härtel, Berlin Oktober 1893, S.418–440
