Max Karl Ernst Ludwig Planck foi um físico teórico alemão, nascido em Quiel em 23 de abril de 1858 e morto em Gotinga em 4 de outubro de 1947. Seu nome se pronuncia [ˈmaks ˈplaŋk] em alemão, ouvir, e seu sobrenome é pronunciado /plɑːŋk/ em inglês. Planck trabalhou em diferentes áreas da física teórica, sobretudo na formulação da teoria quântica, e foi um dos fundadores da física moderna. Esses trabalhos alteraram a compreensão dos processos atômicos e subatômicos. Seu nome foi dado à constante de Planck, , uma constante fundamental da física quântica que ele também usou para definir um conjunto de unidades, as unidades de Planck, construído a partir de constantes físicas. A relação de Planck-Einstein, , estabelece que a energia de um fóton é proporcional à sua frequência.
Planck presidiu a Sociedade Kaiser Wilhelm de 1930 a 1937 e voltou a dirigi-la interinamente entre 1945 e 1946. Em 1948, foi fundada sua sucessora, a Sociedade Max Planck, que em 2026 reunia 85 institutos e instalações de pesquisa. Foi laureado com o Nobel de Física de 1918 "pelos serviços que prestou ao avanço da física com sua descoberta dos quanta de energia".
Primeiros anos e formação Max Karl Ernst Ludwig Planck nasceu em 23 de abril de 1858, em Quiel, filho de Johann Julius Wilhelm Planck e de sua segunda esposa, Emma Patzig. Seu registro de batismo traz o nome Karl Ernst Ludwig Marx Planck, com Marx indicado como nome de uso habitual. A origem dessa grafia é incerta e pode resultar de um erro de registro. Aos dez anos, já assinava Max, nome usado nos demais documentos conhecidos.
miniatura|Assinatura de Planck aos dez anos, já com o nome "Max".
Planck vinha de uma família com longa presença no meio universitário. Seu bisavô e seu avô paternos foram professores de teologia na Universidade de Göttingen, e seu pai lecionou direito na Universidade de Quiel e na Universidade Luís Maximiliano de Munique. Um de seus tios também era juiz.
Planck era o sexto filho da família, embora dois de seus irmãos fossem do primeiro casamento do pai. Sua infância coincidiu com conflitos militares na região, e uma de suas primeiras lembranças era a entrada de tropas prussianas e austríacas em Quiel durante a Guerra dos Ducados do Elba de 1864.
Em 1867, a família se mudou para Munique, onde Planck ingressou no Maximiliansgymnasium. Seu talento para a matemática apareceu cedo. Na escola, ficou sob a orientação de Hermann Müller, matemático que lhe ensinou astronomia, mecânica e matemática. Foi com Müller que Planck conheceu a lei da conservação da energia, seu primeiro contato com a física. Concluiu os estudos escolares em 1874, aos 16 anos.
Planck também tinha formação musical. Teve aulas de canto, tocava piano, órgão e violoncelo e compunha canções e óperas. Possuía ouvido absoluto e tocava piano diariamente, com preferência pelas obras de Schubert e Brahms.
Em 1874, Planck ingressou na Universidade de Munique. Sob a supervisão do professor Philipp von Jolly, realizou os únicos experimentos de sua carreira científica, estudando a difusão de hidrogênio através de platina aquecida. Depois, passou para a física teórica. Jolly o desaconselhou a seguir essa área. Planck recordou que, no início de seus estudos universitários, o professor lhe disse que a física era uma ciência "muito desenvolvida, quase plenamente amadurecida" e que, depois da descoberta do princípio da conservação da energia, logo alcançaria sua forma estável definitiva.
Em 1877, Planck passou um ano na Universidade Frederico Guilherme de Berlim, onde estudou com os físicos Hermann von Helmholtz e Gustav Kirchhoff e com o matemático Karl Weierstrass. Mais tarde escreveu que Helmholtz raramente estava preparado, falava devagar, cometia erros de cálculo e entediava os ouvintes, ao passo que Kirchhoff dava aulas cuidadosamente preparadas, mas secas e monótonas. Planck se tornou amigo de Helmholtz. Em Berlim, dedicou-se sobretudo ao estudo independente dos textos de Rudolf Clausius, experiência que o levou a escolher a termodinâmica como seu campo de pesquisa.
esquerda|miniatura|Planck em 1878
Em outubro de 1878, Planck passou nos exames de qualificação. Em 1879, apresentou a tese Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie, "Sobre a segunda lei da teoria mecânica do calor",Planck, Max. Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie. Tese de doutorado, 1879. DOI: 10.18452/82. e obteve o doutorado no verão daquele ano. Por um curto período, ensinou matemática e física em sua antiga escola de Munique.
Em 1880, depois do doutorado, apresentou a tese de habilitação Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen, "Estados de equilíbrio de corpos isotrópicos em diferentes temperaturas".
Carreira e pesquisa Em 1880, Planck tornou-se Privatdozent, um professor não assalariado, na Universidade de Munique, enquanto aguardava uma posição acadêmica. Embora seu trabalho recebesse pouca atenção no início, prosseguiu com estudos sobre a teoria do calor e chegou, sem saber, ao mesmo formalismo termodinâmico desenvolvido por Josiah Willard Gibbs. As ideias de Clausius sobre entropia ocupavam o centro de suas pesquisas.
Em abril de 1885, Planck foi nomeado professor associado de física teórica na Universidade de Quiel. Continuou a estudar a entropia e suas aplicações, em especial na físico-química. Publicou Vorlesungen über Thermodynamik em 1897. Publicado originalmente em 1897. Tradução inglesa: Também propôs uma base termodinâmica para a teoria da dissociação eletrolítica de Svante Arrhenius.
Em 1889, Planck foi escolhido para suceder Kirchhoff na Universidade Frederico Guilherme de Berlim, possivelmente por intervenção de Helmholtz. Em 1892 tornou-se professor titular. Em 1907, recebeu a oferta de ocupar a cátedra de Ludwig Boltzmann em Viena, mas preferiu permanecer em Berlim. Em 1909, foi convidado pela Universidade Columbia, em Nova Iorque, para as Conferências Ernest Kempton Adams de física teórica. Uma série dessas aulas foi traduzida e publicada com a participação do professor A. P. Wills, de Columbia. Aposentou-se em Berlim em 1926, e foi sucedido por Erwin Schrödinger.
Professor na Universidade Frederico Guilherme de Berlim Como professor da Universidade Frederico Guilherme de Berlim, Planck entrou para a sociedade de física local. Anos depois, escreveu sobre esse período: "Naqueles dias eu era essencialmente o único físico teórico ali, de modo que as coisas não eram tão fáceis para mim, porque comecei a falar de entropia, mas isso não estava exatamente na moda, pois era visto como um fantasma matemático". Planck participou da elaboração dos estatutos da sociedade, que adotou o nome Deutsche Physikalische Gesellschaft em 1899. Presidiu a organização de 1905 a 1909.
miniatura|Placa na Universidade Humboldt de Berlim: "Max Planck, descobridor do quantum elementar de ação h, lecionou neste edifício de 1889 a 1928."
Planck iniciou em Berlim um ciclo de aulas que percorria as áreas clássicas da física teórica. O curso foi concebido em cinco semestres, da mecânica à óptica, e terminava com teoria do calor. A partir dessas aulas, publicou os cinco volumes de Einführung in die theoretische Physik, cuja primeira edição começou a sair em 1916. Capítulo de Research and Pedagogy: A History of Quantum Physics through Its Textbooks. DOI: 10.34663/9783945561249-04. Entre os alunos de doutorado que orientou estavam: 1897, Max Abraham, 1875–1922 1903, Max von Laue, 1879–1960 1904, Moritz Schlick, 1882–1936 1906, Walther Meißner, 1882–1974 1907, Fritz Reiche, 1883–1969 1912, Walter Schottky, 1886–1976 1914, Walther Bothe, 1891–1957
Entre seus outros alunos estavam Richard Becker, Hans von Euler-Chelpin, Wolfgang Köhler, George Ellery Hale, Gustav Ludwig Hertz, Elizabeth Laird, Lise Meitner, Ernest Merritt, Eugene Wigner e Ernst Zermelo.
Entropia A termodinâmica, chamada de "teoria mecânica do calor" no fim do século XIX, surgiu no início daquele século a partir de tentativas de compreender o funcionamento das máquinas a vapor e aumentar sua eficiência. Na década de 1840, pesquisadores formularam de maneira independente a lei da conservação da energia, também expressa pela primeira lei da termodinâmica. Em 1850, Rudolf Clausius formulou a segunda lei da termodinâmica, pela qual o calor não passa espontaneamente de um corpo mais frio para um mais quente. No Reino Unido, William Thomson apresentou uma formulação equivalente da segunda lei.
Clausius continuou a generalizar sua formulação e, em 1865, introduziu o termo entropia. Para uma transferência reversível de calor, sua variação infinitesimal é dada por
em que é o calor recebido reversivelmente e é a temperatura absoluta. A segunda lei estabelece que a entropia total de um sistema isolado não diminui, permanecendo constante em processos reversíveis e aumentando nos irreversíveis.
Clausius, cujos trabalhos Planck leu quando estudava em Berlim, aplicou a segunda lei a processos mecânicos, termoelétricos e químicos. Na tese de 1879, Planck reuniu os trabalhos de Clausius, apontou contradições e imprecisões em sua formulação e procurou esclarecê-las. Procurou formular a segunda lei de maneira geral e estudou a relação entre a entropia e a irreversibilidade dos processos naturais. Se há geração de entropia num processo, ele é irreversível, pois essa entropia não pode ser destruída. Isso não impede que um sistema perca entropia por trocas com o ambiente. Em 1887, Planck expôs suas conclusões numa sequência de trabalhos intitulada "Sobre o princípio do aumento da entropia".
Ao estudar a entropia, Planck não adotou a interpretação molecular e probabilística, pois considerava que ela não fornecia uma prova absoluta de validade universal. Preferiu uma abordagem fenomenológica e também via o atomismo com ceticismo. Abandonou essa posição mais tarde, no curso de seu trabalho sobre a lei da radiação. Seus estudos iniciais mostravam como a termodinâmica podia ser aplicada a problemas físico-químicos concretos.Hoffmann, Dieter. Max Planck: Die Entstehung der modernen Physik. Munique: Beck, 2008, p. 29. ISBN 978-3-406-56242-6.Hartmann. Max Planck als Mensch und Denker. 3.ª edição revista. Basileia, 1953, p. 156.
Planck concluiu também que, para um sistema isolado sob as restrições pertinentes, o máximo de entropia corresponde ao estado de equilíbrio termodinâmico. A partir daí, considerou que as leis dos estados de equilíbrio podiam ser derivadas do conhecimento da entropia. Escolheu os processos de equilíbrio como foco de pesquisa e, a partir da tese de habilitação, estudou a coexistência de estados de agregação e o equilíbrio de reações gasosas. Seu trabalho entrou no campo então em expansão da termodinâmica química.
Independentemente de Planck, Josiah Willard Gibbs havia chegado a quase todos os resultados sobre as propriedades dos equilíbrios físico-químicos e começou a publicá-los em 1876. Planck não conhecia esses textos, que só foram publicados em alemão em 1892. Os dois seguiram caminhos diferentes. Planck estudou processos irreversíveis, enquanto Gibbs se concentrou nos equilíbrios. A abordagem de Gibbs se difundiu por sua simplicidade, enquanto a de Planck tinha aplicação mais geral.Hoffmann, Dieter. Max Planck: Die Entstehung der modernen Physik. Munique: Beck, 2008, p. 31 e seguintes.
Eletrólitos e soluções Além da entropia, Planck dedicou a primeira década da carreira científica ao estudo de processos elétricos em soluções. Derivou teoricamente a relação entre a condutividade e a diluição de uma solução, trabalho ligado às bases da teoria moderna dos eletrólitos. Também obteve uma derivação teórica das condições que governam as mudanças nos pontos de congelamento e ebulição de soluções diluídas, fenômenos estudados por François-Marie Raoult e Jacobus Henricus van 't Hoff na década de 1880.
Radiação de corpo negro miniatura|upright=0.8|Planck em 1901