PARIS 1903 DE FÖRSTA SPRICKORNA
Paris, en sommarkväll i juni 1903. En trädgård på Boulevard Kellermann i trettonde arrondissementet. Ur fönstren faller ljus över gräsmattan, en dörr öppnas, det hörs glada röster, sedan strömmar ett litet festsällskap ut på grusgångarna, i dess mitt finns en kvinna i svart klänning: fysikern Marie Curie, 39. Hennes vanligtvis så strama ansikte är avspänt och glatt.
Hon har bjudit in till disputationsfest.
Marie befinner sig på en höjdpunkt i sin karriär. Som första kvinna i Frankrike har hon tilldelats doktorsgraden i ett naturvetenskapligt ämne, med betyget ”très honorable”. Som första kvinna överhuvudtaget har hon nominerats till Nobelpriset.
Vid Maries sida skiner hennes man Pierre av stolthet. Hon är omgiven av sin äldre syster Bronia, sin handledare Gabriel Lippmann, sina kollegor Jean Perrin och Paul Langevin och flera av sina studenter. Den nyzeeländske fysikern Ernest Rutherford är med och firar, han är på bröllopsresa med sin fru Mary – äntligen, det har redan hunnit gå tre år sedan de gifte sig. Rutherford och Marie Curie är konkurrenter, båda forskar om atomens uppbyggnad och har diametralt motsatta ståndpunkter. Men i kväll får den striden vila. I kväll ska det firas.
Vägen som ledde fram till den här glada kvällen för Marie börjar långt ifrån den franska metropolen, i 1860-talets Warszawa. Polen är uppdelat mellan stormakterna Preussen, Ryssland och Österrike, och Warszawa står under tvångsförvaltning av den ryske tsaren. Ingen får kalla sitt hemland för ”Polen” offentligt. Den 7 november 1867 föds Maria Skłodowska som det yngsta av fem barn till ett lärarpar. Familjen förhåller sig negativ till ockupationsmakten. Fadern gör sitt bästa för att uppfostra sina döttrar i självständigt tänkande. När Mania, som Maria kallas där hemma, är fyra år gammal håller sig den tuberkulossjuka modern undan från barnen. Hon vill inte smitta något av sina barn och dör efter en lång kamp mot den då ännu obotliga sjukdomen.
Det tar mer än tio år för Mania att återfinna livsglädjen. Till en början flyr hon in i studierna, gräver ned sig i böcker, lyckas med skoningslös flit att bli den bästa i sin årskurs vid det kejserliga gymnasiet. Som femtonåring gör pressen som hon sätter på sig själv att hon drabbas av ett nervsammanbrott. Hennes ensamstående far skickar ut henne på landet för att hon ska återhämta sig. Där kan hon lägga undan böckerna, hon upptäcker musik, festar, flörtar och dansar natten lång. Vid ett polskt undergrounduniversitet som också tar in kvinnor börjar hon studera – och överträffar alla sina medstudenter med sina prestationer. För att kunna ge ekonomiskt stöd åt sin två år äldre syster Bronia, som flyttar till Paris för att studera medicin, börjar hon jobba som guvernant i en sockerbetsmagnats familj utanför Warszawa – och blir kär i familjens son, den tjugotreårige matematikstudenten Casimir. Hans far blir rasande över deras relation. Till en början gör Casimir försiktigt motstånd mot honom, men efter flera års velande fram och tillbaka fogar han sig till slut, och Mania står där ensam och övergiven, med brustet hjärta och fylld av ilska mot män: ”Om de inte vill gifta sig med några fattiga unga kvinnor kan de dra åt helsike!”’
Den tvåfaldiga Nobelpristagaren Marie Curie tilldelades Nobelpriset i fysik år 1903 och i kemi år 1911; här syns hon i sitt laboratorium i Paris 1917.
År 1891 följer Mania efter sin syster till Paris. Vid det laget har Bronia hunnit gifta sig, med en Casimir dessutom. Han är läkare, liksom hon, och båda två är uppfyllda av kommunistiska ideal. Sina behandlingar utför de i lägenheten, och behövande patienter behandlas gratis. Det är för rörigt för Mania, som numera kallar sig Marie. Hon flyttar till en vindslya, där hon bokstavligt talat begraver sig under alla sina klänningar när vinternätterna blir kalla. För att spara pengar bär hon sällan upp en hink kol och livnär sig enbart på te, frukt, torrt bröd och choklad – men det gör inget! Hon är fri. I sekelskiftets Paris är kvinnor visserligen allt annat än jämställda. En ”studentska” (étudiante) kan beteckna såväl en studerande kvinna som kärestan till en studerande man. Men kvinnorna kan åtminstone studera obehindrat, och det gör Marie passionerat. Hon tillbringar helst dagarna i hörsalar, laboratorier och bibliotek, nätterna med sina böcker, lyssnar till resonemangen som förs av den berömde Henri Poincaré. Än en gång går hon till överdrift och kollapsar i biblioteket. Bronia tar med henne hem till sig och utfodrar den utmattade och undernärda Marie med kött och potatis tills hon återfår orken. Då skyndar hon sig genast tillbaka till sina böcker och får återigen bäst resultat av alla vid slutproven.
Och nu då? Kvinnor får visserligen studera, men många män vill helst inte ha dem vid sin sida som forskare. Marie har turen att erhålla ett stipendium som ger henne möjlighet att undersöka de magnetiska egenskaperna hos olika stålsorter. När hon inte får ordning på sin utrustning rekommenderas hon av en bekant att ta kontakt med en expert på magnetism: Pierre Curie, trettiofem år gammal, yngre till utseendet, blyg och eftertänksam. Han visar henne hur man hanterar elektrometrar, han har trots allt själv varit med och utvecklat dem. Marie släpper sin föresats att efter misären med Casimir aldrig mer förälska sig: Pierre och Marie blir ett par.
Men stålets magnetism utgör inte Maries kall, det finns mer spännande saker att utforska. I Würzburg upptäckte nyligen Wilhelm Conrad Röntgen av en slump de mystiska x-strålarna – röntgenstrålarna – när de genomlyste hans hand som han höll upp framför ett elektronrör. Vid nyår 1896 skickar han runt foton av skelettet i sin frus hand, inklusive vigselring, bland sina kollegor. Ingen människa har sett något liknande förut. Röntgenbilderna sätter igång en vetenskaplig och samhällelig hype.
Samma år i Paris upptäcker Henri Becquerel – även det av en slump – ett slags strålning som han kallar för rayons uraniques, uranstrålar, eftersom de utgår från uran som han lagt tillsammans med en fotoplåt i en skrivbordslåda. Men det är också allt som Becquerel lyckas klarlägga om dessa strålar. Han kan inte förklara hur de uppstår. Han antar och hoppas att de har något att göra med fosforescens, för den effekten har han och hans föregångare utforskat sedan flera generationer tillbaka. Hans strålar väcker betydligt mindre uppståndelse än Röntgens, och hans suddiga foton bleknar i jämförelse med röntgenbilderna som trycks på tidningarnas förstasidor och visas upp på marknader.
Marie Curie fascineras dock av Becquerels upptäckt. Hon inser att saken knappast är uttömd med det fåtal experiment som den inte direkt arbetstokige Becquerel har utfört, och hon utvecklar en ny metod för att mäta uranstrålarna som baseras på Pierres elektrometrar. Och hon törs säga emot den mäktige Becquerel. Hon kallar strålarna radioactif istället för uranique, eftersom hon är övertygad om att de inte bara kommer från ämnet uran. För att bevisa det ger hon sig i kast med att leta belägg för nya radioaktiva ämnen och under åren som följer hittar hon två stycken: polonium och radium.
Och inte nog med det, Marie Curie hävdar ”att den obegripliga uranstrålningen är en egenskap hos atomen”, som hon
skriver år 1898 – vilket vid det rådande kunskapsläget inom vetenskapen var en provokation. Atomerna får forskarna ingen ordning på alls. Det finns helt enkelt för många olika sorter. Kemisterna har sina atomer, odelbara och oföränderliga materiebyggstenar, vilkas bindningar bryts och sätts samman på nytt vid kemiska reaktioner. Sedan nyligen har också fysikerna sina atomer, som far fram genom vakuum likt pyttesmå biljardklot och krockar med varandra för att åstadkomma tryck och värme i gaser. Och filosoferna har sina egna atomer, som sedan Demokritos tid utgör världens oförstörbara byggstenar. Mellan de här olika atomerna finns det dock inget teoretiskt sammanhang. Och nu hävdar Marie Curie att något händer inuti dessa atomer.
Hur skulle det vara möjligt? Hur skulle mekanismen som får atomer att stråla radioaktivt kunna fungera? Experimenten visar att den uppenbarligen inte påverkas av kemiska processer, av ljus och temperatur, av elektriska och magnetiska fält. Vad är det då som utlöser den? Marie Curie har en oerhörd hypotes: ingenting. Processen där strålning uppstår börjar av sig själv – spontant. I ett arbete inför den internationella fysikerkongressen vid världsutställningen i Paris 1900 skriver hon en förebådande mening: ”Strålningens spontanitet är en gåta, föremål för djup häpnad.” Radioaktiv strålning uppstår av sig själv, utan orsak. Därmed ruskar Curie på fysikens fundament, kausalitetsprincipen. Hon överväger till och med att förkasta energiprincipen, den järnhårda fysikaliska princip enligt vilken energi aldrig försvinner eller uppstår ur intet. Mannen som kastar ljus över Curies gåta är den nyzeeländske fysikern Ernest Rutherford. Han utvecklar en teori om radioaktiv ”omvandling”: När en atom avger radioaktiv strålning förvandlas den från ett kemiskt ämne till ett annat. Därmed hamnar en annan vetenskaplig dogm i gungning. En sådan omvandling anses vara omöjlig, ett påhitt av alkemister och charlataner. Även Marie
Curie stretar länge emot Rutherfords teori, men i slutändan visar sig båda två ha rätt, Curie om spontaniteten, Rutherford om omvandlingen. Det är den gamla fysiken som får ge sig. I ett skjul på innergården till ingenjörsskolan École supérieure de physique et de chimie industrielles i Quartier Latin, de intellektuellas kvarter i den franska huvudstaden, inrättar paret Curie sitt laboratorium. Vinden visslar genom springorna. Golvet blir aldrig riktigt torrt. Tidigare användes utrymmet av studenter som dissekerade lik – tills de fick nog av det dåliga skicket. Nu har obduktionsborden fått lämna plats åt märkliga instrument: glaskolvar, strömkablar och vakuumpumpar, vågar, prismor och batterier, gasbrännare och smältdeglar. Som ”en korsning mellan ett stall och en potatiskällare” beskriver den balt-tyska kemisten Wilhelm Ostwald paret Curies baracklabb när han efter en ”brådskande begäran” har fått ta sig en titt. ”Om jag inte hade sett de kemiska instrumenten på arbetsbordet hade jag trott att det hela var ett skämt.” Här, i en atmosfär som för tankarna till ett alkemistkök, gör paret Curie några av de viktigaste upptäckterna under det begynnande nittonhundratalet. De anar ännu inte att de här i sitt dragiga skjul håller på att lägga grundstenen till en ny fysikalisk världsbild.
De försöker framställa en substans som många av deras ämneskollegor fram till nyligen ansåg vara hokus pokus: rent radium. Men trolla kan de ju inte, radiumet måste komma någonstans ifrån, de behöver en råvara. Efter långdragna försök har Marie stött på ett strålande mineral som heter pechblände. De behöver tonvis av det, men i Paris går det inte att få tag på, och paret Curie har inga pengar. Pierre hör sig för i hela Europa och får reda på att det i malmgruvan Joachimsthal, djupt inne i den böhmiska skogen, där man utvinner metallen till thalermynten, bildas rikligt med pechblände som biprodukt. Han lyckas övertala gruvdirektören att ge honom tio ton av det. Transporten finansieras av baron Edmond James
de Rothschild, som blivit stenrik genom sin fars bankaffärer men själv är mer intresserad av konst, vetenskap och hästar än av finanshandel.
När ett berg av pechblände levereras till gården utanför baracken våren 1899 lyfter Marie upp en näve av det ”bruna dammet bemängt med tallbarr” mot sitt ansikte. Nu kan det börja.
Det är bokstavligt talat ett slitgöra: Marie kånkar tunga hinkar, häller upp vätskor, rör runt med järnstavar i puttrande deglar. Pechbländet måste tvättas med syror, alkaliska salter och tusentals liter vatten. För att kunna genomföra extraktionen har paret Curie utvecklat en teknik som kallas ”fraktionering”. De kokar upp materialet om och om igen, låter det svalna och kristalliseras. Lätta ämnen kristalliseras snabbare än tunga, därför kan Marie och Pierre på så vis anrika radium allt eftersom. Det kräver noggranna mätningar och mycket tålamod, men trots det mördande slitet är de lyckliga båda två. På sina nattliga promenader hem från laboratoriet fantiserar de om hur rent radium kan tänkas se ut. Deras radiumblandning blir allt renare, och skenet som sprider sig i labbet från glaskolvarna om natten blir allt starkare. Sommaren 1902 är de äntligen framme vid målet och kan hålla några tiondels gram radium i händerna. Marie fastställer ämnets atomvikt och ger det nummer 88 i det periodiska systemet.
Det är bara en som är olycklig: Irène, deras dotter, som kom till världen två år innan föräldrarna inrättade sin arbetsplats i skjulet. Hon ser knappt skymten av sin mamma och pappa, och när de väl kommer hem är de helt slut. Farfar Eugène tar hand om Irène, som uppvisar alla tecken på anknytningsproblem. När mamma Marie lämnar rummet klänger hon sig fast i hennes kjol och gråter. En dag frågar hon sin farfar varför mamma är där så sällan. Farfar tar henne i handen och går med henne till laboratoriebaracken. Irène blir förskräckt av ”den
dystra, dystra platsen”. Ännu en dotter som saknar sin mor. Tre decennier senare kommer Irène Joliot-Curie att tilldelas Nobelpriset, som andra kvinna efter sin mor, för sin forskning om radioaktivitet. Även hennes dotter Hélène blir kärnfysiker.
Den här junikvällen på Boulevard Kellermann anar Marie Curie ännu inget av den olycka som är på väg att drabba hennes familj. Enkom till festen har hon låtit sy upp en ny klänning, av svart linnetyg, för då syns inte fläckarna från labbet så tydligt. Och inte heller den välvda rundningen på hennes mage. Marie är gravid i tredje månaden. Ett par månader senare ger hon sig ut på en cykeltur med Pierre. De älskar att rulla fram över landskapet, till och med sin bröllopsresa gjorde de på cykel. Men nu är Marie i femte månaden, och hennes kropp tål inte längre stötarna från cykeln på de gropiga grusvägarna. Hon får missfall. På flykt från sorgen kastar hon sig in i arbetet, allt djupare, tills hon bryter ihop igen. På grund av det kan hon inte resa till Stockholm för utdelningen av Nobelpriset, som hon och Pierre har tilldelats tillsammans med Henri Becquerel för upptäckten av radioaktivitet, och scenen i Stockholm tillhör helt och hållet den fåfänge Becquerel. Han beträder den i en grön, guldmönstrad brokadrock, med en orden på bröstet och en sabel längs sidan.
När Marie på kvällen för sin disputationsfest kliver ut i sommarnatten genom salongsdörrarna i armkrok med Pierre höjer gästerna sina glas. Paret tar några steg bort från ljuset, på tu man hand i några ögonblick. Under stjärnhimlen plockar Pierre fram en glaskolv med radiumbromid ur sin västficka. Skimret lyser upp deras ansikten, saliga och rosiga av alkoholen, och så huden på Pierres fingrar som är svedd och full av sprickor. Det är ett förebud om den strålningssjuka som kommer att bli Maries död och en första aning om tyngden av den upptäckt mot vilken de är på väg.
BERLIN 1900
EN AKT AV FÖRTVIVLAN
Den 7 oktober 1900 är en söndag, och den ser ut att bli långtråkig. I sin eleganta lägenhet i stadsdelen Grunewald i Berlin har det äkta paret Max och Marie Planck bjudit in grannparet Heinrich och Marie Rubens på eftermiddagste. Rubens är professor i experimentalfysik vid Berlins universitet, Planck detsamma i teoretisk fysik. Till kvinnornas förtret kan männen inte låta bli att tala om sitt arbete. Rubens berättar om sina senaste mätningar i laboratoriet vid Physikalisch-Technische Reichsanstalt, det fysikalisk-tekniska riksinstitutet, om att de kurvor som han och hans kollegor har registrerat går på tvärs mot alla hittills vedertagna formler. Det handlar om våglängder, energitäthet, linjäritet och proportionalitet. I Plancks huvud börjar pusselbitarna som han har flyttat runt i sina tankar under många år bilda ett nytt mönster. På kvällen när gästerna har gått sätter han sig vid skrivbordet och skriver ned det som har tagit form i hans huvud: den strålningsformel som exakt motsvarar alla mätdata. Den formel som Planck och många andra har letat efter i flera år. Framåt midnatt vaknar Marie Planck av att hennes man spelar Beethovens Ode an die Freude på pianot. Det är hans sätt att uttrycka sin glädje.
Redan samma natt skriver han ned sin formel på ett vykort som han skickar till Rubens.
”Jag har gjort en upptäckt som är lika viktig som Newtons”, tillkännager Max Planck, 42, för sin sjuårige son Erwin under en morgonpromenad genom Grunewald. Han överdriver inte.
Planck är ingen naturlig revolutionär. Snarare sinnebilden för en preussisk tjänsteman, alltid korrekt klädd i mörk kostym, stärkt skjorta med stel krage, en svart fluga knuten runt halsen, och en pincené på näsan mot närsyntheten. Ovanför de genomträngande ögonen välver sig flintens höga kupol, under vilken försiktigheten regerar. Han beskriver sig själv som en ”fridsam natur”. ”Min maxim är alltid”, anförtror han en student, ”att noga överväga varje steg i förväg, men sedan, när man anser sig kunna stå för det, inte vika en tum.” Hans sätt att hantera nya idéer går ut på att foga in dem i sin djupt konservativa världsbild. ”Det är otänkbart att det är den här mannen som driver på revolutionen”, säger en student om Planck. Han var inte den enda som skulle få tänka om.
Max Karl Ernst Ludwig Planck föds år 1858 i Kiel, som på den tiden hörde till kungariket Danmark. Hans familj har en lång tradition av akademiker. Både hans farfar och gammelfarfar var ansedda teologer, hans farbror Gottlieb Planck är med och skriver Bürgerliches Gesetzbuch, den tyska civilrätten, hans far Johann Julius Wilhelm Planck, även han jurist, erhåller år 1870 riddarkorset från den bayerske kungen Ludvig II och får därmed rätt att kalla sig ”riddare von Planck”. Allihop pliktmedvetna patrioter med vördnad för både den gudomliga och världsliga lagen. En sådan växer också Max upp till att bli.
Strax efter att Max Planck fyllt nio år flyttar familjen till en stor lägenhet på Briennerstraße 33 i München. Fadern övertar professuren för civilprocessrätt vid Ludwig-Maximilians-Uni-
versität, sonen Max börjar femte klass på Maximilianskolan (”Max” i folkmun) som just har flyttat in i en byggnad på Ludwigstraße 14 som använts som jungfrustift.
Han är inte bäst av de 65 eleverna i årskursen, men han har disciplin. I ”sedligt uppförande” och ”flit” kommer han hem med genomgående högsta betyg, dessutom har han de egenskaper som är av störst betydelse i det preussiska skolsystemet, vilket är inriktat på att lära sig stora mängder information utantill. Ett utlåtande ger Max goda chanser att bli ”något ordentligt”. Han är ”en favorit bland både lärare och elever och har ett mycket klart och logiskt huvud för sin ålder”. Den unge Planck lockas inte av Münchens ölhallar, utan snarare av operahusen och konsertsalarna. Med sin musikalitet utvecklar han redan som barn ett absolut gehör, spelar fiol och piano, sjunger i kyrkokören, där han med sin sopranröst även tar sig an kvinnoroller som solist. Vid söndagsgudstjänsten sitter han vid orgeln, dessutom komponerar han sånger, till och med en operett, Die Liebe im Walde (Kärleken i skogen), som uppförs vid en fest på den akademiska sångföreningen.
Efter studenten, som han klarar suveränt som sextonåring, funderar han på att bli konsertpianist. Men när han frågar en professor om utsikterna för att studera musik får han det barska svaret: ”Om ni behöver fråga bör ni studera något annat!” Kanske klassisk filologi ändå? Max är osäker. Fadern skickar honom till fysikprofessorn Philipp von Jolly, som går in helhjärtat för att övertyga den unge studenten om att hålla sig borta från fysikstudier. Han beskriver fysiken ”som en högutvecklad, nästintill fullkomligt mogen vetenskap som nu, med upptäckten av energiprincipen som ett slags krona på verket, nog snart kommer att ha antagit sin slutgiltiga stabila form. Visst kan det kanske finnas något dammkorn eller en liten bubbla i en eller annan vrå kvar att granska eller inordna, men systemet som helhet står tämligen säkert, och den teoretiska
fysiken närmar sig påtagligt samma grad av fulländning som geometrin haft sedan flera århundranden.”
Jolly är inte ensam om den hållningen. Fram till nittonhundratalets början hyser fysikerna förhoppningar om att snart kunna föra sin disciplin till fulländning. ”Samtliga av de mest betydelsefulla grundsatserna och sakförhållandena inom fysiken är upptäckta”, hävdar den amerikanske fysikern
Albert Michelson år 1899, ”och de är nu så säkert fastlagda att möjligheten att de skulle kunna passeras av nya upptäckter ter sig ytterst avlägsen. Våra framtida upptäckter kommer att göras i sjätte decimalen.”
James Clerk Maxwell, grundare av den klassiska elektrodynamiken, varnade redan år 1871 för sådan självbelåtenhet: ”Den här egenarten hos moderna experiment – att de huvudsakligen består av mätningar – är så markant att det uppenbarligen har spridit sig en uppfattning om att alla viktiga fysikaliska konstanter kommer att vara ungefärligt bestämda inom några få år, och att det då för vetenskapens män endast skulle återstå att tillfoga ytterligare decimaler till dessa mätningar.”
Maxwell betonade att den verkliga lönen för ”det noggranna mätandets möda” inte är större exakthet, utan ”upptäckter av nya forskningsområden” och ”utveckling av nya vetenskapliga idéer”. Det skulle bli precis så som Maxwell förutspådde.
Jolly anar inte att det är denna historiska villfarelse som kommer att ge honom en undanskymd plats i fysikhistorien, och inte heller att den sextonårige Planck som sitter framför honom är personen som kommer att avslöja villfarelsen i fråga. Planck själv anar inte heller något om den saken. Att fortsätta mäta och räkna på decimalerna några steg bakom kommat, det låter faktiskt inte så dumt i hans öron. Det är i varje fall mer lovande än svaret han fick från musikprofessorn. Vinterterminen 1874–1875 skriver han in sig för att läsa matematik och naturvetenskap.
Vid universitetet i München upplever Planck den leda som Philipp von Jolly varnade honom för. Bland Jollys forskningsprojekt finns till exempel den dittills noggrannaste bestämningen av den specifika vikten för flytande ammoniak med en egenkonstruerad fjädervåg samt undersökningar av Newtons gravitationslag med en blykula på 5 775,2 kilo och en diameter på nästan en meter – allt annat än revolutionärt.
I tre långa år härdar Planck ut på Münchens fysikaliska fakultet, innan det blir för långtråkigt för honom och han byter till Berlin, fysikens högborg, där de framstående lärarna Gustav Kirchhoff och Hermann von Helmholtz undervisar.
Efter segern över Frankrike i kriget 1870–1871 och grundandet av ett enat Tyskland har Berlin blivit huvudstad i en ny, mäktig nation i Europa. Fransmännen betalar alltjämt krigsskadestånd som ska komma att möjliggöra att det på denna plats där floderna Havel och Spree flyter samman bildas en metropol som kan mäta sig med Paris och London. Mellan 1871 och 1900 växer befolkningen från 865 000 till över 2 miljoner invånare, vilket gör Berlin till den tredje största staden i Europa. Många invandrade kommer österifrån, framför allt judar på flykt undan pogromerna i tsarens Ryssland.
Med ambitionen att forma Berlin till en europeisk metropol kom också önskan att göra Berlins universitet till kontinentens främsta. Hermann von Helmholtz, landets mest ansedde fysiker, hämtas från Heidelberg. Helmholtz är en universallärd forskare av den gamla sorten, utbildad kirurg och hyllad fysiolog. Hans uppfinning oftalmoskopet innebar en stor ökad förståelse för hur det mänskliga synorganet fungerar.
Få andra forskare på den här tiden hade en lika vid horisont som Helmholtz. Den femtioårige vetenskapsmannen visste sitt värde. Han förhandlade fram en lön som var flera gånger högre än den gängse och fick ett eget nytt praktfullt fysikinstitut, som fortfarande höll på att byggas när Planck
anlände till Berlin 1877 och gick på sina första föreläsningar i universitetets huvudbyggnad, ett före detta palats på Unter den Linden, mitt emot operan. För Planck var det som om han klev ut ur en trång kammare och in i en öppen sal.
Men även i en sal kan det bli långtråkigt. Kirchhoff läser upp sina föreläsningar innantill ur ett anteckningsblock, Planck tycker att de är ”torra och enformiga”. Helmholtz är dåligt förberedd, föreläser trögt och räknar ideligen fel. Planck, som fortfarande bär på sin inre strävsamme elev, går över till självstudier och läser skrifterna av Rudolf Clausius om värmelära och entropi, det nya fysikaliska måttet för oordning – ett första steg mot revolutionen.
Som tjugoåring avlägger Planck examen i fysik och matematik. Ett år senare lämnar han in sin doktorsavhandling Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (Om den andra huvudprincipen för den mekaniska värmeteorin).
Ytterligare ett år senare lägger han fram sin docentavhandling om Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen (Jämviktstillstånd hos isotropiska kroppar i olika temperaturer). Han får betygen ”summa cum laude” och ”i hög grad tillfredsställande”. Det är krattat för en mönstergill universitetskarriär.
Planck blir docent vid Ludwig-Maximilians-Universität i München och flyttar in hos sina föräldrar igen, där han lever ”det skönaste och mest behagliga liv som tänkas kan”. Det tar slut när han får en professorstjänst i Kiel. Årslönen på 2 000 mark räcker nätt och jämnt för att bilda en egen familj, nu saknar han bara en lämplig fru. Planck gifter sig med systern till en skolkamrat, Marie Merck, som härstammar från en rik bankirfamilj. Paret får tre barn inom två år.
Just när Max Planck är i färd med att rota sig som ”familjeperson” blir det allvar igen. I Berlin dör den sedan lång tid tillbaka sjuklige Gustav Kirchhoff och professuren för mate-
matisk fysik vid Friedrich-Wilhelms-Universität blir ledig. Rekryteringskommissionen söker en kandidat ”i sin krafts dagar med stabil vetenskaplig auktoritet”. Ludwig Boltzmann, som grundat den statistiska mekaniken, och Heinrich Hertz, som upptäckt elektromagnetiska vågor, tackar nej. Max Planck är det tredje valet. Men är han med sina blott 30 år redan mogen nog för en av de mest betydelsefulla professurerna i landet? Vissa i kommittéerna för Berlins fysiker, där genomsnittsåldern ofta ligger omkring 60, tvivlar på det. Efter en rekommendation från en annan av hans tidigare lärare, Hermann von Helmholtz, blir Planck visserligen anställd, men till en början bara som adjungerad professor.
Planck måste alltså hävda sig. Nu sitter han på sin ene lärares stol, vid sidan av sin andre lärare Helmholtz, och tar itu med uppgiften som Kirchhoff lämnade ouppklarad efter sig: svartkroppsproblemet.
Keramiker och smeder har sedan århundraden vetat om att alla föremål som upphettas, oavsett vilket material de består av, glöder i en följd av karakteristiska färger när deras temperatur stiger. Håller man in en eldgaffel i elden glöder den först svagt mörkrött, för att i takt med att järnet blir hetare övergå till ljusare körsbärsrött och sedan skifta till gult, vilket med stigande hetta blir allt ljusare och vitare, tills det slutligen börjar dra åt det blå. Denna karakteristiska följd av färger är alltid densamma, både i himlen och på jorden, från rött glimmande kol via solens gula till det blåvita hos smält stål.
Experimentalfysiker mätte gång på gång spektrumen hos den utsända strålningen. Med förbättrade termometrar och fotoplåtar upptäckte de att färgpaletten fortsatte bortom det synliga, mot infrarött i den kallare änden och mot ultraviolett i den varmare. Komma efter komma arbetade de sig fram.
Det man letade efter var en formel som korrekt kunde beskriva förhållandet mellan temperatur och färgspektrum: detta
är svartkroppsproblemet. Det heter så eftersom det handlar om kroppar som absorberar all inkommande strålning. År 1859 får svartkroppsproblemet sin vetenskapliga formulering av fysikern Gustav Kirchhoff, vid den tiden professor i Heidelberg och en auktoritet inom spektralanalys av mineralhaltigt vatten. Men både han och andra teoretiker misslyckas gång på gång med att hitta svartkroppsformeln. Wilhelm Wien upptäcker en formel som beskriver den högfrekventa delen av spektrumen någorlunda väl, James Jeans utvecklar en formel för långa våglängder. Men båda dessa formler är otillräckliga i andra änden av spektrumet.
Det är inte det enda problemet som fysikerna är upptagna av. Röntgenstrålar, radioaktivitet och elektronerna har just upptäckts, det rasar en strid om atomernas existens. I jämförelse med det tycks svartkroppsproblemet vara en struntsak, men just därför lämnar det högdjuren ingen ro.
Det handlar inte bara om en tankeövning, snarare om en fråga av nationell betydelse. I det så sent som 1871 utropade tyska kejsardömet hoppas man att lösningen på svartkroppsproblemet ska ge en fördel för den inhemska belysningsindustrin gentemot konkurrenterna från Storbritannien och USA. Fysikaliskt sett skiljer sig inte en glödtråd i en lampa från en glödande eldgaffel. I januari 1880 fick Thomas Edison patent på en glödlampa som var överlägsen de gaslampor som varit vanliga dessförinnan, och det utlöste en världsomspännande kamp om herraväldet över belysningsmarknaden. Tyska företag försökte utveckla glödlampor som var effektivare än dem som producerades av de brittiska och amerikanska konkurrenterna.
I kapplöpningen på det elektrotekniska området låg det unga tyska riket bra till. Werner von Siemens hade uppfunnit dynamon. År 1887 grundar rikets regering med stöd av Siemens institutet Physikalisch-Technische Reichsanstalt i utkanten av Ber-
lin, med ett program för forskning på svartkroppsstrålning, där målet är att tyska glödlampor ska bli de bästa i världen.
År 1896 tror sig Friedrich Paschen, docent vid Hannovers tekniska högskola, till slut ha funnit svartkroppsformeln.
Men hans konkurrenter vid riksinstitutet i Berlin motbevisar honom med sina förfinade mätmetoder. Deras strålningsfysikaliska laboratorium är det bäst utrustade i världen, fullt av glödstrumpor, kopparspolar, termometrar, fotometrar, spektrometrar och bolometrar med höga mätskalor, genomkorsat av tjocka kabelbuntar, och i mitten av allt en isolerad ihålig cylinder, upphettad med gas och vätska: svartkroppen.
När Planck blir Kirchhoffs efterträdare vid universitetet i Berlin måste han visa att Kirchhoffs skor inte är för stora för honom att fylla. Han måste hävda sig i huvudstadsuniversitetets storskaliga verksamhet, handleda hundratals studenter, ordna tentamen, skriva rapporter, sitta av möten. Sina föreläsningar håller han på ett lika torrt och oinspirerat sätt som han sett sin föregångare göra. De är ”trots all sin utomordentliga klarhet en aning opersonliga, i det närmaste stela”, klagar en student vid namn Lise Meitner. ”Planck får en inte precis att skratta ihjäl sig”, konstaterar en annan student.
Från och med 1894 ägnar Planck all sin fria forskningstid åt svartkroppsproblemet som Kirchhoff tvingades lämna olöst. Han fascineras av att det i frågan om ”den svarta hålrumsstrålningen” handlar om ”något absolut”, ”och eftersom sökandet efter det absoluta alltid har tyckts mig vara den främsta forskningsuppgiften tog jag mig an den med iver”. Han angriper svartkroppsproblemet som en sann teoretiker: med papper, penna och hjärna. Men när han den där söndagsnatten äntligen skriver ned den eftersökta formeln står han inför nästa utmaning: han förstår inte sin egen upptäckt. När han två veckor senare, den 19 oktober, reser sig upp under ett fredagskollokvium hos Deutsche Physikalische Gesellschaft, det
tyska fysikaliska sällskapet, i Magnus-Haus vid Spree efter ett föredrag av Ferdinand Kurlbaum har han inte mycket mer att meddela än själva formeln.
Den svåra delen av arbetet har Planck ännu framför sig. Han måste tolka och underbygga formeln som han har fått fram. Fysiker vill inte bara veta vad som är rätt, utan också förstå varför det är rätt. Under veckorna efter sin upptäckt bemödar sig Planck med att härleda formeln som han så lyckosamt snubblat över med fysikaliska argument. Han är en fysiker av den gamla skolan som inte har särskilt höga tankar om nymodiga saker som Ludwig Boltzmanns statistiska fysik och som inte heller tror på atomer. Men med begreppen från sitt klassiska sätt att tänka kan han inte förstå sin egen formel. Vad betyder den gåtfulla konstanten h som han med lätt hand skrev ned på pappret den där natten? Det är pyttelitet, det där h:et, det uppgår bara till 0,00000000000000000000000000655 (ett tal med 26 nollor efter kommatecknet). Men det kan likväl inte reduceras till noll.
I ”en akt av förtvivlan” förmår sig Planck att anta att svartkroppen består av atomer. Han använder sig av Boltzmanns statistiska metoder som han egentligen avfärdar och når på så vis fram till sin formel, men också till den märkvärdiga slutsatsen ”att energin på förhand är tvungen att hållas samman i särskilda kvantum”. Först atomer, och nu även ”kvantum”. Planck hoppas att det här ofoget snart ska vara borta, men att hans formel ska bestå. Han betraktar kvantumen som ”ett rent formellt antagande, och jag hade egentligen inte så många tankar om saken utöver att jag under alla omständigheter var tvungen att få fram ett positivt resultat”. Ett simpelt räkneknep. Inget som skakar om en världsbild i grunden. Inte än.
Den 14 december 1894, klockan fem på eftermiddagen, framträder Planck på nytt under fredagskollokviet: ”Om teorin kring lagen om energifördelning i normalspektrumet”
lyder titeln på hans föredrag. Experimentalforskarna Rubens, Lummer och Pringsheim sitter i träbänkarna framför honom. ”Mina herrar!” inleder Planck och talar sedan i invecklade meningar: ”När jag för några veckor sedan hade äran att rikta er uppmärksamhet mot en ny formel, vilken tycktes mig vara lämpad att uttrycka lagen om fördelningen av strålningsenergi på normalspektrumets alla områden, baserades min uppfattning om formelns användbarhet, som jag redan då förklarade, inte enbart på den tydligtvis goda överensstämmelsen mellan det fåtal siffror jag då kunde meddela med de hittills erhållna mätresultaten, utan huvudsakligen på den i formellt hänseende enkla uppbyggnaden och särskilt på att formeln i fråga om förhållandet mellan entropin hos en bestrålad monokromatiskt svängande resonator och dess svängningsenergi ger upphov till ett mycket enkelt logaritmiskt uttryck, vilket tycktes bära löfte om möjligheten till en allmän tolkning i högre grad än varje tidigare föreslagen formel, med undantag för herr Wiens, vilken dock inte bekräftas av sakförhållandena.” Formeln har han alltså redan presenterat, nu kan han dessutom styrka den. Strax kommer han till det avgörande steget: ”Vi betraktar dock – och det här är den viktigaste punkten i hela beräkningen – energin som sammansatt av ett bestämt antal ändliga jämnstora delar och begagnar oss för detta av naturkonstanten h=6,55x10-27 ergsec.” Kvantumen har satts till världen, men ingen märker dem. En varm applåd hörs från träbänkarna.
Varken Planck eller hans åhörare anar att framtida fysiker kommer att kalla den här eftermiddagen för ”kvantfysikens födelse”. Under flera år framöver försöker Planck och även andra fysiker såsom Lord Rayleigh och James Jeans i England samt Hendrick Antoon Lorentz i Leiden att bli av med kvantumen igen. De tror på ett kontinuum, på en eter. De tror på Newton och Maxwell. Allt det kommer att falla. Kvantumen kommer däremot att bli kvar.
