Nell’ambito degli studi e delle ricerche che portarono Max Planck a stabilire la teoria dei quanti è possibile distinguere a grandi linee tre fasi cronologiche diverse: il primo periodo va dalla fine dell’ ‘800 fino al 1906, e sono gli anni in cui Planck lavora in solitudine quasi totale; la seconda fase, che comprende gli anni tra il 1906 ed il 1912, è quella della formulazione vera e propria della teoria, del suo sviluppo e della sua riformulazione da parte di altri studiosi, segno del fatto che essa ha acquisito un suo “status” ormai inattaccabile;
durante il terzo successivo periodo il contributo di Planck può essere considerato senz’altro “minore” sul piano fattivo, poiché si tratta della fase di rielaborazione della teoria dei quanti, per la quale egli assurge oramai alla dignità di “padre” della stessa.
Appare evidente che la fase storicamente più importante e significativa è dunque la prima, quando prendono forma i temi ed i motivi dell’indagine che più tardi condurranno alla formulazione della teoria. Come accennato in precedenza, il problema da cui l’indagine di Planck prende le mosse è quello del corpo nero, in relazione al suo rapporto problematico con la meccanica statistica tradizionale: partendo dall’assurdità del fatto che un fenomeno irreversibile retto dal secondo principio della termodinamica possa essere descritto da un insieme di equazioni reversibili, Planck decide di studiare il problema del corpo nero – conosciuto allora anche come problema della radiazione nera[i] [1] -, proprio nel tentativo di trovare una via “elettromagnetica” all’irreversibilità.
Naturalmente, visto il tema del suo studio, Planck si ritrova a misurarsi più specificamente con la termodinamica e con l’elettromagnetismo. Del resto questa sua propensione si rivela precocemente, fin dalla scelta dell’argomento della sua tesi di dottorato, redatta nel 1879, che ha per argomento proprio il secondo principio della termodinamica[ii]. Si tratta di uno studio estremamente significativo sul piano soprattutto storico – documentale, poiché, se pure nella tesi di Planck è assente il problema del corpo nero, esso indica tuttavia il tipo di approccio che lo scienziato tedesco avrebbe più tardi applicato. Molti sono gli scritti successivi che indagano ed approfondiscono il tema, con il proposito di chiarire ma anche ampliare le basi della termodinamica, con la quale per Planck il problema del corpo nero ha una stretta attinenza. Tuttavia, con il mutare dello scenario e del contesto scientifico, mutano anche i punti di riferimento di Planck. Nella sua ricerca tesa a dimostrare che l’irreversibilità può contraddistinguere anche un sistema retto da equazioni globali invarianti per inversione del tempo, Planck fissa la sua attenzione sulle equazioni che regolano il campo elettromagnetico, rifacendosi agli studi classici di Maxwell e Helmholtz[2]. Se è vero che inizialmente si tratta di una fin troppo facile – per quei tempi – commistione tra meccanica ed elettromagnetismo, piuttosto diffusa nel mondo scientifico degli anni ‘90, su cui pesa la mancanza di una seria divisione concettuale tra i due diversi approcci, e dunque Planck si muove sulla base di semplici intuizioni, più tardi è proprio grazie a questo che lo scienziato tedesco può dare una risposta a ciò che da anni ormai sta cercando con i metodi e soprattutto con l’ottica tradizionali.
Infatti, servendosi dell’elettromagnetismo, Planck stabilisce la proprietà dei risonatori oggetto dei suoi studi, pubblicando i risultati in due famosi articoli, rispettivamente del 1895 e del 1896[3]. Con un approccio concettuale del tutto innovativo, in essi lo scienziato affronta il calcolo dei rapporti – in situazione di equilibrio – tra le ampiezze della radiazione emessa e assorbita da parte del risonatore, dimostrando che tali rapporti dipendono dalla lunghezza d’onda, non dalle caratteristiche del risonatore. Così pure, nel secondo articolo, Planck generalizza la precedente deduzione. Da questi studi risulta evidente come l’interesse di Planck vada progressivamente spostandosi dai risonatori ai campi, determinando così l’accesso a quella che poi diventerà la teoria dei quanti, della quale la “teoria del 1900 – o teoria del corpo nero” costituisce il prodromo.
[1] O, nella terminologia propria di Planck, dello «spettro normale».
[2] Helmholtz Herman Von, 1821 Potsdam ; 1894 Charlottenburg
[3] Entrambi presentati all’Accademia Prussiana
[i] H. Kangro, Vorgeshcichte des Planckschen Strahlungsgesetzes, Wisbaden, Steinez, 1970 e Early history of Planck’s Radiation Law, London, Taylor & Francis, 1976.
[ii] M. Planck, Über den zweiten hauptsatz der mechanischen Wermetheorie, Munchen 1879.
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