MAX PLANCK KİMDİR? PLANCK SABİTİ NEDİR?

Tekrardan merhabalar. Bir kuantum konusu ile yine beraberiz. Keyifli okumalar 😊

                                                    Resim 1. Max PLANCK

Fotoğrafta gördüğümüz temiz yüzlü kişi siz de tahmin edersiniz ki ünlü Alman fizikçi, kuantum kuramının kurucularından Max Planck’ in ta kendisidir. 1858 yılında Almanya Kiel şehrinde doğmuş 1947 yılında Göttingen’ de vefat etmiştir.

Eğitim hayatına liseden sonra Münih ve Berlin üniversitelerinde devam edip 1879’ da mezun olmuştur. 1889’ da Kirchoff’un ölümü nedeniyle boşalan kürsüye çağrılmış ve 1928 yılında emekli olana kadar bu görevini sürdürmüştür.

Termodinamik yasalarıyla ilgilenmiş ve kuantum kuramına önemli katkılarda bulunmuştur. Kendi adıyla kullanılan Planck Sabiti ve Planck ışınım yasasını bulmuştur.

Fizik alanına yaptığı katkıları nedeniyle 1918 Nobel Fizik Ödülüne layık görülmüştür. Şimdi isterseniz Planck’ın yaptığı önemli buluşlar olan Planck ışınım yasası ve Planck sabitine bir göz atalım.

PLANCK IŞINIM YASASI

Kısaca belirli bir sıcaklıkta termal denge durumunda bulunan bir kara cisim ışımasının yaydığı elektromanyetik radyasyonu ifade eder. Peki ama nedir bu kara cisim ışıması?

Hepimiz bir çok maddenin ısıtıldığında parladığını ve ışık yaydığını biliriz. Maddelerin maruz kaldıkları artan sıcaklıkla birlikte önce kırmızı, ardından sarı ve en sonda beyaz ışık yaydıkları bilindik bir durumdur. Işık en sonda beyaz görünür çünkü var olan sarıya artan sıcaklıkla daha çok mavi eklenir. Artan sıcaklıkla oluşan renklerin bu dağılımı kara cisim eğrisiyle gösterilir. En ufaktan en büyüğe cisimlerde bu durum gözlenir. Yıldızlarda da bu süreç yaşanır. Ne kadar sıcak olurlarsa renkleri de o kadar maviye kayar. Yüzey sıcaklığı 6000 K olan Güneş’imiz sarı bir yıldızdır. Sirius B gibi bazı yıldızlar 30000 K ve daha fazlası olan sıcaklıklarıyla mavi – beyaz görünür.

                                                          Resim 2. Güneş

                         

                                                             Resim 3. Sirius

19. yüzyılda fizikçilerin hepsi hangi maddeden yapılmış olursa olsun, cisimlerin ısıtıldığında yaydıkları ışığın hep aynı örüntüde olması durumuyla karşı karşıya kalıyorlardı. Işığın büyük bir bölümü tek bir frekanstan yayılıyordu. Sıcaklık arttırıldıkça tepe frekans noktası daha mavi dalga boylarına kayıyordu. Önce kırmızıdan sarıya, sonra mavi-beyaza doğru ilerliyordu. Fizikçiler tepe frekans noktasının neden tek bir renkte oluştuğunu açıklayamıyorlardı.

Resim 4. Kara cisim tayfı

İşte bu noktada Planck bu kara cisim ışıması denen olayı anlamaya çalışırken ışık ve ısı fiziğini beraber inceliyordu. Planck isteksizce de olsa bu konuda denklemlerine bir ekleme yaptı. Elektromanyetik ışımanın da termodinamik uzmanlarının ısıyı ele aldığı gibi ele alınması gerektiğini düşünüyordu. Sıcaklığın pek çok parçacık arasındaki ısı enerjisi aktarımı olmasından yola çıkan Planck, elektromanyetik enerjiyi de atom altı elektromanyetik alan birimleri arasında bölüştürdü ve ışığı bu yolla  tanımladı.

Denklemlerin tutarlı olmasını sağlamak için her elektromanyetik birimin enerjisini frekansla orantılayarak

E=hv        denklemini elde etti.

• Burada E= enerji
• v= ışığın frekansı
• h= Planck sabiti denen sabit  sayıyı temsil eder. 

Elektromanyetik enerjiyi atom altı elektromanyetik alan birimleri arasında bölüştürmenin en olası ve kısa yolunu bulan Planck bu denklemi  ile enerjinin büyük bölümünü ortadaki frekanslara dağıtıyordu. Bu durum tepeli kara cisim tayfına da uyum sağlıyordu.

Planck  ışık dalgalarıyla olasılık arasında bağ kuran bu yasayı 1901’de  yayımladı ve fizik camiası tarafından güzel tepkiler aldı.

PLANCK SABİTİ

                                                               Resim 5. Planck ölçeği

Planck sabiti, bir parçacığın enerjisinin frekansına olan oranıdır. Matematiksel olarak aşağıdaki gibi yazılır:

• ħ = E/f

Haliyle eğer bir parçacığın frekansı artarsa enerjisi de artar. Frekansı azalırsa enerjisi de azalır. Ama adı üstünde Planck sabiti değişmez ve sabit kalır. Fizik dünyasında en önemli sabitlerden birisidir. Işık hızı ( c ) gibi. Klasik fiziğin ve kuantum dünyasının bir nevi ortak temeli sayılan bu sayı aslında kısaca bize ışığın paketlenmiş fotonlardan oluştuğunu ve bizimde bu fotonun enerjisini hesaplamak için kullanacağımız formülün şu olduğunu söyler : 

• e= hf

ħ, şirin ve insanı ürkütecek derece küçük bir alanı temsil eden bu sabit, kuantum mekaniğinde etki edilen en küçük birimi temsil eder. Bundan ötesi artık fiziksel bir alan değildir. Evrenimizdeki en küçük fiziksel alan bu sabitin gösterdiği noktadır. Yine bu sabit kuantum mekaniğinde aksiyonun temel birimi olarak da düşünülebilir.

Peki diyebilirsiniz ki bu sabitin değeri ne? Cevap şu;

h=6.626 0693(11)• 10^-34 J•s  

•  j=joule
• s=saniye

Çevremizdeki dünyada hareket ve değişimin klasik fizikte hayal edildiği gibi düz ve sürekli değil de tanecikli ve öbekli olduğu fikriyle Planck sabiti, fizikte tamamıyla yeni bir yön gösterdi. Buna ek olarak rakamsal büyüklüğü ile kuantum dünyasının ölçeğini belirlemiş oldu. Ħ’nin dünyamızdakinden çok daha büyük olduğu hayali bir dünyada yaşıyor olsaydık kuantum dünyasının etkileri çok büyük ve aşikar olurdu.  Ħ’nin dünyamızdan çok daha küçük olduğu başka bir hayali dünyada ise kuantum etkileri çok daha küçük alanlarda sınırlanmış olurdu ve bunu gündelik yaşamda görebilmemiz imkansıza yakın olurdu.

Ħ’nin tamamen sıfır olduğu bir hayali dünyada kauntumdan bahsedemezdik çünkü her şey klasik fizikle açıklanır ve kuantum fiziğine ihtiyaç duyulmazdı çünkü böyle bir alan olmazdı.

Kısacası bu buluşu ile Nobel ödülü alan Planck bunu gerçekten hak etmiş durumda. Çünkü kuantum fiziğinin, evrenimizin  en küçük fiziksel alanını, sınırını belirlemiş kendisi. 😊