Max Planck: Leben und Werk des Begründers der Quantenmechanik

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Frühes Leben und Ausbildung

Max Planck wurde in eine akademisch geprägte Familie geboren und zeigte schon früh vielseitige Talente. Neben seiner Begeisterung für Naturwissenschaften war er auch musikalisch hochbegabt. Trotzdem entschied er sich schließlich für die Physik, obwohl ihm davon zunächst sogar abgeraten wurde.

1858

Geburt in Kiel

Max Planck wird am 23. April 1858 in Kiel als Sohn des Juraprofessors Wilhelm Planck geboren.

1867

Umzug nach München

Nach dem Umzug seiner Familie nach München besucht Planck das Maximiliansgymnasium, wo sein Mathematiklehrer Hermann Müller seine Begeisterung für Physik, Mechanik und Astronomie weckt.

1874

Entscheidung für die Physik

Obwohl Planck hervorragend Klavier, Orgel und Cello spielt und auch singt, entscheidet er sich gegen eine musikalische Laufbahn und beginnt ein Physikstudium in München.

1877

Studium in Berlin

Für zwei Semester wechselt Planck nach Berlin und besucht unter anderem Vorlesungen der bekannten Physiker Hermann von Helmholtz und Gustav Kirchhoff.

1879

Promotion über Wärmelehre

Mit nur 21 Jahren promoviert Planck mit einer Arbeit über den zweiten Hauptsatz der Wärmelehre und beschäftigt sich dabei intensiv mit der Thermodynamik.

1880

Habilitation mit 22 Jahren

Nur ein Jahr später habilitiert sich Planck und beginnt seine akademische Laufbahn als Privatdozent an der Universität München.

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Wissenschaftliche Karriere und Beiträge zur Physik

Max Plancks wissenschaftliche Laufbahn begann zunächst eher unspektakulär. Seine frühen Arbeiten fanden in der Fachwelt nur wenig Beachtung. Das änderte sich mit seiner Forschung zur Wärmestrahlung grundlegend.

Professuren und akademische Laufbahn

Ein Schwarz weiß Portrait von Max Planck. — Scientific Identity, Portrait of Max Planck

Nach seiner Habilitation arbeitete Planck zunächst als Privatdozent in München. 1885 wurde er als außerordentlicher Professor für theoretische Physik an die Universität Kiel berufen. Vier Jahre später wechselte er nach Berlin, wo er 1892 den Lehrstuhl für theoretische Physik übernahm.

Planck machte sich zunehmend einen Namen in der Wissenschaft. 1894 wurde er Mitglied der Preußischen Akademie der Wissenschaften und im Studienjahr 1913/14 sogar Rektor der Berliner Universität. Als Professor galt er als klarer und sachlicher Lehrer, der komplexe physikalische Zusammenhänge verständlich erklären konnte.

Von der Thermodynamik zur Wärmestrahlung

Schon früh beschäftigte sich Planck intensiv mit der Thermodynamik und insbesondere mit der Entropie. Ab den 1890er-Jahren wandte er sich zunehmend der Wärmestrahlung zu. Dabei interessierte ihn eine Frage, an der sich damals viele Physiker die Zähne ausbissen: Nach welchen Gesetzen geben erhitzte Körper Strahlung ab?

Die Wissenschaft kann das letzte Geheimnis der Natur nicht lösen. Und das liegt daran, dass wir selbst letztlich Teil des Geheimnisses sind, das wir zu lösen versuchen.
Max Planck

Eine wichtige Rolle spielte dabei der sogenannte Schwarze Körper. Dabei handelt es sich um ein theoretisches Modell, das die gesamte auftreffende elektromagnetische Strahlung absorbiert.

Wird ein solcher Körper erwärmt, gibt er selbst Strahlung ab. Physiker wollten herausfinden, wie sich diese Strahlung abhängig von Temperatur und Wellenlänge verteilt.

Die damals bekannten Formeln konnten die experimentellen Messwerte allerdings nicht für alle Wellenlängen korrekt beschreiben. Genau an diesem Problem setzte Planck an.

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Entwicklung der Quantentheorie

Im Jahr 1900 entwickelte Planck schließlich das nach ihm benannte Plancksche Strahlungsgesetz, das die gemessene Wärmestrahlung eines Schwarzen Körpers korrekt beschreiben konnte.

Um seine Formel theoretisch herzuleiten, musste Planck eine ungewöhnliche Annahme machen: Energie konnte in seiner Berechnung nicht beliebig kontinuierlich ausgetauscht werden, sondern nur in bestimmten Portionen, sogenannten Energieelementen oder Quanten.

Am 14. Dezember 1900 stellte Planck seine Ergebnisse der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vor. Dieses Datum gilt heute häufig als die Geburtsstunde der Quantentheorie.

Dabei erkannte Planck selbst zunächst noch nicht die gesamte Tragweite seiner Annahme. Welche revolutionären Folgen die Idee der Energiequanten für die Physik haben sollte, zeigte sich erst in den folgenden Jahren.

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Die Planck-Konstante und die Formel E = h · f

Im Zusammenhang mit seinen Forschungen führte Planck eine fundamentale Naturkonstante ein: das Plancksche Wirkungsquantum, heute meist Planck-Konstante genannt.

E = h · f

E = Energie eines Lichtquants beziehungsweise Photons
h = Planck-Konstante
f = Frequenz der Strahlung

Vereinfacht gesagt bedeutet die Formel: Je höher die Frequenz elektromagnetischer Strahlung ist, desto größer ist die Energie eines einzelnen Photons.

Der exakte Wert der Planck-Konstante beträgt:

h = 6,62607015 × 10⁻³⁴ J·s

Seit der Neudefinition des Internationalen Einheitensystems im Jahr 2019 ist dieser Zahlenwert exakt festgelegt. Die Planck-Konstante gehört heute zu den fundamentalen Konstanten der Physik.

Einstein, Bohr und die Weiterentwicklung der Quantenphysik

Albert Einstein griff Plancks Idee der Energiequanten 1905 auf und entwickelte daraus seine Lichtquantenhypothese. Damit konnte er den photoelektrischen Effekt erklären: Trifft Licht mit ausreichend hoher Frequenz auf bestimmte Materialien, können Elektronen herausgelöst werden.

Für seine Erklärung dieses Effekts erhielt Einstein später den Nobelpreis für Physik.

Planck erkannte früh Einsteins wissenschaftliches Potenzial und setzte sich für seine Arbeit ein. Einsteins Vorstellung, dass auch Licht selbst aus einzelnen Energiequanten bestehen könne, betrachtete er zunächst allerdings skeptisch.

1913 übertrug Niels Bohr Quantenvorstellungen auf sein berühmtes Atommodell. In den 1920er-Jahren entwickelten Wissenschaftler wie Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Max Born schließlich die moderne Quantenmechanik weiter.

Anerkennung und Nobelpreis

Für die Begründung der Quantentheorie wurde Max Planck der Nobelpreis für Physik des Jahres 1918 zugesprochen, der ihm 1919 verliehen wurde. Seine Arbeit hatte die Grundlagen der klassischen Physik entscheidend erweitert und ihm internationale Anerkennung eingebracht.

1929 stiftete die Deutsche Physikalische Gesellschaft außerdem die Max-Planck-Medaille, eine bedeutende Auszeichnung für theoretische Physik. Die ersten beiden Preisträger waren ausgerechnet jene beiden Wissenschaftler, deren Arbeiten die moderne Physik besonders stark geprägt hatten: Max Planck und Albert Einstein.

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