„Wer es einmal soweit gebracht hat, dass er nicht mehr irrt, der hat auch zu arbeiten aufgehört.“ - Max Planck

Wie würdest du dich fühlen, wenn man dir sagen würde, dass du nicht dein gewähltes Fach studieren darfst, weil es ein überholtes Fach ist? Genau das ist Max Planck passiert, als er einem Lehrer aus München erzählte, dass er gern Physik studieren würde. Der Lehrer sagte ihm, dass dies keine gute Wahl sei, da auf dem Gebiet im Prinzip alles bereits entdeckt sei.

Dank seiner Willensstärke und aufgrund des Umstands, dass er viele Vorbehalten gegenüber der gewonnenen Erkenntnisse hatte, wurde Planck zu einer bedeutenden Figur für die Menschheit mit seiner Entdeckung eines neuen Feldes in der Physik: der Quantenmechanik. Dieses bildete die Grundlage für viele weiterführende Studien und veränderte die gesamte Physik für immer.

In diesem Artikel kannst du mehr zu Max Plancks Leben und Entdeckungen erfahren. Vielleicht inspiriert es dich, ebenso Physik zu studieren.

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Und los geht's

Physik: Wer war Max Planck?

Max Planck wurde in Deutschland 1858 in einer traditionellen Akademikerfamilie geboren. Der Großvater und der Urgroßvater waren beide Dozenten der Theologie und der Vater Dozent für Recht. Sein Interesse am Studium begann früh, so richtig zutage trat es jedoch, als die Familie nach München zog, Max war neuen Jahre alt.

Es war zu diesem Zeitpunkt, dass er in die Schule kam, an der Herrmann Müller als Lehrer arbeitete. Er hatte großes Interesse an der Jugend und führte Max in die Mechanik, Mathematik und Astronomie ein. Zufall oder nicht: Seine ersten Arbeiten sollten später im Bereich der Thermodynamik, der Thermoelektrizität und der Theorie der verdünnten Lösungen anzusiedeln sein.

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Plancks erste Studien bezogen sich auf die Thermodynamik. Quelle: Unsplash.

Planck war stets ein ausgezeichneter Schüler, so sehr sogar, dass er seinen Doktortitel mit 21 Jahren machte. Er hatte auch ein besonderes Musiktalent: er lernte Gesang und Klavier, Orgel und Violoncello und komponierte sogar einige Opern. Als dann die Stunde kam, eine Entscheidung über seine Zukunft zu treffen, entschied er sich für die Physik.

Trotz des Ratschlags seines Lehrers Phillip von Jolly, dass alle entdeckt sei und es nicht viel in der Physik zu tun gebe, entschied er sich für das Studium. Seine Antwort war, dass es nicht sein Ziel sei, viele neue Entdeckungen zu machen, sondern nur die verstehen wolle, die es bereits gebe. Seine wissenschaftliche Karriere bestand tatsächlich wenig aus Experimenten, da er sich direkt für die theoretische Physik entschied.

Als er nach Berlin umzog, um sein Studium fortzusetzen, langweilte sich Planck im Unterricht seiner Dozenten und führte ein Selbststudium durch, wobei er sich auf die Wärmelehre konzentrierte. Das war auch das Thema seiner Doktorarbeit.

Zu diesem Zeitpunkt wurde er selbst Lehrer und gab Unterricht an seiner alten Schule in München und später an der Universität in Berlin. Etwas später wurde im sogar das Amt des Rektors zuteil. Max träumte von einer wissenschaftlichen Karriere und nachdem er in dem Bereich eine Weile ignoriert wurde, änderte er dank seiner Intelligenz die Situation.

Max begann seine Auseinandersetzung mit elektromagnetischen Strahlen, entdeckte dabei eine neue Konstante, die später nach ihm benannt und zur Planck-Konstante werden sollte. Die Entdeckung wird bis heute verwendet, um die Energie von Photonen zu berechnen.

Planck und seine ersten Schritte in der Theorie der Quantenphysik

Die ersten Anzeichen für die Existenz der Quantenmechanik gab es 1838 für Michael Faraday. Der Begriff Schwarzer Körper kam 1859 erstmalig auf, nur ein Jahr nach Plancks Geburt.

Berlin
Planck hatte ein Amt im Rektorat der Universität Berlin inne. Quelle: Unsplash.

1900 entdeckte Planck das Gesetz der Wärmestrahlung, welches auch plancksches Strahlungsgesetz genannt wird. Dieses besteht daraus, die Schwarzkörperstrahlung zu berechnen. Ihm zufolge absorbieren solche Körper ein hohes Maß an Strahlung, weshalb sie dem menschlichen Auge schwarz erscheinen.

Auf diese Weise wurde er zum ersten Physiker, der entdeckte, dass Energie quantisiert werden könne. Natürlich trugen andere vorangegangene Entdeckungen ebenso dazu bei. Planck zufolge kann Strahlung in eine begrenzte Menge Energie umgewandelt werden, die durch Punkte im Raum repräsentiert werden. Diese Punkte wurden später Photonen genannt.

Die verwendete Formel für die Berechnung der Strahlung verlangte die Temperatur des Körpers und die Länge der Welle. 1901 wurde diese Formel von Wilhelm Wien gestützt, der zu dem Schluss kam, dass sie sich an eine beliebige Wellenlänge anpassen ließe. Zu dieser Zeit hatte Einstein bereits den photoelektrischen Effekt mit der Existenz von Photonen erklärt.

Auf Grundlage dieser Gleichung gelang es Max, das von Rayleigh Jeans aufgestellte Problem der UV-Katastrophe zu lösen.

Das war der Ausgangspunkt für die Quantentheorie, die erst zehn Jahre später in Zusammenarbeit mit Niels Bohr und Albert Einstein entwickelt wurde.

Die Arbeit von Planck brachte ihm viel Anerkennung ein: Für seine Entdeckung erhielt er 1918 den Nobelpreis der Physik. Er wurde außerdem Direktor der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft und behielt dieses von 1930 bis 1937 inne.

Der Begriff Quantenphysik wurde erstmalig 1931 in einer Arbeit benutzt, die Plancks Arbeit zum Thema hatte.

E=h*f: Die Planck-Konstante

Plancks Untersuchungen zufolge kann jedes Atom zumindest kleine Mengen an Energie austauschen. Außerdem kann ein Schwarzer Körper die gesamte Strahlung absorbieren, die auf ihn trifft und zu einem Emittenten dieser Energie werden.

Das Thema war bereits zuvor von Rayleigh-Jeans untersucht worden, der folgende Formel entwarf: ρT(v)dv=8*π*v2*k*Tc3dv. Eine solche Gleichung würde jedoch nur zur UV-Katastrophe beitragen, wie sich schon in den Unterschieden zwischen der Theorie und den praktischen Versuchen zeigte. Diese Gleichung funktionierte nur in Fällen niedriger Frequenz.

Für Planck sollte die Energie als diskrete Variable in der Gleichung agieren und nicht als kontinuierliche. Er begann deshalb die bestehenden Intervalle zwischen den möglichen Werten der Energie als steigende Variable festzuhalten. So kam er zu der Beobachtung, dass es Gleichheit zwischen den studierten Größen gab.

Die verwendete Formel ist also: E=h*f

  • E repräsentiert die Energie des Photon, auch Quantenenergie genannt
  • h ist die Planck-Konstante
  • v ist die Strahlenfrequenz.

Obwohl es Planck gelang, auf Grundlage von Untersuchungen und Experimenten den Wert seiner Konstante zu bestimmen, der genaue Wert der Konstante wurde auf der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht festgelegt und kann folgendermaßen dargestellt werden: h = 6,63x10-34J*s.

Jahre später gab Planck selbst zu, dass die Entdeckung aus reiner Verzweiflung entstanden war: Er musste eine theoretische Lösung aus Gründen der Formalität finden. Das führte dazu, dass er dem Ganzen von Anfang keine große Aufmerksamkeit widmete. Es dauerte, bis er zu der Überzeugung gelangte, dass die Erklärungen der klassischen Physik nicht die Antwort bieten konnten, die er brauchte. Im Gegensatz zu Newton und Einstein, die als Genies angesehen wurden, wurde Planck als gewissenhafter Wissenschaftler betrachtet.

Einstein und Bohr
Einstein und Bohr bauten auf Plancks Arbeit auf.

Seine Untersuchungen wurden schließlich von Bohr zu Ende geführt, der 1913 die Formel für die Berechnung der Energie des Wasserstoffatoms entdeckte (heute bekannt als „Bohrsches Atommodell”). Dieses Modell widersprach der Entdeckung von Rutherford, dass jedes Elektron stets um den Kern in derselben Umlaufbahn kreise. Bohr entdeckte, dass eine solches Modell zu einem kontinuierlichen Verlust von Energie führen würde. Daraufhin wurde die Energie untersucht, die für fixe Umlaufbahnen von Nöten wäre, wenn ein Elektron nur dann Energie abgäbe, wenn es sich von einer Umlaufbahn zur nächsten bewegt. Er führte eine ergänzende Untersuchung zu Plancks Forschung durch.

Planck und Einstein arbeiteten im Prinzip auch zusammen: Planck erkannte, dass Einstein Potenzial hatte. Einstein wendete Plancks Ergebnisse auf seine Untersuchungen zum photoelektrischen Effekt an.

Gemeinsamen Untersuchungen zufolge führt Licht, wenn es auf bestimmte Metalle trifft, dazu, dass diese Elektronen freisetzen. Dieser Effekt steigt nicht in der Menge, wenn die Lichtbestrahlung intensiviert wird. Auf der anderen Seite verändert diese Intensität des Lichtes die Wellenlänge, die sich wiederum auf die Elektronen auswirkt. Die Interferenz geschieht also, nur auf indirekte Art und Weise.

Auf Grundlage der Studien von Planck, denen zufolge die Strahlung Energiepakete bildet und diese Energie benötigt wird, um Elektronen von Materie zu trennen, ist also diese Energie, die die Intensität der Aktivität bestimmt. Eine Strahlung hoher Frequenz trennt Elektronen schneller von Masse als Strahlung geringer Frequenz. Der Nobelpreis für Physik, den Einstein 1921 erhielt, wurde aufgrund dieser Entdeckung vergeben und nicht für die Relativitätstheorie.

Max Planck stimmte der Nazi-Gesinnung nie zu. So wenig sogar, dass er versuchte mit Adolf Hitler zu sprechen, damit er jüdische Wissenschaftler freiließ. Er sagte, dass einige Juden tatsächlich unnütz seien, andere jedoch Großes für die Menschheit zu leisten hatten, so zum Beispiel die Wissenschaftler.

Die Antwort, die er darauf erhielt, war folgende: „Wenn die Wissenschaft nicht ohne Juden auskommt, dann müssen wir eben ohne Wissenschaft leben!“. Dieses Gespräch führte Jahre später zum Tod von Plancks Sohn. In Bezug auf ein Attentat, das Hitler zum Ziel hatte, wurde er beschuldigt und exekutiert.

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Planck stimmte der Nazigesinnung nicht zu. Quelle: Unsplash.

Nach dem Tod des Sohns verlor Planck seine Lebensfreude. Er zog mit seiner Frau in eine kleine Stadt um, wo er bis zu seinem 89. Lebensjahr lebte und schließlich infolge eines Sturzes und mehrerer Schlaganfälle verstarb.

Der Tod kam ihm als eine Art Erlösung. Im Leben erhielt er Preise und Auszeichnungen. Noch immer wird er für die Wissenschaftler der Welt der Physik bewundert und respektiert und wurde bereits zum Namensgeber eines Asteroiden, einer Raumsonde und eines Kraters.

Auch andere Berühmtheiten der Physik hatten schwierige Leben, so zum Beispiel Marie Curie.

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Sarah

Als Dolmetscherin und Übersetzerin sind fremde Länder und Kulturen mein täglich Brot. Wenn ich nicht gerade meine Leidenschaft für Sprachen und Reisen auslebe, bin ich auf Fußballplätzen zu finden, mit meinem Longboard unterwegs oder probiere mich wahrscheinlich gerade an einer anderen Sportart aus.