Max Planck Kimdir? – Hayatı ve Buluşları

Max Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck, (d. 23 Nisan 1858, Kiel – ö. 4 Ekim 1947, Göttingen), Alman fizikçi ve 1918 Nobel Fizik Ödülü sahibi .

Planck, “Kuantum Kuramı”nı geliştirdi ve Termodinamik yasaları üzerine çalıştı. Kendi adıyla bilinen “Planck sabiti”ni ve “Planck ışınım yasası”nı buldu. Ortaya attığı kuantum kuramı, o güne değin bilinen fizik yasaları içinde devrimsel ve çığır açıcı nitelikteydi.

Gençliği ve Kariyeri

Max Planck , geleneksel ve entelektüel bir aileden gelmektedir. Baba tarafından büyük dedesi ve dedesi Göttingen’de ilahiyat profesörüydüler. Babası Kiel ve Münih’te hukuk profesörüydü.

Planck Kiel, Holstein’da doğdu. Babası Johann Julius Wilhelm Planck ve annesi babasının ikinci eşi olan Emma Patzig idi. O, Karl Ernst Ludwig Planck Marx adıyla vaftiz edildi ve ona verilen isim Marx birincil adı olarak belirlenmişti. Ancak 10 yaşındayken Max ismi ile imza atmış ve hayatının devamında bu ismi kullanmıştır. O, ailenin altıncı çocuğuydu. İki tane kardeşi babasının ilk evliliğindendi. Onun ilk anıları arasında, 1864 yılında İkinci Schleswig Savaşı sırasında Kiel içine Prusya ve Avusturya askerlerinin yürüyüşü oldu. 1867 yılında ailesiyle beraber Münih’e taşındılar ve Max Maximilians Gymnasium okuluna alındı. O, burada Hermann Müller vesayeti altında geldi. Hermann bir matematikçiydi ve Max’a mekaniği ve astronomiyi öğretti. Müller’den ilk enerjinin korunumu yasasını öğrendi. Plank 17 yaşındayken erken mezun oldu. Bu Planch’ın ilk fizik alanına temasını sağladı.

Max Planck müzikte de yetenekliydi. Şan dersleri aldı; piyano, çello ve org çaldı. Ayrıca şarkılar ve opera besteledi. Ancak, o bunların yerine fizik okumayı seçti. Münih’te fizik profesörü olan Philipp von Jolly dersine girecek olan Planck’a bir tavsiye de bulundu ve şu cümleyi söyledi: “Bu alanda, hemen hemen her şey zaten keşfedilmiş ve bütün olay geride kalmış olan delikleri doldurmak.”. Planck da yeni şeyler keşfetmek isteyen birisinin olmadığı cevabını verdi. Ancak bu alanın bilinen temelini anlamak için Münih Üniversitesi’nde 1874 yılında çalışmalarına başladı. Jolly gözetiminde, Planck bilimsel kariyeri ile ilgili sadece deneyler yapıyordu. Isıtılmış platinin içinden hidrojenin difüzyon üzerinde çalışıyordu ama daha sonra teorik fiziğe aktarıldı. 1877 yılında fizikçi Hermann von Helmholtz ve Gustav

Termodinamiğin ikinci yasası

Kirchhoff ve matematikçi Karl Weierstrass ile bir yıllığına çalışmak için Berlin’e gitti. O, Helmholtz’un hiçbir zaman hazırlanarak gelmediğini yazmış. Ayrıca çok yavaş konuştuğunu, yanlış hesaplamalar yaptığını ve onu dinlerken sıkıldığını yazmış. Kirchhoff da konuşmalarında kuru ve monoton olduğunu ama derslere özenle hazırlanmış olduğunu yazmıştır. Helmholtz ile yakın arkadaş oldu. Oradayken o alanı olarak ısı teorisini seçmesi için götürdü, Clausius yazılarını da çoğunlukla kendi isteği üzerine çalışmıştır. 1878 yılında Planck eleme sınavlarını geçti ve Şubat 1879’da tezini savundu. Tezi ise “ber den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie” (termodinamiğin ikinci yasası üzerineydi). O, sonra Münih’te eski okulunda matematik ve fizik öğretti.

Haziran 1880 yılında ise O, habilitasyon tezini sundu. Tez başlığı “Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen” (Farklı sıcaklıklarda izotropik durumdaki gövdelerde denge).

Akademik Kariyeri

O, habilitasyon tezini tamamlanması ile Münih’te ücretsiz olarak çalışan özel öğretim üyesi oldu. O sıralarda Max, akademik pozisyon için teklif bekliyordu. Başlangıçta akademik topluluk tarafından göz ardı edilmesine rağmen, ısı teorisi alanında yaptığı çalışmalarını daha da ilerletti ve farkında olmadan aynı Gibbs gibi başka termodinamik formalizmine katkıda bulundu. Entropi ile ilgili Clausius’un fikirleri eserinde merkezi bir rol oynadı.

1885 yılında Planch, Kiel Üniversitesi’nde teorik fizik alanına doçent olarak atandı. Entropi ve özellikle fiziksel kimya uygulanan tedavisiyle ilgili daha fazla çalışmalar yaptı. 1897 yılında Treatise’sını (bilimsel çalışma) yayınladı. O, elektrolitik ayrışma Svante Arrhenius teorisi için bir termodinamik temel önerdi. 4 yıl içerisinde Berlin Üniversite’sinde Kirchhoff’un konumuna varis gösterildi. Bu olay muhtemelen Helmholtz’un aracılığı sayesinde gerçekleşti ve 1892 yılında profesör oldu. 1907 yılında Planck, Viyana’da Boltzmann’ın pozisyonu teklif edildi ama Berlin’de kalmak için teklifi reddetti. 1909 yılı süresince, Berlin Üniversitesin’de profesör olarak O, New York Columbia Üniversitesinde Teorik Fizik Ernest Kempton Adams Öğretim Üyesi olmaya davet edildi. Onun derslerinden bir dizisi Columbia Üniversitesi profesörü AP Wills tarafından tercüme edildi ve yayımlandı. 10 Ocak 1926 tarihinde Berlin’den emekli oldu.

Ailesi

1887 Mart ayında Planck, Marie Merck (1861-1909) ile evlendi. Kiel’de bir apartman dairesi kiraladı ve onunla oraya taşındı. Dört tane çocukları oldu. İsimleri Karl (1888-1916), ikizler Emma (1889-1919) ve Grete (1889-1917) ve Erwin (1893-1945).

Planck ailesi, Berlin’de oturdukları apartman dairesinden sonra, Berlin-Grunewald, Wangenheimstrasse 21’de bir villada yaşamaya başladılar. O bölgede birçok profesör oturuyordu. Bunların içinde ilahiyat profesörü Adolf von Harnack de vardı. Adolf von Harnack yakın zamanda Planck’ın en iyi arkadaşlarından biri olmuştu. Planckların evi, yakın zamanda kültür ve sosyal merkezine dönüştü. Albert Einstein, Otto Hahn ve Lise Meitner gibi çok sayıda tanınmış bilim adamları sık sık ziyaret ederlerdi. Ortaklaşa performans sergiledikleri müzik geleneği zaten Helmholtz evinde kurulmuştur.

Birkaç mutlu yıldan sonra, 1909 Temmuz ayında Marie Planck muhtemelen veremden öldü. 1911’in Mart ayında Planck, Marga von Hoesslin (1882-1948) ile evlendi. Aralık ayında beşinci çocukları dünyaya geldi.

Birinci Dünya Savaşı sırasında ikinci oğlu Erwin, 1914 yılında Fransızlar tarafından esir alınmıştı. Bu sırada en büyük oğlu Karl, Verdun eyleminde öldürüldü. Grete ilk çocuğunu doğururken hayatını kaybetti. Bu olaydan iki yıl sonra kız kardeşi de aynı şekilde hayatını kaybetti. Bu doğan iki kız çocuğuna annelerinin isimleri verildi. Planck, bu acıya metanetle dayandı.

1945 Ocak ayında Erwin, Hitler’e suikast girişiminde bulundu ancak başarılı olamadı. Nazi Volksgerichtshof tarafından ölüm cezasına çarptırıldı. Erwin, 23 Ocak 1945 tarihinde idam edildi. -Eşleri: Marie Merck (evlenme tarihi 1887), von Marga Hoesslin (evlenme tarihi 1910) -Çocukları: Karl (1888-1916), ikizler Emma (1889-1919) ve Grete (1889-1917), Erwin (1893-1945), Hermann (1911-1954)

Berlin Üniversitesi’nde profesörlüğü

Planck, Berlin’deyken yerel Fizik Derneği’ne katıldı ve şu sözleri yazdı: “Ben o günlerde orada teorik fizikçi olarak bulunuyordum. Bu benim için kolay olmadı. Çünkü sözüme entropi ile başladım. Bu konuya o zamanlarda rağbet görülmüyordu. Bu yüzden matematiksel bir hortlak gibi olarak kabul edildi.” Onun girişimi sayesinde, Almanya’nın çeşitli yerel Fiziksel Dernekleri 1898 yılında birleşti çünkü Alman Fizik Derneği (Deutsche Physikalische Gesellschaft, DPG) oluşturmak istiyorlardı. 1905 ve 1909 yılları arasında Planck, orada başkanlık yaptı.

Planck, altıncı dönemin teorik fizik derslerine başlamıştı. Lise Meitner’e göre, dersleri kuru ve biraz kişiliksizdi. Ama İngiliz katılımcı James R. Partington, dersler için şunları söyledi: “Not kullanmadan, hiçbir hata yapmayarak, konuşmasında hiçbir tutukluk olmadan geçti. Dinlediğim en iyi dersti.” Sözlerine şu cümle ile devam etti: “Ayakta dersi dinleyen birçok kişi vardı. Konferans salonu, iyi ısıtılmış ve oldukça yakın olduğu için dinleyicilerin bazıları zaman zaman yere düştü. Ama bu dersin akışını bozmadı. Planck, aslında gerçek bir okul kurmadı. Sadece 20 tane yüksek lisans yapan öğrencisi oldu. Bunlardan yedisi:

1897 Max Abraham (1875–1922)

1904 Moritz Schlick (1882–1936)

1906 Walther Meissner (1882–1974)

1906 Max von Laue (1879–1960)

1907 Fritz Reiche (1883–1960)

1912 Walter Schottky (1886–1976)

1914 Walther Bothe (1891–1957)

Siyah-cisim Işıması

1894 yılında Planck, siyah cisim radyasyon sorununa ilgi gösterdi. Sorun 1859 yılında Kirchhoff tarafından ifade edilmişti: “Neden siyah bir cisim tarafından yayılan elektromanyetik radyasyonun yoğunluğu sıklığına ve cismin sıcaklığına bağlıdır?” Soru deneysel olarak incelenmiştir ve hiçbir teorik değer deneysel değer ile eşleşti. Wilhelm Wien, Wien yasasını önerdi. Bu yasaya göre doğru bir şekilde yüksek frekanslarda davranış tahmin edilebilir, ancak düşük frekanslarda başarısız şekilde tahmin edilebilirdi. Rayleigh-Jeans yasası da ayrıca o probleme yönelik bir yasaydı. Bu yasa daha sonra “ultraviyole felaket” olarak bilineni yarattı, ancak birçok ders kitaplarının aksine bu Planck için bir motivasyon kaynağı oldu.

Planck, 1899 yılında problemin çözümüne bir çözüm önerdi ve buna “temel bozukluğun ilkesi” adını verdi. Bu ona Wien’in yasasının türetmek için ideal bir osilatör entropi hakkında varsayımlar sağladı. Yakında deneysel kanıtlar yeni bir yasa olmadığını ispat etti. Bu yüzden Planck, hayal kırıklığına uğradı. Planck’ın yaklaşımı ünlü “siyah cisim radyasyon yasası”nın ilk versiyonunu türetmek oldu. Bu yasa deneysel olarak gözlemlenebilen siyah cisim spektrumu olarak nitelendirdi. İlk olarak 19 Ekim 1900 tarihinde DPG bir toplantıda önerilmiştir ve 1901 yılında yayınlandı. Bu ilk türevde enerji kantizasyonu içermiyordu ve istatistiksel mekaniği kullanamadı. 1900 yılının Kasım ayında Planck’ın ilk yaklaşımı termodinamiğin ikinci yasasının Boltzmann’ın istatistiksel yorumuna dayanarak o radyasyon yasasının arkasında ilkeleri daha temel bir anlayış kazanma yolu arıyordu.

Kuantum Kuramı?

Planck Boltzmann yaklaşımının böyle felsefi ve fiziksel etkileri derinden şüphelenerek daha sonra şu cümle ile bitirdi: “Ben fizik hakkında benim önceki mahkumiyet herhangi birini feda etmeye hazırdım.” Onun yeni türetme arkasında merkezi varsayımlar, 14 Aralık 1900 tarihinde DPG’de sunuldu. Onun bir varsayımı vardı. Bu varsayıma artık biz Planck postüla’sı diyoruz. Bu elektromanyetik enerjiyi yalnızca nicelik şeklinde yayılan olabilir varsayımıydı. Başka bir deyişle enerji sadece bir temel birimi E = h • ν ve katları olabilir. Burada h Planch sabiti ayrıca (1899 yılında zaten tanıtıldı) Planck’ın kuantum kuramı olarak da bilinir.  ise (Yunan harfi olarak nu, Roman alfabesindeki v değildir) radyasyon frekansıdır. Burada tartışılan konu enerjinin temel birimini h \ v‘den ve sadece h ifade edildiğidir. Fizikçiler şimdi bu niceliklere proton diyorlar ve frekans olan bir foton kendine özgü ve eşsiz enerjiye sahiptir. Bu frekanstaki toplam enerji, frekanstaki fotonların sayısının h \ v çarpımına eşittir.

İlk başlarda Planck, kantizasyonu “saf formel bir varsayım… Aslında ben bu konuda pek düşünmedim…” Günümüzde bu varsayım ile klasik fizik ile uyumsuzdur ancak kuantum fiziğinin doğumu olarak kabul edilir ve Planck’ın kariyerinin büyük entelektüel başarısıdır. (Ludwig Boltzmann 1877’de teorik kağıdın da fiziksel bir sistemin enerji halleri ayrık olabilme olasılığını tartışılıyordu) Planck sabitinin keşfi fiziksel birimlerin yeni bir dizi evrensel tanımlamaya etki ediyordu (Planck uzunluğu ve Planck kütlesi gibi). Bütünüyle kuantum teorisinin dayandığı temel fiziksel sabitler dayanmaktadır. Planck’ın fizik temeline katkısı ona 1918 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı.

Daha sonra enerjideki kuantumu anlamaya çalıştı. Ama boşuna uğraşmıştı. Hatta birkaç yıl sonra Rayleigh, Jeans ve Lorentz gibi diğer fizikçiler klasik fizik ile uyum sağlayacak Planck sabiti sıfır yapma amacını gösterdiler ama Planch bu sabitin sıfır olmayan bir değer olduğunu biliyordu. O “Jeans’in inadını anlamak mümkün. Varolanı asla gerektiği gibi kullanmayan bir kuramcı örneği. Aynı filozof Hegel gibi. Kendi iradeleri yoksa gerçekle onlar için çok kötü” dedi. Max Born bir yazısında Planck için “O doğası gereği muhafazakar bir zihin oldu. O spekülasyonlar konusunda oldukça şüpheli birisi.” ifadelerinde bulundu.

Devamı 2. sayfada: