Max Planck não era apenas um físico. Ele foi o cara que quebrou o livro de regras. Nascido em Kiel, Alemanha, em 1858, ele cresceu para dar origem à teoria quântica. Essa única conquista lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1918. Também mudou toda a trajetória da compreensão humana.
Antes do Planck, pensávamos que sabíamos como a matéria funcionava. Nós não fizemos isso. O seu trabalho, juntamente com a relatividade de Einstein, formou a espinha dorsal da ciência do século XX. Estes não são apenas conceitos abstratos. Eles são a razão pela qual temos eletrônicos modernos, energia nuclear e os dispositivos digitais que você provavelmente possui agora. Planck obrigou-nos a admitir que o mundo, na sua menor escala, não segue as regras que vemos na vida quotidiana.
Uma vida de música e montanhas
Os primeiros anos de Planck foram definidos por encomenda. Ele foi o sexto filho de um ilustre jurista. A família valorizava a erudição, a confiabilidade e uma profunda devoção à Igreja e ao Estado. Esses valores ficaram com ele.
Aos nove anos, a família mudou-se para Munique. Lá, um professor chamado Hermann Müller despertou interesse pela física e pela matemática. Mas Planck era bom em tudo. Aos dezessete anos, ele teve que escolher um caminho. Ele poderia ter seguido a filologia clássica. Ele poderia ter perseguido a música. Ele escolheu física. Por que? Porque ele percebeu que sua originalidade estava ali.
A música nunca o abandonou, no entanto. Ele tinha ouvido absoluto. Ele tocava piano diariamente. Schubert e Brahms foram seu conforto. Ele encontrou serenidade no teclado.
Ele também adorava o ar livre. Longas caminhadas. Caminhadas nas montanhas. Ele fez isso até a velhice. Isso o manteve com os pés no chão.
O Caminho Solitário para o Brilho
A universidade não foi fácil para ele. Ele entrou em Munique em 1874. O professor de física Philipp von Jolly ofereceu pouco incentivo. Ele passou um ano em Berlim, de 1877 a 1878. As palestras de gigantes como Helmholtz e Kirchhoff não o deixaram impressionado.
Ele não esperou que um professor o salvasse. Ele estudou de forma independente. Ele se aprofundou no trabalho de Rudolf Clausius sobre termodinâmica. Foi aí que veio o foco.
Ele obteve seu doutorado em julho de 1879. Tinha 21 anos. Isso é jovem para qualquer graduação, muito menos para um doutorado em física teórica. No ano seguinte, ele concluiu sua dissertação de qualificação. Ele se tornou um Privatdozent, um palestrante.
As conexões ajudaram mais tarde. A rede profissional de seu pai garantiu-lhe um cargo de professor associado na Universidade de Kiel em 1885. Então, em 1889, Kirchhoff morreu. Planck ocupou seu lugar na Universidade de Berlim. Ele finalmente encontrou um mentor em Helmholtz.
Em 1892, ele era professor titular. Ele permaneceu em Berlim pelo resto de sua vida ativa. Ele tinha apenas nove alunos de doutorado. Mas suas palestras? Eles eram lendários. Passaram por muitas edições e influenciaram inúmeras mentes.
A busca pela verdade absoluta
Por que ele fez isso? Não foi apenas pela fama. Planck acreditava em algo profundo. Ele escreveu que o raciocínio humano reflete as leis das impressões que recebemos do mundo. O raciocínio puro, pensou ele, poderia desbloquear o mecanismo do universo.
Ele decidiu se tornar um físico teórico antes mesmo de o campo existir como uma disciplina distinta. Ele via a busca pelas leis físicas como a busca por algo absoluto. O mundo exterior, para ele, era independente do homem.
“A busca pelas leis que se aplicam a este absoluto apareceu… como a busca científica mais sublime da vida.”
Essa crença o motivou. Isso o levou a desafiar o status quo. Isso o levou a propor que a energia não é contínua. Ele vem em pedaços. Quanto.
Essa ideia parecia pequena no início. Apenas uma solução matemática para um problema com a radiação do corpo negro. Mas abriu uma porta. Uma porta pela qual ainda estamos passando.
As implicações estão por toda parte. Se a energia for quantizada, então os átomos se comportam de maneira diferente do que Newton imaginou. Os elétrons não orbitam como os planetas. Eles pulam. Eles existem em probabilidades. Isto não é apenas teoria. É a base do transistor. O laser. O scanner de ressonância magnética.
Planck morreu em Göttingen em 1947. Mas a estrutura que construiu permanece. Vivemos em um mundo quântico. Nós simplesmente nem sempre vemos isso.
Por que ainda confiamos no seu salto inicial? Porque sempre que ultrapassamos os limites da tecnologia, batemos no mesmo muro. O muro que ele ajudou a construir. A questão não é se sua teoria está correta. É até onde podemos ir antes que a próxima descoberta destrua o que pensamos que sabemos. E essa descoberta já está esperando.
A busca por uma lei absoluta
A relação de Max Planck com as leis da física começou na sala de aula. Ainda quando era aluno do Gymnasium, ele ficou impressionado com uma certeza específica: a conservação da energia. A primeira lei da termodinâmica parecia inquebrável. Quando chegou à universidade, ele sentia o mesmo em relação à segunda lei. A entropia sempre aumentou. Foi absoluto.
Essa crença motivou sua tese de doutorado em Munique. Também o levou diretamente à descoberta do quantum da ação. Chamamos isso de constante de Planck h agora. O ano era 1900.
Para entender como ele chegou lá, é preciso analisar o problema do corpo negro. Gustav Kirchhoff definiu este objeto em 1859. Um corpo negro absorve toda a radiação que o atinge. Ele emite tudo de volta. É um emissor e absorvedor perfeito. Há algo de rígido e absoluto em como ele se comporta.
Na década de 1890, os cientistas estavam obcecados em mapear esse comportamento. Eles queriam a distribuição espectral de energia. Eles precisavam de uma curva que mostrasse quanta energia um corpo negro emite em diferentes frequências para uma determinada temperatura. Era um quebra-cabeça de calor radiante.
A lei de Wien é desfeita
Planck apoiou-se fortemente no trabalho de Wilhelm Wien. Wien, trabalhando no Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) em Berlim-Charlottenburg, produziu uma fórmula em 1896. Era elegante. Planck tentou derivá-lo da segunda lei da termodinâmica. Ele pensou que poderia provar que era fundamental.
Não funcionou.
Os dados dos colegas de Planck no PTR contaram uma história diferente. Otto Richard Lummer. Ernest Pringsheim. Henrique Rubens. Fernando Kurlbaum. Esses experimentalistas fizeram medições precisas. Eles mostraram que a lei de Wien funcionava bem em altas frequências. Falhou completamente em baixas frequências.
A curva estava errada. A teoria estava incompleta. Planck sabia disso antes de uma reunião da Sociedade Física Alemã em 19 de outubro.
O jogo matemático
Ele tinha um problema para resolver. Ele conhecia a relação matemática entre entropia e energia para a região de alta frequência. A lei de Viena se manteve lá. Mas ele também sabia qual deveria ser a relação na região de baixa frequência para corresponder aos novos dados experimentais.
Duas verdades diferentes. Uma realidade física.
Ele precisava preencher a lacuna. O desafio era simples no conceito, mas difícil na execução. Ele teve que combinar essas duas expressões da maneira mais simples possível. Ele precisava de uma fórmula única.
Tinha que relacionar a energia da radiação diretamente à sua frequência.
“Planck adivinhou que deveria tentar combinar essas duas expressões da maneira mais simples possível.”
Ele não apenas ajustou o modelo existente. Ele construiu um novo. Ele pegou o limite de alta frequência e o limite de baixa frequência e os forçou a falar a mesma língua. O resultado foi uma fórmula que ajustou os dados em todo o espectro.
Este não foi apenas um ajuste de curva. Foi uma mudança estrutural na forma como a energia era entendida. A matemática exigia uma unidade discreta. Um pedaço. Um quantum.
A constante emergiu da equação. h.
Isso mudou tudo.
O Revolucionário Relutante e o Nascimento de Quanta
Max Planck olhou para sua equação e viu um milagre. Para a comunidade científica, a lei da radiação de Planck era indiscutível. Ele se encaixou perfeitamente nos dados. Mas dentro de sua cabeça, era apenas um palpite. Uma intuição de sorte. Para que a física levasse isso a sério, Planck precisava provar que não foi um acaso. Ele teve que derivá-lo dos primeiros princípios.
Em 14 de dezembro de 1900, ele havia conseguido. O custo foi alto.
Para fazer a matemática funcionar, Planck teve que matar sua crença mais querida. Ele sempre sustentou que a segunda lei da termodinâmica era uma regra absoluta e inquebrável da natureza. Agora, ele teve que adotar a controversa interpretação de Ludwig Boltzmann: a segunda lei é estatística. Trata-se de probabilidades, não de certezas.
Pior ainda, ele teve que assumir que a energia não fluía como a água. Veio em pedaços. Planck propôs que os osciladores de um corpo negro só poderiam absorver e reemitir energia em quantidades discretas. Quanto. Cada pacote de energia (h ν) era proporcional à sua frequência. Ao distribuir estatisticamente esses pacotes discretos por todos os osciladores, ele finalmente derivou a fórmula que havia encontrado dois meses antes.
As implicações foram surpreendentes. Ele usou sua nova fórmula para calcular constantes fundamentais. Seu valor para h (constante de Planck) foi 6,55 × 10⁻²⁷ erg-segundo. Perto do moderno 6.626 × 10⁻²⁷. Ele também determinou a constante de Boltzmann, o número de Avogadro e a carga do elétron.
Um número mudou tudo. h não era zero. Era pequeno, mas existia.
Isto significava que o mundo microscópico não poderia ser descrito pela mecânica clássica. O mundo suave e contínuo de Newton era uma mentira na escala atômica. Uma revolução estava em andamento.
Einstein entra no vazio
O conceito de quanta de Planck entrou em conflito com todos os aspectos da física estabelecida. Ele não queria quebrar as regras. Ele foi forçado pela lógica. Os historiadores o chamam de revolucionário relutante. Ele ainda não viu a imagem completa.
Demorou anos para que as consequências fossem percebidas. Albert Einstein fez o trabalho pesado.
Em 1905, Einstein argumentou que a própria luz consistia em quanta. Ele os chamou de quanta de luz. Agora os chamamos de fótons. Ele não se importava com o fato de Planck pensar que a absorção de energia era quantizada, mas a emissão ainda poderia ser contínua. Einstein foi mais longe. Ele sugeriu que a radiação em si era granular.
Em 1907, Einstein provou a generalidade da hipótese. Ele usou isso para explicar por que os calores específicos dos sólidos mudavam com a temperatura. A física clássica falhou aí. A teoria quântica funcionou.
Então veio 1909. Einstein introduziu a dualidade onda-partícula no discurso dominante. Matéria e energia não eram apenas uma ou outra. Eles eram ambos.
A Conferência Solvay e o Ponto de Virada
Outubro de 1911. Bruxelas. A primeira conferência da Solvay.
Planck e Einstein estavam lá. Os céticos também. Os debates foram intensos. Eles pressionaram Henri Poincaré para encontrar uma prova matemática. Ele entregou. Ele mostrou que a lei da radiação de Planck exigia necessariamente a introdução de quanta.
A prova mudou mentes. James Jeans, um físico clássico convicto, finalmente juntou-se ao campo quântico. A barragem rompeu.
Niels Bohr aumentou o impulso em 1913. A sua teoria quântica do átomo de hidrogénio forneceu a prova estrutural de que os átomos não eram apenas pequenos sistemas solares. Eles eram sistemas quantizados.
Ironicamente, Planck foi um dos últimos resistentes. Ele lutou para retornar à teoria clássica. Ele não fez isso por maldade ou ignorância. Ele fez isso para testar a nova ideia. Ao lutar tanto contra isso, ele se convenceu de sua necessidade.
A oposição à hipótese quântica de luz de Einstein de 1905 persistiu. Muitos recusaram-se a aceitar que a luz era feita de partículas. Eles esperaram por uma prova definitiva. Eles conseguiram isso com o efeito Compton em 1922.
O velho mundo se foi. O novo era confuso, contra-intuitivo e inegavelmente real. Ainda vivemos dentro da equação que Planck tinha demasiado medo para acreditar.
O peso da autoridade em um mundo cada vez mais sombrio
Max Planck tinha 42 anos quando mudou a física para sempre. A descoberta de 1900 que lhe rendeu o Prêmio Nobel de 1918 não levou a avanços mais devastadores. Ele não parou de contribuir. Ele continuou trabalhando em alto nível em óptica, termodinâmica, mecânica estatística e físico-química. Ele também foi o primeiro físico de renome a apoiar publicamente a relatividade especial de Einstein em 1905.
“A velocidade da luz está para a Teoria da Relatividade… assim como o quantum elementar da ação está para a Teoria Quântica; é o seu núcleo absoluto.”
Este não foi apenas um apoio educado. Planck compreendeu o DNA estrutural de ambas as teorias. Em 1914, ele e Walther Hermann Nernst recrutaram Einstein com sucesso para Berlim. Após a Primeira Guerra Mundial, Max von Laue, o aluno favorito de Planck, juntou-se a ele também. Quando Planck se aposentou em 1928, Erwin Schrödinger assumiu sua presidência. Por um breve momento, Berlim foi a capital indiscutível da física teórica. Então a escuridão caiu em janeiro de 1933.
A Batalha pela Realidade Objetiva
Após a aposentadoria, o foco do Planck mudou. Ele escreveu menos sobre equações e mais sobre filosofia, estética e religião. Ele entrou em conflito feroz com a nova ortodoxia quântica. Bohr, Born e Heisenberg estavam construindo uma visão estatística e indeterminística do universo. Planck odiou isso. Isso violou suas intuições mais profundas.
Ele acreditava que o universo físico existia independentemente da observação humana. O observador e o observado não estavam inextricavelmente ligados. Esta não era apenas preferência acadêmica. Era uma postura moral sobre como a realidade funciona.
Sua influência não foi apenas teórica. Como secretário permanente da Academia Prussiana de Ciências de 1912 a 1938, e presidente da Sociedade Kaiser Wilhelm (hoje Sociedade Max Planck) de 1930 a 1937, ele detinha imenso poder. Mas sua autoridade não vinha dos títulos. Veio da força moral. Sua justiça e integridade eram inquestionáveis entre os físicos alemães.
Quando os nazistas subiram, Planck não fugiu. Ele foi direto a Hitler para tentar reverter as políticas raciais. Ele ficou na Alemanha para salvar o que pudesse da física alemã. Um homem diferente poderia ter partido. A vontade de Planck era indomável.
Tragédia como motor da resistência
Planck precisava desse estoicismo. Sem profunda convicção filosófica e religiosa, ele teria quebrado muito antes do fim. As tragédias começaram cedo.
Em 1909, sua primeira esposa, Marie Merck, morreu após 22 anos de casamento. Ela era filha de um banqueiro de Munique. Planck ficou com dois filhos e filhas gêmeas. O filho mais velho, Karl, foi morto em combate em 1916. No ano seguinte, sua filha Margarete morreu durante o parto. Em 1919, sua outra filha, Emma, teve o mesmo destino.
A Segunda Guerra Mundial trouxe os golpes finais. Sua casa em Berlim foi destruída por bombas em 1944. Seu filho mais novo, Erwin, foi implicado na tentativa de assassinato de Hitler em 20 de julho de 1944. A Gestapo executou-o no início de 1945. Esse ato impiedoso destruiu a vontade de viver de Planck.
No final da guerra, os oficiais americanos levaram Planck e a sua segunda esposa, Marga von Hoesslin (casada em 1910, com quem teve um filho), para Göttingen. Ele morreu lá em 1947. Tinha 89 anos. James Franck descreveu a morte como algo que veio até ele “como uma redenção”.
Não foi uma derrota. Foi uma saída de um mundo que partiu seu coração e seu lar. A ciência permaneceu. A quantidade de ação perdurou. Mas o homem que defendeu a realidade objectiva contra o caos do seu tempo finalmente encontrou a sua própria forma de equilíbrio. As equações ainda estão lá. A tragédia faz parte do registro agora.
