Kuantum Fiziğinin Babası ve İnandığı Değerlerden Oğlu İçin Bile Vazgeçmeyen Deha: Max Planck

kuantum mekaniğinin doğmasına sebep olmuştur. aslında muhafazakar yapıya sahip bir almandır. 1900 yılında newtonian fizikçilerin cevaplandırmakta zorlandığı sorulardan birini incelerken ortaya çıkardığı bulgular ve sorduğu soru ile kuantum mekaniğine giden kapıyı aralamıştır.

planck'in bulduğu şey doğanın newtoncuların farz ettiği gibi sürekli değil sonlu bir yapıya sahip olduğudur.

fizik ile bu kadar ilgili olmasaydı müziği meslek edinebilecek kadar yetenekli bir müzisyenmiş, einstein ile bir araya geldiklerinde müzik yaparlarmış.

enerjinin küçük enerji paketleriyle yayılmasını (bkz: kuanta) ilk kez planck ortaya atmış. 1905 yılında einstein fotoelektrik olaylarını açıklarken planck'in kuanta fikrini kullanmış ve nobel ödülünü bu çalışmayla almış. yalnız einstein'ın fotoelektrik açıklamasına ilk karşı çıkanlardan biri planck imiş. böyle de ironik bir adam.

planck elektromanyetik ışımanın sıcak nesneler tarafından yayılma şeklini açıklamak için uğraşırken karşısındaki en büyük engel ışığın sadece bir dalga biçimi olduğu konusundaki kesin kanıydı

klasik dalga davranışı yasalarına göre yüklü parçacıkların yüksek frekanslarda yani kısa dalga boyunda enerji yayması daha kolay olmalıdır. sıcak bir nesnenin içinde sıcaklıklarına bağlı bir hızla sağa sola salınan yüklü parçacıklar (elektronlar) vardır. bu yüzden klasik tabloya göre herhangi bir sıcak nesnenin kısa dalga kısmında (morötesi, x-ışınları) yoğun olarak, uzun dalga boylarındaysa (görünen ışık, kızıl ötesi, radyo bandı) çok az ışıma yayması gerekir. ve bildigimiz gibi lambalar yüklü miktarda x-ışını yaymaz.

planck bu ikilemden kurtulmanın yolunu ararken sıcak nesnelerin istedikleri miktarda elektromanyetik enerji yaymalarının mümkün olmaması halinde kara cisim ışımasının doğasının açıklanabileceğini fark etti. elektromanyetik enerji, planck'ın kuanta (enerji paketçikleri) adını verdigi, belli bir büyüklüğe sahip paketçikler halinde yayılır ya da soğurulur. her dalga paketçiği frekansı ile planck sabitinin çarpımı kadar enerjiye sahiptir.
planck'ın bu keşfi kuantum devriminin başlangıcı olarak görülür. fakat ışığın küçük ışık parçacıkları olarak sadece küçük paketçikler halinde var olabileceğini planck'ın kendisi söylememiştir. planck'a göre asıl önemli olan yüklü parçacıkların, elektromanyetik ışıma yapan bir özelliğinin iş başında olması ve klasik bir dalga olarak var olsa da, ışığın kendisinin ve başka elektromanyetik ışıma biçimlerinin yüklü parçacıkların özelliklerinin belli miktarlar dışında ışımayı ya da soğurmayı önlemesiydi. 

planck'ın hesapları sıcak nesnelerden gelen elektromanyetik ışımayı tarif ederken doğru cevaplar verse de, planck'ın kendisi de dahil pek çok insan gerçekten neler olup bittiğini yorumlamada bunların nasıl kullanılacağı bilinmediğinden durumdan pek memnun degildi. planck bu çalışmasından dolayı 18 yıl sonra nobel ödülü alabildi ancak ölene kadar kuantum kuramını kabul etmedi.

kendisinin kuantum konseptinin, teoriyi doğrulayan sonuçlara rağmen kabul edilmesi o kadar uzun sürdü ki şöyle bir şeyler söylemiş bilimsel otobiyografi'de:

"yeni bir bilimsel gerçeklik ona karşı çıkanları ikna ederek ve onların ışığı görmelerini sağlayarak değil, ona karşı çıkanlar en sonunda öldükleri ve ona aşina yeni bir nesil büyüdüğü için galip gelir."

tam adı max karl ernst ludwig planck olan üstadımın yeri bende biraz farklıdır

kuantum kuramı ya da planck sabitinden ziyade, -ki kuantum özel ilgi alanımdır- ona 1918de nobel kazandıran termodinamiğin 2. yasası yüzündendir yerinin farkı. makina mühendisi olan bendenizin ilgisi plancktan ziyade newtonla olmalı esasen, kısmen doğru da. kinematik ve mukavemet konularında uzman seviyesinde olma sebebim newtonla çocuk yaşlardan içli dışlı olmamdır fakat kendisiyle ayrıştığımız çok temel bir konu var: yer çekimi kanunu. karadeniz teknik üniversitesi fizik bölümü profesörlerini karşımda sus-pus edecek savlarımla yerçekimi kanununun olmadığını savunan bir fizik meraklısıyım, neyse o başka başlığın konusu.

plancka geri dönelim, ne demiştik? termodinamik. sistemlerin enerjisini inceleyen termodinamik bilimi, hem matematik (bkz: fourier integrali), hem fizik hem de kimyayı içeren çok geniş bir yelpazeyi barındırır. tüm mühendisliklerin kıyıdan köşeden alakadar olduğu ve bilmesi gereken (yunus çengel'e selam olsun) bir daldır. fakat kimya yüzünden bir türlü yıldızım barışmadı termoyla. sadi carnotu deli mi düdüklemiş de bunlarla uğraşmış gibi çok sığ yaklaşırdım hatta. fakat ne zamanki fizikle aynı potada eritmeye başladım, termofobim yerini ilgiye bıraktı ve gibbs serbest enerjisinden ekserjiye boltzmann denkleminden carnot teoremine günlük sohbetlerde bahsedecek kadar bilgi sahibi olmuşsam sebebi planck ve termodinamik alanındaki çalışmalarıdır.

son olarak; (bkz: adam alman beyler, kaçın)

1934 yılında stuttgart'da kaiser wilhlem metal enstitüsü'nün açılışında kürsüye çıktığında başkanı olduğu kaiser wilhelm gesellshaft'ı korumak için elini önce yavaşça yukarı kaldırıp indiren,bunu bir kez daha tekrarladıktan sonra elini tamamen kaldırıp 'heil hitler' diyen fizikçi. 3.reich (hitler tarafından kurulan nasyonal sosyalist almanya) boyunca almanyadaki genç fizikçileri pozisyonunu ve nüfuzunu kullanarak korumaya çalışmıştır.

Peki bu Planck Sabiti Nedir?

frekans, dalga boyunun tersidir ve çok kısa dalgalar çok yüksek frekanslardır. her kara cisim ışımasının muazzam miktarda yüksek frekanslı enerji üretmesi gerekir (morötesi ve daha ötesi). frekans ne kadar yüksek ise enerji o kadar büyüktür. buna morötesi felaket denir ve bu öngörünün dayandığı varsayımda bir yanlışlık olduğunu gösterir.

kara cisim grafiğindeki düşük frekans cephesinde yapılan gözlemler rayleigh-jeans yasası diye bilinen klasik kurama uymaktadır, en azından yarı yarıya. asıl sıkıntı, yüksek frekanslardaki salınımların enerjisinin neden çok büyük olmayıp ışımanın frekansı büyüdükçe sıfıra düştüğüdür.

max planck, termodinamik ile ilgiliydi ve o sıralarda morötesi felaketi termodinamik ilkeler ile çözümlemeye çalışıyordu. 1890 sonlarında iki yaklaşık denklem vardı ve bunlar birlikte kara cisim tayfının kabaca resmini veriyordu. rayleigh-jeans yasası(uzun dalgalar), wilhelm wien de kısa dalgalar için formül geliştirmişti.

planck, bunlar üzerinde çalışırken termodinamik ve elektrodinamik arasında bağlantı kuran önemli yazılar yayınlamıştı. fakat kara cisim muammasını hala çözememişti ki 1900'de çığır açtı; bunu kullandığı matematiksel araçlardan birini tesadüfen yanlış anlaması sonucu şansı ve içgörüyü birleştirerek gerçekleştirdi.

planck, iki yetersiz kara cisim tarifini tek bir basit matematik formülşünde birleştirerek eğirinin tam şeklinin tarif edilebileceğini farketti; wien yasası ve rayleigh-jeans yasası arasında köprü kurdu. planck denklemi oyuk ışıması gözlemleriyle uyuşmaktaydı. bunlar hep matematiksel olmuştu fakat bir fiziksel temele dayandırılamıyordu.

bunun hakkında yoğun çalışma dönemi olup pek çok teşebbüs boşa çıkmıştı. en son planck hiç hoş karşılamadığı bir alternatifle kalana dek. geleneksel bir fizikçi olduğundan entropinin istatistiksel yorumundan haz etmiyordu. boltzmann'ın termodinamik bilimine kazandırdığı bir şeydi bu. basit mekanik yasaları-newton'un yasaları- zamanda ters çevrilebilir olmasına rağmen gerçek dünya öyle değildir, bir taş yere çarpınca hareketinin enerjisi ısıya dönüşür, fakat özdeş bir taşı yerde ısıtınca havaya sıçramaz. çünkü öncekinde düzenli olan hareket biçimi burada düzensizleşir. bu, düzensizliğin gitgide artmasını gerektirirmiş gibi görünen bir doğa yasasıyla uyumludur ve düzensizlik bu anlamda entropiyle tanımlanır.

düzensizlik arttığında sıçrayamaz gözüken bu taş, sıçrayabilir mi? boltzmann bunun mümkün olduğunu söylüyordu. planck ise bunu ısrarla reddediyordu fakat son çare olarak boltzmann'ın istatiksel termodinamik versiyonunu istatistiklerine kattı. doğru cevapları aldı fakat yanlış nedenle aldı. einstein bu fikri ele alana kadar planck'ın çalışmasının değeri anlaşılmadı. einstein, enerji parçacıklarını birbirine ekleyerek morötesi felaketi yeniden getirilebileceğini gösterdi. ve her türlü klasik yaklaşımın kaçınılmaz şekilde bu felaketi getireceğini belirtmişti.

planck'ın elinde sadece elinde açıklaması gereken enerji parçaları kaldı. atomun içindeki elektrik osilatörleri sadece kuanta(paketçik) adı verilen belli büyüklükteki kümeler halinde enerji yayar ya da soğurur. mevcut enerji miktarını belirsiz sayıda parçalara bölmek yerine, enerji rezonatörler arasında sadece sınırlı sayıda parçalara bölünebilirdi ve böyle bir parça ışımınanın enerjisinin(e) frekansıyla(v) bağlantısı yeni bir formüle göre verilir;

e=hv

buradaki h ise planck sabitidir.

Trajik bir aile hayatı oldu

hayatı acılarla dolu adamdır planck.

iki oğlu ve iki kızı vardır. ilk karısı 1909 yılında öldü, büyük oğlu 1916 yılında hayata gözlerini yumdu, iki kızı da doğum yaparken öldü (1917, 1919). en acısı da hayatta kalan tek evladı hitler’e yapılan başarısız bir suikast girişimine dahil olduğu gerekçesiyle yakalandı. planck’tan oğlunun idam edilmemesi karşılığında hitler’i desteklediğini dair bir belge imzalaması istendi, kabul etmedi ve küçük oğlu erwin 1945 yılında gestapo tarafından idam edildi.

Kendisinin yaratıcılık ve bilim üzerine iki sözü

"en keskin bilimsel araştırmalar bile hayal gücümüzün özgür yaratıcısı yeteneği olmaksızın bir adım ileriye gidemez. bir insan nedensellik yasasına aykırı şeyler üzerine, bir kez olsun kafa yormamış ise onun uğraştığı bilimden bir zerrecik olsun yeni bir düşünce beklemek boşuna olur."

"düşünceler, atomlardan, elektronlardan da ince bir niteliktedir. düşüncemizde bir atom çekirdeğini kolayca parçalar, milyonlarca ışık yılı uzaklığı bir solukta alırız. bazen insanın hayal gücüyle ulaşabileceğinden çok daha geniş alanlara yayıldığı savunulur doğanın, oysa aslında tam tersi doğrudur, bunun. doğa insanın uçsuz bucaksız düşünce dünyasında ancak pek dar alanı kapsamaktadır. gerçi bu dünyayı harekete geçirmek için dışarıdan bir dürtüye, doğadaki bir yaşantıya ihtiyaç vardır, ama bu dürtüyü bir kez almaya görsün hayal gücümüz örmeye başladığı ipliğin sonunu öre öre kendi getirir, hatta doğadaki olayların ötesine karışmaya kadar."

max planck / modern doğa anlayışı ve kuantum teorisine giriş