Netflix’te yayınlanan “Stranger Things” dizisinde Planck sabiti, kötü niyetli bir alternatif evrene açılan kapıyı kapatmak için gereken kodlardan biri olarak geçiyor. Kod 6.62607004 şeklinde. Gerçek dünyada ise Planck sabitini anlamak bundan çok daha basit ama etkisi çok daha derin.
Berlinli fizik profesörü Max Planck, 1900 yılında bu sabiti bilim dünyasına tanıttığında büyük bir devrimin eşiğinde olduğunu fark etmemiş olabilir. O dönemde fizikçiler evreni klasik fizik yasalarıyla açıklayabildiklerini düşünüyordu. Mekanik, termodinamik ve elektromanyetizma gibi alanlarda kurulan sağlam teoriler, evrenin işleyişini büyük ölçüde çözmüş görünüyordu.
Ancak bazı sorular cevapsız kalıyordu. Örneğin, atomların neden sadece belirli frekanslarda ışık yaydığı bilinmiyordu. İşte bu soruya yanıt veren kişi Max Planck oldu. Planck, atomların enerji alışverişini kesintisiz değil, belirli paketler halinde yaptığını öne sürdü. Bu paketlerin büyüklüğü ise sabit bir sayıya bağlıydı: Bugün Planck sabiti dediğimiz sayı.
Planck sabiti tam olarak nedir?
Planck sabiti, bir fotonun—yani bir ışık parçacığının—frekansa bağlı olarak ne kadar enerji taşıyabileceğini belirler. Foton enerjisi ile elektromanyetik radyasyon arasındaki bu ilişki, özellikle fotoelektrik etki gibi fiziksel olayların açıklanmasında temel öneme sahiptir.
Enerji ile frekans arasındaki ilişkiyi tanımlayan E = hν formülündeki “h” harfi, Planck sabitini temsil eder. Bu sabitin sayısal değeri zaman içinde çeşitli deneylerle daha hassas biçimde ölçüldü. Yaklaşık değeri 6,63 x 10⁻³⁴ joule-saniye olarak bilinir. Netflix’teki dizide geçen 6.62607004 x 10⁻³⁴ değeri de bu ölçümlerden birine dayanır.
Peki, bir sabitin değeri zamanla nasıl değişir? Aslında değişen sabitin kendisi değil, onu ne kadar hassas ölçebildiğimizdir. Bilimsel ölçüm yöntemleri geliştikçe, bu tür sabitleri daha net ve doğru biçimde tanımlayabiliyoruz.
Bugün Planck sabiti, Uluslararası Birimler Sistemi’nde resmi olarak tanımlanmış sabitlerden biridir. Güncel değeri 6.62607015 x 10⁻³⁴ joule-saniyedir. 20 Mayıs 2019’dan beri, bir kilogramın tanımı Planck sabitine bağlı olarak yapılmaktadır. Yani bu sayı, yalnızca fiziksel kuramlar açısından değil, ölçüm sistemimizin temeli açısından da kritik bir rol oynuyor.
Planck Sabiti Fikri Nasıl Ortaya Çıktı?
Planck sabitini tam olarak anlamak için önce kara cisim kavramını bilmek gerekir. Kara cisim, üzerine düşen tüm radyasyonu emen ve hiçbirini yansıtmayan ya da geçirmeyen teorik bir cisimdir. Böyle bir cismin yaydığı ısıya bağlı radyasyonun dağılımı, yani hangi dalga boylarında ne kadar enerji yaydığı, yalnızca cismin sıcaklığına bağlıdır. Bu özellik, kara cisim ışıması olarak bilinmektedir.
Cismin sıcaklığı arttıkça yaydığı ışığın rengi de değişir. İlk başta koyu gri ya da kırmızı tonlarında görünür. Sıcaklık yükseldikçe sırasıyla sarı, beyaz ve en sonunda maviye yakın renkler yaymaya başlar. Bu renk değişimi, cismin farklı dalga boylarında ışık yaymaya başlamasından kaynaklanır.
Kuantum mekaniğinin ortaya çıkışını tetikleyen gelişmelerden biri, kara cisim ışımasıyla ilgili deneylerle kuramsal tahminler arasındaki uyumsuzluktu. Klasik fizik kuralları, bir kara cismin kısa dalga boylarında—yani yüksek frekanslarda—çok daha fazla enerji yayması gerektiğini öne sürüyordu. Ancak deneyler bu sonucu doğrulamadı. Gerçekte, cisim belli bir noktadan sonra daha az enerji yaymaya başlıyordu.
Max Planck, bu çıkmazı aşmak için alışılmadık bir varsayımda bulunacaktı. Atomların ısı radyasyonu yayarken sadece belirli frekanslarda titreştiğini kabul etti. Yani, enerji sürekli değil, paketler (ya da kuantlar) halinde yayılıyordu. Her paket, Planck sabiti “h” ile belirli bir frekansın çarpımı kadardı. Bu da atomların 2h veya 3h gibi belirli frekanslarda titreşebileceği, ancak örneğin 2,5h gibi ara frekanslarda titreşemeyeceği anlamına geliyordu.
Plank Sabiti Kuantum Dünyasının Anahtarı Olacaktı
Max Planck, geliştirdiği hipoteze dayanarak sıcak maddelerin ışımasını tanımlayan basit ama güçlü bir formül oluşturdu. Örneğin demir ısıtıldığında önce kararır, sonra akkor hale gelir ve ışık yaymaya başlar. Planck, bu süreci matematiksel olarak modelledi. Bu modelin merkezinde yer alan sabite, bugün Planck sabiti diyoruz. Bilim insanları bu sabiti, bir dalganın frekansıyla çarparak o dalganın enerjisini hesaplamakta kullanıyor.
Planck sabiti, sadece enerjiyle frekans arasındaki ilişkiyi kurmakla kalmadı; ışığın yalnızca kesintili ve ayrık enerji paketleri halinde yayıldığını da ortaya koydu. Bilim insanları bu paketleri daha sonra “foton” olarak adlandırdı. Planck’ın bu varsayımı, deneylerle şaşırtıcı biçimde örtüştü.
Albert Einstein bu fikri alıp geliştirdi. Işığın ancak foton denen küçük enerji paketleri halinde var olabileceğini açıkça savundu. Bu açıklama, ışığın doğasını kavrayışımızda köklü bir değişim yarattı. Kuantum mekaniği tam da bu noktada doğdu. Max Planck, bilime yaptığı bu katkılar sayesinde 1918 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.
Evren Neden Bu Sayıya Bağlıdır?
Güneş’te gerçekleşen füzyon reaksiyonları, dört hidrojen atomunu bir helyum atomuna dönüştürür. Bu süreçte hidrojenin kütlesinin yaklaşık yüzde 0,7’si enerjiye dönüşür. Bu dönüşüm, Einstein’ın ünlü denklemi E = mc² ile tanımlanır: Kütle (m), ışık hızının karesi (c²) ile çarpılarak enerjiye (E) dönüşür.
Yüzde 0,7 küçük bir oran gibi görünse de, bu miktar Güneş’in 4,5 milyar yıldır Dünya’yı ısıtması için yeterlidir. Bilim insanları bu yüzden bu sayıya “Goldilocks sayısı” adını verir. Çünkü bu oran, yaşam için “ne fazla, ne eksik” tam kararındadır.
Eğer bu oran yüzde 0,8 olsaydı, helyum üretimi çok kolaylaşır, geride su oluşumu için yeterli hidrojen kalmazdı. Öte yandan oran yüzde 0,6 olsaydı, helyum üretimi neredeyse imkânsız hale gelirdi. Helyum ise evrendeki diğer ağır elementlerin oluşması için ilk adımdır. Yani bu oran farklı olsaydı, karbon, oksijen ve dolayısıyla bizler gibi karmaşık canlılar hiç oluşmayabilirdi.
Başka bir deyişle, Planck sabiti daha büyük ya da daha küçük olsaydı, doğanın işleyişi kökten değişirdi. Evrendeki fizik yasaları, elementlerin oluşumu ve hayatın varlığı, bu sabitlerin hassas değerlerine bağlıdır. Yazının devamında okumak isterseniz: İnce Yapı Sabiti Nedir? Neden 137 Sayısı Bu Kadar Önemlidir?
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Planck’s Constant in TV Show “Stranger Things”; yayınlanma tarihi: 13 Ağustos 2019; Bağlantı: https://interestingengineering.com/
- ‘Stranger Things’ Science: What If You Needed to Know Planck’s Constant to Save the World?. Yayınlanma tarihi: 17 Ağustos 2019. Bağlantı: ‘Stranger Things’ Science. What If You Needed to Know Planck’s Constant to Save the World?
- Yang, Pao-Keng. (2016). How does Planck’s constant influence the macroscopic world?. European Journal of Physics. 37. 055406. 10.1088/0143-0807/37/5/055406.
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
