Planck, surfen en internet
Door S. M. de Bruijn
De bouwsteen van de huidige computers is de chip, of preciezer: de transistor, die in 1947 is uitgevonden. Maar de echte grondlegger van de informatiemaatschappij is Max Planck, die precies een eeuw geleden zijn kwantumtheorie publiceerde.
De meeste geleerden zijn het erover eens dat de kwantumtheorie een van de grootste doorbraken in de moderne natuurkunde is. Zelf beschrijft Planck zijn theorie als „een wanhoopsdaad.” Wat is er aan de hand?
Planck, sinds 1889 hoogleraar theoretische natuurkunde aan de universiteit van Berlijn, buigt zich over de vraag hoe het komt dat een voorwerp straling uitzendt, afhankelijk van de temperatuur.
Iedereen kent dit verschijnsel van de rode gloeispiralen van een kachel tot de withete draad in een gloeilamp. Juist de relatie tussen de temperatuur en de kleur intrigeren Planck. De vraag is van praktisch belang, want de gloeilampindustrie wil gloeidraden die meer licht en minder warmte uitstralen.
De enige manier om zijn theorie kloppend te maken, is door te veronderstellen dat energie niet continu is, maar opdeelbaar in kleine pakketjes, kwanta. Zo komt hij tot de bekende formule, in eenvoudige vorm: E=h x f waarbij E de energie van één kwantum is en f de bijbehorende trillingsfrequentie. h is een constante, die naar Planck genoemd is. Op 14 december 1900 presenteert Planck zijn theorie. Met de nodige schuchterheid: „Ik probeerde onmiddellijk het elementaire kwantum te passen in het raamwerk van de klassieke natuurkunde, maar dat lukte niet. Dat heeft een aantal jaren geduurd en kostte me veel moeite.”
Plancks theorie baant de weg voor een volledig nieuwe natuurkunde. De jonge Albert Einstein gebruikt in 1905 het werk van Planck om te verklaren dat ook licht bestaat uit kleine deeltjes, fotonen.
De volgende stap naar de kwantummechanica wordt gezet door de Deen Niels Bohr, die in 1913 het waterstofatoom beschrijft. Zo ontstaat een atoommodel van een harde positief geladen 'pit' met elektronen die daaromheen cirkelen, maar alleen binnen strikt gescheiden lagen, als de schillen van een ui. Een tiental jaren later toont Louis de Broglie het omgekeerde aan van de theorie van Einstein: deeltjes hebben ook een golfkarakter.
Mobiele telefoon
Wat heeft al die fundamentele wetenschap opgeleverd? Zonder deze theorieën zou de twintigste eeuw er behoorlijk anders uitgezien hebben. De micro-elektronica, de computer, de mobiele telefoon, radio en televisie, communicatie via glasvezelkabels, het is allemaal gebaseerd op twee belangrijke uitvindingen: de transistor en de laser. Die onderdelen vallen niet erg op, maar zijn toch cruciaal. Het is het gedrag van elektronen in een halfgeleider dat bepaalt hoe een transistor werkt. De transistor vervangt de vacuümbuis en baant de weg naar de kleine, energiezuinige chip in de huidige elektronica.
De laser, een apparaat dat een krachtige bundel lichtdeeltjes uitstraalt, is in 1917 al door Einstein beschreven, maar wordt pas in 1960 uitgevonden. Dat maakt de compact disk en de dvd mogelijk. Het huidige telecommunicatienetwerk bestaat grotendeels uit glasvezels waar pakketjes informatie in de vorm van korte flitsen laserlicht door verstuurd worden. Maar niemand denkt bij het surfen over internet nog aan Planck.
Eerdere berichtgeving:
Het atoommodel van Bohr
Ontdekking van de transistor
Interessante sites:
De geschiedenis van de kwantummechanica:
Symposium van Natuur & Techniek over kwantummechanica, donderdag 21 december, Utrecht:
Planck, grondlegger van de kwantummechanica
(10 oktober 2000)
(24 oktober 2000)
(28 november 2000)
Biografie van Max Planck:
www-groups.dcs.st-and.ac.uk
www-groups.dcs.st-and.ac.uk
www.natutech.nl
