La figura di Max Planck (1858–1947) è centrale per la storia della scienza: egli è considerato il “padre” della meccanica quantistica, sebbene sia stato un “rivoluzionario riluttante”. Planck non cercava di sovvertire la fisica classica, ma fu costretto a farlo per risolvere un paradosso che la fisica dell’Ottocento non riusciva a spiegare: la catastrofe ultravioletta. Ecco i punti chiave della sua scoperta e della nascita della teoria dei quanti.
Alla fine del XIX secolo, i fisici studiavano il “corpo nero”, un oggetto ideale capace di assorbire tutta la radiazione incidente e di riemetterla sotto forma di calore e luce. Secondo le leggi dell’elettromagnetismo di Maxwell, un corpo nero avrebbe dovuto emettere una quantità infinita di energia alle alte frequenze (nella zona dell’ultravioletto e oltre). Gli esperimenti mostravano che l’energia emessa raggiungeva un picco e poi crollava a zero per le alte frequenze. Questo contrasto tra teoria e realtà era chiamato “catastrofe ultravioletta”.
Per far coincidere i calcoli con i dati sperimentali, Planck introdusse un’ipotesi che lui stesso inizialmente considerò un “puro atto di disperazione” matematica. Egli ipotizzò che l’energia non venisse emessa o assorbita in modo continuo (come un flusso d’acqua), ma in pacchetti discreti o quantità finite, che chiamò quanti.
Planck stabilì che l’energia (E) di ogni quanto è direttamente proporzionale alla frequenza (V) della radiazione, secondo la celebre equazione: E= h x V.
Dove h è la Costante di Planck (6,626 x 10 -34 J x s). Questa costante è una delle grandezze fondamentali dell’universo: definisce la “grana” della realtà. Se h fosse uguale a zero, la realtà sarebbe continua (fisica classica); poiché h è un numero piccolissimo ma diverso da zero, la realtà è “granulare” (fisica quantistica).
Planck aprì una porta che altri grandi fisici avrebbero poi attraversato. Albert Einstein (1905) utilizzò l’ipotesi di Planck per spiegare l’effetto fotoelettrico, sostenendo che non solo l’emissione, ma la luce stessa è composta da quanti (che oggi chiamiamo fotoni). Niels Bohr (1913) applicò la quantizzazione agli atomi, spiegando perché gli elettroni orbitano solo a determinate distanze dal nucleo senza precipitarvi sopra.
La teoria di Planck ha cambiato il nostro modo di intendere la natura: la natura non fa salti? Al contrario, a livello microscopico la natura procede solo per salti (salti quantici). Ha gettato le basi per la comprensione del dualismo onda-particella. La costante di Planck è alla base del principio di indeterminazione di Heisenberg.
Voglio concludere con una nota. Max Planck ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1918. Fu un uomo di grande integrità morale che visse gli anni bui del nazismo in Germania, cercando (spesso invano) di proteggere i colleghi ebrei e la purezza della ricerca scientifica dalle interferenze ideologiche.