Planck sabiti, fizik dünyasının en önemli terimlerinden birisisidir. Bu önemi, kuantum mekaniğinde, etki edilmekte olan en küçük birimi temsil etmesinden kaynaklanır. Yani süreksizliğin birimi olmasındandır. Yapılan araştırmalar sonunda Planck formülü adı verilen bir formül ortaya çıkmış ve bu formül, kuantum fiziğinde bilinmekte olan bir taneciğin enerjisinin hesaplaması sırasında kullanılır.
Planck sabiti evrensel sabitlerdendir. Değeri: 6.626 0693(11)•10–34 J•s kadardır. Planck zamanı: 10–43 saniyedir(bir kronon). Planck uzunluğu, Planck zamanı ile ilişkilidir.
Planck’ın formülü; E = hV şeklindedir.
19. yüzyıl sonunca fizik bilimi büyük başarılar kazanmıştı. O güne kadar yapılan araştırmalara göre ısıtılan bir cismin sıcaklığı yükseldikçe yaydığı ışımanın frekansında da sürekli artış bekleniyordu. Fakat yapılan pek çok deneyin bulgularının teorik açıklaması yapılamadı. Bir noktada tıkanmalar oluyordu. 1900 yılında Alman termodinamikçi bilim insanı Max Planck, kara cisim ışımasında ortaya çıkmış olan grafiğin çözümünde bazı varsayımlara yer verdi. Ortaya koyduğu çalışma da onun adıyla bilim tarihine geçti.
Planck sabiti, bir parçacığın enerjisinin frekansına olan oranıdır. Matematiksel olarak bu şöyle yazılır:
ħ = E/f
Dolayısıyla eğer bir parçacığın frekansı artarsa enerjisi de artar. Frekansı azalırsa enerjisi de azalır; ama Planck sabiti her zaman aynı kalır. Medium
Planck Sabiti’nin Mucidi
Planck sabitine ismini veren Max Planck, 1858 yılında Almanya’nın Kiel şehrinde dünyaya gelmiştir. Tam adı Max Karl Ernst Ludwig Planck’tır ve babası Kiev Üniversitesinde hukuk profesörü olarak görev yapmaktadır. Max Planck, lise eğitimini Münih’te bulunan Max Villian Lisesinde bitirmiş, lise dönemindeki fizik öğretmenin etkisiyle daha o yaşlarda fiziğe özel bir ilgisi başlamıştır.
Üniversite eğitimini Münih ve Berlin’de almış olan Max Planck, seçkin hocalardan dersler alarak 1879 yılında mezun olmuştur. Ardından burada 5 yıl boyunca öğretim görevlisi olarak çalışmış, daha sonra ise Kiel Üniversitesinde matematik profesörü olarak göreve başlamıştır. 1889 yılında burada başladığı meslek hayatına, kırk yıla yakın süre aynı yerde devam etmiştir.
Max Planck, 1887 yılında Marie Marck ile evlenmiş, bu evliliğinden 4 çocuğu olmuştur. Eşini 1909 Temmuzunda ve üç çocuğunu 1. Dünya Savaşı yıllarında kaybetmiş olan Max Planck, yaşantısı boyunca mutsuzluklarla karşılaşmıştır. Büyük oğlu cephede ölmüş, ikiz kızları da iki yıl arayla doğun sırasında hayatlarını kaybetmiştir. Son çocuğunu ise 1945 yılında kaybetmiştir.
Hayatta kalan tek çocuğu Erwin, Naziler tarafından Adolf Hitler’e suikast düzenlediği gerekçesiyle tutuklanır. Nazi idarecileri, Max Planck’a Nazizm’e inanç ve bağlılık bildirisini imzaladığı taktirde oğlunun idamından vazgeçileceği söyler. Fakat ünlü bilim insanı ilkelerine her koşulda bağlı kalmayı seçerek, yaşam anlayışına ters düşen bildiriyi imzalamaz ve ilk karısından hayatta kalan son çocuğu da idam edilerek yaşamını yitirir. Planck’ın bu hareketi bilim dünyasında her zaman saygıyla karşılanarak bilim insanının otoriteye karşı bilimi savunarak daima dik durması gerektiğinin örneğidir. Aynı zamanda tutarlı ve ilkeli bir bilim insanının bilimin objektifliğinden taviz vermemesine örnek gösterilmektedir.
1944 yılında Max Planck’ın Berlin’de bulunan evi müttefik bombardımanlarında isabet alır ve bütün günlükleri, notları, belgeleri, kitapları yanarak yok olur. 2. Dünya Savaşından sonra Göttingen şehrine yerleşir ve 4 Ekim 1947 tarihinde burada yaşamını yetirir. Yaşadığı acılar, aile bireylerini tek tek kaybetmesi ona büyük dramlar yaşatmış; fakat bir bilim aşığı olmasını ve daima kendisini bilime adamasını kesinlikle engelleyememiştir.
Hayatı boyunca pek çok ödüle ve onur madalyasına da layık görülmüştür. 1915 yılında Pour le Merite, 1918 yılında Nobel Fizik Ödülü, 1927 yılında Lorentz Madalyası, 1927 yılında Franklin Madalyası, 1928 yılında Almanya Cumhurbaşkanlığı tarafından Adlerschild des Deutschen Reiches, 1929 yılında Einstein’la birlikte Max Planck Madalyası, 1929 yılında Copley madalyası kazanmıştır. Bütün bunlar yanında Planck Frankfurt, Rostock, Münih, Berlin, Graz, Cambridge, Atina, Londra, Glasgow üniversitelerince de Max Planck’a fahri doktora unvanı verilmiştir.
Planck Sabiti Teorisinin Doğuşu
Klasik fizik, 1900 yılına kadar pek çok gelişme kaydetse de atomik boyutlarda madde davranışının açıklanmasında yetersiz kalmıştır. Siyah cismin ışıması, atomların yapmış olduğu ışımalar, fotoelektrik olayı gibi çeşitli konular klasik fizikle açıklanamamıştır. Bunlara çözüm aranırken 1900 ila 1930 yılları arasında büyük değişimler olmuş ve fizikte adeta devrim niteliğinde çalışmalar ortaya çıkmıştır. Kuantum fiziği kavramı ortaya çıkmış ve bunun molekül, atom, atom çekirdeği ile ilgili akıllardaki sorulara makul cevaplar verebileceği anlaşılmıştır. Kuantum fiziği, diğer bir deyişle kuantum teorisinin temel savı Max Planck tarafından siyah cismin ışıması adına sürdürülen çalışmaların sonucunda ortaya konmuştur. Daha sonra bu konuda matematiksel gelişmeler, teorik açıklama ve yorumlar Niels Bohr, Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Louis Victor de Broglie, Max Born, Paul A. M. Dirac gibi pek çok önemli fizikçe tarafından yapılmıştır.
Klasik fiziğin anlayamadığı, kuantum mekaniğine giden yolu gösteren ilk büyük sorun “kara cisim” ışımasıdır. (Bu “kara cisim” terimi biraz yanıltıcı. Burada kastedilen madde ile termodinamik dengede olan radyasyon. Bu radyasyonun içinde bütün renklerden farklı miktarlarda var, bütün renklerden radyasyon enerjisi madde ile radyasyon arasında alınıp veriliyor ve gerek maddenin gerekse radyasyonun sıcaklığı sabit kalıyor. Böyle bir cismin sıcaklığa bağlı bir rengi de var, aşağıda göreceğimiz gibi bu renk kara falan değil.) Sarkac
Kara cismin tanımı yapılırken üzerine düşen bütün elektromanyetik ışınımı tamamıyla soğuran ideal bir cisim ya da kütle şeklinde ifade edilir. Yani bir kutunun, bir kabuğun, bir kovuğun, içi oyuk bir cismin içerisindeki ışınım, gidebileceği bir yer olmadığı için sürekli kutunun iç duvarlarınca soğurulup yeniden yayınlanmaktadır. Kutunun, kabuğun, oyuğun üzerinde yer alan küçücük bir delik iç duvarların yayınladığı ışınımın dışarıya çıkışını sağlar. Burada yansıttığı şeklinde bir tanım yoktur. Çünkü yansıyan bir şey yoktur. Işınımın dışarı çıkışıyla kara cisim özelliği görülmüş olur. Küçük delikten dışarıya çıkan ışımanın doğası ise sadece çeperin sıcaklık derecesiyle alakalıdır. Maddenin cinsiyle ya da kovuğun büyüklüğüyle herhangi bir bağı yoktur.
Max Planck uzun yıllar siyah cismin ışıması üzerine çalışmış ve altı yıllık bir emeğin sonunda, 1900 yılında bütün dalga boyları için bir formül ortaya koymuştur. Deneysel veriler neticesinde Max Planck’ın ortaya koyduğu formül üzerinde zamanla Einstein de çalışmış, çeşitli açıklamalar yapmıştır. Yapılan çalışmalarda kuantum fiziğiyle alakalı birçok denklemin, formülün, eşitliğin aslında Planck sabitine dayandığı ortaya çıkmıştır. Bu yüzden de Planck sabiti bir temel doğa sabiti olarak kabul görmüştür.
Max Planck’a kadar yapılan araştırmalarda klasik fizik, moleküllerin ve atomların tam olarak ne kadar olduğu belli olmasa da bir miktar enerjiyi soğurabileceklerini ya da yayabileceklerini öngörüyordu. Max Planck ise kara cismin ışımasına dair yaptığı çalışmalarda kovuğun yani içi oyuk bir cismin duvarındaki salınıcıların bir alt enerji düzeyine geçtiğinde f frekansı üzerinde ışıma yaptıklarını, hemen bir üst düzeye geçtiğinde ise f frekansı üzerinde ışıma soğurması yaptıklarını belirlemiştir. Formülündeki her bir hf enerji paketine kuantum adını verilmiştir ki, Latincede bu kelime miktar ve ne kadar anlamına gelmektedir.
Planck formülü
Planck’ın formülü; E = hV şeklindedir.
Burada yer alan E, fotonun enerjisi yani, kuantum enerjisini; h, Planck sabitini; V, ışımanın frekansını ifade eder. Dolayısıyla her rengin kendine özgü fotonu vardır ve en küçük enerji birimleri fotonlardır. Mavi ışığın foton enerjisi yeşil ışıktan, yeşil ışığın foton enerjisi de kırmızı ışıktan büyüktür. Bu noktada enerji ile dalga boyu arasındaki ilişkiden söz eden Max Planck, soğurulma veya yayılma miktarının en küçük değerinin hV miktarınca enerji gerektirdiğini belirtir. Dolayısıyla bir parçacığın frekansı ile arasında Planck sabiti oranı vardır ve frekansı arttıkça enerjisi de artar. Frekansı azaldıkça enerjisi de azalır. Fakat Planck sabiti değişmeden her zaman aynı kalır.
h olarak adlandırılan Planck sabiti fiziksel ölçümde kilogram tanımının da temelini oluşturur. 1889 yılından bu yana aynı kalan kilogramın tanımı 2017 yılında yeniden yapılmış ve ISO standardı ile kilogramın yeni tanımı yapılırken Planck sabiti 6.626070150×10 ^ -34 J⋅s olarak ayarlanmıştır.
Planck sabiti 6.626070150×10 ^ -34 J⋅s olarak ayarlanmıştır.
Planck Sabitinin Sonraki Çalışmalara Katkısı
Planck sabiti hakkında pek çok şey söylenebilir ve yazılıp çizilebilir. Fakat bilimsel gerçekliğini kazandığı için bahse konu olanlar daha çok Planck sabitinin temel alıp onun üzerine bina edilen araştırmalar olmaktadır. En basit ifadeyle doğada referans noktaları değiştirildiğinde sabit kalan sadece iki nokta vardır. Bunlardan birisi ışık hızı, diğeri de Planck sabitidir. Mevcut fizik yasalarında ve araştırmalarında bütün kuramlar açıklanabilmek için bu iki noktayı, iki oranı kullanmaktadır. Bu, aynı zamanda evrensel değişmez bir sabittir. Yani Planck mesafesinden daha küçük bir fiziksel mesafe yoktur. Planck zamanı da kâinattaki en kısa zaman birimini ifade eder. Sadece dünyanın değil bütün bir evrenin her yerinde, bütün makineler zaman ve mesafe tanımlamasını Planck üzerinden yapabilir. Dolayısıyla evrenin temel birimlerinden birisini Planck oluşturur.
Max Planck ortaya koyduğu bu buluşu ile 1918 yılında Nobel Fizik Ödülü sahibi olmuştur. Onun Planck sabiti buluşu, kuantum fiziğinin kapılarını aralamakla kalmamış, Bohr’un atom modeli çalışmasına da öncülük etmiştir.
Sonuç olarak sayısal değeri çok küçük olan Planck sabiti formülleştirildiği ilk zamanlar kuantum fiziğinin ortaya çıkmasında tetikleyici rol üstlenen siyah cismin açıklanmasında kullanılmış, ortaya konan eşitliklerde ve yorumlarda Planck sabitine yer verilmiştir. Daha sonra en seçkin fizikçilerin yaptıkları çalışmaların, kuantum fiziğinde kaydedilen gelişmelerin ortaya çıkmasına sebep olan pek çok denklemde, yorumda da Planck sabiti formülünün olduğu görülmüştür. Özellikle de ilk ortaya konduğu 1900 yılı ile 1930 yılı arasındaki fizikle alakalı, özellikle de kuantum fiziğiyle alakalı neredeyse bütün denklemlerde, eşitliklerde, bağıntılarda Planck sabiti yer almış, kuantum fiziğinin vazgeçilmezi haline gelmiştir.
Enteresandır ki Planck sabitini çalışmalarında kullanan bilim insanlarının pek çoğu da Nobel fizik ödülüne layık görülmüşlerdir.
Modern Ölçümler ile Planck Sabitinin Uyumu
Max Planck’ın ilk ölçümleri yaparak kara cismin ışımasını açıklamasının üzerinden tam doksan yıl geçtikten sonra, 14 Aralık 1990 tarihinde teknolojik araçlarla yapılan ölçüm sonuçları açıklanmıştır. Bu açıklamadaki oranların Planck’ınkiler ile hatasız uyum sağlaması Max Planck’ın bu alanda ne kadar derin düşündüğü ve ne kadar tutarlı olduğunun göstergesidir. Planck’ın h ile sayısal değer olarak sabitlediği değerin de günümüz teknolojisindeki değer vermeler ile eşleştirildiğinde olağan üstü kalıcı bir parametreye imza attığı ortaya çıkmaktadır.
Ayrıca Planck sabiti simülasyon teorilerini güçlendiren sabitlerden de birisidir. Onlara göre de evren bir simülasyondur ve bu simülasyon içinde belli sabitlere gereksinim vardır. İşte Planck sabiti, ışık hızı ile birlikte bu sabitlerin diğeridir. Deneysel ve sayısal olarak değeri saptandığı için değişmez, bilimsel bir veridir.
Max Planck Sözleri ve Resimli Max Planck sözleri
- Bilim, doğanın nihai gizemini çözemez çünkü biz, çözmeye çalıştığımız gizemin bir parçasıyız.
- Yeni bir bilimsel gerçek, karşıtlarını ikna edip onların ışığı görmesini sağlamakla bir zafer kazanmaz. Daha ziyade, bu karşıtlar nihayetinde ölürler ve yeni nesiller, gerçeklere alışık olarak büyür. Wikiquote
