Kuantum Teorisi nasıl ortaya çıktı?

Aslında Kuantum Teorisi çılgınca bir fikirden değil bir ampulden çıktı.1890'ların başında Alman Standartları Büro'su Max Planck'a ampüllerin en az elektrik gücü ile en çok ışığı verecek şekilde nasıl yapılacağını sordu.

Bu durum karşısında Planck'ın ilk işi sıcak ampül telinin ne kadar ışık vereceğini 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 renkte ışıkları ne kadar yaydığını bulmaya çalıştı fakat tahminleri elektromanyetik teori ile bir türlü uyuşmuyordu.Sonra "çaresizlikten" elektromanyetik 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 taşınması kulağa çılgınca gelebilir, ve o zaman da öyleydi.Fakat daha sonra Einstein bunu daha tanıdık bir sorun ile ilişkilendirdi:Paylaşma.

Bir çocuğu mutlu etmek isterseniz ona bir kurabiye verebilirsiniz.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 pek de mutlu edemezsiniz.

Hatta eğer içi sonsuz çocuk dolu bir odanız varsa fakat sonsuz kurabiyeniz yoksa ve kurabiyeleri çocuklara eşit şekilde dağıtmaya çalışırsanız her çocuğa ancak sonsuz küçük kırıntı kalır ve hiçbiri mutlu olmaz.Yine de bütün kurabiyeleri yemiş olurlar.

Işık dalgaları ile çocuklar arasındaki fark, gerçekte bir odaya sonsuz çocuk dolduramayacak oluşunuz.Ama ışık dalgaları her boyda dalgalardan oluştuğu için, yeteri kadar küçük ışık dalganız olabilir ve bir odanın içine ondan sonsuz tane sığdırabilirsiniz.Sonra bu ışık dalgası bütün kurabiyelerinizi yer..Yani enerjiyi.Hatta bu sonsuz küçük dalgalar birlikte enerjiyi soğurmak için sonsuz kapasiteye sahip olur.Odaya koyduğunuz herhangi bir şeyden bütün ısıyı emer.

Bir fincan çayı, yada 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 yada 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 aslında "sıcaklık" bahsediliyor.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; ısındıkça daha mavi, viyole, ultraviyole ışık yaymasının nedeni budur.

Planck'ın mızmız ışık kuantum teorisi ampul telinin ancak 3200 Kelvin dereceye kadar ısıtıldığında yaydığı enerjinin çoğunluğunun görünür ışık dalgası olacağını söyler.Daha yüksek sıcaklığa kadar ısınırsa yayılan 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