Note sur Max Planck par Michel Bitbol

Retour à la page d'accueil

 

Né à Kiel (Allemagne) le 23 avril 1858, Max Planck s'inscrit à l'université de Munich en 1874. Il poursuit ses études de physique à Berlin sous la direction de Helmholtz et Kirchhoff, et soutient en 1880, à Munich, une thèse intitulée «Sur le second principe de la thermodynamique». Professeur à Kiel, puis à Berlin à partir de 1889, Planck poursuit des travaux en thermodynamique, en électromagnétisme et en physique statistique. Bien que partisan d'une «théorie mécanique de la chaleur» héritière de celle de Clausius, il exprime de fortes réticences à l'égard du modèle atomiste des gaz favorisé par Maxwell et Boltzmann. Dans un texte de 1882, il suggère que «la théorie atomique, en dépit de ses grands succès, devra en fin de compte être abandonnée en faveur de l'hypothèse de la matière continue».

C'est ce programme de formulation d'une version exacte, non statistique et non atomiste, du second principe de la thermodynamique, qui le conduit à s'intéresser à partir de 1894 à l'équilibre entre le flux continu du rayonnement électromagnétique et un «corps noir» fait de «résonateurs» jouant à la fois le rôle d'absorbeurs parfaits et d'émetteurs. Mais l'échec partiel de ses premières tentatives théoriques visant à rendre compte des spectres expérimentaux d'intensité du rayonnement du corps noir, le conduit finalement à adopter les méthodes statistiques de Boltzmann. Planck subdivise le continuum des énergies accessibles aux résonateurs en éléments de taille fixée (alors que la taille des éléments d'énergie de Boltzmann était arbitraire), fait un calcul statistique de l'entropie, et dérive en octobre 1900 la loi du rayonnement thermique qui porte maintenant son nom. La dimension des éléments d'énergie e dépend d'une nouvelle constante universelle h appelée la constante de Planck, et de la fréquence n du rayonnement. Elle est donnée par la formule e=hn.

Les travaux d'Einstein de 1905 et ceux de Bohr en 1913 conduisent par la suite les physiciens à considérer que le rayonnement électromagnétique et les orbites électroniques autour du noyau sont quantifiés selon des expressions formellement analogues à celle des éléments d'énergie de Planck. Max Planck est dès lors considéré rétrospectivement comme le père de la théorie des quanta.

Une prestigieuse carrière académique commence pour lui. Secrétaire perpétuel du comité de physique de l'académie de Prusse en 1912, il reçoit le prix Nobel de physique en 1919. La médaille Max Planck de physique, qui vient d'être fondée, lui est attribuée conjointement avec Einstein en 1929. En 1930, Planck devient président de la société Kaiser-Wilhelm. Il rédige pendant ce temps des traités de physique théorique, ainsi que des ouvrages de vulgarisation dont la clarté reste un modèle. Son nationalisme le conduit à partir de 1933 à faire le choix d'un compagnonnage douteux avec le nazisme, qu'il commencera à regretter à partir de 1938. Max Planck meurt le 4 octobre 1947 à Göttingen.

La question de savoir si Planck peut vraiment être considéré comme le fondateur de la théorie quantique, a été soulevée récemment par les études historiographiques de T. Kuhn en 1978, puis d'O. Darrigol en 1992. On considère habituellement que, pour obtenir sa loi du rayonnement du corps noir de 1900, Planck a introduit l'hypothèse selon laquelle l'énergie des résonateurs est restreinte à des multiples entiers du quantum d'énergie hn. Einstein n'aurait fait ensuite que transposer cette restriction au rayonnement électromagnétique lui-même. Or, comme le montre T. Kuhn, jusqu'en 1906 au moins, Planck s'exprimait en termes de segmentation d'une plage continue de valeurs de l'énergie, et non pas en termes de discrétisation de l'énergie émise ou absorbée. Les éléments finis d'énergie ne jouaient chez Planck que le rôle d'une «jauge de désordre élémentaire», dont la dimension était fixée par la constante h.

La véritable «découverte» de Planck n'est par conséquent pas celle de la quantification de l'énergie, mais celle de la constante universelle qui porte son nom. Ce sont les travaux d'autres chercheurs, entre 1905 et 1927, qui permettront de clarifier la signification de cette constante. En 1927, les relations d'«incertitude» de Heisenberg feront apparaître la constante de Planck comme l'expression quantitative d'une limite fondamentale imposée à la détermination des couples de variables qui définissent l'état d'un système en physique classique.