Max Planck (1858-1947)

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Max Planck, physicien allemand, est né le 23 Avril 1858 à
Kiel, capitale du Schleswig-holstein, issu d’une famille
nombreuse (il en est le sixième enfant) de la haute
bourgeoisie allemande. Willem Planck, son père, est professeur
de Droit à l’université de la ville, puis à Munich en 1867.
C’est là que le jeune Max entame ses études secondaires.

Max Planck (1858-1947)

Max Planck, physicien allemand, est né le 23 Avril 1858 à
Kiel, capitale du Schleswig-holstein, issu d’une famille
nombreuse (il en est le sixième enfant) de la haute
bourgeoisie allemande. Willem Planck, son père, est professeur
de Droit à l’université de la ville, puis à Munich en 1867.
C’est là que le jeune Max entame ses études secondaires.

Il hésite alors entre se consacrer à la science ou à la
musique. En 1874, il a fait son choix et entame des études de
mathématiques et de physique à l’université. Il obtient son
baccalauréat à dix-sept ans et trois ans plus tard, il part
pour Berlin afin d’y apprendre sous la direction de Helmholtz
et de Kirchhoff. Max Planck est déçu des cours qu’on lui
administre et prend la décision de travailler en solitaire,
par la lecture et l’étude. En 1880, il soutient sa thèse de
doctorat sur la théorie de la chaleur : le second principe de
la thermodynamique, les états d’équilibre des corps isotropes
aux différentes températures. C’est une réussite et on lui
accorde d’enseigner à l’université. Il devient donc dans un
premier temps professeur adjoint à Munich, puis à Kiel. En
1885, il est nommé professeur extraordinaire de physique
théorique à l’université de sa ville natale. Quatre ans plus
tard, à la mort de Kirchhoff, et sur recommandation de
Helmholtz, il est appelé à l’université de Berlin, où il
poursuit ses travaux en thermodynamique, en électromagnétisme
et en physique statistique. Il y passera quarante années.
Planck est partisan de la théorie de la chaleur nous l’avons
vu, néanmoins il rejette le modèle atomiste des gaz de Maxwell
et Boltzmann. Pour lui, la théorie atomique s’effondrera à
terme en faveur de l’hypothèse de la matière continue.

Travaillant à formuler avec exactitude le second principe de
la thermodynamique, il s’intéresse dès 1894 à l’équilibre
entre le flux continu du rayonnement électromagnétique et un « 
corps noir » constitué de « caisses de résonance » absorbant
et émettant (le noir de carbone, absorbant 97% du rayonnement,
se rapproche de cet idéal). Planck se rend compte que le
rayonnement émis par le corps noir peut absorber de façon
égale toutes les radiations, quelle qu’en soit la fréquence.
Il veut démontrer les spectres expérimentaux d’intensité du
rayonnement du corps noir, mais il échoue partiellement, ce
qui le conduit à adopter les méthodes statistiques de
Boltzmann. Lorsqu’on porte le corps noir à une certaine
température, l’émission et l’absorption se fait de façon
discontinue, par « quanta ». De fait, après avoir subdivisé le
continuum des énergies accessibles aux résonateurs en éléments
de taille fixée (la taille des éléments d’énergie de Boltzmann
était arbitraire), il calcule statistiquement l’entropie. Le
problème se résout en imaginant l’énergie électromagnétique
portée par des grains, de telle façon que l’énergie soit
proportionnelle à la fréquence du rayonnement. En Octobre
1900, il découvre ainsi la loi spectrale du rayonnement
thermique dans le vide.
Pour simplifier, il émet l’hypothèse qu’il n’existe que des
niveaux d’énergie déterminés par une constante universelle, le
quanta énergétique. Ce que nous connaissons aujourd’hui sous
le nom de Constante de Planck. L’équation résultante s’écrit
e=hv. La dimension des éléments d’énergie e dépend de la
constante universelle h et de la fréquence v du rayonnement.
La constante de Planck vaut 6.626x10-34 J.s.

Devant l’importance de la découverte, Planck recule dans un
premier temps, en pensant aux conséquences d’un tel impact sur
la pensée physique de l’époque. C’est le 14 Décembre 1900
qu’il fait part de sa découverte à la société de physique de
Berlin. Il ne se doute alors pas qu’il vient d’inventer une
nouvelle branche de la physique : la physique quantique.
C’est donc la naissance de la théorie des quantum, et Planck
en est le père. Si Planck est le fondateur de la théorie
quantique, il faudra attendre 1927 et le principe d’« 
incertitude » d’Heisenberg, qui feront apparaître la constante
de Planck comme l’expression quantitative d’une limite
fondamentale imposée à la détermination des couples de
variables qui définissent l’état d’un système en physique
classique.
Ce sont précisément les travaux de Planck qui mettront
Einstein sur la voie, pour établir sa théorie de la relativité
restreinte et de sa célèbre équation E=mc², en 1905. Les
travaux d’Einstein (relativité restreinte puis générale), de
Bohr (création du modèle de l’atome en 1913) et de Louis de
Broglie (élaboration de la mécanique ondulatoire) conduisent
les physiciens à considérer que le rayonnement
électromagnétique et les orbites électroniques autour du noyau
sont quantifiés selon des expressions similaires à celles des
éléments d’énergie de Planck.

En 1912, Max Planck devient secrétaire perpétuel du comité de
physique de l’académie de Prusse. Il reçoit pour son œuvre le
prix Nobel de physique en 1919. On fonde alors la médaille « 
Max Planck » de physique, qui lui est conjointement attribuée
à Einstein en 1929. L’année suivante, à la mort de von
Harnack, Planck devient président de la société
Kaiser-Wilhelm. Dans le même temps, il rédige toujours des
traités de physique théorique, et travaille également sur des
ouvrages de vulgarisation réputés pour leur accessibilité.
Max Planck meurt le 4 octobre 1947 à Göttingen.

Planck aura été reconnu par les plus grands scientifiques,
même avant sa mort. Einstein dit de lui qu’il fut « un homme à
qui il a été donné de doter le mode d’une grande idée
créatrice. » Quant à Louis de Broglie, il affirme : « l’œuvre
qu’il a accomplie est de celles qui assurent à leur auteur une
gloire immortelle et, si quelque cataclysme ne vient pas
anéantir notre civilisation, les physiciens des siècles à
venir parleront toujours de la constante de Planck et ne
cesseront de répéter avec admiration le nom de celui qui a
révélé aux hommes l’existence des quanta. ».

Planck est également connu pour avoir donné son nom au célèbre
« mur de Planck », ou « temps de Planck ».
Afin de connaître l’origine de l’univers, les physiciens
s’affairent à remonter le temps afin d’arriver à l’instant
zéro, aussi parfois appelée « singularité initiale », dans le
but de percer le « mystère ». Le mur de Planck, c’est le
moment, dans la création de l’univers, où les connaissances
humaines en terme de physique s’arrêtent. Il correspond à
10-43 secondes après l’instant zéro. Il représente également à
la plus petite distance entre deux points dans l’univers :
10-33 cm.
A cette époque, où la gravitation et les autres forces ne
forment qu’une interaction unique, règnent une température et
une densité quasi-infinie ; le temps se déforme et se courbe
lui aussi quasi infiniment, il accélère, décélère et se replie
sur lui-même en même « temps » que l’espace. Mais nous
reviendrons en détails sur ce point dans le chapitre consacré
à l’univers et au Big-bang.

Cet article provient de Astrofiles : les dossiers de l’astronomie
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