DOM (2)- Enerjinin kökeni ve kuantum kavramının ortaya çıkışı

DOM (2)- Enerjinin kökeni ve kuantum kavramının ortaya çıkışı

Doğada her şeyin enerjiyle oluştuğunu, enerjinin bir yerden bir başka yere (örn. çok sıcak yerden daha az sıcak yere, yani daha ekonomik noktaya) akarak kuvvet denilen faktörü oluşturduğunu fark eden bilim adamları enerjinin nelere bağlı olduğunu araştırmaya başladıklarında şunları keşfederler.

i-Enerji varlıkların ısı dereceleriyle orantılı olarak artmaktadır;

ii-Enerji radyasyon olarak yayılır ve radyasyonun frekansı arttıkça enerjisi de artar.

Bu iki temel saptamaya göre de şu şekilde bir diyagram ortaya konur.

Bu diyagrama göre, frekans arttıkça, oluşacak enerji yoğunluğu da aşırı şekilde artacaktır. Ültraviyole ışınlarına doğru frekans gittikçe arttığından, ültraviyole ötesinde anormal bir enerji yayınlanmasının gerekli olduğu, bu durumun da doğada ültraviyole felaketi adı verilen bir sonuca götürmesi gerektiği gibi bir sonuç ortaya çıkar. Doğada böyle bir durum olmadığına göre, Rayleigh-Jeans yasası olarak bilinen formülde bir hata olması gerektiği anlaşılır. (Formüllerde n=frekans, c=ışık hızı, T=kelvin değeri olarak sıcaklık, k=Boltzman sabitidir.)

Formülde bir hata olması gerekir, çünkü deneylere dayanılarak Gustav R. Kirchhoff tarafından 1860’lı yıllarda, tüm varlıkların enerji durumlarını yansıtan bir radyasyon spektrumuna sahip oldukları ortaya konulmuştu. Kirchhoff yasası olarak bilinen bu kurala göre, sıvı veya katı haldeki maddeler (çok sayıda atomların birleşmeleriyle oluşan yoğun sistemler) süreklilik arz eden, yani her frekansı içeren, ama farklı amplitüd gösteren bir elektromanyetik dalga sistemi (blackbody radyasyonu) yayarlar. Blackbody radyasyon eğrisi bir çan eğrisi şeklindedir ve frekans artıkça enerji yayınımı artmamaktadır. Öyleyse, Rayleigh-Jeans formülünde bir hata olmalıdır. Bu hatanın nerden kaynaklandığını araştıran fizikçi Max Planck, formülün şekilde (A)da gösterilen gibi değil, (B)de gösterildiği şekilde olması durumunda, enerji-frekans eğrisinin doğadaki blackbody radyasyonu eğrisine dönüştüğünü fark eder. Bu formülde, Rayleigh-Jeans formülüne ek olarak (h) olarak tanımlanan ve üssel (eksponansiyel “e”) olarak da etkili olan bir faktör bulunmaktadır. Bu durumda “ültraviyole felaketi” senaryosu ortadan kalkmaktadır.

Peki Planck ne bulmuştu?

Planck zamanına kadar, enerji denilen şeyin, istenildiği kadar küçük parçaya bölünebilen, yani sıfır (0) değerine bile indirgenebilen, belli bir kimliği-kişiselliği, çevresini algılama ve ona göre davranma yeteneği olmayan, cansız bir değer sistemi olduğu varsayılıyordu. Doğa veya tanrı denilen harici bir ekstra varlığın bu enerjiyi kendi görüşüne göre kullanıp, doğadaki olayları oluşturup-yönlendirdiği görüşü egemendi. Planck, enerji denilen faktörün, istenildiği kadar küçük parçaya bölünebilen bir şey değil, belli bir sabit değere sahip olması gereken bir faktör olduğunu ortaya koymuştu. Ve bu sabit değerin de Planck sabiti (h) denilen h=6.62606896×10^-27erg·s gibi belli değerde olduğu hesaplanmıştı.

“En küçük enerji değeri ne kadar” sorusundaki “ne kadar?” anlamına gelen quantum (kuantum) terimi de bu manada üretilmiş ve kuantum fiziği denilen fizik dalının ortaya çıkmasına yol açmıştır.