Planck sabiti

Planck sabiti (h ile gösterilir), kuantum mekaniğinden elde edilen temel bir fizik sabitidir; tam olarak 6.62607015 × 10⁻³⁴ joule-saniye değerine eşittir. Bir fotonun enerjisinde (E = hν), Heisenberg belirsizlik ilkesinde (Δx · Δp ≥ ℏ/2, burada ℏ = h/2π indirgenmiş Planck sabitidir) ve herhangi bir parçacığın momentumunu dalga tanımlamasına bağlayan de Broglie dalgaboyunda (λ = h/p) karşımıza çıkar.

Max Planck, sabiti 1900 yılında kara cisim ışımasını — ısıtılmış bir cismin yaydığı ışık spektrumunu — açıklamak için ortaya koydu. Klasik fizik, kısa dalgaboylarında sonsuz enerji öngörüyordu (“morötesi felaket”); Planck’ın enerjinin E = nhν ayrık paketler hâlinde geldiği varsayımı bu sapıklığı çözdü ve kuantum mekaniğini farkında olmadan başlattı. Einstein bu fikri 1905’te fotoelektrik etkiyi açıklamak için genişletti; bu çalışma kendisine 1921 Nobel Ödülü’nü kazandırdı.

Mayıs 2019’dan itibaren Planck sabiti, SI sisteminde kiloğramı tanımlamaktadır. 2019 SI yeniden tanımlaması, birçok temel birimi (kilogram, amper, kelvin, mol) fiziksel eserlere bağımlılıktan temel sabitlere bağımlılığa taşıdı. 2019 öncesinde kilogram, Paris yakınlarındaki bir kasada saklanan platin-iridyum bir silindir (Uluslararası Kilogram Prototipi, IPK) tarafından tanımlanıyordu; 2019’dan sonra ise Planck sabiti ve Kibble terazisi (eski adıyla “watt terazisi”) adı verilen laboratuvar cihazı aracılığıyla mekanik ve elektriksel güç eşitlenerek kütlenin h’den türetildiği bir düzene geçildi.

Gündelik ölçümler için pratik etkisi sıfırdır. Yeni tanım, 1 kg’nin ölçüm hassasiyeti dahilinde eski SI altındaki 1 kg’ye eşit olacağı şekilde seçildi. Mutfak teraziniz ve un paketinin üzerindeki kütle değişmedi. Değişen şey izlenebilirlik zinciridir: ulusal metroloji enstitüleri (ABD’de NIST, İngiltere’de NPL, Almanya’da PTB) artık Paris silindirinin bir kopyasına göre kalibrasyon yapmak yerine kiloğramı temel ilkelerden bağımsız olarak gerçekleştirebilmektedir. Kaynak: BIPM — SI temel birimleri, 2026-05 itibarıyla.

Çalışma örneği: foton enerjisi

λ = 550 nm dalga boyundaki yeşil bir fotonun frekansı ν = c/λ = (3.00 × 10⁸) / (5.50 × 10⁻⁷) = 5.45 × 10¹⁴ Hz’dir. Enerjisi ise E = hν = (6.626 × 10⁻³⁴) × (5.45 × 10¹⁴) = 3.61 × 10⁻¹⁹ J, yani yaklaşık 2.25 eV’dir. 1 watt gücündeki yeşil bir lazer dolayısıyla saniyede yaklaşık 1 / 3.61 × 10⁻¹⁹ ≈ 2.8 × 10¹⁸ foton yayar. h çok küçük olduğundan bireysel foton enerjileri joule cinsinden son derece küçüktür; ancak kimyasal bir bağ kesrinin büyük bir oranıdır. Bu nedenle görünür ışık fotosentezi yönlendirebilirken ve mor ötesi ışık DNA’ya zarar verebilirken radyo dalgaları bunu yapamaz.

Yeniden tanımlamanın önemi

Kiloğramı h’ye bağlamak tek bir hata noktasını ortadan kaldırdı. Paris silindiri, bir yüzyıl boyunca kardeş kopyalarına göre onlarca mikrogram kaymıştı; bu, ilaç dozajlama, yarı iletken metrolojisi ve kuvvet standartlarının tümü o tek esere zincirliyken ciddi bir sorundu. h sabitlendiğinde, yeterli donanıma sahip herhangi bir laboratuvar kiloğramı 10⁸’de bir hassasiyetle ölçülebilen elektriksel büyüklüklerden gerçekleştirebilir. Aynı ilke artık amperi (temel yük e) ve kelvini (Boltzmann sabiti k) de sabitlemiştir. Ayrıca bkz. kilogram ve NIST SI yeniden tanımlama genel bakışı.