Tip:
Highlight text to annotate it
X
Kuantum teorisi nereden geldi?
Çılgın bir fikirden değil bir ampulden çıktı. 1890'ların başında Alman
Standardları Bürosu Max Planck'a ampullerin en az elektrik gücü ile en çok ışığı
verecek şekilde nasıl yapılacağını sordu.
Planck'ın ilk işi sıcak ampul telinin ne kadar ışık vereceği tahmin etmek oldu.
Işığın her bir renk için ayrı frekanslarda olan elektromanyetik dalgalardan oluştuğunu
biliyordu. Sorun ışığın kızılötesi veya ultra-viyole dalgalarından çok görünür
ışık frekanslarından yayılmasını sağlamaktı.
Sıcak bir nesnenin farklı renk ışıkları ne kadar yaydığını bulmaya çalıştı, fakat
tahminleri elektromanyetik teori ile bir türlü uyuşmuyordu.
Sonradan "çaresizlikten" dediği bir iş yayıp EM teoriyi bir kenara bırakıp
deneysel verileri kullanarak çalıştı. Veriler yeni bir fizik kuralına
işaret ediyordu: Işık dalgaları enerjiyi sadece paketler halinde taşır. Yüksek frekanslı
ışık büyük paketler, düşük frekanslı ışık küçük paketler halinde
enerji bulundurur.
Işığın paketler veya "kuanta" halinde gelmesi kulağa çılgınca gelebilir, ve o zaman öyleydi.
Fakat daha sonra Einstein bunu daha tanıdık bir sorun ile ilişkilendirdi: paylaşma.
Bir çocuğu mutlu etmek isterseniz... ona bir kurabiye verin! Fakat iki çocuk varsa, ve
sadece bir kurabiyeniz varsa çocukları yalnızca yarısı kadar mutlu edebilirsiniz. Ya dört,
sekiz yada bir milyon altıyüz bin çocuk varsa bir kurabiyeyi
aralarında paylaştırarak onları pek de mutlu edemezsiniz.
Hatta eğer içi sonsuz çocuk dolu bir odanız varsa fakat sonsuz kurabiyeniz yoksa,
ve kurabiyeleri her çocuğa eşit şekilde dağıtmaya çalışırsanız her çocuğa ancak sonsuz küçük kırıntı
kalır ve hiç biri mutlu olmaz. Yine de bütün kurabiyeleri yemiş olurlar.
Işık dalgaları ile çocuklar arasındaki fark, gerçekte bir odaya sonsuz
çocuk dolduramazsınız. Ama ışık dalgaları her boyda dalgalardan oluştuğu için, yeteri kadar
küçük ışık dalganız olabilir ve bir odanın içine ondan sonsuz tane sığdırabilirsiz. Sonra bu
ışık dalgası bütün kurabiyelerinizi yer… Yani enerjiyi.
Hatta bu sonsuz küçük dalgalar birlikte enerjiyi soğurmak için sonsuz bir kapasiteye sahip olur.
Odaya koyduğunuz herhangi bir şeyden bütün ısıyı emer…
Bir fincan çayı, ya da güneşi, hatta süpernovayı anında soğutur.
Şanslıyız ki evren böyle çalışmıyor… Çünkü, Planck'ın öngördüğü gibi, küçük, yüksek
frekanslı dalgalar yalnızca büyük paketler halindeki enerjiyi taşıyabilirler. Tıpkı yalnızca otuzyedi ya da
yüz altmış iki kurabiye kabul eden mızmız çocuklar gibi.
Ne bir eksik, ne bir fazla. Bu kadar seçici ve mızmız olduklarından yüksek frekanslı dalgalar kaybederler
ve enerjinin çoğu eşit pay almayı kabul eden daha düşük frekanslı paketler
tarafından taşınır. Paketlerin taşıdığı bu ortak, ortalama enerji ile biz aslında
"sıcaklık"'ı kastediyoruz.
Yani yüksek sıcaklık sadece yüksek ortalama enerji demek, ve bundan dolayı Planck kuralı ile,
ışığın daha yüksek frekansı yayılır. Bir nesne ısındığında ilk önce kızılötesi, sonra kırmızı,
sarı, beyaz; sıcaklaştıkça daha mavi, viyole, ultraviyole ışık yaymasının
nedeni budur.
Planck'ın mızmız ışık kuantum teorisi bize ampul telinin ancak 3200 Kelvin dereceye kadar
ısıtılıldığında, yaydığı enerjinin çoğunluğunun görünür ışık dalgası olacağını
söyler - Daha sıcak olursa ultraviyole ışık ile bronzlaşmaya başlarız.
Aslında, ampul ve solaryumlardan çok önce kuantum fiziği önümüzdeydi.
İnsanlar binlerce yıldır ateş yakıyorlar ve alevlerin renkleri
o zamandan beri "kuantum" diye bağırıyor.