Netflix’de yayınlanan “Stranger Things” dizisine göre Planck sabiti, kötü niyetli bir alternatif evrene giden kapıyı kapatmak için gereken anahtarları içeren bir kasayı açan koddur. Bu kod 6.62607004 biçimindedir. Ancak gerçek dünyamızdaki Planck sabitinin ne olduğunu açıklamak neyse ki bundan daha kolaydır.
Max Planck adındaki Berlinli bir profesör 1900 yılında muhtemelen bir devrimi başlatacağının farkında değildi. Dünya henüz klasik fiziğin egemenliğinde idi. Fizikçiler mekanik, termodinamik ve elektromanyetizma gibi mükemmel teorilerin yardımıyla fiziksel dünyayı tamamen açıklayabildiklerini düşünüyorlardı. Ancak elbette açıklayamadıkları şeyler vardı. Örneğin henüz hiç kimse neden atomların belirli ışık frekansları yaydığını bilmiyordu. Ancak bu durumu Max Planck açıklamayı başaracaktı.
1900 yılında Dr. Max Planck, fizik dünyasına gizemli bir sayıyı tanıttı. Artık Planck sabiti olarak bilinen bu sayı, kuantum mekaniğinin temel taşı olacak ve sonunda popüler bir Netflix dizisinde günü kurtarmaya yardımcı olacaktı. Peki Planck sabiti tam olarak nedir ve neden bu kadar önemlidir?
Planck sabiti tam olarak nedir?
Planck sabiti, elektromanyetik dalganın frekansına bağlı olarak bir fotonun (bir ışık parçacığı) taşıyabileceği enerji miktarını tanımlar. Foton enerjisi ile elektromanyetik radyasyon arasındaki bu ilişki, fotoelektrik etki gibi olayların anlaşılmasında çok önemlidir.
Fotonların frekansı ile enerjisini ilişkilendiren E=hν eşitliğindeki h sabiti bugün Planck sabiti olarak adlandırılıyor. Geçmişte araştırmacılar çeşitli deneysel yöntemler kullanılarak bu sabitin sayısal değerini hassas bir biçimde belirlemeyi başardılar. Bu sayı 6,63 x 10-34 Joule/saniyeye ( 6,62607004 x10-34 – Dizide de bu sayı verilmişti ) biçimindedir.
Planck sabiti yıllar içinde değişti. Ancak bir sabitin değeri nasıl değişiyor diye merak edebilirsiniz. Bilim ve teknoloji ilerledikçe daha iyi ölçümler yapma yeteneğimiz de artıyor. Yani sabitin “gerçek” değeri hiçbir zaman değişmedi; değişen şey onu doğru bir şekilde ölçme yeteneğimizdir. Günümüzde Uluslararası Birimler Sisteminin bir parçası olan bu sabitin değeri 6.62607015 x 10 -34 biçimindedir. Dizide bu rakamlar değil, Planck sabitinin 2017 yılındaki değeri kullanılmıştır.
20 Mayıs 2019 tarihinden beri bir kilogramın ne olduğu Planck sabitine bağlı olarak tanımlanıyor. ( Detaylar için: Kilogram Tanımının Planck Sabitine Dayalı Olması Ne Anlama Geliyor?). Yani bu küçük temel fiziksel sabit ağırlığın tanımlanmasında da rol oynuyor.
Planck Sabiti Fikri Nasıl Ortaya Çıktı?
Plank sabitinin ne olduğunu tam olarak anlamanız için öncelikle kara cisimlerden bahsetmemiz gerekir. Bir kara cisim, üzerine düşen tüm radyasyonu emen, hiçbirini yansıtmayan veya iletmeyen teorik bir cisimdir. Bir kara cisim tarafından yayılan termal enerjinin spektral dağılımı (yani, bir dizi dalga boyu veya frekans üzerindeki radyasyon yoğunluğunun modeli) yalnızca sıcaklığına bağlıdır. Kara cisim ışımasının özellikleri birkaç yasayla açıklanmaktadır. Cismin sıcaklığı artırıldıkça rengi değişir. Önce gri, sonra sırasıyla kırmızı, sarı, beyaz ve mavi olur.
Yirminci yüzyılın başında kuantum mekaniğinin doğuşuna sebep olan bilimsel gelişmelerden biri, kara cisimlerle ilgili kuramsal tahminlerle deneysel veriler arasındaki uyumsuzluktu. Klasik fizik yasaları kullanılarak yapılan tahminler, kara cisimlerin daha kısa dalga boylarında (daha yüksek frekanslarda) daha çok ışıma yapacağını söylüyordu. Ancak, laboratuvar ortamında yapılan deneyler bu tahminleri doğrulamıyordu.
Süreç ile ilgili çalışmalarına devam eden Max Planck’ın aklına bu sorunu çözmek için bir fikir gelecekti. Planck bunu titreşen atomların yaydığı ısı radyasyonunu ölçerek çözdü. Ancak bunu yapmak için biraz hile yapması ve atomların yalnızca belirli frekanslarda titreşebileceğini varsayması gerekiyordu. Bunlar onun h adını verdiği bazı temel frekansın tam sayı katları idi. Bu, atomların 2h veya 3h frekansında titreyebileceği, ancak 2,5h frekansında titreyemeyeceği anlamına geliyordu.
Plank Sabiti Kuantum Dünyasının Anahtarı Olacaktı
Max Planck bu hipoteze dayanarak sıcak maddelerin ışımasını tarif eden basit bir formül oluşturdu. Demir ısıtıldığında ışımaya başlar. Ne kadar ısınırsa o kadar akkor hale gelecek ve ışık ışıması yayacaktır. Planck bunu matematiksel olarak ifade etti. Bu h değerine artık Planck sabiti deniyor ve bilim insanları bunu bir dalganın frekansıyla çarparak genel enerjisini belirlemekte kullanıyor.
Planck sabitinin dikkat çekici başka bir anlamı daha vardı. Işığın yalnızca sonlu, ayrık parçalar halinde, daha sonra foton olarak adlandırılacak şekilde yayılabileceğini söylüyordu. Bu varsayımı kullanarak yapılan kuramsal tahminler, deneysel verilerle mükemmel uyum gösterdi. Albert Einstein, Planck’ın fikrini ele alıp ışığın ancak foton adı verilen küçük paketler (kuantumlar) halinde var olabileceğini açıkladı. Böylece kuantum mekaniğinin temelleri atılmış oldu. Bu çalışmalarının sonucunda da Planck 1918 Nobel Fizik Ödülü’nü aldı.
Evren Neden Bu Sayıya Bağlıdır?
Güneş’te gerçekleşen füzyon reaksiyonu, dört hidrojen atomunu bir helyum atomu ile birleştirir. Bu süreçte, hidrojen kütlesinin yaklaşık yüzde 0,7’si, Einstein’ın ünlü denklemi E=mc2 denklemi aracılığıyla enerjiye dönüşmektedir. Bu çok fazla görünmese de, son 4,5 milyar yıldır gezegenimizi ısıtmak için yeterlidir. Bilim insanları bu yüzden 0,7 sayısına “Goldilocks sayısı” derler. Çünkü bu sayı yaşama izin vermek kesinlikle doğru sayıdır.
Eğer bu sayı yüzde 0,8 olsaydı, helyum çok kolay oluşur ve su oluşturmak için yeterli hidrojen kalmazdı. Eğer yüzde 0,6 olsaydı, helyum oluşturulamayacak kadar soğuk olacaktı. Helyum, geri kalan elementleri üretmeye yönelik ilk adım olduğundan, sizin ve benim oluşturduğumuz daha ağır elementler de oluşmayacaktı. Diğer bir deyişle, Planck sabiti daha büyük veya daha küçük bir sayı olsaydı, çevremizdeki tüm dünya tamamen farklı olurdu.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- A Brief Explanation of Planck’s Constant and the Birth of Quantum Physics. Yayınlanma tarihi: 23 Haziran 2016; Bağlantı: https://www.popularmechanics.com/
- What Is Planck’s Constant, and Why Does the Universe Depend on It?. Yayınlanma tarihi: 10 Kasım 2019; bağlantı: https://science.howstuffworks.com
- 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: https://www.space.com/stranger-things-plancks-constant.html
- 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, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de 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 veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
