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Max Planck
Max Planck (1858-1947), physicien allemand, a introduit en 1900 l’idée que l’énergie est échangée par paquets, les quanta. Cette hypothèse fonde la physique quantique et lui a valu le prix Nobel de physique 1918.
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Planck est un révolutionnaire malgré lui. Physicien classique, attaché à la thermodynamique, il cherchait seulement à expliquer la couleur de la lumière émise par un corps chaud. Pour y parvenir, il dut supposer que l’énergie ne s’échange pas de façon continue, ce qu’il regarda d’abord comme un artifice mathématique. C’est l’acte de naissance de la mécanique quantique.
Repères chronologiques
| Date | Événement |
|---|---|
| 23 avril 1858 | naissance dans une famille de juristes et de théologiens |
| 1874 | entre à l’université de Munich ; un professeur lui aurait déconseillé la physique, jugeant presque tout découvert |
| 1879 | thèse sur le second principe de la thermodynamique |
| 1885 | professeur à Kiel |
| 1889 | professeur à Berlin, où il succède à Kirchhoff |
| 1894 | début de ses recherches sur le rayonnement du corps noir |
| 14 décembre 1900 | présente sa loi et l’hypothèse des quanta à la Société allemande de physique |
| 1905 | soutient la relativité restreinte d’Einstein, qu’il fait connaître |
| 1913 | fait venir Einstein à Berlin |
| 1918 | prix Nobel de physique (remis en 1919) |
| 1930 | président de la Société Kaiser-Wilhelm pour la promotion des sciences |
| mai 1933 | rencontre Hitler pour plaider en faveur de savants juifs, en vain |
| 1944 | sa maison de Berlin est détruite par un bombardement ; son fils Erwin est arrêté après l’attentat du 20 juillet contre Hitler |
| 23 janvier 1945 | Erwin Planck est exécuté |
| 4 octobre 1947 | mort à Göttingen |
Le problème du corps noir
Un corps chauffé émet de la lumière dont la couleur dépend de la température : rouge sombre, puis orange, puis blanc. Le corps noir est un objet idéal qui absorbe tout rayonnement et n’émet que selon sa température. À la fin du XIXe siècle, les physiciens mesurent précisément la répartition de l’énergie émise selon la longueur d’onde, mais aucune théorie ne la reproduit sur tout le spectre : la physique classique prédit même une énergie infinie dans l’ultraviolet (ce qu’on appellera la « catastrophe ultraviolette »).
L’hypothèse des quanta (1900)
En octobre 1900, Planck trouve d’abord une formule qui reproduit parfaitement les mesures. Pour la justifier, il suppose, le 14 décembre 1900, que les oscillateurs de la matière n’échangent de l’énergie avec le rayonnement que par paquets indivisibles, proportionnels à la fréquence.
Planck lui-même considère les quanta comme un procédé de calcul. C’est Einstein qui, en 1905, en tire une conséquence physique : la lumière elle-même est formée de quanta, plus tard appelés photons, ce qui explique l’effet photoélectrique. Niels Bohr les applique à l’atome en 1913.
Le prix Nobel de physique 1918 récompense Planck « en reconnaissance des services rendus au progrès de la physique par sa découverte des quanta d’énergie ».
La constante de Planck
| Grandeur | Valeur |
|---|---|
| constante de Planck h | 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ joule-seconde (valeur exacte depuis 2019) |
| constante réduite ħ = h / 2π | environ 1,055 × 10⁻³⁴ J·s |
| longueur de Planck | environ 1,6 × 10⁻³⁵ m |
| temps de Planck | environ 5,4 × 10⁻⁴⁴ s |
La constante h est minuscule, ce qui explique que les effets quantiques ne soient pas visibles à notre échelle. Depuis la révision du Système international en 2019, sa valeur est fixée et sert à définir le kilogramme, qui ne dépend plus d’un cylindre de platine conservé à Sèvres. Les « unités de Planck », qu’il proposa en 1899, combinent h, la vitesse de la lumière et la constante de gravitation.
L’homme et l’institution
Planck est une figure morale de la science allemande : secrétaire perpétuel de l’Académie prussienne des sciences, il soutient Einstein et Lise Meitner, qu’il accueille dans ses cours à une époque où les femmes y étaient rarement admises. Pendant la Première Guerre mondiale, il signe le « manifeste des 93 » intellectuels allemands (1914), qu’il regrettera ensuite.
Sous le nazisme, il reste en Allemagne et tente de préserver les institutions scientifiques, au prix de compromis qui lui seront reprochés. Il intervient auprès de Hitler en mai 1933 en faveur du chimiste Fritz Haber, sans succès. Sa vie privée est marquée par les deuils : son fils Karl tué à Verdun en 1916, ses deux filles mortes en couches, et son fils Erwin exécuté en 1945 pour sa participation présumée au complot du 20 juillet 1944.
Héritage
Après la guerre, la Société Kaiser-Wilhelm est refondée sous le nom de Société Max-Planck (1948), qui gère aujourd’hui plus de 80 instituts de recherche. Le satellite européen Planck (2009-2013) a cartographié le fond diffus cosmologique avec une précision inégalée.
Questions fréquentes
Qu’a découvert Max Planck ?
Que l’énergie est échangée entre la matière et le rayonnement par quanta indivisibles, d’énergie E = hν. Cette hypothèse, formulée en 1900, est à l’origine de la physique quantique.
Qu’est-ce que la constante de Planck ?
Une constante fondamentale de la physique, notée h, qui relie l’énergie d’un quantum à sa fréquence. Elle vaut exactement 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ J·s et sert depuis 2019 à définir le kilogramme.
Pourquoi Max Planck a-t-il eu le prix Nobel ?
Pour la découverte des quanta d’énergie. Il a reçu le prix Nobel de physique 1918, remis en 1919.