科学史

革命性的,由事物的力量

在19世纪末,最大普朗克确信物理学在一般原则上取得了进展,将展示其统一。他接受了原子假设,尽管它产生了不可逆转性的困难。

John L. Heilbron. 科学的基因N°27
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最大普朗克似乎是一个矛盾的人物:虽然他与既定权威讨厌冲突,但他介绍了一个科学的概念 - 不可制定的量子作用 - 这使得物理学的基础。它对古典物理学的诱股是强烈的,因为它对帝国政府的忠诚。这两个都没有生存:身体发出的辐射的实验与古典物理学拼命不相容,第一次世界大战的可怕冲突证明了它在帝国帝国的信仰就像他的信仰一样。在热力学定律的不可侵犯性。普朗克是术语的导演中的防腐剂。只要实验事实没有让他们无法侵染,他就把他紧紧抓住了他的信仰。所以他改变了。

他所有的生活普朗克都努力重新调整他对世界的看法,以矛盾,其中许多人来自他自己的想法和设计。尽管有了这种双倍的约束,但他的职业生涯的第一部分是快乐而开朗,音乐和家庭和谐的共鸣。但就在第一次世界大战之前,他被一系列镜头击中了几乎摧毁了他。他的责任感,对物理和国家,帮助他克服了一个值得一对希腊悲剧的命运,他成为两场战争之间最受尊敬的德国科学发言人的发言人。

Planck从一系列牧师,学者和律师中解放出来。他的一个伟大的祖父,Gottlieb Jakob Planck(1751-1833)是由Leibniz的直接门徒组成的,然后成为近五十年的哥廷根大学神学教授。从灯光的世纪遗传的理性和宽容的理想理想,但由概念修改 XIX. e 世纪,将上帝和不再是基督在信仰的核心中,照亮了强烈的宗教信仰,既有自由主义和伟大的孙子。

Gottlieb Planck的职业向他的儿子传播给他,他是哥廷根神学教授,然后是他的孙子威廉约翰·朱利叶斯·普拉斯,以至于成为民法教授,突破了法律锚定的家庭传统。佳能。 Wilhelm教授Kiel直到1867年,然后到慕尼黑在那里他在1900年去世。最大的第六个孩子,出生于1858年。最大普拉克的母亲,由一位牧师造成的牧师,甚至热情地造成了热闹的。普拉克1914年8月,他在93岁时仍然附加到93岁之前。

普朗克与他的家人的密切联系延伸到他的阿姨和表兄弟,他在他的童年中与谁共同,很多孩子,很多孩子源于这位教授,律师,神职人员和高级成员的环境帝国皇帝官员的官员。

他的函授证明了这种安静的生活的一些瞬间性:在Eldena的波罗的海上的夏天,他记得作为他童年的天堂;槌球部分;富于沃尔特斯科特小说的vesceracter读数;鸽子射击,剧院和音乐夜晚。普朗克是一个严肃的年轻人,他与朋友交流生活的印象,就像他一样严肃地兑现:大约十五天内,每个层都依次落在其中遗迹,他仍然遗憾的是更多的痕迹。

在其中一个游览中,1885年,普朗克遇到了一个六岁的物理学生,其工作将成为他对科学贡献的起点。这个年轻人,一个土地所有者的儿子威廉维恩,是一个多十多年的普朗克的朋友和合作者。这种长的友谊和共享相同的专业兴趣没有延伸到政治。与维也纳,反态和盲文相比,温和保守的普朗克似乎几乎是自由的。对于后者而言,俾斯麦的驱逐构成了德国历史的最大灾难,他们遗憾的是,皇帝不会有能力摧毁他祖母维多利亚州的店主的国家。普朗克的父亲并没有批准俾斯麦的扩张主义政策,父亲和儿子都不会倡导对抗英格兰的预防性战争。

方法和应用

普朗克没有早期天才。在慕尼黑的Maxichian高中,他的老师在善学生中排名,但不是第一个:他在1868年至1869年的二十八年中排名第四,然后是三十七年,第三十三,三分之一,三分之一- 二十九岁的第四个。他完全成功了:语言,数学,历史,音乐;应用和尽责地到极端,它似乎没有特定的人才。他的老师享受了他的强烈而安静的个性,他的保留人物和“他是正确的,他的同志和他的老师的最爱”。

普朗克在物理学中的成功,他没有以为他没有特别的礼物的域名,是智力成熟缓慢的果实。年轻的马克斯没有赶上新的想法:“本质上我很平静,倾向于不确定的冒险”,他承认“不幸的是,它没有让我迅速反应到智力刺激”。他对一些领导几项研究轨道的能力感到惊讶。 “我觉得很难,”他写信给Sommerfeld,在进行更多有利的时刻之后放弃一个主题。“普朗克不是一种快速的精神,但是当他掌握一个主题时,他逮捕了她所有的力量和明确的理由。

普朗克本身的信心与其想法增加到战场上普鲁士胜利的节奏以及欧洲国家内第三艘船的崛起。普朗克用德国的文化演变确定了自己的文化演变。统一的理想主导了他的个性,在政治上领导他,批准德国帝国和文化,相信所有公认的知识领域之间的联系。

尊重法律,对机构的信心,责任感,绝对诚实 - 没有有时过分顾忌 - 标志着普朗克的人格。他的同时代人像他们欣赏学者一样尊重男人:当1929年,他的来自柏林学院的同事们庆祝了他博士学位的五十周年,他们肯定地钦佩了自己的科学,肯定是“没有他良心的地方的纯洁” ,在学者中不太常见......

仅根据他的良心行动的内在意志可能是精神演变的障碍。 Walther Meissner是Planck的一位学生,对他的老师“从未被他人的意见,科学或人际关系中的意见从未动摇过的印象。普朗克向他的学生和继承者,Max Von Lae,他如何监管他的行为:“我的格言是:仔细考虑每一步,而且当它善于参与时,不要留下任何东西”。如果他到达普朗克改变主意,而且在他从未轻视他的重要主题。

它既不是他在战争期间德国科学发言人普通发言人的顽皮遗嘱,即使这两个品质,也是在他的报告中所需要的。与他的同事和管理人员在一起。普朗克在他自己的国家的权力来自他作为改变科学课程的自然哲学家的声誉。 Planck的物理从转弯时的热量 XX. e 世纪,是妥协的结果,即使是一个投降:普朗克无法解决他所遇到的条款,他多年来一直工作的问题。最特别的是问题似乎几乎不值得他的注意。

普朗克从唯一的基本原理中分配了计算扣除的任务,从扬声器中存在的不同波长的不同波长的辐射相对强度,给定温度的“黑体”。

普朗克公式

在黑暗中,加热体的颜色取决于其温度:我们谈论“红熨斗”和“加热白色”金属。名称“黑色身体”是误导性的,它只意味着身体吸收它接收的所有辐射(没有反射辐射)和发光的辐射取决于其唯一温度。加热到红色的金属只是近似黑色的身体,但它们说明了现象的现实。普朗克希望在给定温度下评估烤箱中的光颜色的强度。

这些辐射的强度有两个原因。建立深入的论据和合理的争论,在平衡方面,发出的辐射的特征不依赖于腔的尺寸,也不依赖于腔的形状,也不依赖于其墙壁的材料。应发现分配公式应该给出每单位体积的腔体,通过每个光辐射特异性地传送的能量取决于波长。因此,该公式仅涉及温度,波长和通用常数。对于普朗克来说,这种公式具有很大的理论兴趣,因为它是通用的:它描述了物质“,它不依赖于特定的身体或其物质,因此普遍存在所有时间和所有培养物,甚至是外星物与人有关“。

有一个第二个原因,实际顺序,使物理学家对腔的辐射感兴趣:可以使用黑色身体作为标准透光器。此外,Physikalisch-Technische Reichsanstalt,皇家权重和测量办公室对黑人体感兴趣。事实上,黑色的身体是一个糟糕的照明源:与给定量的光产生大量的热量,例如用氖管或白炽灯。

1896年,与来自本办公室物理系的其他物理学家威廉·维也纳已制作瓷器和铂空心圆柱,并测量其在其一个端部刺穿的孔发出的辐射的光谱分布。它们测得短波长,紫色至超紫色。在柏林的Technische Hochschule,靠近Planck,Heinrich Rubens的联系人,使另一个烤箱运作并在红外线进行了测量。热力学的速度混凝了许多经验公式,或多或少适应结果。 Wien于1896年提出的公式似乎是最好的,普朗克承诺从电动力学和热力学的基本规律中推断出该公式。

由于辐射到均衡的分布不依赖于腔的性质,因此普朗克觉得自由选择透露最方便的模型:它代表腔壁的墙壁,以包括一套。“谐振器”,每个谐振器是弹簧在其端部提供电荷。这些弹簧具有任何弹性系数,因此可以根据所有可能的频率振荡。加热墙壁,弹簧运动运动;加速电荷根据麦克斯韦尔电动力学的规律在腔内辐射,并吸收有共振的辐射;建立平衡,使得某些频率的每个谐振器从其发射的腔中吸收多样性。

Maxwell的方程管辖谐振器发出的辐射的发射,吸收和传播,而无需指示均衡频率之间的能量分布。普朗克制造假设将谐振器的平均能量与熵扣除,以扣除维也纳公式(熵是他珍惜的概念之一)。

由世界热力学专家,Ludwig Boltzmann的世界专家制定的批评者感到严重摇动,该批评者在Ludwig Boltzmann进行了详细研究了平衡并在气体的情况下获得平衡。虽然Planck没有批准Boltzmann的天然气理论,但他并没有钦佩他的作者;他接受了Boltzmann的批评者,发现了另一个假设为他再次推断的熵和能量之间的关系,于1899年,Wien公式。由于这种公式仍然存在于报告事实中,因此案例似乎已经结束,这种情况难以置于普朗克假设不是基于被保险人的理论基础。 1900年,从Reichsanstalt的实验者进一步在红外线,在Wien法律和他们措施结果之间发现了显着差异。同年3月,普朗克向柏林学院提出了一个提高他假设的合理性的论据,但在十月,他不得不在事实的重量下鞠躬,并将维也纳的法则限制在唯一的近似值波长辐射。

普朗克的良心禁止他相信很长一段时间以明显矛盾的理论与良好的措施:思考另有思考,这是“哲学”。几年后,普朗克写信给Wien批评了拒绝实验证据的英国物理学家詹姆斯·牛仔裤的态度,比那些导致他信念的人更强大:“这是不应该是理论家的典型例子就像黑格尔一样是哲学的一个不好的例子:如果他们不适合这个理论,他就会消除了这一事实。 »

物理学的理论“有空虚的恐怖”。因此,在废弃了维也纳的公式之后,普朗克通过另一个人实现了一种措施,这是由直觉,科学指法和合理折衷的措施的另一个措施。这种新关系只有两个普遍常量(如Wien公式)。

此时,它只是一个妥协。然后是投降。通过试图展示其公式,普朗克重新改造,以表达给定频率的所有振荡器的熵。然后,他发现了一种强大的类比,博尔兹曼的熵在气体熵均衡。 Boltzmann的配方导致了平衡不是最终和不变状态的原则,而是只有系统通过的最可能状况。长期以来,Planck非常接受这种观察,看到他对科学的确定性概念感到困扰。

发现或深化?

普朗克,受到1850年代的克劳斯·和克尔文精制的物理学综合的影响,研究了能量的保护,转变和退化。这位学说有一个普遍的权威,所有物理法则必须提交;它专注于永久和不变,从亚里士多德的物理学家确定了真实和善良。普朗克在他的生命结束时写道,这些考虑因素促使他学习物理学而不是数学,历史或音乐。物理学不是一个着名的纪律,人文与学术系统。 “当时,大多数受过教育的人都认为科学作为较低的学科。我记得,我的堂兄和同事,历史记者Max Lenz,我们叫我们,我们学者(Naturforscher),林业(Naturföstern)。但是,普朗克并不关心社会成功:“这是一个促使我的内部的约束。 »

他归功于他对一位高中老师的教学,赫尔曼姆·勒尔(HermannMüller)致力于让他发现兴趣,很快成为激情,探讨了数学严谨与自然法律的多种关系。 1878年,在二十岁时,普朗克选择热力学作为博士论文的主题,他在四个月内写道。慕尼黑大学教授菲利普·冯·兴朴,没有推荐物理学家的职业生涯,因为热力学原则的发现将在他看来,提到理论物理的结构。普朗克,其野心和目标远离今天的物理学家的野心和目标,并没有让自己讨厌:他回答了快乐,他的目标不是要发现,但更好地了解基础。 1879年普拉克的论点审查了两种热力学原则,保留了能量和熵的定律,其无形的增加指导了期限的时间箭头。

在其首次原创作品中,其1880年授权论文,奉献“到各向同性体的均衡状态”,Planck吹捧了热力学两种原则的具体结果而无假设物质的内部结构。他只使用了熵最大值时平衡稳定的假设。普朗克强调了热力学的能力在不使用原子假设的情况下产生有用的结果。据他(1882年)说,在从能量和熵原则中汲取扣除后,没有将其作为最后的手段。

因此,倡导热力学的第二个原则,同时提供几个经验​​,普朗克对物理学家造成了很大的印象。他来自慕尼黑的老师并不明白他的论文。在柏林,他研究过一年,理论物理学教授Gustav Kirchhoff判断她的假。亥姆霍兹,另一个物理巨头,甚至没有判断;至于波恩大学的克劳斯乌斯,普朗克没有设法给它副本。

然而,基尔大学的工作是赞赏的,他的父亲守卫朋友,也许是1885年雇用他的影响,作为理论物理学的助理教授(非凡)。在这个新域中,位置很少见。 “毋庸置疑,”普朗克写信给他的朋友卡尔跑步,我很幸运。 »

热力学的福音学家

不久之后,普朗克抓住了第一个机会纠正了不公平的不感兴趣的机会,无论是在热力学中都纠正了不公平的不感兴趣:他竞争了哥廷根哲学哲学课程的价格“能源本质的性质”,赢得二等奖,没有一等奖被授予。对陪审团的批评了解到,他对威尔赫姆·韦伯(Wilhelm Weber)的吉尔廷根戈特滕教授的伤亡人员剥夺了他的一等奖。然而,赔偿金:被哥廷根拒绝,几乎同意被柏林接受。 1889年,普朗克被任命为助理教授取得成功基洛夫。

他发现了热力学福音的反叛资本,无知的热力学第二原理的要求。他对德国物理学会的第一次演讲,其中他后来成为一个伟大的身影,并不是成功。他在电解质上覆盖了他最新结果的图片,这些结果在一些最近的经验上报道,并通过宣布他对决定性对解决基本问题作出决定性的贡献。没有人问过任何问题或表现出兴趣。总统,埃米尔杜比斯 - 赛德,有义务打破沉默,选择批评。 “这就像我热情的热淋浴,记得的普朗克,我回到家里郁闷,但很快将我融入了一个良好的理论总是胜利,即使没有娴熟的宣传帮助。 »

最后,他的观点普遍存在:1891年,他经常向他们的论文借给同事,他们想了解她陷入碎片的熵。这种快乐的体验,他终于右转,加强了他的自然信心和他的决议。

1892年,普朗克被任命为教授;两年后,他成为柏林科学院的成员。它由Helmholtz介绍,它通过来自特定假设的物理化学家对原子和离子的特定假设获得的某些结果的热力学来展示了普朗克的信用。普朗克觉得甚至被亥姆霍兹的预测所理解的,从普朗克的角度来看,从普朗克的角度来看,可以加入单独的物理和化学领域。因此,通过拒绝通过漠不关心和怀疑的路径转移,普朗克已经达到,而不会逃离科学符合的峰会。

1897年,他将各种出版物聚集成一本书,他写道,他没有找到任何重要的改变。他已成为并留在古典热力学的世界专家。普朗克,我们知道,不是一个人容易改变主意的人。然而,它采取了根本的重新加工,将热力学领域从他所研究的热化学问题的圈子中延伸出来。但是,这种重组扭转了他对主题基础的概念:他不得不同意在概率和平均值方面翻译第二原则的领域。他于1900年结束了解决,以确保他对黑色身体辐射定律的有效性。这是二十几十年的倒数第二阶段,就第二原则与原子假设之间的关系辩论。

当他是慕尼黑的学生时,普朗克曾听过化学家Hermann Kolbe Filminer反对原子理论,被指控给出了对化学法律的虚假解释。早在1881年,他确信原子学无法导致科学的进步。材料的原子设计,通过在自然过程中没有暂时的时间方向,似乎与第二原理相反。他预计两种理论之间的最终斗争,他认为他会失败。 “尽管原子理论赢得了巨大的成功,但最终将被遗弃支持连续材料的假设。 »

即使普朗克拥有近二十年,也可以与持续使用第二项原则的机制工作,他很快发现他不能留在第一线的热化学而不诉诸物质的分子视觉。拥有热力学的唯一原则,它不能为发展SVANTE ARRHENIUS的新物理化学和J.h Van't Hoff,因为他在1880年代中期做了1887年。当他在1890年的记者中解释了它时,由于缺乏另一个富有成效的理论,物理学家们别无选择,只能降低分子世界来解释液体和渗透压的电导率。

1887年,普朗克包括Avogadro的假设(在相同的温度和压力条件下,给定的气体总量含有相同数量的分子,无论气体)之间的“这些法律似乎是最安全理论的基础。调查 ”。他同意毫无保留地就解决方案中的分子数和离子的行为进行了报告。在他为哥廷根大赛的考试中突出了能源保护原则的自然关联,以至于所有自然过程都可以代表机械,取得麻烦。宣称机制计划的怀疑论者限制了对理解自然现象太多了。

另一方面,自1950年代在1850年代的热力学创造以来,最令人惊讶的“机械减速主义”成功已通过气体的动力学理论获得。在这方面,由于普通学者和物理学家年会于1891年在1891年解释的普朗克,进展似乎并不符合努力。 “令人印象深刻的身体敏锐运动和数学性能”的任何专家都必须得出结论,游戏不值得蜡烛!从现在开始,物理学家责任发生从原子假设,或任何其他假设:一旦他们的任务完成,最幸福的假设就会成为“进步最危险的敌人”。

1894年,在他在柏林学院的言论中,普拉克宣称机械减少,无论是原子还是其他任何东西,都无法真正引诱一个杰出的理论家,因为她缺少指导方针:与那些批评机械师的人相反提供一个过于狭隘的基础,报告了现象,普朗克批评他的临时适应:“现在没有单一和明确的机械模型,而是许多不同的模型,每个人都傲慢地描述了描述演变的权利物理过程......所有人都复杂多余,而且没有对其竞争对手的决定性优势。 »

然而,通过将分子应用于来自气体的动力学理论的解决方案的考虑和方程中,所以物理学家具有先进的物理化学。普朗克和那些在柏林学院唯一的教授任命Van't Hoff的人在屋顶上喊道,“他们的候选人”创造了一个富有成效的分子物理分支,并且Vace't Hoff的作品与法律一致热力学,会改善我们对分子世界的愿景。

在这种规定中,普朗克最能考虑经典的热力学分析,因为更糟糕的是,表达比权力更具无光彩。然而,在临时基础上,它似乎更明智地汇集了能量和熵概念的各种各样的物理儿子,以希望一个人提出代表世界机械形象的明确挂毯。但我们不能无限期地推迟原子的机制的工作,因为科学对理论主义者的本质,以解决他的职业,并鼓励热力学的第一个原则。

原子派转换

Planck Assistant,Ernst Zermelo,Refut,于1895年,反对机械表现的熵的常见争论。要了解它,让我们互相帮助,靠近第36页的框中显示的那个。

有两种相同的同一气体,一个热,另一个冷,通过防水壁分开,既可以加热和分子。然后我们删除墙壁:气体混合和平衡在中间温度下进行。如果奇迹般地,在平衡状态下,所有分子的速度,气体将返回到其初始状态的端部,这与热力学的第二原理相矛盾。物理学家通过说明倒国,尽管不可接受,但避免了逻辑后果。然而,对于Zermelo(以及包括物理学家Loschmidt)的Zermelo(包括物理学家Loschmidt),气体分子是自发地接受倒置状态,因为之后,运动的规律使他们几乎完全返回它们的初始位置和速度。因此,如果熵在循环的某个时刻增加,则必须减少另一个时刻。

Boltzmann通过重复他作为统计原则的热力学的第二个原则的解释,回应了这一反对的反对意见:熵并不总是增加,但几乎总是。

为了打击Zermelo的论点,Boltzmann宣称均衡中的气体大部分时间在高熵的状态下花费大部分时间,并且在低熵的状态下无限较少。根据Boltzmann的说法,这种差异由与高熵相关的分子配置数远大于低熵分子配置的分子配置。 Planck支持Zermelo与Boltzmann的辩论,但不是通过力学传播支持热力学第二原理的可能性。

在1897年春天,在最有趣的信件上向他的前学生中出现的最有趣,Leo Graetz,普朗克勾勒出妥协:Boltzmann应该已经消除了所有初始状态,其演变在熵增长中陷入扭伤。 “假设当自然发生的变化仍然超出概率状态的低概率状态,这将是非常不合理的。普朗克绝对没有举行Boltzmann的方法,而只是为了不太可能使用气体理论的语言。

将第二个原则视为普遍有效,攻击气体理论而不是通过求助于“假设,在宇宙的初始状态下,攻击气体理论几乎是不可能规定数学制定的”。这种吸引力竖立了可行的障碍无知:“它将重新转回任何更深的分析。”然而,放弃任何机械代表性的可能性,因为Zermelo需要阻止任何进展。因此,妥协:Zermelo的考虑将适用于在天然气理论中的离散群体。然而,在连续的圈子中,行为可能是不同的,而普拉克预计它是如此:“我甚至认为,我希望这样,以这种方式,有一个精确的机械解释第二原理。他并没有想到很容易也没有胜利。

1897年,普朗克认为力学和热力学之间的和解是物理学的主要问题,但只有少数群体分享了这一观点:他向格劳斯兹倾向于,在所有柏林,只有Zermelo和他自己对此感兴趣问题。几年后,1900年在巴黎举行的盛大国际物理大会的官方历史学家,认为,由于原子学和熵之间的冲突,几乎没有四名物理学家感到担忧。再一次,普朗克以过去的时尚搜索坚持不懈。

因此,在1897年,它深受一种新的问题,他希望看到从连续圈子的机制看熵的令人满意的熵。这种希望得到了实现的,但在一个挑选的意义上:在三年的空间中,他设法解决了力学与第二个原则之间的明显反对,但他在公认的物理学和自己的工作结果之间创造了巨大的反对。

新问题涉及腔辐射的平衡。在这种情况下,与在离散材料粒子上操作的气体理论不同,所研究的物理系统由波长覆盖连续间隔的辐射组成。他测试了Maxwell的理论以及能源理论:在任何情况下都是普拉克在他的一位同事们选择这个问题的任何情况下。它预计麦克斯韦方程和热力学规律,通知腔的辐射能量的任何分布,以迅速达到其平衡位置,避免突出的突出授权的螺栓普通授权。

该项目失败:为了获得一个理论证明其最终公式的“黑人”,普朗克必须采用Boltzmann的角度来对待腔体的谐振器的熵。通过经营这种转变 - 这个词不是太强烈 - 普朗克成为一个热情的原子家和对那些判断原子理论违反科学进程的人的对手。 

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