1858–1947
«Работа исследователя состоит в том, чтобы всё больше приближать его картину мира к реальному миру». Стремясь к этому сближению картин и миров, Макс Планк, лауреат Нобелевской премии по физике 1918 г., открыл совершенно новое направление в науке – квантовую физику. Его гипотеза о квантах излучения определит развитие науки более чем на 100 лет вперёд. Множество технологических свершений – от жидкокристаллических дисплеев и солнечных батарей до лазеров и атомных электростанций – стали привычной для нас реальностью благодаря герою нашей новой истории.
Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 г. в немецком Киле. Прадед будущего ученого – Готлиб Якоб Планк и его дед – Генрих Людвиг Планк были профессорами богословия в Гёттингенском университете, а отец, Вильгельм Планк, юристом и профессором права Мюнхененского и Кильского университетов. Мать Макса, Эмма Патциг, была дочерью лютеранского пастора.
Первые девять лет жизни Макса проходят в Киле, бывшем в то время из-за напряжения между Данией и Пруссией, местом неспокойным. Когда мальчику исполнилось шесть, он стал свидетелем вступления в город прусско-австрийской армии. Три года спустя отцу предложили должность профессора юриспруденции Мюнхенского университета. Следуя за ним, дружная семья Планков переезжает в столицу Баварии. Здесь, в Максимилиановской гимназии, начинается путь Планка в большую науку. Будучи одним из лучших учеников в классе, с сильным характером, старательный и ответственный, он ощущает особенное вдохновение от занятий математикой. Говорят, что этому способствовало влияние учителя, Германа Мюллера, от которого Макс впервые услышал о законе сохранения энергии. Позже в автобиографии он выразит удивление совпадением законов мышления и законов природы следующим образом: «С юности меня вдохновило на занятие наукой осознание того отнюдь не самоочевидного факта, что законы нашего мышления совпадают с закономерностями, имеющими место в процессе получения впечатлений от внешнего мира, и что, следовательно, человек может судить об этих закономерностях при помощи чистого мышления». Правда, увлечение наукой рисковало закончиться ничем из-за другой страсти юноши – музыки. Макс пел в хоре мальчиков, играл на нескольких музыкальных инструментах (больше всего любил проводить время за роялем) и даже пробовал себя в роли композитора. Сложный выбор, который предстояло сделать после окончания школы, он обращает в пользу математики и физики. В 16 лет Планк становится студентом Мюнхенского университета, твёрдо решив посвятить себя науке. Впрочем, с музыкой он не расстаётся: играет на органе в церкви, служит хормейстером в студенческом хоре и даже дирижирует небольшим оркестром.
Во время учёбы в Мюнхене у Планка состоялся почти исторический разговор с профессором Филиппом фон Жолли, к которому юноша обратился по совету отца, чтобы рассказать о своём желании заниматься теоретической физикой. Услышав о таком намерении, профессор стал отговаривать Планка от почти созревшего решения под тем предлогом, что физика как наука близка к завершению и в ней осталось всего пара недопонятых явлений и нераскрытых тайн. К счастью, Планк уже твёрдо решил посвятить себя физике, не ставя перед собой заоблачных целей совершить великие открытия, но стремясь понять и, если получится, углубить то, что уже известно науке.
Следующий этап жизни Планка – Берлинский университет, где он учится физике у Гельмгольца с Кирхгофом и математике у Вейерштрасса. Кроме того, он много читает, занимаясь самообразованием. Между прочим, именно в это время, читая труды Рудольфа Клаузиуса по теории теплоты, он вдохновляется на занятия термодинамикой, что впоследствии приведёт его к открытию квантовой теории. Благодаря полученному в детстве воспитанию, Планку удаётся изящно сочетать свои христианские убеждения и научные исследования, о чем он сам говорит: «Куда бы и как далеко мы ни стали смотреть, мы не находим противоречий между религией и естественной наукой. Напротив, именно в основополагающих пунктах обнаруживается их наилучшее сочетание. Религия и естественная наука не исключают друг друга, как в наши дни некоторые верят или боятся этого. Эти две области дополняют друг друга и зависимы друг от друга».
В 1878 г. двадцатилетний Планк возвращается в Мюнхен и устраивается работать учителем физики и математики, параллельно занимаясь научными изысканиями. Их результаты он оформит в докторской диссертации «О втором законе механической теории теплоты». Следуя указанному Клаузиусом пути (в частности, используя введённое им в науку понятие «энтропии» – меры неупорядоченности системы), Планк изучает необратимость процесса теплопроводности и даёт формулировку второго закона термодинамики на языке возрастания энтропии (упрощённо это означает, что тепловая система движется от порядка к беспорядку, а не наоборот). Защита диссертации 12 февраля 1879 г. проходит успешно, и Планк получает степень доктора философии. Попутно в эти годы Планк серьёзно увлекается музыкой, приобретая репутацию талантливого пианиста, а также, вооружившись альпинистским снаряжением, покоряет вершины Баварских Альп.
В 33 года Планк становится профессором теоретической физики в родном Киле. Помимо лекций, которые он читает эмоционально, естественно и ясно, он начинает писать книги и статьи. Относительно написанных Планком учебников Альберт Эйнштейн впоследствии скажет: «То удовольствие, которое испытываешь, когда берёшь в руки эти книги, в немалой мере обусловлено простым, поистине художественным стилем, присущим всем работам Планка. При изучении его трудов вообще создаётся впечатление, что требование художественности является одной из главных пружин его творчества». Здесь, в Киле, выходит в свет его книга «Принцип сохранения энергии» и ряд статей под общим названием «О принципе возрастания энтропии». А ещё 31 марта 1887 г. он женится на своей подруге Марии Мерк, дочери мюнхенского банкира, знакомство с которой уходит корнями в далёкое детство. Их брак станет местом трогательной заботы и взаимопонимания, где будут расти четверо детей – сыновья Карл и Эрвин и дочери-близнецы Эмма и Грета. Впрочем, Планк ведёт себя благородно не только в семье. Он из тех людей, которые стремятся помочь другим, даже если это сопряжено с риском или идёт вразрез с общепринятыми правилами: в 1897 г. учёный осудит запрет на университетское образование для женщин и лично разрешит нескольким женщинам посещать свои лекции. Позже, во время Второй мировой войны, уже немолодой Макс Планк попытается лично убедить Гитлера не преследовать евреев и будет помогать коллегам, подвергшимся преследованиям, выехать за границу или устроиться на другую работу.
В 1889 г. Планк по приглашению Гельмгольца занимает освободившуюся после смерти Кирхгофа кафедру теоретической физики Берлинского университета, попутно возглавляя открытый при университете Институт теоретической физики. Изучая на протяжении нескольких лет проблему теплового излучения, в 1900 г. учёный получает формулу для распределения энергии в спектре абсолютно чёрного тела. В ней впервые появляется идея о том, что излучение испускается порциями, или «квантами», энергия которых пропорциональна частоте излучения. Коэффициент пропорциональности позже назовут постоянной Планка, она равна 1,054•10−34 Дж•с.
Гипотеза Планка послужила стартом совершенно новому неклассическому направлению в науке – квантовой физике. Сам Планк впоследствии скажет: «Мои тщетные попытки как-то ввести квант действия в классическую теорию продолжались в течение ряда лет и стоили мне немалых трудов. Некоторые из моих коллег усматривали в этом своего рода трагедию. Но я был другого мнения об этом, потому что польза, которую я извлекал из этого углублённого анализа, была весьма значительной. Ведь теперь я точно знаю, что квант действия играет в физике гораздо большую роль, чем я вначале был склонен считать…». С подачи Планка и другие учёные стали использовать учение о квантах: Альберт Эйнштейн – для объяснения фотоэффекта, Нильс Бор – для объяснения структуры атома. В итоге, в 1918 г. Максу Планку присуждают Нобелевскую премию по физике с формулировкой «в знак признания услуг, которые он оказал физике своим открытием квантов энергии».
На фоне академического триумфа личная жизнь учёного усеяна болью потерь: в 1909 г. умирает Мария Мерк, супруга учёного. Спустя два года Планк женится на её племяннице – Маргарите фон Хесслин, от которой впоследствии у него родится сын Герман. Драма же Планка-отца растянется на годы: старший сын погибает на полях Первой мировой, обе дочери умирают при родах, а младший сын Эрвин 20 июля 1944 г. казнён за участие в заговоре против Гитлера. Трагические обстоятельства обнажают веру учёного, веру не абстрактно-умозрительную, но живую и действенную. Год спустя после смерти младшего сына в письме своему другу Антону Киппенбергу Планк напишет: «Если вообще есть утешение, то его можно найти в вечности, и я полагаю милостью неба, что во мне с детства была глубоко укоренена вера в вечное. Да защитит и укрепит тебя Бог во всем, что ещё ожидает нас, пока не придёт к концу это безумие, в котором всем нам пришлось жить».
В мае 1937 г. Макс Планк выступает со своим знаменитым докладом «Религия и естествознание». Вопреки становящемуся всё более популярным скептическому отношению интеллектуалов к религии и вере, учёный заявляет: «И религия, и естествознание нуждаются в вере в Бога, при этом для религии Бог стоит в начале всякого размышления, а для естествознания – в конце. Для первой Он означает фундамент, а для второй – вершину построения любых мировоззренческих принципов». Завершая свой доклад, Планк отмечает: «Следует неутомимо и непрестанно продолжать борьбу со скептицизмом и догматизмом, с неверием и суеверием, которую совместно ведут религия и естествознание, а целеуказывающий лозунг в этой борьбе всегда гласил и будет гласить: к Богу!».
Пережив две мировые войны, смерть близких людей, уничтожение дома, рукописей и дневников после бомбёжки англо-американской авиации, испытав личные сомнения в правильности своих научных выводов, Макс Планк смог сохранить веру, в которой вырос. Известно, что за обеденным столом он имел привычку молиться перед едой, а с 1920 г. вплоть до конца жизни служил старейшиной церковной общины в Груневальде.
Незадолго до своего 90-летия он отошёл в вечность в результате случившегося инсульта. Это произошло в Гёттингене 4 октября 1947 г. На могильной плите отца квантовой физики написали лишь имя и фамилию учёного, а также численное значение знаменитой постоянной Планка. Его именем были также названы астероид (1069 Planckia), кратер на Луне и запущенный в 2009 г. космический телескоп «Планк», предназначенный для изучения микроволнового реликтового излучения.