มักซ์ พลังค์

มักซ์ พลังค์

              มักซ์ คาร์ล แอร์นสต์ ลุดวิก พลังค์ (อังกฤษ: Max Karl Ernst Ludwig Planck) (23 เมษายน พ.ศ. 2401 - 4 ตุลาคม พ.ศ. 2490) เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ผู้บุกเบิกการศึกษาทฤษฎีควอนตัม อันเป็นส่วนสำคัญในการศึกษาฟิสิกส์สมัยใหม่ แม้ในชีวิตตอนแรกของเขาจะดูราบรื่น โดยเขามีความสามารถทั้งทางดนตรีและฟิสิกส์ แต่เขากลับเดินไปในเส้นทางแห่งนักฟิสิกส์ทฤษฎี จนเขาได้ตั้งทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่สำคัญต่อฟิสิกส์สมัยใหม่ นั่นคือ กฎการแผ่รังสีของวัตถุดำของพลังค์ รวมถึงค่าคงตัวของพลังค์ ซึ่งนับว่าขาดไม่ได้เลยสำหรับการศึกษากลศาสตร์ควอนตัม ทว่าบั้นปลายกลับเต็มไปด้วยความสิ้นหวังจากภัยสงคราม เขาต้องสูญเสียภรรยาคนแรก และบุตรที่เกิดกับภรรยาคนแรกไปทั้งหมด จนเหลือเพียงตัวเขา ภรรยาคนที่สอง และบุตรชายที่เกิดกับภรรยาคนที่สองเพียงคนเดียว ถึงกระนั้น มักซ์ พลังค์ ก็ยังไม่ออกจากประเทศเยอรมนีอันเป็นบ้านเกิดของเขาไปยังดินแดนอื่น
            มักซ์ พลังค์ ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี พ.ศ. 2461 (มอบให้เมื่อปี พ.ศ. 2462) นอกจากนี้ สมาคมฟิสิกส์เยอรมันได้นำชื่อเขาไปตั้งชื่อรางวัล "เหรียญมักซ์ พลังค์" (Max Planck Medal) ซึ่งเขาเป็นผู้ได้รับในปีแรกร่วมกับ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อปี พ.ศ. 2471

           ผลงานทางวิทยาศาสตร์

          การศึกษาการแผ่รังสีของวัตถุดำ
          ในปี พ.ศ. 2437 มักซ์เริ่มให้ความสนใจปัญหาการแผ่รังสีของวัตถุดำ โดยในตอนแรก กุสตาฟ คีร์คฮอฟฟ์ ได้ตั้งคำถามว่า "ความเข้มของการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยวัตถุดำ ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแผ่รังสีกับอุณหภูมิของวัตถุอย่างไร?" มักซ์ได้ศึกษากฎของเรย์เล-จีน (ซึ่งอธิบายได้ดีที่ความถี่ต่ำ ๆ) และกฎของเวียน (ซึ่งอธิบายได้ดีที่ความถี่สูง ๆ) จากนั้น เขาจึงนำข้อดีของกฎทั้งสองมาสรุปเป็นกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำของพลังค์ (Planck black-body radiation law) โดยใช้แนวคิดว่า พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต้องถูกปลดปล่อยในรูปของอนุภาคเล็ก ๆ เรียกว่า ควอนตา (มาจากภาษาละตินแปลว่า "เท่าไร?") มิได้ถูกปลดปล่อยเป็น"ก้อน"พลังงานใหญ่ ๆ เลย (สังเกตได้จากการเผาลวดโลหะ จะพบว่าโลหะนั้นเปล่งแสงไม่เท่ากัน และการที่เป็นเช่นนี้เองทำให้มีพลังงานไม่เท่ากันด้วย) และมีพลังงานอยู่ค่าหนึ่ง ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแผ่รังสี และหาได้จากสมการอันเลื่องชื่อ E (พลังงาน) = h (ค่าคงตัวของพลังค์) × ν (ความถี่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ต่อมามักซ์ได้เสนอกฎของเขาในที่ประชุมสมาคมฟิสิกส์เยอรมัน เมื่อวันที่ 19 ตุลาคม พ.ศ. 2443 และในปีถัดมางานของเขาก็ถูกตีพิมพ์ จากผลงานนี้เองทำให้มักซ์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ นอกเหนือจากนี้ งานของเขาเป็นพื้นฐานของแบบจำลองอะตอมของนีลส์ บอร์ เมื่อปี พ.ศ. 2448 และการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อปี พ.ศ. 2456 แม้ว่ามักซ์จะเคยปรารภเกี่ยวกับการแบ่งส่วนพลังงานออกเป็นควอนตาว่า
"มันก็แค่เป็นสิ่งสมมุติขึ้นมาเท่านั้น...จริง ๆ แล้วข้าพเจ้าไม่ได้คิดอะไรกับมันมากหรอก...
แต่ต่อมา สิ่งที่เขา "สมมุติ" ได้กลายเป็นจุดกำเนิดของฟิสิกส์ควอนตัม ที่มีแนวคิดแผกไปจากฟิสิกส์ดั้งเดิม"

        การถกเถียงเรื่องทฤษฎีควอนตัม
        ช่วงท้ายทศวรรษที่ 1920 โวล์ฟกัง เพาลี (Wolfgang Pauli) นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (Werner Heizenberg) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน และนีลส์ บอร์ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ได้ร่วมกันเสนอแนวคิดเกี่ยวกับการแปลความหมายของกลศาสตร์ควอนตัม แต่ถูกมักซ์ พลังค์ คัดค้าน เช่นเดียวกับเออร์วิน ชเรอดิงเงอร์ แม้แต่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ก็ยังค้านเแนวคิดในเบื้องต้น มักซ์ได้กล่าววิจารณ์ไว้ว่า กลศาสตร์เมทริกซ์ของไฮเซนเบิร์ก "น่าเกลียดมาก" และกล่าวว่าสมการของชเรอดิงเงอร์ "พอรับได้" มักซ์ยังหวังอีกด้วยว่า กลศาสตร์คลื่นจะช่วยอธิบายทฤษฎีควอนตัมให้กระจ่างกว่านี้ แต่ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน จึงตัดความกังวลข้อนี้ของเขาออกไปได้ ครั้งหนึ่งมักซ์เคยกล่าวว่า
ความจริงทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่นั้น เกิดขึ้นมาโดยมิได้ทำให้คู่กัด (วิทยาศาสตร์สมัยเก่า) ปรับตัวให้เหมาะสมเลยสักนิด แต่มันจะค่อย ๆ โตขึ้น และปล่อยให้คู่กัดตายไปอย่างช้า ๆ จนมันอธิบายความจริงได้ตั้งแต่ต้นแทนที่คู่กัดของมัน

         ไอน์สไตน์กับทฤษฎีสัมพัทธภาพ
         ภาพหมู่นักวิทยาศาสตร์ ณ ที่ประชุมโซลเวย์ จะสังเกตเห็นมักซ์ พลังค์ อยู่แถวยืนคนที่สอง
ในปี พ.ศ. 2448 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กล่าวถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในนิตยสาร Annalen der Physik โดยที่ไอน์สไตน์ได้ให้ข้อสมมติฐานว่าแสงมีส่วนย่อย ๆ เรียกว่า ควอนตา (โฟตอน) โดยยึดหลักจากการค้นพบปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกของฟิลลิป เลนาร์ด ซึ่งมักซ์ก็ไม่ยอมรับในตอนแรก เพราะเขาไม่ต้องการทิ้งทฤษฎีพลศาสตร์ไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ไป เขากล่าวอีกด้วยว่า

         "ทฤษฎีของแสงควรจะถูกโละทิ้งไป ไม่เพียงแค่สิบปี แต่ขอให้เป็นหลายร้อยปี ไปจนตอนที่คริสเตียน ฮอยเกนส์ ต่อสู้กับทฤษฎีของไอแซก นิวตัน"

          ในปี พ.ศ. 2453 ไอน์สไตน์ได้ชี้พฤติกรรมที่ผิดปกติของความร้อนจำเพาะ ณ อุณหภูมิที่ต่ำมาก ๆ ซึ่งนับว่าเป็นผลการทดลองที่ท้าทายฟิสิกส์แผนเดิมเป็นอย่างยิ่ง มักซ์จึงได้จัดให้มีการประชุมโซลเวย์ครั้งที่ 1 ที่กรุงบรัสเซลส์ เมื่อปี พ.ศ. 2454 เพื่อไขความกระจ่างของข้อโต้แย้ง ณ ที่นี่ไอน์สไตน์ได้โน้มน้าวมักซ์ พลังค์ ได้เป็นผลสำเร็จ ในขณะเดียวกัน มักซ์ได้ดำรงตำแหน่งอธิการบดีมหาวิทยาลัยเบอร์ลิน เป็นที่คาดกันว่าเขาน่าจะเชิญตัวไอน์สไตน์มาเป็นศาสตราจารย์ในสองปีต่อมา จนกระทั่งทั้งสองคนกลายเป็นเพื่อนสนิทกันในที่สุด

          เกียรติประวัติ
          มักซ์ พลังค์ ได้รับรางวัลและการเชิดชูเกียรติดังต่อไปนี้
"Pour le Mérite" for Science and Arts ในปี พ.ศ. 2458
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ. 2461 (มอบเมื่อ พ.ศ. 2462)
เหรียญลอเรนตซ์ ในปี พ.ศ. 2470
Adlerschild des Deutschen Reiches ในปี พ.ศ. 2471
เหรียญมักซ์ พลังค์ ในปี พ.ศ. 2471 พร้อมกับอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
ได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตกิตติมศักดิ์จากมหาวิทยาลัยแฟรงค์เฟิร์ต มิวนิก รอสตอก เบอร์ลิน กราซ เอเธนส์ เคมบริดจ์ ลอนดอน และกลาสโกว์
ชื่อดาวเคราะห์น้อย 1069 ได้ถูกตั้งชื่อว่า "Stella Planckia" เมื่อปี พ.ศ. 2481
สมาคมส่งเสริมการวิจัยวิทยาศาสตร์ของประเทศเยอรมนี ถูกตั้งชื่อว่าสมาคมมักซ์ พลังค์ เมื่อปี ค.ศ. 1948