המאמר הבא הינו תקציר פרק מס' 38 של התוכנית 'עושים היסטוריה!'. ניתן להאזין לפרק המלא כאן.
קריאה מהנה!
רן
מקס פלאנק לא רצה להיות מהפכן. היום, כשאנחנו מביטים אחורה אל פועלו של הפיסיקאי הגרמני, ברור שהוא היה זה שהחל לגלגל את כדור השלג המפלצתי המכונה 'תורת הקוונטים'- אבל מבחינתו של פלנאק הייתה זו מפולת שלגים בלתי מתוכננת.
מקס פלאנק נולד בגרמניה בשנת 1858 למשפחה אמידה, מהעילית האינטלקטואלית של החברה הגרמנית. בבית הספר נחשב לילד מוכשר, אם כי לא היה עילוי של ממש: שני התחומים החזקים ביותר שלו היו מוסיקה, ומשמעת. כפי עוד נראה, למשמעת זו הייתה השפעה מכרעת על הקריירה של פלאנק ותגליותיו המדעיות, וגם העצימה את הטרגדיה האכזרית שבאה בעקבות הסתבכותו של בנו מול המשטר הנאצי.
כשסיים את לימודי התיכון, התלבט פלאנק באיזו קריירה לבחור. הוא היה מוסיקאי מחונן, נגן מצוין בפסנתר ובכינור. מאידך, הוא הוקסם מעולם הטבע. אחד ממוריו בתיכון, שהבחין בפוטנציאל האדיר שטמון בילד, והכיר לו את המדע. כשנרשם פלאנק לאוניברסיטת מינכן, פנה אל אחד המרצים לפיסיקה ושאל אותו אם כדאי לו להתמקד במסלול מחקרי. המרצה השיב לו שלפי דעתו אין טעם לעסוק במחקר מכיוון שאין יותר מה לגלות בפיסיקה- חוקי הטבע היו ברורים למדי ואין באופק תגליות חשובות.
התשובה אווילית הזו מפי המרצה המכובד מדגישה את חוכמתו של המורה בתיכון. היה בה, בתשובתו של המרצה, ניצוץ קטן מהלך הרוח ששרר במדע כמעט מאתיים שנה אחרי ניוטון. הפיסיקה הקלאסית הייתה תורה מוצלחת מאוד שהפיקה ניבויים מדוייקים לגבי מגוון רחב מאוד של תצפיות: כמעט כל מה שניתן היה לראות ולמדוד, התורה הקלאסית ידעה להסביר. עדיין היו פה ושם שאלות בלתי פתורות (כמו שאלת גוף השחור, אותה נכיר בהמשך) אבל היה נדמה שבעיקרון, כמעט הכל ידוע וברור.
למרות אזהרותיו של המרצה, פלאנק החליט להמשיך עם הפיסיקה. גם אם אי אפשר יהיה לחדש שום דבר, עדיין רצה ללמוד ולהבין את חוקי הטבע הבסיסיים. הוא החליט להתמחות בתרמודינמיקה, ובמיוחד התמקד בחוק השני של התרמודינמיקה.
החוק השני קובע שחום זורם תמיד בכיוון אחד: מאיזורים חמים לאיזורים קרים. בשפה המדעית המקובלת: כמות אי-הסדר במערכת (המכונה 'אנטרופיה') תמיד גדלה. אנחנו רואים את החוק השני בפעולה כל הזמן סביבנו: אם נשים קוביית קרח בתוך כוס של מים רותחים, החום יזרום מהמים הרותחים אל קוביית הקרח הקפואה וימיס אותה.
החוק השני של התרמודינמיקה משך אליו את פלאנק בדיוק מכיוון שהוא כל כך ברור מאליו. פלאנק ראה בחוק הזה עיקרון בסיסי ביותר של הטבע ובלתי ניתן לשבירה. לטעמו האידיאל הנשגב ביותר היה להגיע מהחוק הבסיסי הזה לתובנות חשובות על מהות היקום.
ב-1887 התפנה כסא הפיסיקה התאורטית באוניברסיטת ברלין. הנהלת האוניברסיטה הציעה את התפקיד למדענים בעלי שיעור קומה כגון היינריך הרץ אבל הוא וכל שאר המועמדים סירבו מסיבות שונות- ופלאנק זכה מן ההפקר.
בברלין המשיך פלאנק לעסוק בנושא האהוב עליו, החוק השני של התרמודינמיקה, הפעם כדי לנסות ולפתור בעיה שהטרידה מדענים רבים באותה התקופה: קרינת הגוף השחור.
'גוף שחור' הוא עצם תיאורטי שמסוגל לספוג בצורה מושלמת את כל הקרינה שנופלת עליו. זאת אומרת, אם היינו מאירים על הגוף בעזרת פנס, שום אור לא היה חוזר אלינו או חולף דרך הגוף- מכאן, שהוא היה נראה לנו שחור כמו פחם. תכונה נוספת של הגוף הדימיוני הזה היא שכל החום שהוא מכיל בתוכו עוזב אותו אך ורק בצורת קרינה, ולא כרעידות או פיצוצים, למשל.
גוש ברזל הוא דוגמא טובה לחומר שמתנהג פחות או יותר כמו גוף שחור: הוא מחזיר מעט מאוד מהקרינה שנופלת עליו, וכשמחממים את הברזל הוא מתלהט ופולט אור אדמדם, כמו גוש לבה למשל.
גוסטב קירכהוף גילה שישנו קשר בין הטמפרטורה של הגוף השחור והקרינה שהוא פולט: ככל שהגוף חם יותר, הוא פולט קרינה בתדר גבוה יותר. כשמדברים על אור נראה, תדר הוא למעשה צבע. הברזל בדוגמא הקודמת פולט אור אדום-כתום בטמפרטורה מסוימת, ואם נחמם אותו עוד יותר- הצבע שלו ישתנה לגוון צהוב, שהוא צבע בתדר גבוה יותר.
הבעיה שניצבה מול הפיסיקאים הייתה להגדיר במדוייק את הקשר שבין הטמפרטורה והתדר של הקרינה הנפלטת. כשפלאנק החל לעסוק בבעיה, כבר היה פיסיקאי אחר שמצא נוסחא לקשר שבין הטמפרטורה והקרינה בגוף השחור. הנוסחא של ווילהלם ויינר הייתה מקובלת על רוב המדענים, וניבאה היטב את תוצאות הניסויים במעבדה על מודלים מקורבים של גופים שחורים. הקושי היה להסביר מדוע הנוסחא של ויינר עובדת: היא לא התאימה לניבויים שהפיקה התיאוריה הקלאסית, אותה התאוריה שהניבויים שלה היו כל כך מוצלחים בכמעט כל תחום אחר.
פלאנק היה מוכרח למצוא את ההסבר לנוסחא. הוא לא רצה משוואה סתמית שעובדת במקרה- הוא רצה להבין מהיכן היא נובעת, מהן הסיבות הפיזיקליות העקרוניות שבגללן היא נכונה. ליתר דיוק, פלאנק רצה להתחיל מנקודת המוצא הכה בסיסית של החוק השני של התרמודינמיקה - ומשם להגיע אל הנוסחא של ויינר.
באותה התקופה התפתח ויכוח חריף מאוד בתוך עולם הפיסיקה. חלק מהפיסיקאים, ובראשם סטיפן בולצמן, האמינו שכל החומר בעולם מורכב מאטומים. חלק אחר, מובלים על ידי ארנסט מאך (ממספר מאך המפורסם) והכימאי ווילהלם אוסטוולד, ראו ברעיון האטומים טריק מתמטי נחמד ושימושי- אבל לאו דווקא שיקוף אמיתי של המציאות.
פלאנק השתדל שלא להיות צד בויכוח החריף הזה. בכל זאת, הוא נטה בברור לצד של אלה שלא האמינו באטומים. הסיבה הייתה שבולצמן הוכיח שאם אטומים אכן קיימים, אזי החוק השני של התרמודינמיקה הוא לא חד כיווני. במילים אחרות, חום יכול לזרום ממקומות קרים למקומות חמים- וכוס מים שעומדת על אדן החלון ביום שמש לוהט יכולה להפוך לגוש קרח קפוא. הסיכוי שדבר כזה יקרה הוא אפסי ביותר, אבל קיים. פלאנק לא היה מוכן לקבל את זה: אם החוק השני של התרמודינמיקה אינו חד-כיווני, אז כל תמונת העולם שלו לגבי עולם מסודר ומאורגן, שפועל באופן דטרמיניסטי וידוע מראש- פשוט מתפרקת.
אחרי הרבה זיעה, עבודה קשה וקפה, הצליח פלנאק למצוא את הקשר שבין החוק השני ונוסחאת הגוף השחור. פלאנק היה גאה במיוחד מכיוון שהצליח להגיע להוכחה המבוקשת כשהוא מניח בתור אקסיומה שהחוק השני הוא אכן חד-כיווני, דהיינו: חום זורם תמיד ממקומות חמים למקומות קרים. ההוכחה הזו אישרה את תמונת העולם שלו, בניגוד לטענותיו המגוכחות (לכאורה) של סטיפן בולצמן. השמחה, לצערו, לא החזיקה מעמד זמן רב.
יום אחד הגיע אליו חבר לביקור, וסיפר לו חדשות מרעישות. קבוצת מדענים באחת מהמעבדות גילתה שהנוסחא של ויינר אינה נכונה! הסתבר שהנוסחא אינה תואמת למדידות של פליטת קרינה מגוף שחור בתדרים נמוכים מאוד. פלאנק הקשיב בקשב רב, וחזר לשולחן השרטוטים. בתוך כמה שעות ספורות הצליח למצוא את הטעות בנוסחא של ויינר, ותיקן אותה כך שתתאים לתוצאות הניסויים החדשים.
עכשיו הוא ניצב בפני המשימה הקשה באמת: להוכיח שהנוסחא החדשה נכונה. זאת אומרת, להתחיל מנקודת המוצא של החוק השני של התרמודינמיקה, ומשם להסביר את אופיה של פליטת הקרינה מגוף שחור. אחרי כמה שבועות של עבודה קדחתנית, פלאנק הבין שהוא בבעיה רצינית: הדרך היחידה להוכיח את הנוסחא הייתה להסכים שבולצמן צודק. אטומים קיימים.
פלאנק היה מוכן לקבל חלק מהרעיונות של בולצן, אבל לוותר על החד-כיווניות של החוק השני של התרמודינמיקה- לא היה מוכן לוותר. הגישה המעורבת שלו הכריחה אותו לפנות לכיווני מחשבה אחרים לגמרי כדי לנסות ולעקוף את בעיית הכיווניות. בסופו של דבר הסתבר שבולצמן צדק והחוק השני אינו חד-כיווני, אבל התמרונים האינטלקטואלים של פלאנק הביאו אותו להעלות רעיון מהפכני לא פחות. הרעיון הזה, שפלאנק הגדיר אותו 'פתרון מתוך יאוש', היה שהקרינה הנפלטת מתוך הגוף השחור אינה רציפה אלא מגיעה בחבילות זעירות ובודדות. חבילות האנרגיה הללו, שפלאנק כינה אותם 'אלמנטים של אנרגיה', הן מה שאנחנו מכנים היום 'קוונטות', הבסיס לתורה שתשנה את הפיסיקה מהקצה אל הקצה: תורת הקוונטים.
חשוב להבין שפלאנק לא האמין שאנרגיה מחולקת באמת לאלמנטים קטנים ובדידים. מבחינתו, הרעיון המהפכני הזה היה רק כלי עזר מתמטי, טריק מחשבתי שאיפשר לו להתמודד עם החישובים והנוסחאות אבל לא תמונת עולם אמיתית. הוא ציפה שברגע שהפיזיקאים יפתחו תאוריה מוצלחת יותר, לא יהיה צורך בחלוקת האנרגיה למנות בדידות והרעיון הזה יהפוך למיותר.
אבל ב-1905, חמש שנים לאחר שפלאנק פירסם את רעיונותיו המהפכניים, יצא אלברט איינשטין עם מאמר חשוב משלו על טבעו של האור, תוך שהוא לוקח את ה"טריק המתמטי" של פלאנק ומכריז עליו בתור עובדה: כך מתנהג הטבע.
פלאנק לא הסכים בתחילה לקבל את ההסבר של איינשטין למרות שזה היה מבוסס על רעיונותיו שלו. מאז שג'יימס מקסוול ביסס את התורה האלקטרומגנטית באמצע המאה ה-19, היה מוסכם על רוב המדענים שהקרינה היא גל רציף ומתמשך. פלאנק טען, ובמידה מסוימת של צדק, שאי אפשר להשליך לפח את התורה האלקטרומגנטית בכזו קלות. נדרשו לאינשטיין עוד מספר שנים כדי לשכנע את פלאנק שהוא צודק, ושקרינה מתנהגת לפעמים כמו גל ופעמים אחרות כמו חלקיקים בדידים.
כשהקהילה המדעית עיכלה את רעיון חלוקת האנרגיה לקוונטות והמשמעויות מרחיקות הלכת שלו על תמונת העולם, פלאנק זכה לכבוד גדול. הוא קיבל את פרס נובל בשנת 1918, והיה דמות דומיננטית ומשפיעה מאוד על הקהילה המדעית בגרמניה. הקריירה שלו הלכה ונסקה לגבהים חדשים, אבל בחייו האישיים של פלאנק מצב העניינים היה שונה לגמרי.
בשנת 1909 נפטרה אישתו של פלאנק. זו הייתה יריית הפתיחה לסדרה של טרגדיות אישיות שהחריבו את עולמו. חמש שנים מאוחר יותר נהרג בנו, קרל, בשדות הקטל של מלחמת העולם הראשונה. זמן קצר לאחר מכן מתה בתו של פלאנק בזמן שכרעה ללדת. שנתיים מאוחר יותר נפטרה אחותה התאומה באותן הנסיבות בדיוק. פלאנק היה ממוטט לחלוטין. ועדיין- הרע מכל עוד היה לפניו.
בעשרים ליולי 1944 נכנס אדולף היטלר לישיבה בחדר הדיונים שבבונקר שלו בברלין. הוא לא ידע שמתחת לשולחן מונחת מזוודה ובה כמה קילוגרמים של חומר נפץ. הישיבה התנהלה כמתוכנן ואז- פיצוץ אדיר הרעיד את הבונקר. עד עצם היום הזה לא ברור כיצד הצליח היטלר לשרוד את ניסיון ההתנקשות. ארבעה מאנשיו נהרגו, אבל הפיהרר עצמו יצא בשריטות קלות בלבד. ייתכן והמזוודה נדחפה לפינת החדר, או שאולי ספג שולחן העץ הכבד את מרבית עוצמת הפיצוץ. לעולם לא נדע.
בימים שאחרי ההתנקשות החל מצוד נרחב בגרמניה אחר חברי המחתרת. מאות קושרים, ביניהם בכירים בצבא ואזרחים גרמניים, נלכדו והוצאו להורג. אחד מהקושרים היה ארווין פלאנק, בנו של מקס. ארווין היה לא רק בנו האהוב ואחד משני הילדים היחידים ששרדו את שרשרת האסונות המשפחתית, אלא גם חברו הטוב ביותר של פלאנק ויועצו הקרוב. אחרי ניסיון ההתנקשות נתפס ארווין, נאסר והוצא להורג בתליה. זו הייתה פגיעה אנושה במקס פלאנק, ממנה לא התאושש עד יום מותו, שנתיים מאוחר יותר בשנת 1947.
הסיפור של פלאנק מעניין ומעורר השראה מכיוון שהוא מדגים עד כמה חזקים העקרונות שמאחורי התהליך וההתקדמות המדעית. פלאנק נחשב לאחד מאבות תורת הקוונטים, למרות שהוא עצמו סירב לקבל אותה במשך זמן רב. הוא היה שייך לדור קודם שעבורו הרעיונות הרדיקליים של אי-ודאות ואקראיות היו קשים מדי לעיכול- אבל האמת האובייקטיבית כל כך איתנה ומוצקה, עד שהיא יוצאת לאור אפילו בניגוד לרצונם של אלה שמגלים אותה. במילותיו של פלאנק עצמו: "אמת מדעית חדשה אינה מנצחת על-ידי שכנוע המתנגדים לה … אלא כיוון שהמתנגדים לה מתים בסופו של דבר וגדל דור חדש שמקבל אותה כמובנת מאליה."
קריאה מהנה!
רן
המהפכן השמרן: על מקס פלאנק וימיה הראשונים של תורת הקוונטים
מקס פלאנק לא רצה להיות מהפכן. היום, כשאנחנו מביטים אחורה אל פועלו של הפיסיקאי הגרמני, ברור שהוא היה זה שהחל לגלגל את כדור השלג המפלצתי המכונה 'תורת הקוונטים'- אבל מבחינתו של פלנאק הייתה זו מפולת שלגים בלתי מתוכננת.
מקס פלאנק נולד בגרמניה בשנת 1858 למשפחה אמידה, מהעילית האינטלקטואלית של החברה הגרמנית. בבית הספר נחשב לילד מוכשר, אם כי לא היה עילוי של ממש: שני התחומים החזקים ביותר שלו היו מוסיקה, ומשמעת. כפי עוד נראה, למשמעת זו הייתה השפעה מכרעת על הקריירה של פלאנק ותגליותיו המדעיות, וגם העצימה את הטרגדיה האכזרית שבאה בעקבות הסתבכותו של בנו מול המשטר הנאצי.
כשסיים את לימודי התיכון, התלבט פלאנק באיזו קריירה לבחור. הוא היה מוסיקאי מחונן, נגן מצוין בפסנתר ובכינור. מאידך, הוא הוקסם מעולם הטבע. אחד ממוריו בתיכון, שהבחין בפוטנציאל האדיר שטמון בילד, והכיר לו את המדע. כשנרשם פלאנק לאוניברסיטת מינכן, פנה אל אחד המרצים לפיסיקה ושאל אותו אם כדאי לו להתמקד במסלול מחקרי. המרצה השיב לו שלפי דעתו אין טעם לעסוק במחקר מכיוון שאין יותר מה לגלות בפיסיקה- חוקי הטבע היו ברורים למדי ואין באופק תגליות חשובות.
התשובה אווילית הזו מפי המרצה המכובד מדגישה את חוכמתו של המורה בתיכון. היה בה, בתשובתו של המרצה, ניצוץ קטן מהלך הרוח ששרר במדע כמעט מאתיים שנה אחרי ניוטון. הפיסיקה הקלאסית הייתה תורה מוצלחת מאוד שהפיקה ניבויים מדוייקים לגבי מגוון רחב מאוד של תצפיות: כמעט כל מה שניתן היה לראות ולמדוד, התורה הקלאסית ידעה להסביר. עדיין היו פה ושם שאלות בלתי פתורות (כמו שאלת גוף השחור, אותה נכיר בהמשך) אבל היה נדמה שבעיקרון, כמעט הכל ידוע וברור.
למרות אזהרותיו של המרצה, פלאנק החליט להמשיך עם הפיסיקה. גם אם אי אפשר יהיה לחדש שום דבר, עדיין רצה ללמוד ולהבין את חוקי הטבע הבסיסיים. הוא החליט להתמחות בתרמודינמיקה, ובמיוחד התמקד בחוק השני של התרמודינמיקה.
החוק השני קובע שחום זורם תמיד בכיוון אחד: מאיזורים חמים לאיזורים קרים. בשפה המדעית המקובלת: כמות אי-הסדר במערכת (המכונה 'אנטרופיה') תמיד גדלה. אנחנו רואים את החוק השני בפעולה כל הזמן סביבנו: אם נשים קוביית קרח בתוך כוס של מים רותחים, החום יזרום מהמים הרותחים אל קוביית הקרח הקפואה וימיס אותה.
החוק השני של התרמודינמיקה משך אליו את פלאנק בדיוק מכיוון שהוא כל כך ברור מאליו. פלאנק ראה בחוק הזה עיקרון בסיסי ביותר של הטבע ובלתי ניתן לשבירה. לטעמו האידיאל הנשגב ביותר היה להגיע מהחוק הבסיסי הזה לתובנות חשובות על מהות היקום.
ב-1887 התפנה כסא הפיסיקה התאורטית באוניברסיטת ברלין. הנהלת האוניברסיטה הציעה את התפקיד למדענים בעלי שיעור קומה כגון היינריך הרץ אבל הוא וכל שאר המועמדים סירבו מסיבות שונות- ופלאנק זכה מן ההפקר.
בברלין המשיך פלאנק לעסוק בנושא האהוב עליו, החוק השני של התרמודינמיקה, הפעם כדי לנסות ולפתור בעיה שהטרידה מדענים רבים באותה התקופה: קרינת הגוף השחור.
'גוף שחור' הוא עצם תיאורטי שמסוגל לספוג בצורה מושלמת את כל הקרינה שנופלת עליו. זאת אומרת, אם היינו מאירים על הגוף בעזרת פנס, שום אור לא היה חוזר אלינו או חולף דרך הגוף- מכאן, שהוא היה נראה לנו שחור כמו פחם. תכונה נוספת של הגוף הדימיוני הזה היא שכל החום שהוא מכיל בתוכו עוזב אותו אך ורק בצורת קרינה, ולא כרעידות או פיצוצים, למשל.
גוש ברזל הוא דוגמא טובה לחומר שמתנהג פחות או יותר כמו גוף שחור: הוא מחזיר מעט מאוד מהקרינה שנופלת עליו, וכשמחממים את הברזל הוא מתלהט ופולט אור אדמדם, כמו גוש לבה למשל.
גוסטב קירכהוף גילה שישנו קשר בין הטמפרטורה של הגוף השחור והקרינה שהוא פולט: ככל שהגוף חם יותר, הוא פולט קרינה בתדר גבוה יותר. כשמדברים על אור נראה, תדר הוא למעשה צבע. הברזל בדוגמא הקודמת פולט אור אדום-כתום בטמפרטורה מסוימת, ואם נחמם אותו עוד יותר- הצבע שלו ישתנה לגוון צהוב, שהוא צבע בתדר גבוה יותר.
הבעיה שניצבה מול הפיסיקאים הייתה להגדיר במדוייק את הקשר שבין הטמפרטורה והתדר של הקרינה הנפלטת. כשפלאנק החל לעסוק בבעיה, כבר היה פיסיקאי אחר שמצא נוסחא לקשר שבין הטמפרטורה והקרינה בגוף השחור. הנוסחא של ווילהלם ויינר הייתה מקובלת על רוב המדענים, וניבאה היטב את תוצאות הניסויים במעבדה על מודלים מקורבים של גופים שחורים. הקושי היה להסביר מדוע הנוסחא של ויינר עובדת: היא לא התאימה לניבויים שהפיקה התיאוריה הקלאסית, אותה התאוריה שהניבויים שלה היו כל כך מוצלחים בכמעט כל תחום אחר.
פלאנק היה מוכרח למצוא את ההסבר לנוסחא. הוא לא רצה משוואה סתמית שעובדת במקרה- הוא רצה להבין מהיכן היא נובעת, מהן הסיבות הפיזיקליות העקרוניות שבגללן היא נכונה. ליתר דיוק, פלאנק רצה להתחיל מנקודת המוצא הכה בסיסית של החוק השני של התרמודינמיקה - ומשם להגיע אל הנוסחא של ויינר.
באותה התקופה התפתח ויכוח חריף מאוד בתוך עולם הפיסיקה. חלק מהפיסיקאים, ובראשם סטיפן בולצמן, האמינו שכל החומר בעולם מורכב מאטומים. חלק אחר, מובלים על ידי ארנסט מאך (ממספר מאך המפורסם) והכימאי ווילהלם אוסטוולד, ראו ברעיון האטומים טריק מתמטי נחמד ושימושי- אבל לאו דווקא שיקוף אמיתי של המציאות.
פלאנק השתדל שלא להיות צד בויכוח החריף הזה. בכל זאת, הוא נטה בברור לצד של אלה שלא האמינו באטומים. הסיבה הייתה שבולצמן הוכיח שאם אטומים אכן קיימים, אזי החוק השני של התרמודינמיקה הוא לא חד כיווני. במילים אחרות, חום יכול לזרום ממקומות קרים למקומות חמים- וכוס מים שעומדת על אדן החלון ביום שמש לוהט יכולה להפוך לגוש קרח קפוא. הסיכוי שדבר כזה יקרה הוא אפסי ביותר, אבל קיים. פלאנק לא היה מוכן לקבל את זה: אם החוק השני של התרמודינמיקה אינו חד-כיווני, אז כל תמונת העולם שלו לגבי עולם מסודר ומאורגן, שפועל באופן דטרמיניסטי וידוע מראש- פשוט מתפרקת.
אחרי הרבה זיעה, עבודה קשה וקפה, הצליח פלנאק למצוא את הקשר שבין החוק השני ונוסחאת הגוף השחור. פלאנק היה גאה במיוחד מכיוון שהצליח להגיע להוכחה המבוקשת כשהוא מניח בתור אקסיומה שהחוק השני הוא אכן חד-כיווני, דהיינו: חום זורם תמיד ממקומות חמים למקומות קרים. ההוכחה הזו אישרה את תמונת העולם שלו, בניגוד לטענותיו המגוכחות (לכאורה) של סטיפן בולצמן. השמחה, לצערו, לא החזיקה מעמד זמן רב.
יום אחד הגיע אליו חבר לביקור, וסיפר לו חדשות מרעישות. קבוצת מדענים באחת מהמעבדות גילתה שהנוסחא של ויינר אינה נכונה! הסתבר שהנוסחא אינה תואמת למדידות של פליטת קרינה מגוף שחור בתדרים נמוכים מאוד. פלאנק הקשיב בקשב רב, וחזר לשולחן השרטוטים. בתוך כמה שעות ספורות הצליח למצוא את הטעות בנוסחא של ויינר, ותיקן אותה כך שתתאים לתוצאות הניסויים החדשים.
עכשיו הוא ניצב בפני המשימה הקשה באמת: להוכיח שהנוסחא החדשה נכונה. זאת אומרת, להתחיל מנקודת המוצא של החוק השני של התרמודינמיקה, ומשם להסביר את אופיה של פליטת הקרינה מגוף שחור. אחרי כמה שבועות של עבודה קדחתנית, פלאנק הבין שהוא בבעיה רצינית: הדרך היחידה להוכיח את הנוסחא הייתה להסכים שבולצמן צודק. אטומים קיימים.
פלאנק היה מוכן לקבל חלק מהרעיונות של בולצן, אבל לוותר על החד-כיווניות של החוק השני של התרמודינמיקה- לא היה מוכן לוותר. הגישה המעורבת שלו הכריחה אותו לפנות לכיווני מחשבה אחרים לגמרי כדי לנסות ולעקוף את בעיית הכיווניות. בסופו של דבר הסתבר שבולצמן צדק והחוק השני אינו חד-כיווני, אבל התמרונים האינטלקטואלים של פלאנק הביאו אותו להעלות רעיון מהפכני לא פחות. הרעיון הזה, שפלאנק הגדיר אותו 'פתרון מתוך יאוש', היה שהקרינה הנפלטת מתוך הגוף השחור אינה רציפה אלא מגיעה בחבילות זעירות ובודדות. חבילות האנרגיה הללו, שפלאנק כינה אותם 'אלמנטים של אנרגיה', הן מה שאנחנו מכנים היום 'קוונטות', הבסיס לתורה שתשנה את הפיסיקה מהקצה אל הקצה: תורת הקוונטים.
חשוב להבין שפלאנק לא האמין שאנרגיה מחולקת באמת לאלמנטים קטנים ובדידים. מבחינתו, הרעיון המהפכני הזה היה רק כלי עזר מתמטי, טריק מחשבתי שאיפשר לו להתמודד עם החישובים והנוסחאות אבל לא תמונת עולם אמיתית. הוא ציפה שברגע שהפיזיקאים יפתחו תאוריה מוצלחת יותר, לא יהיה צורך בחלוקת האנרגיה למנות בדידות והרעיון הזה יהפוך למיותר.
אבל ב-1905, חמש שנים לאחר שפלאנק פירסם את רעיונותיו המהפכניים, יצא אלברט איינשטין עם מאמר חשוב משלו על טבעו של האור, תוך שהוא לוקח את ה"טריק המתמטי" של פלאנק ומכריז עליו בתור עובדה: כך מתנהג הטבע.
פלאנק לא הסכים בתחילה לקבל את ההסבר של איינשטין למרות שזה היה מבוסס על רעיונותיו שלו. מאז שג'יימס מקסוול ביסס את התורה האלקטרומגנטית באמצע המאה ה-19, היה מוסכם על רוב המדענים שהקרינה היא גל רציף ומתמשך. פלאנק טען, ובמידה מסוימת של צדק, שאי אפשר להשליך לפח את התורה האלקטרומגנטית בכזו קלות. נדרשו לאינשטיין עוד מספר שנים כדי לשכנע את פלאנק שהוא צודק, ושקרינה מתנהגת לפעמים כמו גל ופעמים אחרות כמו חלקיקים בדידים.
כשהקהילה המדעית עיכלה את רעיון חלוקת האנרגיה לקוונטות והמשמעויות מרחיקות הלכת שלו על תמונת העולם, פלאנק זכה לכבוד גדול. הוא קיבל את פרס נובל בשנת 1918, והיה דמות דומיננטית ומשפיעה מאוד על הקהילה המדעית בגרמניה. הקריירה שלו הלכה ונסקה לגבהים חדשים, אבל בחייו האישיים של פלאנק מצב העניינים היה שונה לגמרי.
בשנת 1909 נפטרה אישתו של פלאנק. זו הייתה יריית הפתיחה לסדרה של טרגדיות אישיות שהחריבו את עולמו. חמש שנים מאוחר יותר נהרג בנו, קרל, בשדות הקטל של מלחמת העולם הראשונה. זמן קצר לאחר מכן מתה בתו של פלאנק בזמן שכרעה ללדת. שנתיים מאוחר יותר נפטרה אחותה התאומה באותן הנסיבות בדיוק. פלאנק היה ממוטט לחלוטין. ועדיין- הרע מכל עוד היה לפניו.
בעשרים ליולי 1944 נכנס אדולף היטלר לישיבה בחדר הדיונים שבבונקר שלו בברלין. הוא לא ידע שמתחת לשולחן מונחת מזוודה ובה כמה קילוגרמים של חומר נפץ. הישיבה התנהלה כמתוכנן ואז- פיצוץ אדיר הרעיד את הבונקר. עד עצם היום הזה לא ברור כיצד הצליח היטלר לשרוד את ניסיון ההתנקשות. ארבעה מאנשיו נהרגו, אבל הפיהרר עצמו יצא בשריטות קלות בלבד. ייתכן והמזוודה נדחפה לפינת החדר, או שאולי ספג שולחן העץ הכבד את מרבית עוצמת הפיצוץ. לעולם לא נדע.
בימים שאחרי ההתנקשות החל מצוד נרחב בגרמניה אחר חברי המחתרת. מאות קושרים, ביניהם בכירים בצבא ואזרחים גרמניים, נלכדו והוצאו להורג. אחד מהקושרים היה ארווין פלאנק, בנו של מקס. ארווין היה לא רק בנו האהוב ואחד משני הילדים היחידים ששרדו את שרשרת האסונות המשפחתית, אלא גם חברו הטוב ביותר של פלאנק ויועצו הקרוב. אחרי ניסיון ההתנקשות נתפס ארווין, נאסר והוצא להורג בתליה. זו הייתה פגיעה אנושה במקס פלאנק, ממנה לא התאושש עד יום מותו, שנתיים מאוחר יותר בשנת 1947.
הסיפור של פלאנק מעניין ומעורר השראה מכיוון שהוא מדגים עד כמה חזקים העקרונות שמאחורי התהליך וההתקדמות המדעית. פלאנק נחשב לאחד מאבות תורת הקוונטים, למרות שהוא עצמו סירב לקבל אותה במשך זמן רב. הוא היה שייך לדור קודם שעבורו הרעיונות הרדיקליים של אי-ודאות ואקראיות היו קשים מדי לעיכול- אבל האמת האובייקטיבית כל כך איתנה ומוצקה, עד שהיא יוצאת לאור אפילו בניגוד לרצונם של אלה שמגלים אותה. במילותיו של פלאנק עצמו: "אמת מדעית חדשה אינה מנצחת על-ידי שכנוע המתנגדים לה … אלא כיוון שהמתנגדים לה מתים בסופו של דבר וגדל דור חדש שמקבל אותה כמובנת מאליה."
4 comments:
כתבה נעולה,
אגב, האם הבן האחרון ששרד (הרמן) עדיין חי?
תודה, גדי!
לא הצלחתי למצוא שום מידע על הרמן...הוא נולד ב-1911, כך שסביר להניח שהלך לעולמו.
רן
נראה לי שכדאי להוסיף (בתקציר הכתוב) את הבעיה של אנרגיה אינסופית והגבלת התדרים. רק כך ניתן להבין איך הקוונטיזציה נובעת מקרינת גוף שחור.
אגב למה אבי הכניס את הכתבה ואחר כך הוריד אותה?
הי, אריה,
מה שלומך- מזמן לא התכתבנו! אם תעיף מבט בגליון הקרוב של גלילאו, תראה שם מאמר שלי על אייזיק אסימוב- וגם אתה מופיע שם, עם קישור אל המאמר שלך בעניין אסימוב והמוח :-)
לגבי עניין האנרגיה האינסופית, אני מניח שאתה מתכוון ל'קטסטרופה העל-סגולה'? התלבטתי, ובסוף החלטתי שלא להכניס את זה לפרק כדי לא לבלבל את הקוראים והמאזינים. פלאנק לא ידע על בעיית האנרגיה האינסופית כשחשב על הרעיון שלו, למרות שהיא בהחלט מדגימה את הצורך בקוונטיזציה. כדי לשמור על דיוק היסטורי, העדפתי להשמיט את העניין.
לגבי הידען- ראיתי שהכתבה נכנסה בסוף. אולי היו שם בעיות טכניות, מי יודע.
תודה,
רן
הוסף רשומת תגובה