МЫ НИКОГДА НЕ ВСТРЕТИМ ПРОТИВОРЕЧИЯ МЕЖДУ РЕЛИГИЕЙ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕМ». К 150-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ МАКСА ПЛАНКА
Татьяна Пономарева
Торжественно вопрошаю тебя! Решился ли ты клятвенно обещать и самым священным образом подтвердить то, что ты желаешь радеть по мере сил своих о благородных искусствах, продвигать их вперед и украшать их? И не ради корысти или стяжания пустой и ничтожной славы ты будешь делиться своими знаниями, но для того, чтобы шире распространялся свет Божественной истины?..
Из присяги, даваемой в Мюнхенском университете при получении степени доктора наук
Одна из универсальных числовых констант природы, входящая во многие формулы и физические законы, которые описывают поведение материи и энергии в масштабах микромира, названа его именем – постоянная Планка. И с десяток физических институтов в Германии. В 1919 году он был удостоен Нобелевской премии по физике «в знак признания его заслуг в деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». Квантовая физика – раздел, без которой невозможно представить современную науку. В этом году исполняется 150 лет со дня рождения основоположника квантовой теории Макса Планка.
Макс Карл Эрнст Людвиг Планк родился 23 апреля 1858 года на берегу Балтийского моря, в городе Киле. Его отец, профессор гражданского права Иоганн Юлиус Вильгельм фон Планк, принадлежал к древнему дворянскому роду, давшему не одно поколение юристов, ученых, священников, учителей, богословов, видных военных деятелей. Известный физик Макс Борн говорил, что для понимания характера Макса Планка и истоков его успеха в науке необходимо помнить и знать его предков, благороднейших, прекрасных, великодушных людей, всех себя отдававших служению Церкви и государству.
В 1867 году, когда Максу было девять лет, семья переехала в Мюнхен, и там Планк поступил в Королевскую Максимиллиановскую классическую гимназию. Усидчивый, прилежный, с чрезвычайно развитым чувством долга, Макс всегда в учении шел первым. Рано в нем проявились и неординарные математические способности, а доверие учителей математики к нему был так велико, что, если кто-то из них заболевал, Макса просили заменять их.
Но когда встал вопрос о жизненном поприще, молодому человеку пришлось выбирать между наукой и искусством: он был необычайно одарен и музыкально, страстно любил музыку, играл на нескольких инструментах. Пианист он был, без преувеличения, виртуозный. Выбор был сделан все же в пользу науки, но и став студентом Мюнхенского университета, юный физик не оставлял музыки и часто во время богослужения играл на органе в студенческой церкви.
Закончив университет и защитив диссертацию, молодой ученый занялся исследованием в области термодинамики. Особый интерес он проявлял к второму закону термодинамики, энтропии, необратимым процессам, закону сохранения энергии. В 1896 году Планк обратился к проблеме излучения так называемого абсолютно черного тела1. Им была высказана мысль о дискретности энергии. Для обоснования экспериментальных данных Планк предложил совершенно неординарное допущение: энергия излучения всегда кратна некоторой минимальной величине, которую назвал квантом. Энергия кванта определялась частотой излучения, умноженной на некоторую константу, которая позже стала именоваться «постоянной Планка».
14 декабря 1900 года Макс Планк на заседании Берлинского физического общества прочитал доклад на тему «К теории распределения энергии излучения нормального спектра», где изложил свою гипотезу дискретности излучения абсолютно черного тела. На докладе присутствовал узкий круг людей, занимавшихся проблемами спектроскопии, и, казалось, речь идет о чем-то частном и узком. Гениальная мысль, осенившая Планка, тогда представлялась остроумным приемом, позволившим улучшить теорию весьма частного явления. Ни сам Макс Планк, ни слушатели не понимали грандиозности происходящего – рождения нового взгляда на физический мир, рождения квантовой теории. Планку тогда было 42 года.
Время создания квантовой теории – это время особого подъема в науке, можно сказать, революционного для науки вообще и для физики в частности. Клаузиус и Кирхгоф, Больцман и Герц, де Бройль и Нернст, Рентген и Кюри, Бор и Шредингер… Этот список можно увеличить в пять и десять раз, и все равно мы не охватим всех, кто трудился в эти славные для науки годы, создавая фундамент нашего современного научного взгляда на мир. Имена этих ученых входят в современные учебники по физике и математике, по термодинамике и химии. Но лишь два имени ознаменовали начало двух фундаментальных направлений в теоретической физике: теории относительности и квантовой теории – Альберт Эйнштейн и Макс Планк. Два друга, хотя и с существенной разницей в возрасте, два единомышленника. Они поддерживали друг друга и в жизни, и в работе, они были близки во взглядах на теоретическую физику и во взглядах этических и духовных. Альберт Эйнштейн был первым ученым, который осознал важность гипотезы квантов и начал ее успешно творчески развивать.
Позже на одной из своих лекций Макс Планк скажет: «Как возникает научная идея и что для нее характерно? Задавая этот вопрос, я, конечно, не имею в виду заняться подробным анализом тонких умственных процессов… Эти процессы – Божественные тайны, которые или совсем не поддаются объяснению или могут быть освещены лишь в известной степени; пытаться проникнуть в их сущность было бы неразумным и самонадеянным». Является ли любое новое слово в науке Божием откровением, дарованным Им для человечества через своих избранников или это плод умствования дерзкого ума – показывает время и плоды открытия. «Имейте веру в силу изречения, которое уже более 19 веков служит последним и самым надежным признаком, отличающим ложных пророков от истинных: по плодам их познаете их (Мф. 7: 20)».
В 1901 году, опираясь на экспериментальные данные по излучению абсолютно черного тела, Планк вычислил значение постоянной Больцмана (эквивалент между кинетической энергией молекул и абсолютной температурой) и, используя другую известную информацию, получил число Авогадро (число атомов в одном моле вещества). Исходя из числа Авогадро, Планк сумел с высочайшей точностью найти электрический заряд электрона.
Глобальная новизна гипотезы Планка, подрывающая основы классической физики, у большинства физиков вызывала недоверие. Однако неоспоримые факты успешного ее применения для необъяснимых экспериментальных данных говорили в ее пользу: в 1905 году Альберт Эйнштейн применил гипотезу Планка для объяснения фотоэлектрического эффекта и ввел представление о фотоне – кванте электромагнитного излучения, а в 1913 году Нильс Бор применил квантовую теорию к строению атома. В модели Бора, который использовал планетарную модель атома, электроны в атоме могли находиться только на определенных энергетических уровнях, определяемых квантовыми ограничениями. Переход электронов с одного уровня на другой сопровождается выделением разности энергий этих уровней в виде фотона излучения с частотой, равной энергии фотона, деленной на постоянную Планка. Тем самым получали квантовое объяснение характеристические спектры излучения, испускаемого возбужденными атомами.
Лавинообразно квантовая теория стала распространяться и в ядерной физике, и в атомной модели, и в физике твердого тела. Эйнштейн в своей книге «Физика и реальность» говорит, что открытие Планка «стало основой всех исследований в физике XX века и с тех пор почти полностью обусловило ее развитие. Без этого открытия было бы невозможно установить действительную теорию молекул и атомов и энергетических процессов, управляющих их превращением. Больше того, оно разрушило остов классической механики и электродинамики и поставило перед наукой задачу: найти новую познавательную основу для всей физики». Последователь и ученик Планка Лауэ говорил: «Закон квантов энергии hν был не продолжением прежней физики, а переворотом в ней. Следующие десятилетия все яснее показывали, насколько глубок был этот переворот и также насколько он был необходим». Сам же Макс Планк, консервативный по духу, преданный классической физики, с горечью как-то заметил: «Ни один физический закон не защищен теперь от сомнений, всякая физическая истина считается доступной оспариванию. Дело имеет иногда такой вид, как будто в теоретической физике снова наступила пора первозданного хаоса».
Кроме Нобелевской премии, которую Макс Планк получил в 1919 году, великий физик был удостоен медали Копли Лондонского королевского общества (1928) и премии Гете г. Франкфурта-на-Майне (1946). Планк состоял членом Германской и Австрийской академий наук, а также научных обществ и академий Англии, Дании, Ирландии, Финляндии, Греции, Нидерландов, Венгрии, Италии, России (а затем Советского Союза), Швеции и США. Германское физическое общество назвало в честь него свою высшую награду медалью Планка, и сам ученый стал первым обладателем этой почетной награды. В честь его 80-летия одна из малых планет была названа Планкианой, а после окончания Второй мировой войны Общество фундаментальных наук кайзера Вильгельма было переименовано в Общество Макса Планка.
Признание и почет, авторитет в мировом научном сообществе… В частной же жизни ученый познал и семейные радости, и скорбь утрат.
В 1887 году Планк женился на своей подруге детства Марии, урожденной Мерк. Несмотря на свою занятость, ученый всегда находил время для детей и друзей. Семейный круг был дорог ему и любим им. Но в 1909 году его первая жена скончалась, оставив двух сыновей и двух девочек-близнецов. Двумя годами позже Планк женился на племяннице своей умершей супруги Марге фон Хесслин, которая подарила ему еще одного сына. Но через несколько лет ученому пришлось пережить смерть своих детей: старший сын Планка погиб в 1916 году в Первую мировую войну, а в 1917 и 1918 годах обе его дочери умерли при родах. Второй сын от первого брака был казнен в 1944 году как участник неудавшегося заговора против Гитлера.
Скончался Планк в Геттингене за шесть месяцев до своего девяностолетия – 4 октября 1947 года.
Тонкое восприятие глубоких тайн мира было даровано этому великому физику неслучайно. Глубокая религиозность, стремление познать мир Божий были естественными чертами этого человека, что отразилось, в частности, в его докладе «Религия и естествознание»2, прочитанном в Дерптском университете в мае 1937 года