PLANCK, Max (1858-1947)
Alman kuramsal fizik bilgini. Enerjinin sürekli olmayıp, temel bir büyüklüğün katları biçiminde kesikli olduğunu öne süren “kuvantum kuramı” ile fizikte devrim yaratmıştır.
Max Kari Ernst Ludwig Planck 23 Nisan 1858’de Kiel’de doğdu, 4 Ekim 1947’de Göttingen’de öldü. Birçok hukukçu, din ve devlet adamı yetiştirmiş bir ailedendi; babası da Kiel Üniversitesi’nde hukuk profesörüydü. Liseyi, 1867’de ailesiyle birlikte yerleştiği Münih’te bitirerek, 1874’te Münih Üniversitesi’ne girdi; üç yıl sonra da Berlin Üniversitesi’ne geçti. Helmholtz ve Kirchhoff’un öğrencisi olduğu bu üniversiteden 1879’da doktora derecesini aldı. 1880-1885 arası Münih Üniversitesi’nde öğretim görevlisi olarak çalıştıktan sonra, 1885’te Kiel Üniversitesi’nde doçentliğe getirildi ve Kirchhoff’un ölümü üzerine, 1889’dan başlayarak Berlin Üniversitesi’nde onun derslerini üstlendi. 1892’de aynı üniversitede kuramsal fizik profesörlüğüne ve yeni kurulan Kuramsal Fizik Enstitüsü’nün yöneticiliğine atanan Planck, bu görevlerini 37 yıl sürdürecek, 1926’da onun ayrılmasından sonra yerine Schrödinger geçecekir.
Planck, doktora tezinde termodinamiğin ikinci yasasını konu almıştı. Bu konuya eleştirel bir yaklaşım getiren, Clausius’un entropi tanımını tartışan ve doğa olaylarındaki tersinirlik-tersinmezlik kavramlarına açıklık getirmeyi amaçlayan bu tez, ne Helmholtz’ dan, ne de Kirchhoff’tan Planck’ın umduğu ilgiyi gördü. Clausius ise, Planck’ın konuyu görüşüp tartışma isteğini hiç düşünmeden geri çevirdi. 1885’te Göttingen Üniversitesi’nin açtığı bir yarışmaya“Das Prinzip der Erhaltung der Energie” (“Enerji Elde Edilmesinin İlkesi”) başlıklı bir makaleyle katılan Planck’ın bu çalışması, Göttingen’de fizik profesörü olan W.Weber’in kimi görüşlerine aykırı düşen bölümleri nedeniyle ancak ikincilik ödülünü alabildi; zaten yarışmaya katılan incelemelerden hiçbiri, birincilik ödülüne değer görülmemişti. Gene de, Kirchhoff’un Berlin Üniversitesi’ndeki derslerini vermek üzerePlanck’m görevlendirilmesinde bu çalışmanın etkisi büyüktür.
Planck’ın bu yıllarda yazdığı makaleler, en ünlü yapıtı olan ve 1897’de yayımlanan Vorlesungen über Thermodynamik (“Termodinamik Dersleri”) adlı kitabının temelini oluşturdu. Siyah cisim konusundaki çalışmaları sonucunda geliştirdiği ve günümüzde “Planck ışıma yasası” olarak bilinen yasayı 19 Ekim 1900’de Berlin Fizik Derneği’nin toplantısında açıklayan Planck, yasanın kuramsal temellerini iki ay sonra, 14 Aralık’ta, gene Berlin Fizik Derneği’ne sunduğu bir bildiride ortaya koydu. Bu bildiriyle kuvantum kuramı doğmuş oluyor, böylece fizikte yeni bir çığır açılıyordu. Klasik fizikten kesin bir kopmayı simgeleyen kuvantum kuramına başlangıçta fizikçilerin çoğu karşı çıktı. Ancak, 1905’te fotoelektrik olayı, 1907’de katı elementlerin özgül ısılarını atom ağırlıkları cinsinden veren Dulong-Petit yasasında düşük sıcaklıklarda gözlenen sapmaları açıklamak için Eins-tein’ın bu kurama başvurması ve 1913’te Bohr’un gene bu kurama dayalı atom modelini geliştirerek hidrojen tayfındaki çizgilerin yerlerini doğru olarak hesaplamasından sonra kuvantum kuramının önemi anlaşılabildi. O tarihten sonra kuvantum kuramı hızla gelişti ve 1925’i izleyen birkaç yıl içinde, başta Heisenberg, Schrödinger, Born ve Dirac olmak üzere birçok fizikçinin katkısıyla oluşturulan kuvantum mekaniği çağdaş fiziğin temel taşı durumuna geldi.
Planck, 1912’de Prusya Bilimler Akademisi’nin Matematik-Fizik Bölümü’nün daimi sekreterliğine getirildi, 1918’de Nobel Fizik Ödülü’nü aldı. 1926’da Londra’daki Royal Society’nin üyeliğine, 1930’da Berlin’deki Kaiser Wilhelm Kurumu’nun başkanlığına seçildi. Naziler’in iktidara gelmesinden sonra Almanya’da kalmayı seçmesine karşın, Flitler’in birçok uygulamasına karşı çıkan Planck, 1933’te Göttin-gen Üniversitesi’nde, aralarında Born’un ve Richard Courant’m da bulunduğu yedi öğretim üyesinin görevine Nazilerce son verilmesi üzerine bu durumu bir bildiri yayımlayarak protesto eden 22 kişilik grupta, Heisenberg, Hilbert, Sommerfeld ve von Laue’nin yanında yer almıştı. Çok değer verdiği ve aynı kentte bulunabilmek amacıyla 1914’te Berlin’e yerleşmesine neden olduğu Einstein’ın ve daha pek çok değerli bilim adamının Almanya’dan çıkarılması ya da kaçmak zorunda kalması üzerine, doğrudan doğruya Hitler ile görüşerek tutulan yolun yanlışlığını anlatmaya çalışmıştı. Hitler tarafından azarlanan ve kovulan Planck, 1937’de Kaiser Wilhelm Kurumu’ nun başkanlığından ayrılmak zorunda kaldı, 1944’te de oğlu Envin’in Hitler’e karşı girişilen Temmuz suikastine karıştığı gerekçesiyle kurşuna dizilmesine tanık oldu. Berlin’deki evinin bir bombardıman sırasında yanıp kül olmasıyla bütün kitaplarım, notlarını ve belgelerini yitirmesi de aynı yıla rastlar. Savaştan sonra Göttingen’e yerleşen Planck’ın yaşamının son iki yılındaki tek avuntusu, 1930-1937 arasında başkanlığını yapmış olduğu Kaiser Wilhelm Kurumu’ nun bu kez Max Planck Kurumu adıyla yeniden
kuruluşunu ve ilki kendisine verilen “Max Planck” madalyasının bir fizik ödülü olarak doğuşunu görmek oldu.
Planck ışıma yasası
Kuvantum kuramının ortaya çıkmasıyla sonuçlanacak araştırmaların başlangıç noktası, fizikçilerin, üzerine düşen tüm ışınları yutan bir cisim olarak tanımladıkları siyah cismin ışımasıdır. Aslında ideal bir tanım olan siyah cisim tanımına, içi boş bir cisimde açılmış bir delik, örneğin bir fırının ağzı hemen hemen tümüyle uyar. Böyle bir cisim ısıtıldığında her frekansta ışık yayar, yani tayfı süreklidir; bu ışınım bir tayfölçerle incelenerek cismin her frekans aralığında yaydığı ışığın yeğinliği saptanabilir. Cismin yaydığı ışıktaki çeşitli frekansların farklı yeğinliklerde olması nedeniyle, insan gözü bu cismi belirli bir renkte işiyormuş gibi algılar. 1792’de İngiliz porselen yapımcısı T.Wedgewood, ısıtılan tüm cisimlerin aynı sıcaklıktayken kırmızı ışık saldığını belirlemişti. 1859’da da Kirchhoff, termodinamiğin yasalarından yola çıkarak ışıma gücünün yalnızca frekansa ve sıcaklığa bağlı olduğunu, ışıyan cismin yapıldığı maddenin türüne bağlı olmadığını kanıtladı. Bu gerçek, siyah cisim ışımasının bütün cisimler için ortak bir yanı olduğunu, dolayısıyla olayın genel bir nitelik taşıdığını simgeliyordu. Günlük gözlemler bile, ısıtılan bir cismin önce kırmızı renkte ışın saldığını, sıcaklık yükseltildikçe rengin turuncu, sarı, beyaz ve sonunda maviye doğru kaydığını gösterir. Oysa, ışığın Maxwell tarafından ortaya konan dalga kuramından kalkarak bu gözleme uyacak kuramsal bir sonuca varmak olanaksızdır. Nitekim Rayleigh, doğal titreşimler sonucu elektromanyetik dalga (ışık) yayan bir cisimde hiçbir frekansın (rengin) maksimum yeğinlikte olamayacağını, tersine, ışıma yeğinliğinin frekans yükseldikçe sınırsız bir biçimde artması gerektiğini gösterdi. Buna göre, ışıyan bütün cisimlerin saldığı dalgaların görünen ışık bölgesinde değil, yüksek frekanslarda (morötesi ve X ışınları bölgesinde) yoğunlaşması gerekiyordu. Wien’in 1893’te termodinamiğin yasalarından yola çıkarak bulduğu ışıma formülü de, ışıma gücünün frekansın küpü ile orantılı olduğunu belirleyen ve Rayleigh’inkine benzer biçimde, gözlemlere uymayan, hatta, sonsuz bir ışıma gücü öngördüğü için hiç anlamı olmayan bir nitelik taşıyordu. Kısacası, klasik fizik siyah cisim ışımasını açıklamakta yetersiz kalmıştı. Bu konudaki çalışmalarına 1897’de başlayan Planck, yalnızca düşük frekanslar için gözlemlerle tutarlı sonuçlar veren Rayleigh-Jeans ışıma formülü ile yalnızca yüksek frekanslar için uygun sonuçlar veren Wien formülünden yararlanarak, hem bu iki formülün geçerli olduğu frekans bölgelerinde, hem de arada kalan frekans bölgelerinde geçerli olacak yeni bir ışıma formülü ortaya attı. 1900’de açıklanan ve günümüzde “Planck ışıma yasası” olarak bilinen bu formülün deneysel bulgulara tümüyle uyduğu kısa sürede anlaşıldı.
Kuvantum kuramı
Planck’ın ışıma yasası, herhangi bir fizik kuramına dayanmaksızın elde edilmişti ve ilk bakışta üstünlüğü, siyah cisim ışımasını gözlemlere tümüyle uyan bir biçimde belirlemekten öteye gitmiyordu. Oysa, bu yasanın kuramsal bir temele oturtulmasına sıra gelince durum tümüyle değişti ve Planck’ın olaya getirdiği kuramsal açıklama fizikte büyük bir devrimin başlangıcı oldu. Planck, ışıma sırasında enerjinin sürekli bir biçimde değil, enerji paketleri (ya da “parçacık”ları) biçiminde kesikli olarak açığa çıktığını varsaymış, herbiri belirli bir enerji miktarını içeren bu enerji paketlerine “kuvantum” adını vererek, bir kuvantumun enerjisinin ışınım frekansıyla orantılı olduğunu öne sürmüştü. Bu durumda, düşük sıcaklıklarda salınan kuvantumiarın enerjisi az olacağından ışınım frekansı da düşük olacak, dolayısıyla ışınımda kırmızı renk ağır basacaktı. Sıcaklık artırıldıkça her bir kuvantuma sağlanabilecek enerji yükseleceğinden yüksek enerjili kuvantumiarın salınması olasılığı artacak ve bu kuvantumlara karşılık gelen frekanslar da daha yüksek olacağından salman ışığın rengi tayfta maviye doğru kayacaktı. Böylece, belirli bir sıcaklıkta salman kuvantumiarın istatistiksel dağılımı, belirli bir enerjideki kuvantumlar için maksimuma ulaşacak ve göz, bu kuvantumlara karşılık gelen frekanstaki ışığı egemen renk olarak algılayacaktı. Bir kuvantumun taşıdığı enerji E=h.f eşitliğiyle belirleniyordu.Burada E kuvantumun erg olarak enerjisi;/, Hertz (saniyede titreşim sayısı) birimiyle ölçülen frekans; h de “Planck sabiti” denilen ve değeri: 6,626196 x 1027 erg x sn olan bir katsayıdır. Işık enerjisi, sonradan G.H.Lewis’in “foton” olarak adlandıracağı bu enerji kuvantumlarından oluşmaktadır. Böylece, kuvantum kuramı, tıpkı madde gibi enerjinin de sürekli nitelikte olmayıp parçacıklardan, daha doğrusu küçük birimlerden oluştuğunu belirleyerek klasik fiziğin enerji kavramını kökünden değiştirmiş oluyordu. Planck’m ışıma yasasını kuramsal olarak elde ederken başvurduğu bir başka kavram da termodinamiğin ikinci yasasına ilişkindir. Doğada entropinin sürekli artacağını öngören termodinamiğin ikinci yasasına Boltzmann’ın moleküler düzeyde getirdiği yorum, entro-piyi bir durumun gerçekleşme olasılığının ölçüsü olarak tanımlıyordu. Bu yoruma göre ikinci yasa, enerjinin korunumunu belirleyen birinci yasa gibi mutlak bir geçerlik taşımıyor, ancak pek yüksek bir olasılığı simgeliyordu. Boltzmann’ın yorumunu baştan beri kabul etmemiş olan Planck’ın, sonunda bu yorumu kullanarak ünlü ışıma yasasına varabilmiş olması gerçekten ilgi çekicidir.
Kuvantum kuramı fizikte öylesine temel bir değişime yol açmıştır ki, bugün fiziği “klasik” (kuvantum öncesi) ve “modern” (kuvantum sonrası) diye ikiye ayırmak geleneksel bir tutum olmuştur. Kuramının özellikle 1925’ten sonra büyük bir atılım kazanarak kuvantum mekaniğinin doğuşuna yol açtığını gören Planck, bu gelişmelerin çoğunu, özellikle kuvantum mekaniğinin olasılıkçı yorumunu benimsemekte güçlük çekmiş, zaman zaman da bu tür yorumlara karşı çıkmışsa da, onun attığı temeller üzerinde yükselen kuvantum mekaniği 20.yy fiziğinin yönünü değiştiren büyük bir dönüm noktası olarak tüm maddesel evrenin yorumuna damgasını vurmuştur.
• YAPITLAR (başlıca): Vorlesuneen iiber Thermodynamik, 1897, (“Termodinamik Dersleri”); Vorlesungen über die Theorie des Warmestrahlung, 1906, (“Isı Radyasyonu Kuramı Dersleri”); Einführung in die theoretische Physik, 5 cilt, 1916-1930, (“Kuramsal Fiziğe Giriş” ; 1. cildin çevirisi: Genel Mekaniğe Giriş, 1943); Wege zur physikalischen Erkenntnis, 1933, (“Fiziği Anlamanın Yolları”); VPissenschaftliche Selbstbiograpbie, (ö.s.) 1948, (“Bilim Yaşamım”); Max Planck in seinen Akademie-Ansprachen,(ö.s.), 1948, (“Max Planck’m Akademi Konuşmaları”); Pbysikalische Abhandlungen und Vortrâge (ö.s.), 3 cilt, 1958, (“Fizik Makaleleri ve Konferansları”).
• KAYNAKLAR: H.Hartmann, Max Planck als Mensch und Denker, 1938; A.Hermann, The Genesis of Quantum Tbeory, 1971; A.Hermann, Max Planck in Selbstzeugnis-sen und Bilddokumenten, 1973; M.Jammer, The Concep-tual Development of Quantum Mechanics, 1966; H.Kan-gro, Early History of Planck’s Radiation Law, 1976.
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi