Ana sayfa Bilim Gündemi Bilimin Öncüleri: Max Planck (1858-1947)

Bilimin Öncüleri: Max Planck (1858-1947)

467
PAYLAŞ

Ünlü deneysel fizik bilgini Rutherford, 1923’te İngiliz Bilimler Akademisi’nde ortalığı bastıran gür sesiyle, “Fiziğin şahlandığı bir çağda yaşıyoruz!” diyordu. Bu şahlanışın öncülerinden biri Einstein, biri de Planck’tı kuşku­suz. Einstein, görecelik kuramlarıyla klasik mekaniğin temel ilkelerini aşmış; uzay, zaman ve gravitasyon kavramlarına yeni boyutlar kazandırmıştır. Planck ise enerji ve radyasyon üzerin­deki çalışmalarıyla kuvantum teorisinin temellerini atmıştı.

Max Planck, Almanya’da entelektüel bir aile çevresinde bü­yür. Babası hukuk dalında, seçkin bir profesördü. Ortaöğreni­mini Münih’te Max Millian Jimnazyumu’nda tamamlayan Max, bilime gönül vermiş bir öğretmenin etkisinde fiziğe özel bir il­giyle bağlanır; bir yandan da ailesinin sağladığı olanakla piyano dersleri alır. Fizik öğrenimi için üniversiteye başvurduğunda, dönemin büyük fizikçisi Hermann Helmholtz (1821 – 1894), “Fizikte artık yapılacak fazla bir şey kalmamıştır; ilerlemeye açık başka bir bilim dalını seçsen daha iyi olur” demişti. Ama Max, çocukluk hayalinden kopmamaya kararlıydı. Üstelik, üniversite öğreniminde, Helmholtz ve Kirchof gibi gerçekten seçkin profe­sörlerin öğrencisi olmanın kendisi için kaçırılmaz bir fırsat oldu­ğunu biliyordu. Münih ve Berlin Üniversiteleri’nde öğrenimini sürdüren genç fizikçinin hidrojen çözülümüne ilişkin doktora tezi, tüm meslek yaşamındaki tek deneysel çalışması olarak ka­lacaktı. Asıl ilgi alanı matematiksel fizik olan Planck, olağanüstü yeteneğiyle kısa sürede meslek çevresinin dikkatini çeker; daha 30 yaşında iken Berlin Üniversitesi fizik kürsüsüne atanır.

Ünlü deneysel fizik bilgini Rutherford, 1923’te İngiliz Bilimler Akademisi’nde ortalığı bastıran gür sesiyle, “Fiziğin şahlandığı bir çağda yaşıyoruz!” diyordu. Bu şahlanışın öncülerinden biri Einstein, biri de Planck’tı.

Planck’ın uzmanlık alanı, “termodinamik teori” diye bilinen ısı bilimiydi. Yanan bir ampule dokunulduğunda hemen algıla­nacağı gibi ısı ile ışık birbirine ilişik olaylardır. Işık radyasyonu üzerinde çalışırken Planck bir sorunla karşılaşır. Klasik fiziğin, “enerjinin eşit-bölünme teoremi”ne göre kor halindeki bir ci­simden salınan radyasyonun, hemen tümüyle, dalga uzunluğu olası en kısa dalgalardan ibaret olması gerekiyordu. Bu, küçük bir ısının bile son derece parlak bir ışık vermesi demekti. Öyle ki, vücut ısımızın bizi bir ampul gibi ısıtması beklenirdi. Radyas­yon enerjisi sürekli bir akış olarak varsayıldığından, spektrumun kısa dalga (yüksek frekans) kesiminin alabildiğine geniş olması, hatta sınırsız uzaması gerekirdi. Başka bir deyişle dalga uzunlu­ğunun giderek kısalmasıyla enerjinin sonsuza doğru artması söz konusuydu. Fizikçiler bu beklentiyi “mor ötesi katastrof” diye niteliyorlardı. Oysa deney sonuçları spektrumda çok değişik bir enerji dağılımı ortaya koymaktaydı. Bir kez deney, hiçbir mad­denin, ne denli akkor haline getirilirse getirilsin, sonsuz enerji salacağını kanıtlamıyordu. Sonra çıkan enerjinin büyük bir bö­lümünün orta dalga uzunluktaki kesimde olduğu görülüyordu. Yerleşik kuram ile deney sonuçları arasındaki tutarsızlık gözden kaçmayacak kadar açıktı. Sorun deneysel verilere dayalı hesap­lamalarda bir hatadan kaynaklanmıyor idiyse, yerleşik kuramın yetersizliği söz konusu olmalıydı.

Planck’ın yetkin örnek olarak aldığı kara-cisim üzerinde yürüttüğü kuramsal çalışması 1900’de yayımlanır. Çalışmanın dayandığı temel düşünce şuydu: Madde her biri kendine öz­gü titreşim frekansına sahip ve bu frekansla radyasyon salan vibratörlerden (titreşim aratan araçlardan) ibarettir. Gerçi bu düşüncenin yürürlükteki kurama ters düşen yanı yoktu: Ne var ki, Planck aynı zamanda vibratörlerin enerjiyi sürekli bir akıntı olarak değil, bir dizi kesik fışkırmalarla saldığı görüşünü de ileri sürmekteydi. Bu demekti ki, belli bir frekanstaki bir osilatörün (kendi kendine sinyal üreten devre) saldığı veya aldığı enerji an­cak tam birimler biçimde olabilir; birim kesirleriyle olamazdı. Planck’ın çözüm arayışında başvurduğu istatistiksel yöntemin de, inceleme konusu ilişkilerin sayılabilir olmasını gerektirmesi, radyasyon enerjisinin birimsel bölümlerden oluştuğu varsayımı­nı kaçınılmaz kılıyordu.

Önerilen çözüm basitti: Gözlem sonuçlarıyla bağdaşmayan sürekli akış varsayımından vazgeçmek! Ne var ki, şimdi oldukça açık ve mantıksal görünen bu çözümün o dönemde hemen be­nimsenmesi bir yana, akla yakınlığı bile kolayca düşünülemezdi. Doğanın sürekliliği bir hipotez ya da sıradan bir varsayım olma­nın ötesinde doğruluğu sorgulanmaz bir inançtı adeta! Newton mekaniği gibi Maxwell’in elektromanyetik teorisi de doğanın sürekliliğini içeriyordu.

Nitekim elektromanyetik teoriyi deneysel olarak doğrulayan Hertz, ışığın dalga teorisine değinerek bu teoriyle fiziğin değişik kollarının sağlam, tutarlı bir bütünlük kazandığını belirtmekten geri kalmaz.

Yerleşik bir kuramı sorgulamak kolay değildir gerçekten. He­le yeni bir kuram oluşturmak, üstün zekâ ve hayal gücünün de ötesinde yüreklilik ister. Doğrusu, Planck’ın, getirdiği çözümle devrimsel bir gelişmeyi başlattığının farkında olduğu; dahası çözümünün, bağlı olduğu klasik fiziği sarsabileceğini öngördü­ğü söylenemez. Ama onun yadsınamaz yanı, karşılaştığı soruna gösterdiği olağanüstü duyarlılıktı. Bir özelliği de özentisiz olma­sıydı: Çözümüne deneysel verileri matematiksel olarak dile ge­tiren masum bir formül gözüyle bakıyordu. Oysa, “kuvantum” dediği bir enerji paketi ile bir dalga frekansı arasındaki ilişkiyi belirleyen denklemi (E = h.f), bilimde yeni bir devrimin temel taşıydı. [Denklemde E enerjiyi, f radyasyon frekansını, h ise “Planck değişmezi” denen sayıyı (6,62.10-34 Joule-saniye) gös­termektedir]. Buna göre, bir enerji kuvantumu, dalga frekansıy­la Planck değişmezinin çarpımına eşittir (ışık hızı gibi doğanın temel değişmezlerinden sayılan h, herhangi bir radyasyon enerji miktarının dalga frekansına orantısını simgelemektedir.)

Yedi çocuğundan yaşamda kalan tek oğlu 1944’te Hitler’e suikast suçlamasıyla yakalananlar arasındaydı. Nazi yöneticilerinin yaşlı Planck’a önerileri “basit” olduğu kadar korkunçtu: “Nazizme inanç ve bağlılık duyurusunu imzala, oğlun idamdan kurtulsun!”Planck, tek umudu olan oğlunun ölümü pahasına, yaşam anlayışına ters düşen duyuruyu imzalamaz!

Planck’ın önerdiği hipotez başlangıçta hiç değilse ışığın dalga teorisine doğrudan bir tehlike oluşturmuyordu, belki. Ama kla­sik fiziğin önemli bir ilkesi olan doğanın sürekliliği varsayımı sarsılmıştı. “Doğa asla sıçramaz” anlamına gelen eski Latince özdeyiş, “Natura non facit saltus” geçerliliğini sürdüremezdi artık! Kaldı ki, çok geçmeden Einstein’in 1905’te ortaya koya­cağı “fotoelektrik etki” diye bilinen teorisiyle, ışık da kuvantum teorisinin kapsamına girer. Böylece ısı, ışık, elektromanyetizma vb. radyasyon türlerinin tümünün kuvanta biçiminde verilip alındığı hipotezi doğrulanmış olur. Bu hipotez daha sonra Bohr (1885 – 1962), Schrödinger (1887 – 1961), Heisenberg (1901 -1976) vb. bilim adamlarının önemli katkılarıyla çağımız fiziğine egemen kuvantum mekaniğine dönüşür. Planck, istemeyerek de olsa bu büyük devrimin öncüsüydü.

Çağımızın ünlü fizikçisi Max Born (1882 – 1970), Planck’ın bilimsel kişiliğini kısaca şöyle belirtmişti: “Yaratılıştan tutucu bir kafa yapısına sahipti; ‘devrimsel’ diyebileceğimiz hiçbir eği­lim ve özentisi yoktu. Olguları aşan spekülasyonlardan da hoş­lanmazdı. Ne var ki, salt deney verilerine olan saygısı nedeniyle, fiziği temelinden sarsan en devrimci düşünceyi ileri sürmekten de kendini alamadı.”

Bu erdemli kişi, ne yazık ki, uzun yaşamını trajik bir kararla noktalamak zorunda bırakılır. Yedi çocuğundan yaşamda kalan tek oğlu 1944’te Hitler’e suikast suçlamasıyla yakalananlar ara­sındaydı. Nazi yöneticilerinin yaşlı Planck’a önerileri “basit” ol­duğu kadar korkunçtu: “Nazizme inanç ve bağlılık duyurusunu imzala, oğlun idamdan kurtulsun!” Planck, tek umudu olan oğlunun ölümü pahasına, yaşam an­layışına ters düşen duyuruyu imzalamaz!

Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Kasım 2007, 24. Baskı, s.168