MAX PLANCK: KUANTUM TEORİSİNİN YARATICISI

1858’de doğan Max Planck, akademik bir aileden geliyordu. Babası Julius Wilhelm Planck, Almanya Kiel Üniversitesi’nde Hukuk Profesörü idi .

İlkokula Kiel’de başladı, ancak 1867’de ailesi, babasının Profesör olarak atandığı Münih’e taşındı. Şehir, kültüründen, özellikle de müzikten zevk alan ve ailesi Yukarı Bavyera’ya geziler yaparken dağlarda yürümeyi ve tırmanmayı seven genç çocuk için uyarıcı bir ortam sağladı.

Okulda olağanüstü değildi, ancak 21 Ekim 1874’te matematik dersleri almaya başladığı ve ardından fizik okumaya karar verdiği Münih Üniversitesi’ne girecek kadar başarılı oldu.

Münih’te fizik profesörü olan Philipp von Jolly’den fizikte araştırma olasılıkları hakkında bilgi aldı ve fiziğin aslında çok az gelişme ihtimali olan eksiksiz bir bilim olduğu söylendi. Neyse ki Planck, kendisine sunulan araştırmalar için iç karartıcı geleceğe rağmen fizik okumaya karar verdi.

Fizik profesörünün rahatsız edici yorumları, Planck için Münih Üniversitesi’nde geçirdiği zamanın tonunu açıkça belirledi, daha sonra şunları yazdı:

Eğitimimin belirli bir seyrini yöneten tanınmış bir bilim adamı veya öğretmenin şansına sahip değildim.

Berlin’deki eğitiminin önemli bir kısmı bağımsız bir çalışma ile geldi, çünkü bu aşamada Rudolf Clausius’un termodinamik hakkındaki makalelerini okudu . Yine termodinamiğin ikinci yasasının mutlak doğası onu etkiledi.

Planck, Münih’e döndü ve 1879 Temmuz’unda 21 yaşındayken, Termodinamiğin İkinci Yasası Üzerine bir tez ile doktorasını aldı. Doktora ödülü 28 Temmuz 1879’da “summa cum laude” olarak verildi. Bunun ardından Planck, entropi ve mekanik ısı teorisi üzerine tezini sunduktan sonra 14 Haziran 1880’de verilen yüksek seviyeli akademik sınavı için çalışmalarına devam etti. ve Münih Üniversitesi’nde Özel öğretim görevlisi oldu. Böyle bir öğretmenlik görevi ücretsiz olduğundan Planck kendi geçimini sağlayacak bir gelir elde edemedi. Bu görevi üstlendiği beş yıl boyunca ailesiyle birlikte yaşadı, ancak yaşamaya devam ettiği için kendini suçlu hissetti. Bu süre zarfında Carl Runge ile arkadaş oldu ve uzun süreli ve akademik olarak verimli bir arkadaşlığa dönüştü.

2 Mayıs 1885te Planck, Kiel’de olağanüstü teorik fizik profesörü olarak atandı ve bu sandalyeyi dört yıl boyunca elinde tuttu. Bu, şimdi onu finansal olarak güvence altına aldı, böylece artık uzun yıllardır tanıdığı Marie Merck ile evlenebilirdi. Münihli bir bankacının kızıydı ve çift 31 Mart 1887’de evlendi . Şimdi termodinamik üzerinde çalıştı ve fiziksel kimya ve termoelektrik uygulamalarıyla ilgili üç mükemmel makale yayınladı.

Planck, Berlin’deyken en parlak işini yaptı ve olağanüstü dersler verdi. Termodinamik okudu, özellikle enerjinin dalga boyuna göre dağılımını inceledi. Planck , Wien ve Rayleigh formüllerini birleştirerek Ekim 1900’de şimdi Planck’ın radyasyon formülü olarak bilinen bir formülü duyurdu . İki ay içinde Planck, klasik fizikten vazgeçip enerji kuantumlarını ortaya koyan formülünün tam bir teorik çıkarımını yaptı.

Kuantum kuramı 1900 yılında, fizikçiler kendilerini “kara cisim ışınımı” adı verilen bir şey karşısında hayrete düşmüş bir şekilde buldukları zaman doğmuştu. Örneğin, bir demir çubuğun yüksek sıcaklık derecelerine kadar ısıtıldığı zaman neden parladığını ve kızıllaştığını, sonra akkor haline geldiğini, veya bir yanardağdan püsküren lavların neden kızıl renkte olduğunu açıklayamıyorlardı.

Işığın saf dalga şeklinde olduğunu ve herhangi bir frekansta  titreşebildiğim varsayımı altında, kuramlarının kızıl ve akkor renklerini öngöremediğini gördüler. Aslında onların öngörülerine göre ışınımın yüksek frekanslarda sonsuz enerjiye sahip olması gerekiyordu, bu da olanaksızdı. Bu açmaz, “morötesi felaketi” olarak adlandırılmakta ve yıllardır fizikçileri düşündürmekteydi (burada morötesi, yalnızca yüksek frekanslı ışınımı ifade etmektedir).

Alman fizikçi Max Planck, 1900 yılında bu soruna bir çözüm  buldu. Kendisi, kara cisim ışınımı alanında en hassas deneylerin yapılmakta olduğu Berlin’de profesör olarak çalışmaktaydı. Bir pazar günü, eşiyle birlikte bazı deneysel fizikçileri misafir ediyorlardı. Onlardan biri, Heinrich Rubens, sohbet sırasında Planck’a kara cisim ışınımı konusundaki son bulgularını anlattı. Rubens gittikten sonra Planck, akıllıca bir matematik oyunu vasıtasıyla Rubens’in verisine doğru şekilde uyacak bir denklem türetebileceğini fark etti. Yeni kuramının heyecanı içerisinde o akşam Rubens’e keşfini anlatan bir kartpostal gönderdi.

O ay yapılan Berlin Fizik Derneği toplantısında sonuçlarını sunan Planck, kendi kuramının çıkarımlarına tam anlamıyla gü­venmediği için son derece alçak gönüllü davranmıştı. Işınımın Fizikçilerin zannettiği gibi tümüyle dalga benzeri olmadığını, fakat enerji transferinin kesinlikle bireysel paketler halinde mey­dana geldiğini öne sürdü. 1900 Aralığında yayımlanan makalesinde Planck, uyarıyordu, “Bu önermenin doğada gerçekleşip gerçekleşmediği, deneyimlerle kanıtlanacaktır.”

Planck, paketlerin “boyutlarının” inanılmayacak kadar kü­çük olması nedeniyle enerjinin tanecikli yapısının fizikçiler tarafından hiç bir zaman görülmediğini anlamıştı (h = 6,5 xl0-27 erg sn sayısı tarafından belirlenir, buna artık “Planck sabiti” denmektedir.) Bu sayı öylesine astronomik bir küçüklüktedir ki, günlük yaşamda kuantum etkileri asla göremeyiz.

Fizik toplumu, Planck’ın yeni görüşüne ve onun mantıksal sonucu olan ışığın sürekli değil, tanecikli olduğu fikrine yoğun bir eleştirel tepki gösterdi. Işığın bir parçacık gibi davranan “kuanta”lara bölünebileceği fikri, saçma bulunmuştu.

Beş yıl sonra, 1905 yılında, Einstein (o sıralarda hâlâ tanınmamış bir fizikçiydi) fotoelektrik etki kuramını yazarak kuantum kuramını bir sonraki önemli adımına taşıdı. İsteksiz, neredeyse pısırık bir devrimci olan ve bir on dokuzuncu yüzyıl fizikçisinin mizacını taşıyan Planck’ın aksine, Einstein bu kuramla cesur bir şekilde yeni yönlere atılmaktaydı.

Einstein, Planck’ın kuanta hakkındaki garip kuramını kullanarak bir ışık parçacığı metal bir yüzeye çarptığında ne olduğunu sordu. Işık, eğer Planck’ın kuramına uygun davranan bir par­çacıksa, metaldeki bazı atomların elektronlarını yerlerinden sö­kecek ve elektrik üretecekti. Einstein, sökülen elektronların enerjisini Planck sabitini kullanarak hesapladı.

Planck ve Einstein’nın denklemlerinin deneysel fizikçiler tarafından doğrulanması uzun sürmedi. Planck, kuantum kuramı için 1918 yılında, ardından da Einstein, fotoelektrik etki için 1921 yılında Nobel ödülünü kazandılar.

İlk başta teori nedeniyle başarılı çalışmaları, direnişle karşılaştı ama Niels Bohr içinde 1913 teorisini kullanarak spektral çizgilerinin pozisyonlarını hesaplamak, bu genel kabul görmüş oldu. Planck, kuantum teorisini icat etmiş olmasına rağmen ilk başta kendisinin anlamadığını açıklıyor.

Tarihi kuantum duyurusunu yaptığında 42 yaşında olan Planck , kuantum teorisinin daha da geliştirilmesinde sadece küçük bir rol aldı. Bu, ışık kuantum kuramlarıyla Einstein’a , kuantanın Planck’ın radyasyon yasasının gerekli bir sonucu olduğunu matematiksel olarak kanıtlayan Poincaré’ye , atom kuramıyla Niels Bohr’a , Paul Dirac’a ve diğerlerine bırakıldı .