Max Planck Neyi Buldu? Buluşları Ve İcatları Nelerdir?

Yirminci yüzyılda bilim adamlarının fizik bilim dalında yapılacak bir şey kalmadığı dediği dönemde radyoaktivite çalışmalarıyla fiziği yeniden dirilten Ernest Rutherford’un, “Fiziğin şahlandığı bir çağda yaşıyoruz.” şeklinde özetlediği dönemin öncülerinden biri Einstein ise, bir diğeri de Max Karl Emst Ludwig Planck’n.

Einstein, izafiyet teorisi (görecelilik kuramı) ile zaman ve yer çekimi kavramlarına yeni anlamlar kazandırırken, Planck da Kuantum Teorisi’nin temellerini atarak söz konusu şahlanışın öncülerinden oldu. Yirminci yüzyıla damgasını vuracak `Kuantum Teorisini geliştirerek termodinamik yasaları üzerinde araştırmalar yapan, kendi adıyla anılmakta olan (Planck Sabiti’ni ve `Planck Işınım Yasasını ortaya çıkaran Planck’m bu teorisi, o zamana dek kabul edilmiş olan fizik yasaları için bir devrim niteliği taşıyordu.

Enerjiyi kesintisiz bir akış olarak gören klasik enerji teorisi yerine, Kuantum Teorisini ortaya atan Alman fizikçisi Planck’ın deneysel araştırmalara dayanan bu çalışması, enerjinin kesik kesik ya da paket paket de olabileceğini öngörüyordu. Albert Einstein, Planck’ın bu teorisini 1905’te fotoelektrik olayım açıklarken kullandı. Danimarkalı fizikçi Niels Bohr da Kuantum Kuramı sayesinde atomdaki elektron düzenini ilk açıklayan kişi oldu. Planck’ın Kuantum Teorisi, enerjinin sürekliliği fikrini temelden sarstı.

Planck, 18 Nisan 1858’de Almanyanın Kiel şehrinde dünyaya geldi. Babası Kiel Üniversitesinde seçkin bir hukuk profesörü olan Planck, asker ve hukukçularla dolu ailesinin de bir parçası olduğu entelektüel bir çevrede yetişti. Orta öğrenimini Münih Max Milian Lisesi’nde tamamladı.

Berlin’de Kirchoff ve Hemholtz gibi seçkin profesörlerin yanın-da öğrenim gördü. 1879’da Münih üniversitesini bitirdi. Münih’te 5 yıl ders verdi ve Kiel Üniversitesinde matematik profesörü olarak çalışmalarını sürdürdü. 1889’da Kirchoff tan boşalan fizik kürsüsüne davet edildi ve 1928’de emekliye ayrılana kadar burada kaldı.Oğlunu gözden çıkardı. ama Nazilere boyun eğmedi Fizik öğrenimi için üniversiteye başvurduğunda, dönemin büyük fizikçisi Hermann Helmholtz, “Fizikte artık yapılacak fazla bir şey kalmadı; ilerlemeye açık başka bir bilim dalını seçsen daha iyi olur demişti.

Ama fizikten vazgeçmedi ve ışıma ve paketçik çalışmalarıyla 1920 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. Rusya Bilimler Akademisinin sekreterliğine getirildi ve zamanla en çok saygı duyulan Alman fizikçilerinden biri oldu. 1930’da Takvimler 1900 yılına kilitlenmişken Max Planck, siyah cisim ışımasını açıklamak için ışığın kuantumlu olabileceğini ileri sürdü. O zamana dek,ışığın şiddetiyle enerjisinin doğru orantılı olduğu sanılıyordu. Oysa ışığın frekansıyla enerjisi doğru orantılıydı. 1905’te Einstein bu kurama dayanarak fotoelektrik olayını açıkladı. Işık, dalga özelliği yanında foton denen kuantum (enerji paketleri) özelliği de gösteriyordu. Planck’ın kuantum teorisinin doğrulanması ile birlikte insanlık, atom altı parçacıkların oluşturduğu gözle görünmeyen dünyadan ışığa, oradan uzaya varıncaya kadar, neredeyse yaşama dair her şeyi analiz eden ve bunu yaparken de ‘mutlak doğrular yoktur’ yaklaşımı ile hareket eden yeni bir bilim dalı ile karşı karşıya kalıyordu.

Başkanlığına getirildiği Berlin Kaiser Wilhelm Enstitüsü, II. Dünya Savaşı’nın ardından Max Planck. Enstitüsü olarak isimlendirildi. Planck, Nazi rejimi döneminde Almanya’da kaldıysa da Hitler’in Yahudi meslektaşlarına yönelik uygulamalarına açıkça karşı çıkınca, 1937’de enstitüden zorla istifa ettirildi. Öte yandan özel hayatı, bilimde olduğu kadar parlak değildi.

İlk eşini 1909’da, oğullarından birini ise Birinci Dünya Savaşı sırasında kaybetti. Yine savaş yıllarında iki kızı, torunlarını doğururken öldü. Yeniden evlendi ve bir oğlu oldu. Son yıllarında Hitler rejimine karşı çıktığı için rejimin demir yumruğundan o da nasibini almakta gecikmedi. İkinci Dünya Savaşı’nda evi müttefiklerin bombardımanına hedef olunca, tüm notları ve çalışmaları yok oldu. Yedi çocuğundan tek hayat-ta kalanı; ikinci karısından olma oğlu Erwin, 1944’te Hitler’e suikast suçlamasıyla yakalandı. Naziler, Nazizme inanç ve bağlılık duyurusunu imzalaması karşılığında oğlunu serbest bırakmayı teklif ettiler.

Ancak Alman fizikçi, tek çocuğunu kaybetme pahasına da olsa duyuruyu imzalamadı. Durumu öğrenen başka bir Alman fizikçi, Amerikalılardan Planck’ı daha güvenilir bir yer olan Göttingen’e götürmelerini istedi. Yaşamının son iki yılını burada saygın ve seçkin bir bilim adamı ve insan hakları savunucusu olarak geçiren Planck, 90’ıncı yaş gününü kutlamaya hazırlandığı sırada, 4 Ekim 1947’de, 89 yaşında hayata veda etti. Geride miras olarak fizik ile felsefeyi harmanlayarak insanoğlunun önünde yeni bir çığır açan Kuantum Fiziğini bırakmıştı. Nobel Ödülü Getiren Çalışma: Kuantum Fiziğz Alman Planck’ın uzmanlık alanı ve şöhretinin kaynağı, ter-modinamik teori diye bilinen ısı bilimiydi. Planck, ışık radyasyonu üzerinde çalıştığı sıralarda ısıtılarak kor haline gelmiş bir metalin çıkardığı ısı ve ışık radyasyonu, birçok fizikçinin çözme-ye çalıştığı bir problemdi.

Klasik fizik teorilerine göre kor haline gelmiş metalin saldığı radyasyonun dalga uzunluğu, muhtemel en kısa dalgalardan ibaret olmalıydı. Yani ‘sinan küçük cisim bile son derece parlak bir ışık vermeliydi. Radyasyon enerjisi de süreğen bir akış olarak kabul edildiğinden, spektrumun yüksek frekans kesiminin oldukça geniş, hatta sınırsız olması gerekliydi. O dönemde çalışmalar daha çok yalnız sıcaklık faktörüne dayanan ‘siyah cisim’ denilen aydınlatma standardı olan radyasyon üzerinde toplanmıştı. Kara cisim (veya herhangi bir metal) spektrumu enerjinin farklı dalga uzunlukları arasında nasıl dağıldığını göstermekteydi.

Planck çalışmaya başladığında, bu enerji dağılımı zaten ölçülebiliyordu; ancak ölçüm sonuçları klasik teorilere göre olması gerekene uymuyordu. Sonuçlarda dalga uzunluğunun giderek kısalmasıyla, enerjinin sonsuza doğru arttığı görülüyordu. Dönemin fizikçiler de bu durumu (morötesi-katastrof diye niteliyorlardı. Ancak Planck’ın yaptığı deneylerde hiçbir maddenin, ne denli kızdırılırsa kızdırsın, ne denli akkor haline getirilirse getirilsin, sonsuz enerji vermediği ortaya çıktı. Üstelik çıkan enerjinin büyük kısmı da orta dalga uzunluğundaydı. Deney sonuçlarına göre spektrumda çok değişik bir enerji dağılımı vardı.

Bunu açıklamak için klasik teorilerden ve radyasyon enerjisinin sürekliliği varsayımından vazgeçmek gerekiyordu. Kabul edilen teoriler ile deney sonuçları arasındaki farklılık çok açıktı. Ancak o dönemde doğanın/enerjinin sürekliliği, bir hipotez ya da varsayım değil, kuşku götürmez bir gerçek gibi görülüyordu. Newton’un mekanik teorisinin yanı sıra Maxwell’in elektromanyetik teorisi de doğanın sürekliliğini temel almıştı. Planck, klasik teorilerle deneyleri arasındaki bu tutarsızlığı ve çözüm için sunduğu formülü açıkladığında, belki bunun, fiziği temelin-den sarsabileceğini düşünmemiş, sunduğu çözüme de, biçme sonuçlarını ve bu sonuçlar arasındaki ilişkiyi matematiksel olarak dile getiren masum bir formül gözüyle bakmıştı.

Planck’ın siyah cisim üzerinde yürüttüğü kuramsal çalışması ve sunduğu çözüm önerileri 1900’de yayımlandı. Sunduğu çözüm önerisini dayandırdığı temel düşünce şuydu: “Her maddenin kendine özgü radyasyon salan bir titreşim frekansı vardır. Vibratörler enerjiyi sürekli bir akıntı olarak değil, bir dizi kesik akımlarla salmak tadır .” Planck, problemin çözümünü ararken Boltzmannın istatiksel yönteminden de faydalandı. Bir durumun meydana gelme ihtimalini belirleyen bu yöntem, inceleme konusu ilişkilerin sayılabilir olmasını gerektiriyordu. Bu yüzden, sayılabilir bir birim elde edebilmek için radyasyon enerjisinin bireysel bölümlerden oluştuğunun varsayılması; aynı şekilde enerjinin de birtakım kesinti veya bölümlerden ibaret olması gerekiyordu.

Mor-ötesi katastrof beklentisine düşmekten kurtulmaya çalışan Planck, enerji bölümlerini birleştirmeden bıraktı ve tam bu noktada formülünde dile getirdiği ilişkiyi belirledi. Çünkü paketler halinde olan enerji, sonsuza dek bölünmezdi. Bu da radyasyon enerjisinin sürekli veya sonsuz olmadığı anlamına geliyordu Planck, bu yoldan giderek Kuantum Kuramının temel taşı olan basit formülüne ulaştı: (E = h.f) Formülde E enerji; f radyasyon frekansı; h ise `Planck değişmezi’ (Planck Sabiti) denen sayıyı (Joule-saniye) göstermektedir. Bu sabit bir sayı C.G.S. sis­teminde 0.0000000000000000000000000066 veya kısaca 6.6×10-27 birim erg-saniye olarak simgelemekteydi.

Bu formül, Planck’ın `kuantum’ dediği bir enerji parçacığıyla bir dalga frekansı arasındaki ilişkiyi ortaya koyuyordu. Bir enerji kuantumu, dalga frekansıyla Planck değişmez inin çarpımına eşittir. Ayrıca herhangi bir radyasyonda verilen enerji miktarı dalga frekansına bölünürse sonuç daima Planck sabitine (h) eşit çıkar. (Işık hızı gibi Planck sabiti de doğanın temel değişmezlerinden biri olarak kabul edilir). Planck’ın bu buluşu, enerjinin sürekliliği fikrini temelden sarstı.

Planck, enerjinin kuantlaşmış doğasına ilişkin bu keşfi için 1918’de Nobel ödülünü kazandı. Ödülü ise ancak bir yıl sonra alabildi. Çağımızın ünlü fizikçisi Max Born, Planck’ın bilimsel kişiliğini kısaca şöyle tarif etmişti: “Tutucu bir kafa yapısı vardı, devrim yapmaya yönelik hiçbir arzusu veya eğilimi yoktu. Spekülas­yonları sevmezdi. Ancak deney sonuçlarına olan saygısı ve güveni nedeniyle, fiziği temelinden sarsan en devrimci düşünceyi de ileri sürmekten geri durmadı.

Çevremizde ve evrende var olan maddi varlıkların içinde derinlere daha derinlere gidildikçe hangi taneciklerin var olduğunu, oralarda hangi olayların nasıl meydana geldiğini, kısacası mikro-evren dediğimiz bu evreni yöneten yasaları araştıran Ku­antum Fiziği’nin fikri temellerini atan Planck, insanoğlunun ufkunda patlamalar meydana getirmişti. Bu patlamalar artarak devam etmekte. Bugün elektronların sihirli dünyasından, bilgisayar işlemcilerinin nasıl çalıştığına, beynimizde olan bitenlerden, otomobillerin fren sistemindeki balataların nasıl çalıştığına varıncaya kadar her bir şeyi inceleyen kuantum fiziği, temel olarak atom altı parçacıklarla ilgilidir ve evrendeki her şey de, atomlardan müteşekkildir. Belki de kuantum fiziği, mikroskobik seviye­deki her türlü madde davranışını; kısaca hayatın ta kendisini inceler. Bunun mimari da Planck’tır!

Kısa Notlar

  • 18 Nisan 1858’de Almanya’da Kiel’de dünyaya geldi.
  • Fizik öğrenimi için üniversiteye başvurduğunda, dönemin büyük fizikçisi Hermann Helmholtz, kendisine “Fizikte artık yapılarak fazla bir şey kalmadı; ilerlemeye açık başka bir bilim dalını seçsen daha iyi olur.” demişti.
  • Kara cisim üzerinde yürüttüğü kuramsal çalışmasına yönelik çözüm önerisi olarak sunduğu `kuantum kuramı’ fiziğin temelini sarstı.
  • Öncülük ettiği devrime Bohr, Schrödinger ve Heisenberg gibi bilim adamlarının da yaptığı katkılarla bugünkü kuantum mekaniği kuramı oluşmuş oldu.
  • Enerjinin kuantlaşmış doğasına ilişkin keşfi için 1918’de No­bel ödülünü kazandı.
  • Einstein, Planck’ın Kuantum Teorisini “Bilimin gelişmesi için fiziğe gönderilen en güçlü titreşim.” şeklinde tanımladı.
  • Müzikle de arası iyiydi. Einstein ile birlikte keman çalarlardı.
  • İkinci karısı, ilk karısının yeğeniydi.
  • Fizikteki devrimiyle zihinlerde deprem yaratarak insan oğlunun dünyaya bakışını değiştirse de, bilime adanmışlığı, ruha bakışını değiştirmedi. Sıkı bir Hristiyandır.

1 Yorum

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.