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PLANCK, Max

PLANCK, Max

PLANCK, Max

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 1918

Né le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne
Décédé le 4 octobre 1947à Göttingen, Allemagne




Extrait de l’article PLANCK (Max), par  Maurice Daumas, Dictionnaire des biographies, PUF, 1958

 « Le physicien allemand qui devait provoquer l'une des plus grandes révolutions qui se soit produite dans l'histoire des sciences naquit le 23 avril 1856 à Kiel.
Il se fit remarquer dès l'age de 21 ans par une thèse de doctorat sur le second principe de la thermodynamique et, pendant toute sa carrière, il devait s'efforcer d'élargir et d'éclairer les notions fondamentales de cette science dont on ne comprenait pas encore parfaitement la portée. En particulier il mit en évidence l'importance de la notion d'entropie qu'il plaça au centre de ses préoccupations.
En 1889, après avoir enseigné à Kiel, il reçut la chaire de physique théorique de l'université de Berlin où il succéda à Kirchhoff. Sa connaissance approfondie des théories statistiques des états gazeux et des premiers développements de l'électronique introduits par Lorentz, l'avait préparé à considérer avec un esprit novateur l'un des problèmes sur lequel venaient achopper les théories classiques de la physique. A la fin du XIXe siècle, la science était profondément déterministe à la suite des succès qui avaient couronné tous ses efforts pour donner une interprétation des phénomènes naturels. La mécanique semblait pouvoir continuer à rendre compte des mouvements des particules et des vibrations à l'échelle de l'atome. L'interprétation des équations de  Maxwell par l'existence d'un éther électromagnétique allait conduire à une connaissance intime de la matière et assurer à la science la maîtrise absolue des phénomènes physiques.
Une difficulté arrêtait vers 1900 les physiciens qui s'efforçaient de trouver les lois du rayonnement d'un corps noir. Ce problème consistait en la théorie du rayonnement établi à l'état d'équilibre à l'intérieur d'une enceinte fermée maintenue à une température rigoureusement uniforme. Les courbes expérimentales représentant la distribution dans le spectre ne coïncidaient pas avec les études analytiques des mathématiciens. On savait que ce rayonnement est lié uniquement à la température du corps noir, et non à sa nature.  Boltzmann avait montré en 1884 que l'énergie est fonction de la quatrième puissance de la température. Mais il s'avérait impossible de trouver une fonction générale donnant la répartition de l'énergie dans le spectre, c'est-à-dire liant l'intensité à la température et à la longueur d'onde. Une formule établie par Wien s'appliquait aux petites longueurs d'onde, une autre de Rayleigh et Jeans aux grandes ; la seconde de ces lois conduisait à conclure que l'énergie totale du rayonnement noir serait infinie? Bien que sérieuse, cette difficulté n'apparaissait que partielle. Et même lorsque Planck l'eut réduite, en introduisant la constante qui porte son nom, le physicien allemand ne pensait pas que son initiative entraînerait une réforme complète des conceptions générales du monde physique.
Max Planck se servit de la notion d'entropie pour élaborer une loi empirique représentant un compromis entre les deux lois connues. Il présenta cette première solution au cours de l'année 1900 à la Société physique de Berlin. Puis il s'efforça de la compléter par une interprétation théorique : c'est alors que lui apparut la nécessité de rompre avec la notion de la continuité de l'énergie. Planck introduisit l'idée qu'une charge électrique animée d'un mouvement périodique d'une fréquence donnée ne peut admettre ou absorber l'énergie radiante d'une façon continue, mais par quantités finies. Il détermina la valeur de ces quantités d'énergie en multipliant la fréquence du mouvement périodique par une constante, h, dont il donna la définition. Cette constante qui correspond à ce que les mécaniciens appellent une action, est considérée comme l'unité d'action, ou quantum d'action. Elle est exprimée par une fraction d'erg./sec. dont le dénominateur est égal à 10 suivi de 26 zéros.
L'initiative de Planck ouvrit à la physique mathématique un domaine nouveau et fécond connu sous le nom de théorie des quanta. La première application en fut faite par Einstein dès 1905 pour interpréter l'effet photoélectrique et conduisit à la notion de photon. En 1913 Niels Bohr l'utilisa pour rendre compte de la structure des atomes ; le quantum d'action joue un rôle irremplaçable dans toutes les théories modernes de l'atomistique, qui a fait au cours de la première moitié du XXe siècle des progrès considérables. Planck n'a pas toujours approuvé l'utilisation de la constante h, en particulier il s'est montré très réservé sur les interprétations statistiques et probablement des états ondulatoires de la matière et n'a jamais admis les conceptions indéterministes qui ont semblé pendant plusieurs années devoir être les conclusions rigoureuses de la nouvelle microphysique.
Il a poursuivi, pendant les premières années du siècle beaucoup de travaux relatifs à la théorie des quanta et a donné vers 1910, à la suite des premiers travaux d'Einstein, des études sur l'aspect relativiste de la thermodynamique.
A partir de 1912, il fut secrétaire perpétuel de l'Académie des Sciences de Berlin ; en 1918, il reçut le Prix Nobel de Physique.
Fortement éprouvé par les deux guerres mondiales, par des deuils et par la perte de tous ses biens, il ralentit considérablement son activité scientifique. Évacué à Göttingen en 1945, il est mort dans cette ville le 4 octobre 1947. »







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Comme, de toutes les lois de la physique, aucune n'est aussi universelle et en même temps aussi claire que le principe de l'énergie, j'ai une fois de plus placé ce principe au premier plan. Cela a entraîné l'avantage supplémentaire que l'introduction des divers systèmes d'unités électriques et magnétiques, qui se basent tous sur le principe de l'énergie, est venue d'elle-même. C'est aussi dans l'intérêt de l'intuitivité qu'on a insisté sur les analogies formelles des vecteurs électrique et magnétique, malgré que celles-ci soient d'une nature plutôt artificielle et ne correspondent au fond, tout comme les analogies entre la translation et la rotation, qu'à cette circonstance en quelque sorte accidentelle que notre espace possède justement trois dimensions. Mais de même qu'il est certain que ces analogies ont joué, dans le développement historique de la théorie de Maxwell, un rôle de premier plan, de même on ne peut pas méconnaître qu'elle ne soit, aujourd'hui encore, très commode pour l'introduction dans la théorie et qu'elle fournit dans chaque cas d'utiles règles mnémotechniques. A cela est lié le fait que j'ai utilisé partout le système d'unités dit de Gauss, qui se distingue, parmi les systèmes rationnels ordinairement utilisés dans la littérature théorique, par une parenté plus grande avec les systèmes pratiques. On trouvera à la fin de l'ouvrage un tableau synoptique des divers systèmes et des relations entre les valeurs numériques de certaines grandeurs mesurées dans ces systèmes.
Max PLANCK, Préface à la première édition, 1922

 

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L'hypothèse des quanta exige seulement que dans les lois élémentaires régissant les forces atomiques, il existe implicitement certaines discontinuités qui auront ensuite pour conséquence les régions discontinues de probabilité. Quant à la nature de ces discontinuités, il n'est pas présentement possible d'en rien dire : il faut remarquer spécialement que la structure en quanta ne se rapporte pas immédiatement à l'énergie, mais à la probabilité. On ne peut, d'une façon absolue, parler de quanta d'énergie que dans les phénomènes périodiques. Selon moi, on tiendra complètement compte de l'hypothèse des quanta si dans un oscillateur moléculaire à vibration périodique on regarde seulement l'émission de l'énergie comme gouvernée par les quanta, et au contraire l'absorption, tout au moins pour la chaleur rayonnante, comme parfaitement continue dans son allure. Pour les phénomènes non périodiques, A. Sommerfeld a récemment tracé les lignes fondamentales d'une théorie des quanta, très hardie et fort intéressante, et dans laquelle ne jouent naturellement un rôle que des quanta d'action sans quanta d'énergie.
Il ne faut pas reprocher à l'hypothèse même des quanta cette chatoyante variété d'opinions. Au contraire: c'est justement quand on examine dans toutes les directions possibles, c'est quand chacun des chercheurs, sans se troubler d'objections qu'il estime sans valeur, poursuit sa propre voie sur des terrains où lui-même se sent le plus assuré, que nous pouvons légitimement espérer voir,se manifester le véritable caractère de l'hypothèse. Ainsi, en effet, en dehors du rayonnement calorifique et de la chaleur spécifique, un grand nombre d'autres phénomènes physiques ont été peu à peu rapprochés de l'hypothèse des quanta: l'effet de Doppler dans les rayons-canaux, l'effet lumineux-électrique, la tension d'ionisation, la production des rayons Rœntgen et des rayons γ avec leur inversion : la mise en liberté de rayons cathodiques secondaires par des rayons Rœntgen, la résistance de conduction électrique, les forces thermo-électriques, la loi de formation des lignes spectrales en série, l'émission des électrons dans les réactions chimiques, – partout, au moins avec quelque bonne volonté, on peut retrouver la trace de la domination encore bien mystérieuse du quantum universel d'action. Et bien plus, le fait remarquable établi par O. Hahn, et ses collaborateurs, qu'une substance radioactive, pourvu qu'elle soit de nature chimique unique, émet des rayons β de vitesses parfaitement déterminées, semble démontrer pour ainsi dire de visu l'émission des quanta.
Le plus gros reste encore à faire, et maint résultat qui semble plein de promesse, tombera encore comme une fleur flétrie de l'arbre de la connaissance: mais l'élan est donné. L'hypothèse des quanta ne disparaîtra plus du monde, car les lois du rayonnement calorifique y veillent déjà. Et je ne crois pas trop m'avancer en exprimant l'opinion, qu'avec cette hypothèse les fondations sont établies pour l'édification d'une théorie destinée à pénétrer un jour les particularités des actions rapides et subtiles du monde moléculaire.
Max PLANCK, Conférence prononcée le 16 décembre 1911 à la Société chimique allemande de Berlin

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