Max Planck en de geboorte van de kwantummechanica

Nernst Einstein Planck Millikan Laue

Van links naar rechts: Walther Nernst, Albert Einstein, Max Planck, Robert Andrews Millikan, en Max von Laue tijdens een diner gegeven door von Laue op 12 november 1931, in Berlijn.

In de vroege avond van zondag 7 oktober 1900-120 jaar geleden vond Max Planck de functionele vorm van de kromme die we nu kennen als de Planck-verdeling van zwarte-lichaamsstraling. Volgens mij was dat de geboortedatum van de kwantummechanica.

Max Planck Foto

Een paar uur eerder waren Hermann Rubens en zijn vrouw bij de Plancks op bezoek geweest. Omdat het zondag was, hadden ze waarschijnlijk samen van koffie en gebak genoten. Rubens was de experimentele professor in de natuurkunde aan de Humboldt Universiteit in Berlijn, Planck was de theoretische professor. Rubens en zijn medewerker, Ferdinand Kurlbaum, waren er onlangs in geslaagd het door een zwart lichaam uitgezonden vermogen te meten als functie van de temperatuur bij de ongewoon lange golflengte van 51 micron. Zij hadden meervoudige reflecties van steenzout gebruikt om een smalle band van het spectrum te filteren. Werkend bij 51 micron, maten zij de lage temperatuurgrens en de hoogste temperaturen binnen het experimentele bereik van hun oven. Het opmerkelijke resultaat was dat bij lage frequenties, in het klassieke regime, de resultaten niet overeenkwamen met de voorspellingen van Wilhelm Wien. Rubens vertelde Planck dat voor kleine frequenties de gemeten spectrale dichtheid lineair was met de temperatuur.

Planck was geïntrigeerd. Zodra de bijeenkomst was afgelopen, ging hij aan de slag. Zijn belangstelling voor de gegevens was diepgaand. Die avond bedacht hij de vorm van de kromme, met zijn eigenaardige noemer die in de limiet van lage frequenties het juiste experimentele gedrag lineair met temperatuur vertoonde.

De anekdote, waarnaar Abraham Pais verwijst in zijn boek Subtle is the Lord, stelt dat Planck diezelfde avond nog een briefkaart met de functie naar Rubens mailde, zodat Rubens die ‘s morgens als eerste zou krijgen (de post zou zijn bezorgd en op zijn bureau zijn gelegd tegen de tijd dat hij op zijn kantoor aan de universiteit aankwam). Rubens heeft Planck waarschijnlijk nog diezelfde ochtend gevraagd: Waarom heeft hij deze vorm?

De presentatie van nieuwe gegevens, gevolgd door Plancks functie, was op 17 oktober. De functie paste bij de gegevens, zowel bij de lage temperatuur als bij de hoge temperatuur. Planck was al lange tijd geïnteresseerd in het spectrum van zwarte lichamen. Hij begreep thermodynamica en klassieke elektrodynamica. Maar het waren de hoogwaardige gegevens van Rubens die zijn geest dreven om een oplossing te vinden. Het kostte hem een paar maanden, en op 14 december presenteerde hij de afleiding van zijn theorie waarin hij, “uit wanhoop”, het quantum van energie introduceerde: het begin van de quantummechanica.

Ter nagedachtenis aan Mario Molina.

Deze historische noot is geschreven door JQI Fellow Luis Orozco.

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *