Max Planck – Người Khai Sáng Thuyết Lượng Tử

Năm 2008 đã đến với chúng ta bằng một sự kiện quan trọng trong giới khoa học. Đó là kỷ niệm sinh nhật lần thứ 150 của Max Planck, người khai sáng  thuyết lượng tử.

Cha đẻ của thuyết Lượng tử, người đã mang lại “ánh sáng” cho thế giới vi mô, cũng như Newton đã từng mang lại ánh sáng cho thế giới vĩ mô, chính là nhà Vật lý học Max Planck, khi ông khám phá rằng ở cấp độ vi mô sự trao đổi năng lượng không diễn ra liên tục mà rời rạc theo từng gói tí hon được gọi là “lượng tử”. Khám phá này – cùng với khám phá về bản chất lưỡng tính “sóng lẫn hạt” của ánh sáng 5 năm sau đó của Einstein – chính là những tiên đề nền tảng cho cuộc cách mạng lượng tử.

Thuyết Lượng tử không những giải thích chính xác sự cấu tạo vật chất mà Democrit đã hình dung, mà còn quyết định rất lớn sự phồn vinh của nhân loại. Cuối thế kỷ 20, thế giới vật lý dựa lên hai cột trụ mới là thuyết Tương đối của Einstein và thuyết lượng tử của Planck. Nhưng đối với đời sống thực tế của con người thì ba cột trụ của khoa học có ảnh hưởng quyết định là cuộc cách mạng lượng tử, cách mạng sinh học DNA, và cách mạng máy tính, với mức độ chưa từng có trước đó trong lịch sử.

Ngày nay, thuyết lượng tử, không những là nền tảng của vật lý và thiên văn hiện đại, hoá học và sinh học, mà còn đưa đến hai cuộc cách mạng máy tính và sinh học phân tử. Không những thế, nó sẽ có thể thực hiện những cuộc hợp phối giữa những cuộc cách mạng đó đầy lý thú. Một “tương lai lượng tử” hứa hẹn đang chờ đợi. Nói tóm lại, thuyết Lượng tử sẽ thâm nhập cũng như làm nảy sinh ra những công nghệ đỉnh cao, cách mạng nhất của thế kỷ 21 và cả trong ba cuộc cách mạng khoa học vĩ đại của nhân loại.

– “Mắt ông hướng về những cái vĩnh cửu, nhưng ông vẫn dự phần hàng ngày vào tất cả những gì thuộc về phạm vi con người và thời đại. Thế giới con người sẽ khác đi và tốt đẹp biết bao, nếu có nhiều hơn nữa những người lãnh đạo như ông” – (Albert Einstein)

– “Một hành động độc nhất mà người quá cố đã thực hiên một nửa thế kỷ trước, và đã đem lại một khúc quanh mới không những cho ngành vật lý, cho toàn ngành khoa học tự nhiên, mà cũng còn cho cái thế giới vật lý của tất cả con người.” – (Max von Laue)

– “Hầu như không có một khám phá trong lịch sử khoa học nào đã tạo ra những kết quả ngoại hạng như thế… như là những kết quả đã trực tiếp phát sinh ra từ khám phá của Planck về lượng tử tác dụng cơ bản… Nhưng thuyết lượng tử còn làm một cái gì nhiều hơn nữa. Nó đem lại một cuộc cách mạng triệt để trong sự diễn giải khoa học của các hiện tượng tự nhiên” – (Niels Bohr)

***

Max Karl Ernst Ludwig Planck (23 tháng 4 năm 1858 – 4 tháng 10 năm 1947) là một nhà vật lý người Đức, được xem là người sáng lập cơ học lượng tử và do đó là một trong những nhà vật lý quan trọng nhất của thế kỷ 20. Ông đạt giải Nobel vật lý năm 1918.

Max Planck xuất thân từ một gia đình có truyền thống học thuật. Ông cố Heinrich Ludwig Planck (1785–1831) và ông nội Heinrich Ludwig Planck (1785–1831) là giáo sư ngành Thần học tại Göttingen. Bố của ông, Wilhelm Johann Julius Planck (1817–1900), là giáo sư ngành luật tại Kiel và München; người chú Gottlieb Planck (1824–1907) cũng là một luật sư, là một trong những người góp phần chủ yếu lập bộ Công dân luật (Bürgerliches Gesetzbuch, viết tắt BGB).

Ông ra đời ngày 23 tháng 4 năm 1858 tại Kiel, là con của Johann Julius Wilhelm Planck và người vợ thứ hai là Emma Patzig (1821–1914); ông có bốn anh chị em ruột (Hermann, Hildegard, Adalbert và Otto), cũng như hai anh chị cùng cha khác mẹ (Hugo và Emma) đời vợ trước của Johann Julius Wilhelm Planck. Ông sống những năm đầu tại Kiel cho đến khi gia đình chuyển về München. Nơi đây, ông đi học ở trường trung học Maximilian; một trong những người bạn học của ông là người sáng lập Viện bảo tàng Đức (Deutsches Museum) Oskar von Miller. Ông tốt nghiệp phổ thông năm 17 tuổi.

Planck rất có khiếu về âm nhạc. Ông chơi đàn dương cầm, phong cầm, cello và được đào tạo giọng hát. Ông sáng tác bài ca và một ca kịch nhỏ (Operette, 1876) cho hội sinh viên của ông, Câu lạc bộ ca nhạc München. Nhưng thay vì học âm nhạc, ông quyết định học vật lý.

Giáo sư vật lý tại München, Philipp von Jolly, khuyên ông không nên học bộ môn này vì “trong ngành này hầu như tất cả đã được nghiên cứu, và công việc còn lại chỉ là việc trám vá một vài chỗ thiếu sót không quan trọng” (“in dieser Wissenschaft schon fast alles erforscht sei, und es gelte, nur noch einige unbedeutende Lücken zu schließen”) – một quan điểm được nhiều nhà vật lý thời đó đại diện. Planck ứng đáp rằng: “Tôi không ôm ấp nguyện vọng khai phá đất mới mà chỉ muốn hiểu những cơ sở đã có của khoa học vật lý, và nếu có thể, đi sâu thêm nữa” (“Ich hege nicht den Wunsch, Neuland zu entdecken, sondern lediglich, die bereits bestehenden Fundamente der physikalischen Wissenschaft zu verstehen, vielleicht auch noch zu vertiefen”). Và ông bắt đầu học ngành vật lý vào năm 1874 tại Đại học München.

Nơi Jolly, Planck thực hiện các buổi thí nghiệm duy nhất trong cả cuộc đời nghiên cứu của ông (về sự khuếch tán của khinh khí qua sự nung nóng platin); không bao lâu sau, ông chuyển qua ngành vật lý lý thuyết.

Planck đến Berlin học một năm (1877-1878) để học tập với những nhà vật lý học nổi danh là Hermann von Helmholtz và Gustav Kirchhoff cũng như nhà toán học Karl Weierstraß. Planck ghi như sau về Helmholtz: “… chẳng bao giờ chuẩn bị tốt, nói lắp bắp, luôn tính sai và làm người nghe nhàm chán”, và nói về Kirchhoff: “… chuẩn bị bài dạy kĩ lưỡng, tuy nhiên, khô khan và đơn điệu”. Mặc dù vậy, ông kết bạn rất thân với Helmholtz. Phần lớn ông tự học từ những bài viết của Rudolf Clausius. Qua ảnh hưởng này mà lĩnh vực nghiên cứu của ông sau này trở thành lý thuyết nhiệt học.

Tháng 10 năm 1878, ông kết thúc chương trình cao học (Lehramtsexamen), và trình luận án tiến sĩ tháng 3 năm 1879 mang tên “Luận về nguyên tắc thứ hai của nhiệt động lực học” (Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie). Tháng 6 năm 1880, ông trình luận án hậu tiến sĩ (Habilitationsschrift) với tựa đề “Trạng thái quân bình của các vật đẳng hướng ở các nhiệt độ khác nhau” (Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen).

Mời các bạn đón đọc Max Planck – Người Khai Sáng Thuyết Lượng Tử của tác giả Nhiều Tác Giả.