Max Planck bukan hanya seorang fisikawan. Dia adalah orang yang melanggar buku peraturan. Lahir di Kiel, Jerman, pada tahun 1858, ia tumbuh menjadi pencetus teori kuantum. Prestasi tunggal itu membuatnya memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1918. Prestasi ini juga mengubah seluruh lintasan pemahaman manusia.
Sebelum Planck, kita mengira kita tahu cara kerja materi. Kami tidak melakukannya. Karyanya, bersama dengan relativitas Einstein, menjadi tulang punggung sains abad ke-20. Ini bukan hanya konsep abstrak. Itulah alasan kita memiliki elektronik modern, energi nuklir, dan perangkat digital yang mungkin Anda miliki saat ini. Planck memaksa kita untuk mengakui bahwa dunia dalam skala terkecil tidak mengikuti aturan yang kita lihat dalam kehidupan sehari-hari.
Kehidupan Musik dan Pegunungan
Tahun-tahun awal Planck ditentukan oleh keteraturan. Dia adalah anak keenam dari seorang ahli hukum terkemuka. Keluarganya menghargai beasiswa, keandalan, dan pengabdian yang mendalam kepada gereja dan negara. Nilai-nilai ini melekat pada dirinya.
Pada usia sembilan tahun, keluarganya pindah ke Munich. Di sana, seorang guru bernama Hermann Müller memicu minatnya pada fisika dan matematika. Tapi Planck pandai dalam segala hal. Pada usia tujuh belas tahun, dia harus memilih jalan. Dia bisa saja mengejar filologi klasik. Dia bisa saja mengejar musik. Dia memilih fisika. Mengapa? Karena dia menyadari orisinalitasnya terletak di sana.
Namun, musik tidak pernah meninggalkannya. Dia memiliki nada yang mutlak. Dia bermain piano setiap hari. Schubert dan Brahms adalah penghiburnya. Dia menemukan ketenangan di keyboard.
Dia juga menyukai alam bebas. Jalan-jalan. Mendaki gunung. Dia melakukan ini hingga usia lanjut. Itu membuatnya tetap membumi.
Jalan Kesepian Menuju Kecemerlangan
Universitas tidak mudah baginya. Dia memasuki Munich pada tahun 1874. Profesor fisika Philipp von Jolly memberikan sedikit dorongan. Dia menghabiskan satu tahun di Berlin dari tahun 1877 hingga 1878. Ceramah dari raksasa seperti Helmholtz dan Kirchhoff membuatnya tidak terkesan.
Dia tidak menunggu seorang guru untuk menyelamatkannya. Dia belajar secara mandiri. Dia menggali karya Rudolf Clausius tentang termodinamika. Di situlah fokusnya.
Ia memperoleh gelar doktornya pada bulan Juli 1879. Usianya dua puluh satu tahun. Itu masih terbilang muda untuk gelar apa pun, apalagi gelar PhD dalam bidang fisika teoretis. Tahun berikutnya, ia menyelesaikan disertasi kualifikasinya. Ia menjadi Privatdozent, seorang dosen.
Koneksi membantu nanti. Jaringan profesional ayahnya memberinya jabatan profesor di Universitas Kiel pada tahun 1885. Kemudian, pada tahun 1889, Kirchhoff meninggal. Planck mengambil tempatnya di Universitas Berlin. Dia akhirnya menemukan seorang mentor di Helmholtz.
Pada tahun 1892, dia menjadi profesor penuh. Dia tinggal di Berlin selama sisa hidup aktifnya. Dia hanya memiliki sembilan mahasiswa doktoral. Tapi ceramahnya? Mereka legendaris. Mereka melewati banyak edisi dan mempengaruhi pikiran yang tak terhitung jumlahnya.
Pencarian Kebenaran Mutlak
Kenapa dia melakukannya? Ini bukan hanya untuk ketenaran. Planck mempercayai sesuatu yang mendalam. Dia menulis bahwa penalaran manusia mencerminkan hukum kesan yang kita terima dari dunia. Penalaran murni, menurutnya, dapat membuka mekanisme alam semesta.
Dia memutuskan untuk menjadi ahli fisika teoretis bahkan sebelum bidang tersebut ada sebagai disiplin ilmu tersendiri. Dia melihat pencarian hukum fisika sebagai pencarian sesuatu yang absolut. Dunia luar, baginya, tidak bergantung pada manusia.
“Pencarian hukum yang berlaku pada kemutlakan ini muncul…sebagai pencarian ilmiah paling luhur dalam kehidupan.”
Keyakinan itulah yang mendorongnya. Hal ini mendorongnya untuk menantang status quo. Hal ini mendorongnya untuk berpendapat bahwa energi tidak berkelanjutan. Itu datang dalam beberapa bagian. Kuanta.
Ide ini awalnya tampak kecil. Hanya perbaikan matematis untuk masalah radiasi benda hitam. Tapi itu membuka pintu. Sebuah pintu yang masih kami lewati.
Implikasinya ada dimana-mana. Jika energi dikuantisasi, maka atom berperilaku berbeda dari yang dibayangkan Newton. Elektron tidak mengorbit seperti planet. Mereka melompat. Mereka ada dalam probabilitas. Ini bukan hanya teori. Ini adalah dasar dari transistor. Lasernya. Pemindai MRI.
Planck meninggal di Göttingen pada tahun 1947. Namun kerangka yang ia bangun tetap ada. Kita hidup di dunia kuantum. Kami tidak selalu melihatnya.
Mengapa kita masih mengandalkan lompatan awalnya? Karena setiap kali kita melampaui batas teknologi, kita menemui hambatan yang sama. Tembok yang dia bantu bangun. Pertanyaannya bukanlah apakah teorinya benar. Sejauh mana kita bisa melangkah sebelum penemuan berikutnya menghancurkan apa yang kita pikir kita ketahui. Dan penemuan itu sudah menunggu.
Pencarian Hukum Absolut
Hubungan Max Planck dengan hukum fisika dimulai di ruang kelas. Bahkan sebagai seorang siswa di Gymnasium, dia dikejutkan oleh satu kepastian spesifik: kekekalan energi. Hukum pertama termodinamika terasa tidak bisa dilanggar. Pada saat dia mencapai universitas, dia merasakan hal yang sama tentang hukum kedua. Entropi selalu meningkat. Itu mutlak.
Keyakinan inilah yang mendorong disertasi doktoralnya di Munich. Hal ini juga membawanya langsung pada penemuan kuantum aksi. Kami menyebutnya konstanta Planck h sekarang. Saat itu tahun 1900.
Untuk memahami bagaimana dia sampai di sana, Anda harus melihat masalah benda hitam. Gustav Kirchhoff mendefinisikan objek ini pada tahun 1859. Benda hitam menyerap semua radiasi yang mengenainya. Itu memancarkan semuanya kembali. Ini adalah pemancar dan penyerap yang sempurna. Ada sesuatu yang kaku dan mutlak dalam cara berperilakunya.
Pada tahun 1890-an, para ilmuwan terobsesi untuk memetakan perilaku ini. Mereka menginginkan distribusi energi spektral. Mereka membutuhkan kurva yang menunjukkan berapa banyak energi yang dipancarkan benda hitam pada frekuensi berbeda untuk suhu tertentu. Itu adalah teka-teki pancaran panas.
Hukum Wien Rusak
Planck sangat bergantung pada karya Wilhelm Wien. Wien, yang bekerja di Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) di Berlin-Charlottenburg, telah menghasilkan formula pada tahun 1896. Elegan. Planck mencoba menurunkannya dari hukum kedua termodinamika. Dia pikir dia bisa membuktikan bahwa hal itu mendasar.
Itu tidak berhasil.
Data dari rekan-rekan Planck di PTR mengungkapkan cerita yang berbeda. Otto Richard Lummer. Ernst Pringsheim. Heinrich Rubens. Ferdinand Kurlbaum. Para eksperimentalis ini memiliki pengukuran yang tepat. Mereka menunjukkan bahwa hukum Wien bekerja dengan baik pada frekuensi tinggi. Itu gagal total pada frekuensi rendah.
Kurvanya salah. Teorinya tidak lengkap. Planck mengetahui hal ini sebelum pertemuan Masyarakat Fisika Jerman pada 19 Oktober.
Perjudian Matematika
Dia punya masalah yang harus diselesaikan. Dia mengetahui hubungan matematis antara entropi dan energi untuk wilayah frekuensi tinggi. Hukum Wien berlaku di sana. Namun dia juga mengetahui hubungan apa yang harus ada di wilayah frekuensi rendah agar sesuai dengan data eksperimen baru.
Dua kebenaran yang berbeda. Satu realitas fisik.
Dia perlu menjembatani kesenjangan tersebut. Tantangannya sederhana dalam konsep tetapi sulit dalam pelaksanaannya. Dia harus menggabungkan kedua ekspresi ini dengan cara yang paling sederhana. Dia membutuhkan satu formula.
Ia harus menghubungkan energi radiasi secara langsung dengan frekuensinya.
“Planck menduga dia harus mencoba menggabungkan kedua ekspresi ini sesederhana mungkin.”
Dia tidak hanya mengubah model yang sudah ada. Dia membangun yang baru. Dia mengambil batas frekuensi tinggi dan batas frekuensi rendah dan memaksa mereka untuk berbicara dalam bahasa yang sama. Hasilnya adalah formula yang sesuai dengan data di seluruh spektrum.
Ini bukan hanya penyesuaian kurva. Ini adalah perubahan struktural dalam cara memahami energi. Matematika membutuhkan unit diskrit. Sepotong. Sebuah kuantum.
Konstanta muncul dari persamaan. H.
Itu mengubah segalanya.
Revolusioner yang Enggan dan Lahirnya Quanta
Max Planck menatap persamaannya dan melihat keajaiban. Bagi komunitas ilmiah, hukum radiasi Planck tidak dapat disangkal. Itu sangat cocok dengan datanya. Tapi di dalam kepalanya, itu hanya dugaan. Intuisi yang beruntung. Jika ilmu fisika ingin menganggapnya serius, Planck perlu membuktikan bahwa hal tersebut bukanlah suatu kebetulan. Dia harus memperolehnya dari prinsip pertama.
Pada tanggal 14 Desember 1900, dia telah melakukannya. Biayanya sangat mahal.
Agar matematika berhasil, Planck harus mematikan keyakinannya yang paling disayanginya. Dia selalu berpendapat bahwa hukum kedua termodinamika adalah aturan alam yang mutlak dan tidak dapat dilanggar. Kini, dia harus mengadopsi interpretasi kontroversial Ludwig Boltzmann: hukum kedua adalah statistik. Ini tentang probabilitas, bukan kepastian.
Lebih buruk lagi, dia harus berasumsi bahwa energi tidak mengalir seperti air. Itu datang dalam beberapa bagian. Planck mengusulkan bahwa osilator dalam benda hitam hanya dapat menyerap dan memancarkan kembali energi dalam jumlah yang berbeda. Kuanta. Setiap paket energi (h ν) sebanding dengan frekuensinya. Dengan mendistribusikan paket-paket diskrit ini secara statistik ke seluruh osilator, dia akhirnya mendapatkan rumus yang dia temukan dua bulan sebelumnya.
Implikasinya sangat mengejutkan. Dia menggunakan rumus barunya untuk menghitung konstanta fundamental. Nilainya untuk h (konstanta Planck) adalah 6,55 × 10⁻²⁷ erg-detik. Dekat dengan 6.626 × 10⁻²⁷ modern. Dia juga menemukan konstanta Boltzmann, bilangan Avogadro, dan muatan elektron.
Satu angka mengubah segalanya. h bukan nol. Itu kecil, tapi ada.
Ini berarti dunia mikroskopis tidak dapat dijelaskan oleh mekanika klasik. Dunia Newton yang mulus dan berkesinambungan adalah sebuah kebohongan pada skala atom. Sebuah revolusi sedang berlangsung.
Einstein Melangkah Menuju Kekosongan
Konsep kuanta Planck bertentangan dengan semua ilmu fisika yang sudah mapan. Dia tidak ingin melanggar peraturan. Dia dipaksa oleh logika. Sejarawan menyebutnya sebagai seorang revolusioner yang enggan. Dia belum melihat gambaran lengkapnya.
Butuh waktu bertahun-tahun agar konsekuensinya dapat dirasakan. Albert Einstein melakukan pekerjaan berat tersebut.
Pada tahun 1905, Einstein berpendapat bahwa cahaya itu sendiri terdiri dari kuanta. Dia menyebutnya kuanta ringan. Kami sekarang menyebutnya foton. Dia tidak peduli bahwa Planck mengira penyerapan energi telah terkuantisasi namun emisinya mungkin masih terus menerus. Einstein melangkah lebih jauh. Dia berpendapat bahwa radiasi itu itu sendiri berbentuk granular.
Pada tahun 1907, Einstein membuktikan keumuman hipotesis tersebut. Dia menggunakannya untuk menjelaskan mengapa kalor jenis padatan berubah seiring suhu. Fisika klasik gagal di sana. Teori kuantum berhasil.
Kemudian tibalah tahun 1909. Einstein memperkenalkan dualitas gelombang-partikel ke dalam wacana arus utama. Materi dan energi bukan hanya satu atau dua hal lainnya. Mereka berdua.
Konferensi Solvay dan Titik Balik
Oktober 1911. Brussel. Konferensi Solvay pertama.
Planck dan Einstein ada di sana. Begitu pula dengan mereka yang skeptis. Perdebatan berlangsung sengit. Mereka mendorong Henri Poincaré untuk menemukan bukti matematis. Dia menyampaikan. Dia menunjukkan bahwa hukum radiasi Planck tentu saja memerlukan pengenalan kuanta.
Buktinya mengubah pikiran. James Jeans, seorang fisikawan klasik yang setia, akhirnya bergabung dengan kamp kuantum. Bendungan itu pecah.
Niels Bohr menambah momentum tersebut pada tahun 1913. Teori kuantumnya tentang atom hidrogen memberikan bukti struktural bahwa atom bukan sekadar tata surya kecil. Itu adalah sistem terkuantisasi.
Ironisnya, Planck adalah salah satu yang terakhir bertahan. Dia berjuang untuk kembali ke teori klasik. Dia tidak melakukannya karena niat jahat atau ketidaktahuan. Dia melakukannya untuk menguji ide baru tersebut. Dengan berjuang sekuat tenaga, dia meyakinkan dirinya sendiri akan pentingnya hal itu.
Penentangan terhadap hipotesis kuantum cahaya Einstein tahun 1905 masih ada. Banyak yang menolak menerima bahwa cahaya terbuat dari partikel. Mereka menunggu bukti yang pasti. Mereka mendapatkannya dengan efek Compton pada tahun 1922.
Dunia lama telah hilang. Yang baru ini berantakan, berlawanan dengan intuisi, dan nyata. Kita masih hidup dalam persamaan yang membuat Planck terlalu takut untuk percaya.
Bobot Otoritas di Dunia yang Semakin Gelap
Max Planck berusia 42 tahun ketika dia mengubah fisika selamanya. Penemuan tahun 1900 yang membuatnya mendapatkan Hadiah Nobel tahun 1918 tidak menghasilkan terobosan yang lebih menggemparkan. Dia tidak berhenti berkontribusi. Dia terus bekerja pada tingkat tinggi di bidang optik, termodinamika, mekanika statistik, dan kimia fisik. Dia juga merupakan fisikawan terkenal pertama yang secara terbuka mendukung relativitas khusus Einstein pada tahun 1905.
“Kecepatan cahaya sesuai dengan Teori Relativitas… sebagaimana kuantum dasar aksi sesuai dengan Teori Kuantum; ia adalah inti absolutnya.”
Ini bukan sekadar dukungan sopan. Planck memahami DNA struktural dari kedua teori tersebut. Pada tahun 1914, dia dan Walther Hermann Nernst berhasil merekrut Einstein ke Berlin. Setelah Perang Dunia I, Max von Laue, murid favorit Planck, juga bergabung dengannya. Ketika Planck pensiun pada tahun 1928, Erwin Schrödinger mengambil kursinya. Untuk sesaat, Berlin adalah ibu kota teori fisika yang tak terbantahkan. Kemudian kegelapan turun pada bulan Januari 1933.
Pertarungan demi Realitas Objektif
Setelah pensiun, fokus Planck beralih. Dia lebih sedikit menulis tentang persamaan dan lebih banyak menulis tentang filsafat, estetika, dan agama. Dia bentrok sengit dengan ortodoksi kuantum baru. Bohr, Born, dan Heisenberg sedang membangun pandangan statistik yang indeterministik tentang alam semesta. Planck membencinya. Itu melanggar intuisi terdalamnya.
Dia percaya alam semesta fisik ada secara independen dari pengamatan manusia. Pengamat dan yang diamati tidak dapat dipisahkan. Ini bukan hanya preferensi akademis. Itu adalah pendirian moral tentang bagaimana realitas berfungsi.
Pengaruhnya tidak hanya bersifat teoritis. Sebagai sekretaris tetap Akademi Ilmu Pengetahuan Prusia dari tahun 1912 hingga 1938, dan presiden Kaiser Wilhelm Society (sekarang Max Planck Society) dari tahun 1930 hingga 1937, ia memegang kekuasaan yang sangat besar. Namun otoritasnya tidak berasal dari gelar. Itu berasal dari kekuatan moral. Keadilan dan integritasnya tidak diragukan lagi di kalangan fisikawan Jerman.
Ketika Nazi bangkit, Planck tidak melarikan diri. Dia langsung menemui Hitler untuk mencoba membalikkan kebijakan rasial tersebut. Dia tinggal di Jerman untuk menyelamatkan apa yang dia bisa dari fisika Jerman. Pria lain mungkin sudah pergi. Keinginan Planck tak tergoyahkan.
Tragedi sebagai Mesin Ketahanan
Planck membutuhkan ketabahan itu. Tanpa keyakinan filosofis dan religius yang mendalam, ia akan hancur jauh sebelum akhir hidupnya. Tragedi dimulai sejak dini.
Pada tahun 1909, istri pertamanya, Marie Merck, meninggal setelah 22 tahun menikah. Dia adalah putri seorang bankir Munich. Planck ditinggalkan dengan dua putra dan putri kembar. Putra sulungnya, Karl, tewas dalam aksi pada tahun 1916. Tahun berikutnya, putrinya Margarete meninggal saat melahirkan. Pada tahun 1919, putrinya yang lain, Emma, mengalami nasib yang sama.
Perang Dunia II membawa pukulan terakhir. Rumahnya di Berlin dihancurkan oleh bom pada tahun 1944. Putra bungsunya, Erwin, terlibat dalam upaya pembunuhan terhadap Hitler pada tanggal 20 Juli 1944. Gestapo mengeksekusinya pada awal tahun 1945. Tindakan tanpa ampun itu menghancurkan keinginan Planck untuk hidup.
Di akhir perang, para perwira Amerika membawa Planck dan istri keduanya, Marga von Hoesslin (menikah pada tahun 1910, dan memiliki satu putra), ke Göttingen. Dia meninggal di sana pada tahun 1947. Dia berusia 89 tahun. James Franck menggambarkan kematian sebagai sesuatu yang datang kepadanya “sebagai penebusan.”
Itu bukanlah sebuah kekalahan. Itu adalah jalan keluar dari dunia yang telah menghancurkan hati dan rumahnya. Ilmu pengetahuan tetap ada. Kuantum tindakan bertahan. Namun orang yang memperjuangkan realitas obyektif melawan kekacauan pada masanya akhirnya menemukan bentuk keseimbangannya sendiri. Persamaannya masih ada. Tragedi itu kini menjadi bagian dari catatan sejarah.
