Planck sabiti, 1900 yılında Alman fizikçi Dr. Max Planck tarafından icat edildi. Aynı zamanda, çalışmalarıyla 1918 Nobel Ödülü’nü kazandı. Bu sabit, kuantum mekaniğinin, maddeyi oluşturan küçük parçacıklarla ve etkileşimlerinde yer alan kuvvetlerle uğraşan fizik dalının önemli bir parçasıdır.
Netflix dizisi “Stranger Things” hayranıysanız, Dustin’in zeki kız arkadaşı Suzie’yi amatör bir radyo bağlantısı üzerinden kandırarak ona gerçek değerini anlatmaya çalıştığı iklimle ilgili sezonunun üçüncü sahnesini görmüşsünüzdür. Planck sabiti denen bir şey, aynı zamanda kötü niyetli bir alternatif evrene giden kapıyı kapatmak için gereken anahtarları içeren bir kasayı açan koddur.
Ama Suzie sihirli sayıyı okumadan önce bir bedel ödemek zorunda: Dustin’in, “The NeverEnding Story” filminin tema şarkısını söylemesi gerekiyor.
Tüm bunlar sizi merak etmeye teşvik etmiş olabilir.
Planck Sabiti tam olarak nedir?
Planck Sabiti, çalışmalarıyla 1918 Nobel Ödülü’nü kazanmış olan Max Planck adlı bir Alman fizikçi tarafından 1900’de tasarlandı. Maddeyi oluşturan küçük parçacıklarla ve kuvvetlerle ilgilenen fizik dalı olan kuantum mekaniğinin çok önemli bir parçasıdır. Bilgisayar çiplerinden güneş panellerine, lazerlere “her şeyin nasıl çalıştığını açıklayan fiziktir.”
Ultrasmall ’un Görünmez Dünyası
1800’lerin sonlarında ve 1900’lerin başlarında Max Planck ve diğer fizikçiler, klasik mekanik, yani, 1600’lerin sonlarında Sir Isaac Newton tarafından anlatılan, etrafımızdaki gözlemlenebilir dünyadaki cisimlerin hareketi, ile ultrasmall ’un görünmez dünyası arasındaki farkı anlamaya çalışıyorlardı.
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Stephan Schlamminger, “Kuantum mekaniğinde fizik, makroskopik dünyadaki deneyimlerimizden farklı işliyor.” diye açıklıyor. Bir açıklama olarak, salıncak setindeki bir çocuk olan tanıdık bir harmonik osilatör örneğini aktarıyor.
Schlamminger, “Klasik mekanikte, çocuk salınım yolunda herhangi bir genlikte (yükseklik) olabilir.” diyor. “Sistemin sahip olduğu enerji, genliğin karesiyle orantılıdır. Dolayısıyla, çocuk sıfırdan belirli bir noktaya kadar herhangi bir sürekli enerji aralığında sallanabilir.”
Fakat kuantum mekaniği seviyesine indiğinizde, işler farklılaşır. Schlamminger, “Bir osilatörün sahip olabileceği enerji miktarı, tıpkı bir merdivendeki basamaklar gibi ayrıktır.” diyor. “Enerji seviyeleri h çarpı f ile ayrılır, burada f fotonun frekansıdır. Bir ışık parçacığı, bir elektron bir enerji seviyesinden diğerine gitmek için serbest bırakır veya emer.”
Bu 2016 videosunda, başka bir NIST fizikçisi Darine El Haddad, Planck sabiti ‘ni kahveye şeker koyma metaforunu kullanarak açıklıyor. “Klasik mekanikte enerji süreklidir, yani şeker dağıtıcımı alırsam kahveme istediğim miktarda şeker koyabilirim.” diyor. “Herhangi bir miktarda enerji sorun değil.”.
“Ama Max Planck daha derinlere baktığında çok farklı bir şey buldu, videoda açıklıyor. “Enerji nicelleştirildi veya kesikli, yani sadece bir veya iki veya üç küp şeker ekleyebilirim. Yalnızca belirli bir miktarda enerjiye izin verilir. ”
Planck sabiti, bir fotonun taşıyabileceği enerji miktarını, içinde hareket ettiği dalganın frekansına göre tanımlar.
New Mexico’daki bağımsız bir araştırma merkezi olan Santa Fe Enstitüsü’nde bir profesör olan Fred Cooper, elektromanyetik radyasyon ve temel parçacıkların “hem parçacık hem de dalga özelliklerini özünde sergilediğini” açıklıyor. “Bu varlıkların bu iki yönünü birbirine bağlayan temel sabit, Planck sabiti ‘dir. Elektromanyetik enerji sürekli olarak aktarılamaz, ancak enerjisi E’nin E = h.f tarafından verildiği, h’nin Planck sabiti ve f’nin olduğu ayrı ışık fotonları tarafından aktarılır.”
Biraz Değişken Bir Sabit
Planck sabiti ile ilgili bilim insanları için kafa karıştıran şeylerden biri, ona atanan değerin zaman içinde küçük miktarlarda değişmesidir. 1985’te kabul edilen değer h = 6,626176 x 10-34 Joule-saniye idi. 2018’de yapılan mevcut hesaplama h = 6,62607015 x 10-34 Joule-saniye’dir. (Joule-saniye, enerji dönüşümü oranını ölçen birimdir. Joule bölü saniye olarak tanımlanır. Kısaca W harfiyle gösterilir. )
Schlamminger, “Bu temel sabitler evrenin yapısında sabitlenmiş olsa da biz insanlar onların tam değerlerini bilmiyoruz.” diye açıklıyor. “Bu temel sabitleri insanlığın elinden gelen en iyi şekilde ölçmek için deneyler yapmalıyız. Bilgilerimiz, Planck sabiti için ortalama bir değer üretmek üzere ortalaması alınan birkaç deneyden gelmektedir.”
Planck sabiti ‘ni ölçmek için bilim insanları iki farklı deney kullandılar.
Kibble dengesi ve X-ışını kristal yoğunluğu (XRCD) yöntemi ve zamanla, daha kesin bir sayının nasıl elde edileceğine dair daha iyi bir anlayış geliştirdiler.
Schlamminger, “Yeni bir sayı yayınlandığında, deneyciler en iyi sayılarını ve ayrıca ölçümlerindeki belirsizliği en iyi şekilde hesapladıklarını öne sürüyorlar.” diyor. “Sabitin gerçek, ancak bilinmeyen değeri, umarız, belirli bir istatistiksel olasılıkla, yayınlanan sayının etrafındaki artı/eksi belirsizlik aralığında yer almalıdır.”
Bu noktada, “Gerçek değerin çok uzak olmadığından eminiz. Kibble dengesi ve XRCD yöntemi o kadar farklı ki, her iki yolun da tesadüfen bu kadar iyi anlaşması büyük bir tesadüf olacaktır.”
Bilim adamlarının hesaplamalarındaki bu küçük yanlışlık, şeylerin şemasında büyük bir sorun değil. Virginia Tech’te matematikte yardımcı doçent olan Martin Fraas, Planck sabiti önemli ölçüde daha büyük veya daha küçük bir sayı olsaydı, “Çevremizdeki tüm dünya tamamen farklı olurdu.” diyor. Örneğin sabitin değeri artırılsaydı, kararlı atomlar yıldızlardan çok daha büyük olabilirdi.
Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu (Fransızca kısaltması BIPM’dir) tarafından kabul edildiği üzere 20 Mayıs 2019’da yürürlüğe giren bir kilogram büyüklüğü artık Planck sabiti ‘ne dayanıyor.
Artık kilogram ölçüsünün değerini değiştiremeyecek evrensel bir sabite yani Planck Sabiti ‘ne bağlandı.
Utku Emre KOCAİBİŞ