Alpiniste, musicien spécialisé dans le jeu au clavier et à l’orgue, c’est avant tout comme physicien de génie que Max Planck rentrera dans l’histoire à tel point que Louis de Broglie affirmera que « l’œuvre qu’il a accomplie est de celles qui assurent à leur auteur une gloire immortelle ».

orgue

Un goût prononcé pour l’idéal et l’absolu

Issu d’une famille luthérienne et éduqué par les écrits de Kant, il grandira avec un goût pour l’idéal et l’absolu et cherchera toute sa vie à défendre âprement ce qu’il estime être le vrai et le bien.

Emmanuel Kant
Emmanuel Kant

Son idée centrale est que le rôle du savant consiste à connaître le monde extérieur et qu’un tel but est accessible car la raison de l’homme fait partie intégrante de l’organisation du monde.

Son goût prononcé pour la science le porte vers la recherche en physique qui pour lui, est le moyen d’obtenir une représentation toujours plus fine du monde réel. Selon lui, le chercheur reçoit des signaux adressés par le monde réel et c’est à lui d’en tirer des conclusions. Le but de la science est de découvrir l’absolu, l’invariant qui se trouve caché dans le caractère relatif des opérations de mesure.

Opposition au courant positiviste

Il s’opposera toute sa vie aux idées positivistes d’Auguste Compte selon qui « la science c’est l’action et cela seul ». Planck est, au contraire, tourné vers la science contemplative et désintéressée. Il fait remarquer que si les physiciens avaient toujours été guidés par le principe positiviste, la fameuse expérience de Michelson et Morley n’aurait jamais eu lieu et peut-être ne serions-nous pas encore en possession de la théorie de la Relativité.

Auguste Comte
Auguste Comte

Une attitude de doute sur le déterminisme de la nature

Alors que Poincaré affirmait à la même époque : « la science est déterministe, elle l’est par définition », Planck est plus nuancé sur la question. Il énonce ainsi : « un événement est causalement déterminé si on peut le prévoir avec certitude. Or il n’est jamais possible de prévoir un événement avec une précision absolue. » Pour parler de déterminisme, il faut donc, selon lui, redéfinir l’événement à déterminer et donc remettre en question la vision que nous avons du processus d’observation.

Il reste toutefois un réaliste classique en affirmant que « nous devons tenir ferme à ce principe fondamental selon lequel tout phénomène physique se déroule indépendamment de l’homme et de ses opérations de  mesure ».

Max Planck jeune
Max Planck jeune

Entropie et irréversibilité

Élève de Helmholtz et de Kirchhoff, ce sont les traités de thermodynamique de Clausius qui lui firent la plus grosse impression. Il se plongea alors dans l’étude théorique des processus irréversibles et porta son attention sur le concept encore obscur d’entropie. Helmholtz ne lut pas son mémoire et Kirchhoff le désapprouva. Quant à Clausius, il restait impossible de le contacter ou de le rencontrer en personne.

Rudolf Clausius
Rudolf Clausius

Cela ne refroidit pas Planck qui demeurait convaincu que la notion d’entropie s’élevait au rang des grandeurs fondamentales de la physique au même titre que l’énergie. Sans succès, il dut attendre les travaux de Boltzmann pour voir les notions d’entropie et d’irréversibilité s’imposer.

Ludwig Boltzmann à 31 ans
Ludwig Boltzmann à 31 ans

La conduction de la chaleur cessa alors d’être considérée comme un processus purement mécanique. Les difficultés rencontrées par Planck pour faire admettre l’utilité de ses recherches le poussèrent à affirmer : « une vérité nouvelle en science n’arrive jamais à triompher en convainquant les adversaires mais plutôt parce que ces derniers meurent et qu’une nouvelle génération grandit à qui cette vérité est familière ».

Max Planck en lendemain de soirée
Max Planck et sa coiffure impeccable

Spectre d’émission

Ses travaux suivants abordèrent les changements d’état, les mélanges de gaz et les solutions électrolytiques. Son intérêt se porta ensuite sur l’analyse spectrale du rayonnement émis par divers corps. Les physiciens de l’époque s’étaient rendus compte que la distribution du spectre d’énergie thermique ne dépendait que de la température du corps étudié et pas de sa constitution.

Spectre corps noir
Le spectre d’un corps indique l’intensité de la lumière émise à chaque longueur d’onde. Il est de plus en plus piqué à mesure que la température augmente.

Ce phénomène représente donc quelque chose d’absolu et donc quelque chose de très séduisant pour Planck. Il se mit alors à développer un modèle formé d’oscillateurs qui entrent progressivement en équilibre thermique et qui expliquent la forme prise par le spectre d’émission. Ses années passées à utiliser la notion d’entropie lui servirent alors beaucoup.

En effet alors que tous les physiciens s’attaquaient au problème en cherchant à relier l’intensité d’émission à la température, Planck se concentrait sur le lien entre énergie et entropie. Personne n’accordait alors d’intérêt à ses travaux et il put développer ses calculs à sa guise sans avoir à redouter de troubles ou de compétitions quelconques.

La théorie des quanta

Vers fin 1900, Planck confie à son fils qu’il est proche d’une découverte de première ampleur. Malgré l’enthousiasme de son fils, cela n’a pas l’air d’enchanter le père, Planck étant quelqu’un de conservateur dans toutes ses façons de voir.

Son idée est d’introduire dans les calculs un élément de discontinuité lors de l’échange d’énergie entre oscillateurs. Cet élément appelé quantum élémentaire d’action était destiné à bouleverser les bases de la pensée physique qui depuis la découverte du calcul infinitésimal s’appuyait sur l’idée que toutes les relations causales étaient continues.

Planck et ses potes au congrès Solvay
Planck et ses potes au congrès Solvay

Cette idée, parmi les plus révolutionnaires de la physique, donna naissance à la théorie des quanta et entraînera quelques années plus tard la formulation de la mécanique quantique. Planck s’efforcera longtemps et sans succès de raccorder sa théorie révolutionnaire à la thermodynamique. Cet échec permit de comprendre à quel point la théorie des quanta était radicalement différente de la mécanique classique et ouvrit la voie à une vision nouvelle de la nature : une vision parfois déroutante mais si féconde qu’elle transforma à jamais le rapport de l’homme à la science.

Cet article est le résumé de l’ouvrage Autobiographie scientifique de Max Planck.

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