Evrenin Katsayılarından: Foton

Planck, ünlü bir Alman fizikçiydi. Bir gün öyle bir değişmez katsayı keşfetti ki, ne olduğunu kendisi bile anlayamadı. Bu katsayı, ışık hızı değişmezinin yanında oldukça küçüktü. Hatta, kütle çekim sabitesinden de küçüktü. Küçüktü ama, belli denklemlerde, belirli terimlerin yanında öyle bir önem kazanıyordu ki, onsuz denklem bir türlü denkleşmiyordu. Max planck, 1900’lü yıllarda Berlin Üniversitesi’nde teorik fizik  profesörüydü. Işığın bir akarsudaki sürekli akışı gibi değil; bir yağmur damlasının pencere camına vurduğu darbeler gibi bir karaktere sahip olacağını düşündü. O zamana kadar ışık bir dalga hareketidir şeklinde yaygın ve kalıplaşmış yargı vardı. Bu yağmur damlalarının her biri en  küçük enerji paketi gibi düşünülebilirdi. Planck, bu enerji paketlerine “foton” adını verdi. Böylece foton kavramının fiziğe girmesi ile birlikte müthiş bir devrim yaşandı. Işığın tıpkı ses gibi dalgalar halinde havada ve boşlukta yayıldığı doğruydu ama, ışık aynı zamanda parçacıklar halinde de hareket ediyordu.

Işığın tanecikleri

Bir ışık demetinde kütlesi sıfır olan ışık parçacıkları vardır. Bu ışık parçacıklarına foton diyorduk. Fotonların kütlesi yoktur ama, enerjileri vardır. Bildiğimiz güneş ışığı da çeşitli uzunlukta ki dalgaların topluluğu olarak düşünülür. Değişik dalga boylarına sahip ışık,  gözümüzün retina tabakasında farklı etkiler meydana getirdiği için evren bize ”renkli” görünür. Aslında renk diye bir özellik yoktur, sadece ışığın çeşitli dalga boyları vardır. Güneşten gelen ışınların hemen yarısı, bu renkleri içeren ve mor renkten kırmızı  renge kadar değişen dalga boylarına sahiptir. Mor renk, en kısa olan dalga boyunu, kırmızı renk ise en uzun dalga boyunu gösterir. Peki kırmızıdan daha uzun, ya da mordan daha kısa olan dalga boyları yok mudur? Tabi ki vardır. Ama ne yazık ki, bizim gözümüz bu ışınları göremez. Bundan sonra da asla göremeyecektir. Zira gözümüz sadece 7 renk olarak bilinen ve beyaz ışığın prizmadan geçerken kırılan renklerini görür.

Bu renkler dışında hiçbir dalga boyunu göremeyiz. Çevremizde radyo dalgaları, TV ve radar dalgaları, kozmik ışınlar, X ışınları ve gama ışınları dalgalarının yakın akrabası sayılırlar. Aradaki fark, sadece bir uzunluk konusudur. Radyo dalgaları ışık dalgalarından daha uzundur.

Evrende elektromanyetik spektrum (tayf) olarak bilinen çeşitli uzunluktaki dalgalardan oluşan ve birbirine sıkıca kenetlenmiş bir aile vardır. Bu aile bireyleri giderek artan dalga boylarına göre 9 grupta toplanırlar.

• Kozmik ışınlar
• Gama ışınları
• X ışınları
• Ultraviyole ışınlar
• Görünür ışık
• Kızılötesi ışınlar
• Mikrodalgalar
• Radyo dalgaları
• Elektrik gücü

Dünyamızın atmosferi görünen ışığa ve mikrodalga ışınlara karşı saydamdır. Diğer ışınlar havayı geçemezler. Atmosfer dışına fırlatılan bazı özel roketler ve araştırma uyduları yardımıyla uzaydaki çeşitli ışınların varlığı anlaşılmış ve böylece bilimde radyo astronomi gibi yepyeni bir dal doğmuştur.

Her cisim, sahip olduğu sıcaklık değeri ile aslında mutlak sıcaklığın dördüncü kuvveti ile orantılı olarak çevreye bir ışın yayar. Eğer sıcaklığı çok düşükse yaydığı elektromanyetik enerji de o kadar küçük olur. Uzun radyo dalgaları bu çeşit dalgalardır. Cismin sıcaklığı yükseldikçe, daha enerjik kısa dalga boyu ışınlar yayılmaya başlar. Sıcaklık yükselmeye devam ettikçe mikrodalgalar; daha sonra kızıl altı dalgalar yayılmaya başlar. İnsan vücudu da sahip olduğu 37 derecelik sıcaklık değeri ile çevreye bir enerji dalgası yayar. Bu dalganın dalga boyu kızılötesi (infrared) bandındadır.

Güneşimizin yüzey sıcaklığı 6.000 derecedir. Bu ışınımın zirve noktası görülebilir sarı ışık bölgesindendir. Görülebilen ışığın tüm dalga boylarını kapsayan bu ışın demeti, gözümüze beyazmış gibi bir izlenim bırakır. Bu sıcaklık değerindeki bir kaynağa “Akkor” adı verilir.i

Işığın değişik uzunlukta dalga boylarına sahip olması, onun frekans denilen bir başka özelliğini de gündeme getirir. Aslında dalga boyu ile frekans arasında sadece bir matematiksel yorum farkı vardır. Gerçekte özellik hep aynıdır. Frekans, saniyedeki titreşim sayısı  olarak tanımlanır. Buna göre, bir saniye içinde ortamdan geçen dalga boylarının sayısı, bize frekans tarifini verecektir. Haberleşme mühendisliğinde dalga boyu yerine frekans tabiri kullanılır.

Dalganın özellikleri

Max Planck da frekans deyimini kullandı. Işığın enerjisini, frekans değerine böldüğü zaman, sabit bir katsayı buldu. Işığın sahip olduğu her enerjinin değerinin, frekansa bölümünden ortaya çıkan katsayılar, hep aynı sonucu gösteriyordu. Planck, bu işe bir anlam veremedi  ama, bulduğu katsayıyı bilim dünyasına iftiharla taktim etti:

H= 6.626 ×10^{−34 joule san.}

^{Zamanımızdan 90 küsür sene önce yaşamış fizikçilerin ne kadar şaşkınlığı bu katsayıyı kabul ettikleri}

^{tahmin edilebilir.Zira bu sabitle ışığın frekansı çarpıldığı zaman ortaya bir enerji kavramı çıkıyordu.} Enerji o zamana kadar kinetiktir, potansiyeldir, mekaniktir vs. şeklinde klasik anlamları ile biliniyor ve öğretiliyordu. Şimdi bambaşka bir enerji kavramı ile karşılaşmıştı. Gel de işin içinden çık bakalım.

^{Evrensel sabitler denildiği zaman, evrenin neresine gidersek gidelim, en küçük bir atomik parçacıktan, en büyük bir galaksiye kadar, her yer ve her zamanda hiç değişmeyen kararlı ve değişmez katsayılar anlaşılmalıdır. Işığın hızı, her gezegenden her yıldıza bakan bir gözlemci için sabittir, değişmez. Kütle çekim katsayısı, galaktik sistemlerdeki güneşler için de aynen geçerlidir, moleküller arasında da..}

^{Planck sabitesinin enerjiyle olan ilgilisi, gözün görebildiği ve göremediği, uzayın sonsuz ufuklarına kadar uzanan her noktasında değerini aynen korur. Bu üç sabit katsayı, evren oluştuğu andan itibaren görevleri başındadır.}

^Kaynaklar:

^{-Weiser William  “Uzay Bilgisi”}

^{-Layzer David   “Cosmogenesis”}

^{-Tuna Taşkın “Sonsuz Uzaylar”}