Ausbildung und frühe Forschung

Nach dem Abitur am Wilhelm-Gymnasium in Hamburg 1902 studierte Franck auf Wunsch seines Vaters Rechts- und Wirtschaftswissenschaften in Heidelberg, wo er Freundschaft mit Max Born (1882–1970) und Robert Wichard Pohl (1884–1976) schloss. 1903 wechselte Franck zum Studium der Physik an die Universität Berlin, wo Emil Warburg (1846–1931) die Experimentalvorlesungen und Max Planck (1858–1947) die Vorlesungen zur Theoretischen Physik hielten. Mit der Arbeit „Über die Beweglichkeit der Ladungsträger bei Spitzenentladung“, die anfänglich Warburg betreute und Paul Drude (1863–1906) sowie Planck begutachteten, wurde Franck 1906 zum Dr. phil. promoviert. Nach kurzer Zeit als Assistent am Physikalischen Verein in Frankfurt am Main kehrte Franck als Assistent an das Physikalische Institut in Berlin zurück und beschäftigte sich mit Ionenbeweglichkeit, Fluoreszenz und der Ionisierung von Gasen.

Zusammenarbeit mit Gustav Hertz und Erster Weltkrieg

1911 habilitierte sich Franck in Berlin für Physik. Im selben Jahr begann seine Zusammenarbeit mit Gustav Hertz (1887–1975), mit dem er eine umfangreiche Studie zu Stößen zwischen Elektronen und Gasatomen durchführte. Unter Verwendung von Quecksilberdampf wiesen sie 1914 nach, dass der Energieaustausch zwischen Elektronen und Gasatomen quantisiert ist und von einer entsprechenden Resonanzlinie im Emissionsspektrum begleitet wird. Franck und Hertz deuteten diese Ergebnisse zuerst als Ionisation. 1918 stellten sie explizit die Verbindung zum Bohrschen Atommodell her – Niels Bohr (1885–1962) und andere taten dies schon früher – und deuteten ihre Beobachtungen als Anregung der Quecksilberatome und als Bestätigung der Bohrschen Atomtheorie. Für ihre Experimente erhielten sie 1925 den Nobelpreis für Physik, der ihnen nachträglich 1926 verliehen wurde.

1914 meldete sich Franck freiwillig zum Kriegsdienst und wurde während des Ersten Weltkriegs an der Ost- und Westfront eingesetzt, musste beide Einsätze jedoch krankheits- bzw. verletzungsbedingt abbrechen. Unter Leitung von Fritz Haber (1868–1934) war er an Giftgaseinsätzen und seit 1917 am Kaiser-Wilhelm-Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie an Tests von Gasmasken und -filtern beteiligt. Nach Kriegsende leitete Franck die Physikalische Abteilung an Habers Kaiser-Wilhelm-Institut. Hier organisierte er 1920 mit Lise Meitner (1878–1968) eine als sog. bonzenfreies Kolloquium bekannt gewordene Veranstaltung, bei der Bohr vortrug und sich mit den jüngeren Wissenschaftlern austauschte. Mit Bohr und Meitner verband Franck eine lebenslange Freundschaft. In Berlin untersuchte Franck u. a. mit Paul Knipping (1883–1935) und dem Theoretiker Fritz Reiche (1883–1969) das Spektrum des Heliums und prägte mit ihnen den Begriff des metastabilen Zustands.

Zeit in Göttingen und Emigration

Auf Borns Vorschlag erhielt Franck 1921 eine Professur für Experimentalphysik und die Position als Direktor der Experimentellen Abteilung II des Physikalischen Instituts an der Universität Göttingen. Unter Borns, Francks und Pohls Führung entwickelte sich Göttingen zu einem der Zentren der quantenphysikalischen Forschung, das Nachwuchs- und Gastwissenschaftler anzog. Francks Assistentin Hertha Sponer (1895–1968) begleitete ihn nach Göttingen; für deren Habilitation 1925 – die dritte einer Physikerin in Deutschland – setzte Franck sich besonders ein. Francks Experimentalprogramm in Göttingen wies gegenüber den theoretischen Brüchen, die mit der Entwicklung der Quantenmechanik einhergingen, eine merkliche Kontinuität auf. Arbeiten zu Stößen, zur Fluoreszenz, Molekülbildung, Prädissoziation und Ionisation beschäftigten ihn und seine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Mitte der 1920er Jahre entwickelte Franck das nach ihm und Edward Condon (1902–1974) benannte Franck-Condon-Prinzip, das Übergangshäufigkeiten zwischen Schwingungszuständen von Molekülen beschreibt und breite Anwendung in der Molekülspektroskopie fand.

Nach der nationalsozialistischen Machtübernahme wurde Franck aufgrund des sog. Frontkämpferprivilegs trotz seiner jüdischen Herkunft nicht seiner Ämter enthoben. Aus Protest gegen die antisemitische Politik der Nationalsozialisten legte er öffentlichkeitswirksam seinen Posten nieder. Mit Borns und Francks Emigration 1933 endete die Blütezeit der Göttinger Physik.

Neubeginn in den USA und Arbeit am Manhattan-Projekt

Nach einem kurzen Gastaufenthalt in den USA und einer zweijährigen Gastprofessur bei Bohr in Kopenhagen wurde Franck 1935 Professor für Physik an der Johns Hopkins University in Baltimore (Maryland, USA). Ausgehend von seiner bisherigen Arbeit zur Molekülbildung und Fluoreszenz verschob sich sein Forschungsschwerpunkt hin zur theoretischen Auseinandersetzung mit der Fotosynthese, womit er sich bis zu seinem Tod beschäftigte. 1938 wechselte Franck auf die Professur für Physikalische Chemie an der University of Chicago (Illinois, USA), wo er mit Unterstützung der Samuel Fels Foundation eine Forschungsgruppe und ein Laboratorium einrichtete und bis 1952 leitete.

Seit 1941 US-amerikanischer Staatsbürger, beteiligte sich Franck seit 1942 zunächst als Direktor der Chemistry Division am Metallurgical Laboratory am Manhattan-Projekt. Schrittweise gab er seine Verantwortung im Projekt ab und war 1944/45 nur noch als Berater tätig. 1945 stand er dem Committee on Political and Social Problems vor, das sich mit den politischen Konsequenzen eines Atomwaffeneinsatzes beschäftigte. Im vornehmlich von Eugene Rabinowitch (1901–1973) verfassten Franck-Report (Juni 1945) sprachen sich Wissenschaftler vergeblich gegen einen unangekündigten Atombombenabwurf auf Japan aus und warnten die US-Regierung vor einem atomaren Rüstungswettlauf. Nach dem Atomwaffeneinsatz der USA engagierte sich Franck kurze Zeit bei den Atomic Scientists of Chicago.

Nachkriegsjahre

Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs unterstützte Franck in Deutschland verbliebene Kollegen mit Lebensmittelpaketen und zeigte sich einer Aussöhnung gegenüber offen. Er kehrte zwar nicht nach Deutschland zurück, nahm aber z. B. die Ehrenbürgerschaft der Stadt Göttingen an und reiste regelmäßig nach West- und Nordeuropa sowie Deutschland. Seine Forschungen zur Fotosynthese führte er nach seiner Emeritierung 1947 und der Abgabe des Direktorenpostens der Forschungsgruppe 1952 fort. Insbesondere interessierte ihn der fotochemische Auslösemechanismus der Fotosynthese. Die Frage nach der Quantenausbeute des Prozesses zog eine Kontroverse mit Otto Warburg (1883–1970) nach sich, die bis zu Francks Tod nicht beigelegt wurde.

Franck, der 1964 bei einem Besuch in Göttingen verstarb, war dank seiner frühen experimentellen Arbeiten einer der bedeutendsten Experimentatoren der frühen Quantenphysik. Viele Physikerinnen und Physiker erinnerten Franck als wichtigen Mentor, wobei zu seinen bedeutendsten Assistentinnen und Assistenten sowie Promovendinnen und Promovenden Wilhelm Hanle (1901–1993), Gerhard Herzberg (1904–1999) und Hans Kopfermann (1895–1963) sowie Francks spätere Ehefrau Sponer zählen.