Tagadta a kvantumok létét, még

Nem is lenne semmi baj e véleménnyel, ha nem éppen az új tudományág, a kvantumfizika megalapítójától származna, aki tudta, felismerése Newton és Leibnitz matematikaelméleti bravúrjához hasonlítható. De tulajdonképpen mi is ez a tudományág, amelynek létezésében megalkotója sem hitt igazán, és hogyan jutott el a fizikatörténetet döntő módon befolyásoló felfedezéséhez?

Ki volt Planck?

Planck hagyománytisztelő porosz családban született, 1858. április 23-án. A gyermekkorában uralkodó légkör egész életét meghatározta: nem kedvelte a rebellis gondolatokat, olyannyira, hogy végső soron a sajátjait sem fogadta el. A müncheni, majd a berlini egyetemen tanult fizikát, doktori értekezését a mechanikai hőtan második főtételéből írta. Ebben a szakdolgozatban már több forradalmi gondolat található, viszont senki sem figyelt fel rá, ő maga pedig nem nép?sze?rű?sí?tette, annál is inkább, mert feszegette a klasszikus fizika határait. Először szülővárosának egyetemén tanított, majd 1889-ben meghívták őt Gustav Robert Kirchhoff, a villamosságtan egyik legnagyobb klasszikusának megüresedett tanszékére a berlini egyetemre. Itt elsősorban hangtani kutatásokkal bízták meg, akusztikai felismeréseinek köszönhetően 1894-ben megválasztották a Porosz Tudományos Akadémia tagjának. Viszont korábbi témájához, a termodinamikához sem maradt hűtlen: 1896-tól behatóan vizsgálta a feketesugárzást. A mérések pontosítása végett a fizikusok megalkották az abszolút fekete test fogalmát, azét a fényforrásét, amely minden ráeső sugárzást elnyel, tehát csakis saját forrásból táplálkozik. A természetben ilyen nem fordul elő, hiszen még Napunk sem nyeli el a ráeső fényt, ezért is szürke testként jellemzik a fizikusok, amiből az következhetne, hogy az abszolút fekete test csak kitaláció. Nos, e lehetetlent sikerült nagy pontossággal modellezni: egy zárt platina-iridium üreges hengert készítettek, amelynek egyik falába kis lyukat vájtak. Ezt felizzítva a lyukon keresztül kibocsátott fényről elmondható, hogy gyakorlatilag csakis saját forrásból ered. Planck mérései során kiderült, hogy a fényforrás energiája a fény rezgésszámának és egy állandónak, a Planck-féle konstansnak a szorzata.A legfontosabb képlet

Ez a fizikatörténet egyik legfontosabb képlete, amelyről a berlini Fizikai Társaság 1900. október 19-én tartott beszámolót. Már itt kiderült, hogy csak kis rezgésszámon használható. Hiszen ha belegondolunk, nem kevesebbet állított, mint hogy a rezgésszám növelésével nő a fény által hordozott energia is, amiből az következik, hogy az infravörös sugárzás csak negyedannyi energiát hordoz, mint az ultraibolya. Ezt nevezte el a fizikatörténet ultraibolya katasztrófának.

Planck meg volt győződve arról, hogy elmélete helyes, de valahogy másként értelmezendők a mérési eredmények. Két hónapi intenzív gondolkodás után 1900. december 14-én újabb beszámolót tartott a Fizikai Társaságban, ahol bejelentette, hogy a fénysugárzó úgy viselkedik, mintha több, csupán egyetlen rezgésszámot tartalmazó oszcillátorból állna. Az általa megadott új képlet korrigálta korábbi elméletének hiányosságait. Ez a nap tekinthető a kvantumelmélet születésnapjának. Kívülállóként azt hihetnénk, hogy Planckot ezért heves ünneplésben részesítették, vagy ellenkezőleg, vad elutasításba ütközött. Valójában semmi sem történt. Annál is inkább, mivel Joseph Fraunhofer jó két emberöltővel korábban felfedezte a csillagok fényében a róla elnevezett Fraunhofer-vonalakat, amelyek szintén nem folytonosak. Csakhogy az ő esetében egy-egy elem által kibocsátott fényről volt szó, míg Planck vizsgálataiban a felhevített test un. színhőmérsékletéről. Ugyanis ha egy testet hevíteni kezdünk, először csak hőt, majd hőmérsékletétől függően fényt bocsát ki. Erre a legjobb kísérleti helyet a kovácsműhely szolgáltatja: a tűzbe helyezett vas először vörösen izzik, majd a hőmérséklet növelésével sárgás, később fehér fényt sugároz ki. Ez esetben viszont senki sem kételkedik abban, hogy folytonos sugárzásról van szó.

Einstein kellett

Albert Einstein zsenije kellett annak felismeréséhez, hogy kimondja: semmi sem tűnik így vagy úgy, a fényforrás valójában nem folytonosan sugároz. Az Annalen der Physik történelmi jelentőségű 1905-ös évfolyamának negyedik kötetében nemcsak a speciális relativitáselméletként elhíresült tanulmányát közölte, hanem a fény kvantumelméletét is. Nem kevesebbet állít, mint hogy a fényforrás nem folytonosan, hanem egymást követő gyors adagokban, kvantumokban sugároz, és csakis azért hisszük, érzékeljük, tapasztaljuk, sőt mérjük is, hogy hullámzásról van szó, mert ezek az energiacsomagok hullámfelületet alkotnak. Ezt a merész ötletet az elsők között maga Planck vetette el, amelynek ékes bizonyítéka nyolc évvel később írt ajánlása Einstein tudományos akadémiai tagságához.

A kritikai gondolkodás legszebb példája Planck hozzáállása: nem fogadta el, hogy ő egy új tudományágat alapított meg. Pedig igazán nem volt oka a szerénységre, hiszen Einstein csak értelmezte az ő felismerését. Annál is inkább, mivel a tudománytörténet legnagyobbjai sem idegenkedtek attól, hogy maguknak tulajdonítsanak olyan felismeréseket, amelyek mások fejéből pattantak ki. Erre az egyik legjellemzőbb példa az isteni Isaac Newton esete, aki Robert Hooke-tól orozta el a tömegvonzás elméletét, viszont a sors megbüntette ezért: Wilhelm Gottfried Leibnitz az ő integrál és differenciálelméletét (infinitizemális elmélet) tulajdonította a magáénak. Sajnálatos módon magyar vonatkozása is van az ilyen jellembeli hiányosságoknak: a matematika fejedelme, Carl Friedrich Gauss fél mondatban kisajátította magának Bolyai Farkasnak írott levelében a nem-euklideszi geometria felfedezését, amely – ma már igazoltan – Bolyai János találmánya volt. Planck annak ellenére sem változtatott álláspontján, hogy megérte a kvantummechanika teljes győzelmét, amelyért vagy egy tucat Nobel-díjat osztottak ki Werner Heisenbergtől Wolfgang Pauliig. Szkepticizmusát pontosan jellemzi önéletrajzi elemektől sem mentes véleménye a tudományos elméletek elfogadásáról: „Valamely tudományos igazság nem úgy szokott győzelemre jutni, hogy az ellenfelek meggyőzetnek és kijelentik, hogy megtértek, hanem inkább úgy, hogy az ellenfelek lassan kihalnak, és a felnövekvő nemzedék már eleve hozzászokik az igazsághoz…”

Nobel-díjas lett

Szerencsére a Nobel-díj bizottság nem Planck ellenfelei sorából került ki, így 1918-ban neki ítélte a legrangosabb tudományos kitüntetést. Épp azért, amiben ő maga sem hitt: a hivatalos indoklás szerint „azon érdemeinek elismeréséül, amelyeket a fizika továbbfejlesztésében a hatáskvantum felfedezésével szerzett”.

Nemcsak kivételesen nagy tudós, hanem páratanul nagyszerű pedagógus is volt: egy tucatnyi világhírű utódot nevelt ki, közöttük három későbbi Nobel-díjas – Gustav Ludwig Hertz, Max von Laue és Walter Bothe – is az ő vezetése alatt doktorált.

Diadalmas tudományos karrierjével szöges ellentétben állt megpróbáltatásokkal teli élete: görög tragédiákba illő sorscsapásokat kellett elszenvednie: 1909-ben elvesztette imádott feleségét. Elsőszülött fia, Carl 1916-ban Verdunnél esett el, egy évvel később Grete lánya gyermeke szülésébe halt bele, 1919-ben ikertestvére, Emma lánya ugyanígy végzi harmincévesen életét. A második világháborúban a szövetségesek lebombázzák családi házát, amelyben pótolhatatlan értékű, több ezer kötetes tudományos könyvtára, és fél évszázadot felölelő levelezése a lángok martalékává válik. Konok igazságszeretete, emberi kiállása másodszülött fiát, Erwint a Hitler-ellenes merényletben való részvételre sarkallja, amiért a nácik kivégzik őt. Mindössze második felesége és ebből a házasságból született Hermann fia éli őt túl. 1947. október 4.-én, nyolcvankilenc éves korában hunyt el Göttingenben. Épp akkor, amikor három amerikai tudós, Walter Houser Brattain, William Shockley és John Bardeen szabadalmaztatta a kvantummechanika első fontos eredményét, a tranzisztort.

Az utókor méltó emléket állított emlékének: már halálának évében a Vilmos Császár Társaság – amelynek 1946-tól az elnöke volt – Max Planck Társaságra változtatja a nevét, a legjelentősebb egyetemi városokban róla nevezték el a tudományos intézetet, így Berlinben, Bonnban, Halléban, Rostockban, Freiburgban, Jénában és Halléban is a Max Planck Institutban kutathatnak a világ minden részéről összesereglett tudósok. De ami a legfontosabb: az általa elindított kvantumfizika eredményeit ma széles körben felhasználják, a világ ipari termelésének egynegyede erre épül. E tudományág híján ma nem ismernénk a modern elektronika ezernyi vívmányát, az integrált áramköröket tartalmazó tévétől és rádiótól kezdve a CD- és DVD-lejátszókig, a mobiltelefonokig, a műholdkövető rendszerekig, és a közvetlensugárzó műholdakkal bezárólag.

Tudósi tevékenysége, emberi magatartása, erkölcsi ereje olyannyira beleivódott a köztudatba, hogy legteljesebb, széles körben, nagy érdeklődéssel kísért életrajzi elemekkel tarkított bibliográfiája két évvel ezelőtt, 2006-ban jelent meg Berlinben, amely annak a nagy tudósnak és nagyszerű embernek állít méltó emléket, akinek felismerése civilizációnk legnagyobb változásához teremtette meg az alapokat.