เด็กอัจฉริยะเก่งทั้งวิทย์และศิลป์
มักซ์ พลังค์ เป็นชาวเยอรมัน เกิดเมื่อปี 1858 ที่เมืองคีลทางตอนเหนือของประเทศเยอรมันในครอบครัวของปัญญาชนโดยแท้ ทวดและปู่เป็นอาจารย์ด้านเทววิทยา ส่วนพ่อของเขาเป็นอาจารย์วิชากฎหมายที่มหาวิทยาลัยคีล และมีลุงของเขาอีกคนเป็นผู้พิพากษา ปี 1867 ครอบครัวย้ายไปอยู่ที่เมืองมิวนิคเนื่องจากพ่อได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่นั่น พลังค์เข้าเรียนชั้นมัธยมที่โรงเรียน Maximilians Gymnasium มีอาจารย์คณิตศาสตร์คนหนึ่งชื่อ Hermann Müller เห็นแววอัจฉริยะด้านคณิตศาสตร์ของพลังค์จึงได้สอนวิชาดาราศาสตร์และกลศาสตร์เพิ่มให้เป็นกรณีพิเศษ และนั่นเป็นครั้งแรกที่เขาได้เรียนรู้กฎของฟิสิกส์ซึ่งปูทางสู่การเป็นนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ในอนาคต
พลังค์ไม่ได้เก่งเฉพาะสายวิทย์เท่านั้น เขายังมีพรสวรรค์ด้านดนตรีอีกด้วย เขาเล่นเครื่องดนตรีได้ดีหลายอย่าง เช่น เปียโน ออร์แกน เชลโล และยังเป็นนักร้องเสียงดีอีกด้วย นอกจากนี้เขายังสามารถแต่งเพลงคลาสสิกได้ดีเช่นกัน หากเขาคิดจะเอาดีด้านการเป็นนักร้องนักดนตรีก็คงจะประสบความสำเร็จได้ไม่ยาก พลังค์เรียนจบชั้นมัธยมตอนอายุ 17 ปี ถึงเวลาที่ต้องเลือกเส้นทางของชีวิต เขาตัดสินใจว่าเขาจะเรียนวิทยาศาสตร์เป็นอาชีพในขณะที่ดนตรีจะยังคงเป็นงานอดิเรกที่สนุกสนาน และมันก็เป็นเช่นนั้นไปตลอดชีวิต
จบปริญญาเอกด้วยอายุแค่ 21 ปี
ปี 1874 พลังค์เข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยมิวนิค เขาสนใจวิชาฟิสิกส์ มีอาจารย์คนหนึ่งบอกเขาว่าเกือบทุกอย่างในวิชาฟิสิกส์ถูกค้นพบหมดแล้ว แทบจะไม่มีอะไรที่สำคัญเหลืออยู่อีก แต่เขายังเลือกเรียนฟิสิกส์อยู่ดี ไม่น่าเชื่อว่าอีกยี่สิบกว่าปีต่อมาพลังค์ได้พิสูจน์ว่าอาจารย์คนนั้นคิดผิดไปถนัด การเรียนช่วงแรกส่วนใหญ่เขาต้องทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ซึ่งเขาไม่ค่อยชอบ อาจเป็นเพราะเขามีความสามารถด้านคณิตศาสตร์สูงมาก ต่อมาเขาจึงเปลี่ยนไปสนใจทางฟิสิกส์ทฤษฎีที่เหมาะกับเขามากกว่า
ปี 1877 พลังค์ย้ายไปเรียนที่มหาวิทยาลัย Friedrich Wilhelms University ในกรุงเบอร์ลินเป็นเวลา 1 ปี ซึ่งทำให้เขาได้เรียนกับนักฟิสิกส์คนสำคัญของเยอรมัน 2 คนคือ Hermann von Helmholtz และ Gustav Kirchhoff สองคนนี้เก่งมากก็จริงแต่พลังค์ไม่ค่อยชอบการเลคเชอร์ของทั้งคู่จึงเริ่มต้น
ศึกษาด้วยตัวเอง แล้วเขาก็พบว่าผลงานของ Rudolf Clausius หนึ่งในผู้บุกเบิกวิชาเทอร์โมไดนามิกส์เขียนได้ชัดเจน เข้าใจง่าย และน่าสนใจมาก ในที่สุดเขาจึงเลือกเรียนเทอร์โมไดนามิกส์เป็นวิชาหลัก
หลังจากกลับมาที่มิวนิคในปลายปี 1878 ได้ไม่นานพลังค์ก็สามารถผ่านการสอบข้อเขียน ต้นปี 1878 เขาเสนอวิทยานิพนธ์เกี่ยวกับกฏข้อที่ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ และกลางปีนั้นเองเขาก็ได้รับอนุมัติวิทยานิพนธ์ พลังค์จบปริญญาเอกและได้เกียรตินิยมอันดับ 1 ด้วยอายุแค่ 21 ปีเท่านั้น ขณะเป็นนักศึกษาเขายังคงสนุกสนานกับการร้องเพลงเล่นดนตรี เขาเป็นนักร้องประสานเสียงของมหาวิทยาลัย รวมทั้งยังได้แต่งเพลงโอเปร่าอีกด้วย
ศาสตราจารย์หนุ่มผู้มุ่งมั่นทำงาน
ตอนเรียนจบมาใหม่ๆยังไม่มีตำแหน่งทางวิชาการสำหรับพลังค์ เขาจึงไปเป็นอาจารย์บรรยายวิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยมิวนิคแบบไม่มีเงินเดือนและเริ่มทำงานวิจัยด้านเทอร์โมไดนามิกส์ เขาต้องรอถึงปี 1885 ทางมหาวิทยาลัยคีลจึงได้แต่งตั้งพลังค์เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ทฤษฎี เขาสอนหนังสือและทำงานวิจัยที่คีลจนถึงปี 1889 จึงกลับไปที่กรุงเบอร์ลินอีกครั้งเพื่อรับตำแหน่งที่มหาวิทยาลัย Friedrich Wilhelms University แทน Gustav Kirchhoff ที่เสียชีวิตไปเมื่อสองปีก่อน
พลังค์เป็นศาสตราจารย์เต็มตัวเมื่อปี 1892 ในวัย 33 ปี เขาประสบความสำเร็จกับการเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยค่อนข้างมาก ลูกศิษย์ชอบการเลคเชอร์ของเขามาก พลังค์เลคเชอร์โดยไม่ต้องมีหนังสือหรือกระดาษโน้ต เขาไม่เคยผิดพลาด ไม่เคยแม้กระทั่งการสะดุด ไม่เคยมีอะไรมารบกวนการเลคเชอร์ของเขาได้เลย ลูกศิษย์ของพลังค์ 2 คนคือ Max von Laue และ Walther Bothe ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ บางครั้งเขาก็ได้รับเชิญไปบรรยายที่มหาวิทยาลัยอื่น อย่างเช่นที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียในกรุงนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา เป็นต้น พลังค์เป็นอาจารย์อยู่ที่กรุงเบอร์ลินอย่างยาวนานจนกระทั่งเกษียณอายุในปี 1926
คิดค้นกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำ
พลังค์เริ่มสนใจปัญหาการแผ่รังสีของวัตถุดำ (Black body) ในปี 1894 วัตถุดำคือวัตถุที่ดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบตัวมันทั้งหมด ไม่มีการทะลุผ่านและไม่มีการสะท้อน วัตถุดำที่มีอุณหภูมิน้อยกว่า 427 °C ให้การแผ่รังสีในย่านความถี่ที่มองเห็นได้น้อยมากจึงทำให้มองเห็นเป็นสีดำ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นมากกว่านั้นจะมีการแผ่รังสีในย่านความถี่ที่มองเห็นได้เริ่มจากสีแดง ส้ม เหลือง ขาว และสีฟ้า ปัญหาคือทฤษฎีเทอร์โมไดนามิกส์ดั้งเดิมทำนายสีของแสงที่เปล่งออกมาไม่ตรงกับผลที่ได้จากการทดลอง
Wilhelm Wien นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้เสนอกฎของวีน (Wien’s Law) ซึ่งใช้ทำนายพฤติกรรมดังกล่าวได้อย่างถูกต้องในช่วงความถี่สูงแต่ในช่วงความถี่ต่ำกลับใช้ไม่ได้ ขณะที่ Lord Rayleigh และ James Jeans สองนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้เสนอกฎของเรย์ลี-จีนส์ (Rayleigh-Jeans’ law) ซึ่งให้ผลสอดคล้องกับการทดลองในช่วงความถี่ต่ำแต่ในช่วงความถี่สูงกลับให้ผลห่างไกลสุดกู่
พลังค์ได้ศึกษาและคิดค้นวิธีอธิบายพฤติกรรมการแผ่รังสีของวัตถุดำด้วยแนวคิดที่แปลกใหม่ว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากวัตถุดำเกิดจากการที่อนุภาคในวัตถุนั้นสั่นด้วยความถี่ที่ขึ้นอยู่กับพลังงานของวัตถุ โดยพลังงานที่เกิดจากการสั่นจะมีค่าไม่ต่อเนื่องแต่จะเป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่มูลฐานเช่นเดียวกับคลื่นนิ่งที่เกิดจากการสั่นในเชือก ก้อนพลังงานเล็กๆที่เรียกว่า “energy quanta” ซึ่งถูกปลดปล่อยออกจากวัตถุดำนี้สามารถเขียนเป็นสมการที่เรียกว่า Planck’s postulate ได้ดังนี้
โดยที่
E คือพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุ
n คือจำนวนเต็มบวกใดๆ เรียกว่า เลขควอนตัม
h คือค่าคงที่ของพลังค์ (มีค่าเท่ากับ 6.626 x 10-34 J • s)
v คือความถี่ของคลื่นแสง
แนวคิดและสมการของพลังค์ใช้อธิบายสเปคตรัมการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุดำได้อย่างสอดคล้องตรงกับผลการทดลองทุกย่านความถี่ ได้รับการยอมรับว่าถูกต้องและต่อมาถูกเรียกว่ากฎของพลังค์ (Planck’s law) กฎของพลังค์สามารถเขียนเป็นสมการที่อยู่ในรูปฟังก์ชันของอุณหภูมิและความยาวคลื่นใดๆได้ดังรูปข้างล่าง และเมื่อนำมาพล็อตจะได้เป็นกราฟความสัมพันธ์ที่มีชื่อเรียกว่า “Planck distribution” ผลงานชิ้นนี้ของพลังค์เป็นจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนโฉมหน้าของฟิสิกส์ระดับอะตอมไปโดยสิ้นเชิง
กำเนิดทฤษฎีเปลี่ยนโลกฟิสิกส์
พลังค์เสนอแนวคิดและกฎของพลังค์ (Planck’s law) ต่อสมาคมฟิสิกส์แห่งเยอรมันเมื่อวันที่ 14 ธันวาคม ปี 1900 ถือเป็นจุดเริ่มต้นของทฤษฎีควอนตัม นับจากนั้นทฤษฎีควอนตัมได้ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยนักฟิสิกส์ชั้นนำของโลกมากมาย และจากผลงานชิ้นนี้ทำให้พลังค์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1918 ความสำเร็จของพลังค์ได้รับการยกย่องอย่างสูง สมาคมฟิสิกส์เยอรมันได้นำชื่อเขาไปตั้งชื่อรางวัลระดับสูงสุดที่มอบให้แก่นักฟิสิกส์คือรางวัลเหรียญมักซ์ พลังค์ (Max Planck Medal) ซึ่งพลังค์เป็นผู้ได้รับคนแรกในปี 1929 ร่วมกับ Albert Einstein แต่ก่อนหน้านั้นในปี 1905 Einstein ใช้แนวคิดและสมการของพลังค์ไปปรับใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล
ปี 1911 พลังค์กับ Walther Nernst ได้จัดประชุมครั้งประวัติศาสตร์ที่เรียกว่า Solvay Conference ครั้งแรกที่กรุงบรัสเซลเชิญนักฟิสิกส์ระดับหัวกะทิของโลก 18 คนมาระดมความคิดเห็นเกี่ยวกับการแผ่รังสีและควอนตัมซึ่งช่วยให้แนวคิดทฤษฎีควอนตัมแผ่ขยายก้าวไกลและเป็นจุดเริ่มต้นของการประชุมใหญ่ทางฟิสิกส์ของโลกที่มีต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบัน ปี 1913 Niels Bohr ได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างของอะตอมและรังสีที่แผ่กระจายจากอะตอมโดยมีพื้นฐานจากกฎของพลังค์ทำให้ฟิสิกส์ระดับอะตอมก้าวหน้าไปอีกก้าวใหญ่และ Bohr ก็ได้รับได้รับรางวัลโนเบลไปด้วยเช่นกัน ทฤษฎีควอนตัมที่เริ่มต้นจากแนวคิดของพลังค์ได้ลงหลักปักฐานอย่างมั่นคงและในปัจจุบันกลศาสตร์ควอนตัมได้กลายเป็นเสาหลักของวิชาฟิสิกส์ไปแล้ว
ชีวิตที่มีทั้งความสุขและโศกเศร้า
พลังค์แต่งงานกับ Marie Merck ในปี 1887 มีลูกด้วยกัน 4 คนได้แก่ Karl , Emma, Grete และ Erwin ครอบครัวของพลังค์อยู่ด้วยกันอย่างมีความสุข พลังค์ประสบความสำเร็จในหน้าที่การงานอย่างสูงและมีชื่อเสียงในฐานะนักฟิสิกส์ชั้นนำของโลก เขามีบ้านในกรุงเบอร์ลินซึ่งอยู่ใกล้ๆกับบ้านของเพื่อนอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยหลายคน บ้านของพลังค์เป็นที่พบปะสังสรรค์ของบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่เป็นเพื่อนของเขา และมีแขกเป็นนักไวโอลินฝีมือดีที่ชื่อ Albert Einstein มาร่วมเล่นดนตรีกับเขาอยู่บ่อยๆ
ปี 1909 Marie เสียชีวิตด้วยวัณโรค สองปีต่อมาพลังค์แต่งงานใหม่กับ Marga von Hoesslin มีลูกด้วยกันคนหนึ่งชื่อ Hermann ระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 1 โศกนาฏกรรมเริ่มมาเยือนพลังค์ ปี 1914 Karl ถูกฆ่าตายในสงคราม Erwin ถูกฝรั่งเศสจับเป็นนักโทษ ปี 1917 Grete เสียชีวิตขณะคลอดลูก อีกสองปีต่อมา Emma ก็ตายไปแบบเดียวกับ Grete ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 Erwin ถูกประหารชีวิตโดยนาซีในปี 1945 ข้อหามีส่วนร่วมในการลอบสังหารฮิตเลอร์ รวมทั้งบ้านของเขาก็ถูกถล่มด้วยระเบิดจนเสียหายหมด เขาจึงต้องอยู่ในสภาพสิ้นหวังจนถึงวาระสุดท้ายของชีวิต หลังสิ้นสุดสงครามพลังค์ย้ายไปอยู่ที่เมือง Göttingen และเสียชีวิตที่นั่นในปี 1947 ด้วยวัย 89 ปี
ชื่อนี้คือบิดาแห่งทฤษฎีควอนตัม
มักซ์ พลังค์เป็นผู้บุกเบิกการศึกษาทฤษฎีควอนตัมซึ่งได้ปฏิวัติความเข้าใจเกี่ยวกับอะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอม แบบเดียวกับที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้ปฏิวัติความเข้าใจเกี่ยวกับอวกาศและเวลา และทั้งสองทฤษฎีนี้ก็เป็นเสาหลักของฟิสิกส์ในปัจจุบัน เพื่อยกย่องเชิดชูและเป็นเกียรติยศต่อพลังค์ผู้เป็น “บิดาแห่งทฤษฎีควอนตัม” จึงมีการนำชื่อของเขาไปตั้งเป็นชื่อสิ่งต่างๆมากมาย นอกจากกฎของพลังค์ (Planck’s law), ค่าคงที่ของพลังค์ (Planck’s constant), หน่วยของพลังค์ (Planck units) และรางวัลเหรียญมักซ์ พลังค์แล้ว ยังมีชื่อหลุมอุกาบาตบนดวงจันทร์ ชื่อยานอวกาศ และอื่นๆอีกมากมาย รวมทั้งชื่อสถาบันมักซ์ พลังค์ที่มีอยู่ทั้งในยุโรปและสหรัฐอเมริกาถึง 84 แห่ง อันเป็นสิ่งยืนยันว่าพลังค์เป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่อีกคนหนึ่งในประวัติศาสตร์
ข้อมูลและภาพจาก wikipedia, mentalfloss, famousscientists.org