มักซ์ พลังค์

มักซ์ คาร์ล แอนสต์ ลุดวิก พลังค์ (อังกฤษ: Max Karl Ernst Ludwig Planck) (23 เมษายน พ.ศ. 2401 - 4 ตุลาคม พ.ศ. 2490) เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ผู้บุกเบิกการศึกษาทฤษฎีควอนตัม อันเป็นส่วนสำคัญในการศึกษาฟิสิกส์สมัยใหม่ แม้ในชีวิตตอนแรกของเขาจะดูราบรื่น โดยเขามีความสามารถทั้งทางดนตรีและฟิสิกส์ แต่เขากลับเดินไปในเส้นทางแห่งนักฟิสิกส์ทฤษฎี จนเขาได้ตั้งทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่สำคัญต่อฟิสิกส์สมัยใหม่ นั่นคือ กฎการแผ่รังสีของวัตถุดำของพลังค์ รวมถึงค่าคงตัวของพลังค์ ซึ่งนับว่าขาดไม่ได้เลยสำหรับการศึกษากลศาสตร์ควอนตัม ทว่าบั้นปลายกลับเต็มไปด้วยความสิ้นหวังจากภัยสงคราม เขาต้องสูญเสียภรรยาคนแรก และบุตรที่เกิดกับภรรยาคนแรกไปทั้งหมด จนเหลือเพียงตัวเขา ภรรยาคนที่สอง และบุตรชายที่เกิดกับภรรยาคนที่สองเพียงคนเดียว ถึงกระนั้น มักซ์ พลังค์ ก็ยังไม่ออกจากประเทศเยอรมนีอันเป็นบ้านเกิดของเขาไปยังดินแดนอื่น

มักซ์ พลังค์ ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี พ.ศ. 2461 (มอบให้เมื่อปี พ.ศ. 2462) นอกจากนี้ สมาคมฟิสิกส์เยอรมันได้นำชื่อเขาไปตั้งชื่อรางวัล "เหรียญมักซ์ พลังค์" (Max Planck Medal) ซึ่งเขาเป็นผู้ได้รับในปีแรกร่วมกับ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อปี พ.ศ. 2471

มักซ์ พลังค์ เกิดในตระกูลปัญญาชน โดยที่ทวดและปู่ของเขาเป็นศาสตราจารย์ด้านเทววิทยา สอนที่เมืองเกิตติงเกน (G?ttingen) บิดาของเขาเป็นศาสตราจารย์ด้านนิติศาสตร์ในเมืองคีล (Kiel) และมิวนิก และลุงฝ่ายพ่อของเขาก็เป็นผู้พิพากษา

มักซ์เป็นบุตรคนที่ 6 ของ โยฮันน์ ยูเลียส วิลเฮล์ม พลังค์ (Johann Julius Wilhelm Planck) ที่เกิดกับภรรยาคนที่สองชื่อ เอมมา พัตซิก (Emma Patzig) โดยก่อนหน้านี้โยฮันน์มีบุตรกับภรรยาคนก่อนมาแล้วสองคน ต่อมาเมื่อมักซ์อายุได้ 9 ปี ครอบครัวพลังค์ได้ย้ายไปอาศัยอยู่ที่มิวนิก และมักซ์เริ่มเข้าโรงเรียนที่นี่ ต่อมา แฮร์มันน์ มึลเลอร์ (Hermann M?ller) อาจารย์ของมักซ์ ได้สอนวิชาดาราศาสตร์ กลศาสตร์ และคณิตศาสตร์ ให้แก่มักซ์ โดยมักซ์ก็ได้เรียนเรื่องกฎการอนุรักษ์พลังงานจากอาจารย์ของเขาเป็นเรื่องแรก จนสนใจในวิชาฟิสิกส์มาก มักซ์จบการศึกษาเมื่ออายุได้เพียง 16 ปี

แม้ว่ามักซ์จะมีความสามารถด้านดนตรี ถึงขนาดร้องเพลง เล่นเปียโน ออร์แกน เชลโล หรือแม้กระทั่งแต่งเพลงได้ แต่เขากลับเลือกที่จะเรียนฟิสิกส์ แทนที่จะเป็นดนตรี มักซ์เข้าศึกษาต่อด้านฟิสิกส์ในมหาวิทยาลัยมิวนิก (Ludwig-Maximilians-Universit?t M?nchen) ต่อมาเมื่ออายุได้ 19 ปี เขาเดินทางไปกรุงเบอร์ลิน เพื่อศึกษากับนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงชื่อ เฮอร์มันน์ ฟอน เฮล์มโฮลทซ์ (Hermann von Helmholtz) กับ กุสตาฟ คีร์คฮอฟฟ์ (Gustav Kirchhoff) และนักคณิตศาสตร์ชื่อ คาร์ล ไวแยร์สตราสส์ (Karl Weierstrass) มักซ์เคยบันทึกไว้ว่า แฮร์มันน์เป็นคนที่ไม่ค่อยเตรียมตัว มักคำนวณเลขผิดอยู่เสมอ ๆ พูดจาเชื่องช้า แต่กุสตาฟเป็นคนที่ชอบวางแผนและมีบุคลิกเคร่งขรึม แต่ต่อมามักซ์กลับได้เป็นเพื่อนสนิทกับแฮร์มันน์ นอกจากนี้มักซ์ยังศึกษางานเขียนของ รูดอล์ฟ เคลาซิอุส (Rudolf Clausius) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน จนทำให้เขาสนใจศึกษาในด้านทฤษฎีความร้อน

เดือนตุลาคม พ.ศ. 2421 มักซ์ผ่านการสอบวิชาที่เรียน ต่อมาในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2422 มักซ์ผ่านการป้องกันวิทยานิพนธ์เรื่อง "ว่าด้วยหลักพื้นฐานข้อที่สองของทฤษฎีกลความร้อน" ทำให้เขาได้รับปริญญาเอกในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2422 ด้วยวัยเพียง 21 ปี หลังจากนั้นมักซ์กลับไปสอนวิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเก่าของเขาในเมืองมิวนิกเป็นเวลาสั้น ๆ

ต่อมาในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2423 มักซ์ได้เสนอวิทยานิพนธ์ฉบับที่ 2 เรื่อง "ภาวะสมดุลของวัตถุชนิดเดียวกัน ณ อุณหภูมิที่ต่างกัน" ซึ่งทำให้เขามีสิทธิเป็นอาจารย์สอนในมหาวิทยาลัย

ครั้นต่อมา มักซ์ได้เข้าเป็นอาจารย์ในมหาวิทยาลัย ในตอนแรกเขาก็ยังไม่เป็นที่เด่นชัดในแวดวงวิชาการ แต่เขาก็ดำเนินการวิจัยด้านทฤษฎีความร้อน โดยมีแนวคิดเอนโทรปีของรูดอล์ฟ คลอเซียสเป็นหลักในการวิจัย

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2428 มักซ์ได้เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์ทฤษฎีในมหาวิทยาลัยคีล ต่อมาเขาก็มีผลงานในด้าน เอนโทรปีกับการประยุกต์ในเคมีฟิสิกส์ นอกเหนือจากนี้ เขายังได้เสนอหลักอุณหพลศาสตร์ที่เป็นพื้นฐาน ของทฤษฎีว่าด้วยการแตกตัวของสารอิเล็กโทรไลต์ของสฟานเต อาร์เรเนียส (Svante Arrhenius) นักเคมีชาวสวีเดน

ในช่วงสี่ปีต่อมา มักซ์ได้รับตำแหน่งทางวิชาการต่อจากกุสตาฟ คีคฮอฟฟ์ ในมหาวิทยาลัยเบอร์ลิน และในปี พ.ศ. 2435 เขาก็ได้เลื่อนตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์ ในอีก 15 ปีต่อมา เขาถูกเสนอให้ไปอยู่ที่กรุงเวียนนา เพื่อสืบทอดตำแหน่งทางวิชาการของลุดวิก โบลต์ซมันน์ (Ludvig Boltzmann) นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ที่ได้ฆ่าตัวตายไปเมื่อวันที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2449 แต่มักซ์กลับไม่สนใจ ช่วงระหว่างปี 2452 เขาได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ผู้บรรยายในมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย สหรัฐอเมริกา จวบจนกระทั่งวันที่ 10 มกราคม พ.ศ. 2469 เขาก็ลาออกจากตำแหน่งศาสตราจารย์ และเออร์วิน ชเรอดิงเงอร์ (Erwin Schr?dinger) นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ก็เข้ามารับตำแหน่งแทน

ครั้งหนึ่งที่มักซ์อาศัยอยู่ที่เบอร์ลิน มักซ์ได้เข้าร่วมเป็นสมาชิกสมาคมฟิสิกส์ท้องถิ่น ต่อมาเขาได้เขียนถึงช่วงเวลานั้นว่า

ในวันที่ผ่านมานั้น ข้าพเจ้าเป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีเพียงคนเดียวที่อยู่ที่นี่ ดังนั้นมันจึงไม่ง่ายเลยสำหรับตัวข้าพเจ้า และข้าพเจ้ากล่าวถึงเอนโทรปีเป็นอันดับแรก ซึ่งมันก็เป็นเพียงแค่ปีศาจตัวเลขในสายตาของคนอื่น ๆ

ในเวลาต่อมา สมาคมฟิสิกส์ท้องถิ่นในเยอรมันก็ได้รวมกันเป็นสมาคมฟิสิกส์เยอรมัน และมักซ์ก็ได้เป็นนายกสมาคมช่วงปี พ.ศ. 2448 ถึง พ.ศ. 2452

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2430 มักซ์ได้สมรสกับมารี เมอร์ค (Marie Merck, พ.ศ. 2404 - 2452) มีบุตรธิดาด้วยกัน 4 คน อาศัยด้วยกันในห้องเช่าแห่งหนึ่งในเมืองคีล ต่อมาเมื่อเขาได้ย้ายไปอยู่กรุงเบอร์ลิน ครอบครัวพลังค์ได้อาศัยอยู่ในบ้านพักตากอากาศในเขตกรึนเนอวาลด์ ชานกรุงเบอร์ลิน ซึ่งมีศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยเบอร์ลินหลายคนอาศัยอยู่แถบนั้น ไม่ช้า บ้านของเขาก็มีแขกมาเยือนตลอด ในจำนวนนั้นได้แก่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์, ออตโต ฮาน (Otto Hahn) นักเคมีชาวเยอรมัน, และลิเซ ไมต์เนอร์ (Lise Meitner) นักฟิสิกส์ลูกครึ่งออสเตรีย-สวีเดน

หลังจากที่มักซ์มีความสุขกับชีวิตครอบครัวมาสักระยะเวลาหนึ่งแล้ว เรื่องน่าเศร้าก็เกิดขึ้น มารี พลังค์ ภรรยาคนแรกของเขาถึงแก่กรรมด้วยวัณโรคในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2452 มักซ์จึงสมรสกับมาร์กา ฟอน เฮิสสลิน (Marga von Hoesslin, พ.ศ. 2425 - 2491) มีบุตรชายหนึ่งคน ในเดือนธันวาคม ปีเดียวกับที่มารี ภรรยาคนแรกถึงแก่กรรม

ไม่ช้าไม่นาน สงครามโลกครั้งที่ 1 ก็ปะทุขึ้น บุตรชายคนโตของมักซ์ ชื่อ คาร์ล พลังค์ (Karl Planck) ถูกสังหารในสนามรบ เออร์วิน พลังค์ (Erwin Planck) ถูกฝรั่งเศสจับตัวไปจองจำเมื่อ พ.ศ. 2457 เกรต พลังค์ (Grete Planck) ถึงแก่กรรมขณะคลอดบุตร และเอมมา พลังค์ (Emma Planck) บุตรสาวที่เหลืออยู่ของเขาก็ถึงแก่กรรมด้วยสาเหตุเดียวกับเกรต

ต่อมา เออร์วิน พลังค์ ถูกสังหารโดยพวกนาซี โทษฐานสมรู้ร่วมคิดในการพยายามสังหารอดอล์ฟ ฮิตเลอร์ ที่ไม่สำเร็จ และระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง บ้านของมักซ์ถูกถล่มด้วยระเบิดจนเสียหายหมด ทำให้มักซ์เหลือเพียงภรรยาคนที่สองกับบุตรอีกหนึ่งคน เขารู้สึกสิ้นหวังมาก และก็ได้ย้ายไปอาศัยยังเมืองเกิตติงเกน และถึงแก่กรรมที่นั่น รวมอายุได้ 89 ปีเศษ

ในปี พ.ศ. 2437 มักซ์เริ่มให้ความสนใจปัญหาการแผ่รังสีของวัตถุดำ โดยในตอนแรก กุสตาฟ คีร์คฮอฟฟ์ ได้ตั้งคำถามว่า "ความเข้มของการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยวัตถุดำ ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแผ่รังสีกับอุณหภูมิของวัตถุอย่างไร?" มักซ์ได้ศึกษากฎของเรย์เล-จีน (ซึ่งอธิบายได้ดีที่ความถี่ต่ำ ๆ) และกฎของเวียน (ซึ่งอธิบายได้ดีที่ความถี่สูง ๆ) จากนั้น เขาจึงนำข้อดีของกฎทั้งสองมาสรุปเป็นกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำของพลังค์ (Planck black-body radiation law) โดยใช้แนวคิดว่า พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต้องถูกปลดปล่อยในรูปของอนุภาคเล็ก ๆ เรียกว่า ควอนตา (มาจากภาษาละตินแปลว่า "เท่าไร?") มิได้ถูกปลดปล่อยเป็น"ก้อน"พลังงานใหญ่ ๆ เลย (สังเกตได้จากการเผาลวดโลหะ จะพบว่าโลหะนั้นเปล่งแสงไม่เท่ากัน เป็นเช่นนี้เองทำให้มีพลังงานไม่เท่ากันด้วย) และมีพลังงานอยู่ค่าหนึ่ง ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแผ่รังสี และหาได้จากสมการอันเลื่องชื่อ E (พลังงาน) = h (ค่าคงตัวของพลังค์) ? ? (ความถี่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ต่อมามักซ์ได้เสนอกฎของเขาในที่ประชุมสมาคมฟิสิกส์เยอรมัน เมื่อวันที่ 19 ตุลาคม พ.ศ. 2443 และในปีถัดมางานของเขาก็ถูกตีพิมพ์ จากผลงานนี้เองทำให้มักซ์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ นอกเหนือจากนี้ งานของเขาเป็นพื้นฐานของแบบจำลองอะตอมของนีลส์ บอร์ เมื่อปี พ.ศ. 2448 และการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เมื่อปี พ.ศ. 2456 แม้ว่ามักซ์จะเคยปรารภเกี่ยวกับการแบ่งส่วนพลังงานออกเป็นควอนตาว่า

แต่ต่อมา สิ่งที่เขา "สมมุติ" ได้กลายเป็นจุดกำเนิดของฟิสิกส์ควอนตัม ที่มีแนวคิดแผกไปจากฟิสิกส์ดั้งเดิม

ช่วงท้ายทศวรรษที่ 1920 โวล์ฟกัง เพาลี (Wolfgang Pauli) นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (Werner Heizenberg) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน และนีลส์ บอร์ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ได้ร่วมกันเสนอแนวคิดเกี่ยวกับการแปลความหมายของกลศาสตร์ควอนตัม แต่ถูกมักซ์ พลังค์ คัดค้าน เช่นเดียวกับเออร์วิน ชเรอดิงเงอร์ แม้แต่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ก็ยังค้านแนวคิดในเบื้องต้น มักซ์ได้กล่าววิจารณ์ไว้ว่า กลศาสตร์เมทริกซ์ของไฮเซนเบิร์ก "น่าเกลียดมาก" และกล่าวว่าสมการของชเรอดิงเงอร์ "พอรับได้" มักซ์ยังหวังอีกด้วยว่า กลศาสตร์คลื่นจะช่วยอธิบายทฤษฎีควอนตัมให้กระจ่างกว่านี้ แต่ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน จึงตัดความกังวลข้อนี้ของเขาออกไปได้ ครั้งหนึ่งมักซ์เคยกล่าวว่า

ความจริงทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่นั้น เกิดขึ้นมาโดยมิได้ทำให้คู่กัด (วิทยาศาสตร์สมัยเก่า) ปรับตัวให้เหมาะสมเลยสักนิด แต่มันจะค่อย ๆ โตขึ้น และปล่อยให้คู่กัดตายไปอย่างช้า ๆ จนมันอธิบายความจริงได้ตั้งแต่ต้นแทนที่คู่กัดของมัน

ในปี พ.ศ. 2448 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กล่าวถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในนิตยสาร Annalen der Physik โดยที่ไอน์สไตน์ได้ให้ข้อสมมติฐานว่าแสงมีส่วนย่อย ๆ เรียกว่า ควอนตา (โฟตอน) โดยยึดหลักจากการค้นพบปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกของฟิลลิป เลนาร์ด ซึ่งมักซ์ก็ไม่ยอมรับในตอนแรก เพราะเขาไม่ต้องการทิ้งทฤษฎีพลศาสตร์ไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ไป เขากล่าวอีกด้วยว่า

ทฤษฎีของแสงควรจะถูกโละทิ้งไป ไม่เพียงแค่สิบปี แต่ขอให้เป็นหลายร้อยปี ไปจนตอนที่คริสตียาน เฮยเคินส์ ต่อสู้กับทฤษฎีของไอแซก นิวตัน

ในปี พ.ศ. 2453 ไอน์สไตน์ได้ชี้พฤติกรรมที่ผิดปกติของความร้อนจำเพาะ ณ อุณหภูมิที่ต่ำมาก ๆ ซึ่งนับว่าเป็นผลการทดลองที่ท้าทายฟิสิกส์แผนเดิมเป็นอย่างยิ่ง มักซ์จึงได้จัดให้มีการประชุมโซลเวย์ครั้งที่ 1 ที่กรุงบรัสเซลส์ เมื่อปี พ.ศ. 2454 เพื่อไขความกระจ่างของข้อโต้แย้ง ณ ที่นี่ไอน์สไตน์ได้โน้มน้าวมักซ์ พลังค์ ได้เป็นผลสำเร็จ ในขณะเดียวกัน มักซ์ได้ดำรงตำแหน่งอธิการบดีมหาวิทยาลัยเบอร์ลิน เป็นที่คาดกันว่าเขาน่าจะเชิญตัวไอน์สไตน์มาเป็นศาสตราจารย์ในสองปีต่อมา จนกระทั่งทั้งสองคนกลายเป็นเพื่อนสนิทกันในที่สุด