Max Planck e la nascita della teoria dei quanti

Nel 1878 Max Planck, futuro premio Nobel per la fisica, era ancora uno studente. Uno dei suoi professori, Philipp von Jolly, gli consigliò di non proseguire gli studi in Fisica, dicendo che “in questo campo quasi tutto è già stato scoperto. Rimane solo qualche buco minore da riempire”.

Ma Planck disse che non voleva fare chissà quali grandi scoperte, ma solo capire i fondamentali della fisica. E invece il fisico avrebbe dato alla materia dei contributi in grado di rivoluzionarla completamente. La fisica, partendo dai lavori di Planck e dei suoi contemporanei, cambiò completamente veste, focalizzandosi su un livello di analisi completamente nuovo.

Quando era studente, Plank studiò la diffusione dell’idrogeno nel platino scaldato, ma ben presto spostò i suoi sforzi sulla fisica teorica. Dopo aver ottenuto un dottorato con un articolo sulla teoria della termodinamica, iniziò la carriera accademica e divenne professore associato a Kiel (Germania).

Fu il suo lavoro sullo spettro della radiazione di corpo nero, nel 1900, ad aprire lo squarcio nella materia. Questo studio lo portò ad introdurre la costante di Planck, anche detta “quanto d’azione”. La costante mette in relazione l’energia portata da un fotone alla propria frequenza. L’energia di un fotone è equivalente alla propria frequenza moltiplicata per la costante di Planck, in modo quantizzato. Cioè, il rapporto tra le due può assumere solo valori multipli di questa costante.

Le osservazioni di Planck non potevano riconciliarsi con la fisica classica. Questo fece gradualmente sorgere la teoria dei quanti, grazie ai contributi di Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born e altri. La fisica classica, che esisteva prima della meccanica quantistica, descrive la natura in scala macroscopica. Molte delle teorie della fisica classica possono effettivamente essere derivate dalla meccanica quantistica, ma solo come approssimazione valida su scala macroscopica di fenomeni microscopici.

La meccanica quantistica differisce da quella classica perché energia, momento, momento angolare e altre quantità sono ristrette a valori discreti (quantizzazione); perché gli oggetti hanno sia caratteristiche di particelle sia di onde (dualismo onda-particella); e perché ci sono limiti alla precisione in cui le quantità possono essere misurate (principio di indeterminazione).

La breccia nel Nuovo campo della fisica valse a Max Planck il Premio Nobel per la fisica, nel 1918.