Katalog

Max Planck...Ve "Bilişim Devriminin"de temeli olan KUANTUM KURAMININ 100. YILI R. OmürAkyüz . . . . "Profesör Planck, lsveç Bihmler Akademisi, kuantum kuramına yönelik çığır açan çahşmalannız göz önüne ahnarak sizi 1918 Nobel Ödülününe layık görmüş bulunuyor. Başlangıçta karacısim ışmasına ihşkın olan bu kuram, artık Doğanın diğer alan ve bağıntüan içın de geçerMğinı ortaya koymuş bulunnıakta olup adımzla anılan sabit sayı maddenin bu güne dek bilinmeyenbırortaközehğininorantıkatsayısıdır. Şimdi Sayın Profesör; Akademı, ödülü Nobel Vakh Başkanından almanızı dilemektedır." Başta metaller olmak üzere hemen her maddenin ısı ışıması yaptiğı yuzyülardır; hele çok ısıtüdığında renklenmeye başladığı, ve bu rengin donuk kırmızıdan tunmcuya ve "akkor'a donuşfuğu ıse antik çağlardan beri bilinmektedir. Bunun, bize sonuçta kuantum kuramıru kdzandıran aşamalannı ve Planck'ın yaşamını başka bır yayında ozetledim . Burada ise sizlere "başlangıcın sonu" diyebüeceğımiz aşamayı, yer yer bunu gerçekleştiren Max Ernst Ludwig Planck m kendi sozlenyle ozetlemeye uğraşacagım. Planck'ın sozlerinin buyük bır kısmı O'nun 1918 yılı Nobel Fizik odulunu aldığı torende yaptığı konuşmadan alınmıştir. Kuantum kuramının başlangıcı tarihsel olarak ısı ışıması uzerindeki çalısmalara dayanmaktadır. Bunun en belirgın ve sonuca gotürmuş olan orneği ise Robert Kirchhoffun 1859da ilk tanımını verdiği "karacisim" ısımasıdır. Karacisim, üzerine düşen tum elektromanyetık ışınımlan hiç yansıtmadan soğuran, ve ısı dengesine vardıktan sonra ksndi ışımasını salan ideal biı cisimdir. Kirchhoff, iç duvarlan iyı yansıtıcı olan ıçı boş bir cismin yani bir kovuğun yuzeyindeki küçuk bir deliğin, ideal karacismin eşdeğen olarak gerçekleştinlip incelenebileceğini gösterdi. Termodinamik yasalan ısı dengesinin, sıcaklıklar eşitlenerek ısı alışverşının kesildiği durum olarak vermektedir. Kirchhoff'un incelemeleri, bir kara cismin ısı dengesine geldığindeki ışıma özeliklerinin cismin hangi madde olduguna degil yalnızca sıcakhğına bağlı olduğunu gösterdi. Josef Stefan 1879da deney sonuçlanna bakarak bir karacismin yaydıgı toplam enerjinin, bunun sıcaklığının 4. kuvvetiyle oranhlı oduğunu ileri surdu, hemen ardından 1884'te Ladwlg Boltzmann bu önerinin elektromanyetizmanın Maxwell denklemleriyle termodinamigın ikinci yasasının bir gereklilıği oldugunu gösterdi. Karacisim ışımasınm ilk kuramsal yasası olan "StefaaBoltzmann yasası" bu konuya olan hem kuramsal hem de deneysel ılgıyı birden artrdı. Merak, salınan elektromanyetik enerjinin (yani ısı ışımasının) değisik renk yahut dalgaboylanna nasü dagüdığına yöneldi. 1894'te Wllhelm Wien sıcaklık (T) ve dalgaboyuna (A) bağlı olması beklenen ilgili u(A,7) dagıkm fonksiyonunun biçimini kısıtlayan bir kuramsal sonuç buldu. Bunagore, u(A,7)=Ax /(A7) biçiminde olmalıydı. Yani sıcaklık ve dalgaboyu bağımsız olarak değil de evrensel nıtelıkli bir / fonksıyonu aracılığıyla çarpım olarak bırlikte etkili olmalıydı. Genellikle kısa dalgaboylannda yapdabilmekte olan deney sonuçlanra da goz önune alan Wien iki yü içinde bir model fonksivarmıst. Hatta Wien modelindeb sabit katsayılardan bir tanesinin (iki yüa varmadan h eylem kuantumu olarak adlandıracağı sayı) mutlak bir birim sistemi elde edilmesinde ısık hızı ve kutleçekimi sabıtiyle birlıkte kullanılabileceğini öne sürmüstü. Bunlan 18 Mayıs 1899 gunu Alman Fizik Demeğinin toplantısında sundu. Planck, o günlerde en sık bu gibı problemlerin tartişüdığı Alman Fizik Demeği toplanülarından söz ederek, "O sıralarda ısı ışımasına iliskin cıddı gorus aynlıklan vardı. Bu tarnşmalara kaülanlar arasında onde gelenler, Lnmzner, Prlngshe lm, Jahnke, Thlessen, Kurlbaum ve Rnbenı'ti. Ancak sonuca Lummer'ın deney sonuçlanyla degil, Rubens ve Kurlbaum'un yuksek sıcaklıklarda tekrenklı ısıma şıddetinin sıcaklıkla oranülı oldugunu gosteren olçumlenyle vanldı. O sıralarda Rubens bana 'Gene de kesın olan bir Max Planck ve Albert Elnsteln şey var, tekrenkli ısıma şıddetinin çarpanlardan birisi sıcaklıksa dığerı de sıcaklık sınırsız artsa büe değisbenımsedi 1 . Doktora tezinde bu yasanın onemli olaylarla ilmeyen bir ifadedir.' demişti." O gunleri hatırlayan Rubens gisinı araştırdı. Daha sonrakı akademık çalışmalan da bu ise, "7 Ekim 1900 Pazar gunu eşimle Planck'lan ziyarete konu çevresınde yoğunlaşmışü. Dolayısıyla ısı ışıması ciddı gitmistik. Konusma arasında ona, son deneylerimızde ışıma bır problem olarak kendısını gostermeye başlayınca O'nun şıddetinin uzun dalgaboylannda sıcaklıkla üe oranülı olduda bu problemle ügilenmesi kaçınılmazdı. Ancak termodigunu söylemistim." demekte. Bunun uzerine Planck R nıcenamığm ikmcı yasasını, doganın en mutlak ve sağlam ilkeleliğinı bır kez de bu durum ıçın bulduğu enrropiyle hesaplarinden birisi olarak kabullenip bunu hiç sorgulamadığı için dı. Bu kez sonuç U 'nun karesıyle oranülı çıkıyordu. Wıen sonuca varması belkı de ıkı yü kadar gecikti. Tıpkı ışık gimodelinın kısa dalgaboylannda geçerli oluşunu haürlayan bi elektromanyetik dalga olduklan yeni yeni anlaşılmıs olan Planck hemen ise koyularak ıkısını bağdaşürmak ıçın çalısısı ışımasını daha ıyı kavramak için elektromanyetizmanın maya başladı. Planck devam ediyor: "Bulanlar bana bu sotermodinamiğini didik didik ediyor ancak hep çıkmaz sonuçlan, [19 Ekimdeki] toplanüdan bırkaç gun once söylekaklara giriyordu. diklerinden, toplanü başlamadan önce uygun vargüara eri0 gunlere dek kimyasal termodınamikle uğraşarak şecek ve bu bilgiyi salınıcüann entropılerinin hesaplanmaikinci yasaya daha sağlam temeller arayan, tersinmez susında kullanacak kadar zamanım vardı. Eğer yuksek bir T reçlen hiç bir atomık kavram ve dolayısıyla Boltzmann'ın issıcaklığında u ısıma enerjı yoğunluğu sıcaklıkla oranülı olataastiksel kuramını kullanmadan, kesinlikle termodinamik caksa, enerji de öyle olmahdır. "R fonksiyonunun iki basit temellerle açıklamaya çalısan Planck, ikmci yasanın "mutlimiti elde edilmısti. dusuk enerjılerde enerjinin kendisiyle, lak" geçerliliğine inanıyor, entropiyle olasılıklar arasında yuksek enerjilerde ise enerjinin karesiyle oranülı! Dolayıherhangi bir ihşkı olabılecegini ise kesinlikle reddetmekaıyla R niceligi, birisi enerjinin birinteydi. Karacisim pröblemine de ilgi duci kuvveti diğeri ise ikinci kuvveti yarak bu kez elektrodinamik süreçlerin olan iki terımin toplamı olmalıydı. termodinamiksel tersinmezligini inceleBöylece alçak enerjilerde ilk terim meye başladı. Ancak bunda kısıtlı bir 1JObaskın olurken yuksek enerjilerde sonuç elde etti: sadece u fonksiyonuikincisi öne çıkacakti. Arük yeni ışınun toplam enerjiyle (t/) dogru, dalgama bağınüsı bulunmusru." Planck'ın boyunun 5. kuvvetiyle ters oranülı oldukısa surede vardığı çözum göriınuş1»gunu buldu. Bunu şoyle ratelendiriyor: te çok basit, ama vargılan çok onem". . . [bu,] asü probleme girişmek için l Kara cblm liydı. R b U + e U yazmayı denebir ilk adımdan fazla degildi; problem mek akkna geldi, bunun sonucunda daha da karanlık boyutlara varmaktay\ elde ettiği u(A,7) fonksiyonunu 19 î, Setit IV. dı. Böylece probleme diğer ucundan, Ekim 1900 günü Alman Fizik Derneyani aynı zamanda kendimi daha rahat »0ğinin toplanüsında sundu. hissettiğim termodinamikten yaklaşmak A \ *"HaapU™mf Gene Planck'a donelim, "Ertesi sa»0zorunda kaldım. Bunda, termodinamibah, yani Ekımin 20'sinde meslektağin ikinci yasasına iliskin önceki çalışşım Rubens beni ziyaret ederek, top»0 malanm epeyce yararlı oldu Çünküilk lantidan sonra, geçtiğimiz gece boaklıma gelen; rezonatorlerin enerjileriyso yunca denklemimi kendi ölculmüş le, sıcaklıktan çok entropılerınin ilıskısiverileriyle karşüaşhrarak tam ve doni bulmak olmuştu. . .. Problemın tumu «0 yurucu bir uyum bulduğunu soyledi evrensel bır fizik yasasına ılışkın oldu(Şekıl) . . Ama şimdi en can alıcı 30 guna gore ve o sıralarda da şimdikı gıkuramsal problem olan bu yasanın bı, fizik yasalannm genelleşnkçe basitdoğru açıklanması kalıyordu. Bu, 20 leştikle^rine olan kanım tam olduğundan olağanusüı zorluklan olan bır ısti.... ... bir sure içın butun enerjı dağüım yaBu bağınüya fiziksel bir anlam vere >: 1 sasının temelinin, bir R (• [dS ldU ] bilmek için entropinin doğasını, S) S: entropi) A nıcelığının U enerjisiyelekrrodınamiğın ötesine goturecek I i İ i 1 »/<. le oranülı olmasında yatuğına inanıyoryapyeni bir şekilde ele almak geredum." Bu sonuca Wien modelınden el Şekll: Değlflk acaklıklanla ölçülmüf kıyordu. . . Çunku, yeni ısıma forde ettiği entropi bağıntısını kullanarak kara clslm tayflan Noktalı çlzgl Wlen yasası, slyah çlzgl Planck yasaudır. »»• r \\ i V\ yononerdı: l (geometnkbırçarpan)xa'exp(aJkT). Her ne kadar, özellikle ampirik olarak doyurucu gelmekteyse de bu modelin sağlam bır kuramsal temeli henuz yoktıı. Lşte bu sıralarda bir termodinamik uzmanı olan Max Pldnck sahneye çıkti. Planck fiziği mutlak ve evrensel bir yapısı olduğu ıçın seçmıştı. Unıversıte ogrencısıyken hayranlıkla kitaplannı okuduğu Clausius'un adlandırdığı entropıye iliskin termodınamığm 2. yasasım en onemlıfizikyasalanndan birisi olarak 7 X^. 709/4