Kolay Bilgiler

Online Faydali Makaleler!

Merhaba Ziyaretçi! Giriş veya kayıt yaparak makale gönderebilirsin!

Quantum

Ekleyen: Ahmet Polatlı RSS kaynağına abone ol | 25 Kasım 2018 | Gösterim:
loading
 
  



Alman Ağırlıklar ve Ölçüler Enstitüsü, yeni elektrik lambaları içinbir ölçek ararken, fizikçi W. Wien'den bir "kara cisim'in sıcaklığıyla,onun yaydığı ışınlar arasındaki bağıntıyı belirlemesini istedi.Bilindiği üzere ısıtılan cisimler ısırdı. Sözgelimi bir bakır parçasımorötesi ışınları yaymadan önce İlkin kızaracak, sonra akkor halegelecektir. Bu aşamada cismin yaydığı maksirnurn ışınlar morakayacaktır.

1900'da Berlin Üniversitesi profesörlerinden M. Planck bu problemikuram yoluyla çözmeye çalışırken olanlar oldu. Planck'a göre kara cisimfüzerine gelen bütün ışık, elektromagnetik dalgaları yutarak büyükenerjilere sahip olabilen cisim) ışıması-soğurması denen bu problem,gözlem ve deneylerle ancak şu şartta uyuşuyordu: Kara cisme ulaşan yada ondan yayılan ışınların sürekli değil; aralıklı, kesik kesik enerjipaketleri şeklinde olması gerekir.

Bu ifade açıkçası,klasik fizikte hep sürekli bir büyüklük olarak algılanan ve böyleceişlemlere sokulan enerjinin aslında parçalı da olabileceğinisöylüyordu. Bundan dolayı yeni bulguya "miktar parça" anlamında"kuantum1' denildi.

Doğrusunu söylemek gerekirse, bunukabul etmek için klasik bilim anlayışını bir tarafa bırakmakgerekliydi.' Bu nedenle, Planck bu varsayımı gönülsüz olarak ortayakoydu ve hesap hatasının söz konusu olabileceğini vurguladı.

Teorinin tarihsel gelişimi

Planck'ın bulgusundan 5 yıl sonra A.Einstein fotoelektrik etki olarakbilinen fizik olayını açıkladı ve Nobel ödülünü almaya da hak kazandı.Einstein'e göre ışıklı parçacıklar, frekanslarıyla orantılı olarakenerji taşır ve bu enerji metallerin elektronlarına aktarılabilirdi.Böylece vakum ortamda, ışık yoluyla metalden kolayca elektronsökülebilir, elektrik akımı iletilebilirdi. Işığın C.Huygens'den beribilinen dalga yapısı bu olayı açıklayamazdı. Çünkü çok kısa bir sürede,ışığın frekansının büyüklüğüne bağlı olarak metalden elektron sökülmesiancak ışığın tanecik şeklinde düşünülmesiyle mümkündü. Planck haklıçıkmıştı, kesikli büyüklükler (kuantlar) görüşü anlam kazanıyor, bilimadamları mikroskobik olayları düşünürken bu çözüm ihtimalini de gözönünde tutuyorlardı.

1906'da, E.Rutherford atomunyapısının araştırılması amacıyla yaptığı deneylerde, atomun GüneşSistemi benzeri bir yapıda olduğunu ve merkezde (+) artı yüklü birçekirdekle bu çekirdeği çevreleyen (-) eksi yüklü elektronlardanoluştuğunu ortaya koydu. Fakat bu şekilde açıklanmış bir atomdaelektronların hareketi, klasik hareket denklemleriyle incelendiğindeortaya çelişki çıkıyordu. Çünkü, bu durumda çekirdeğin çevresindedolanan bir elektron, eninde sonunda çekirdeğe düşmeliydi. Bu doğruysane dünyanın ne de evrenin varolmaması gerekiyordu. Ortada, atomkalmıyordu. Bu sorunun üstesinden Danimarkalı genç bilim adamı N.Bohrgeldi.Bohr elektronlar için atom çekirdeği etrafında belirli çemberselyörüngeler öngörüyordu. Bundan hareketle, açısal momentumun kuantalı,büyüklük olduğunu belirtiyor; Planck sabitinin (h), 2n'ye bölümünün tamkatları şeklinde yörüngeler düşünüyordu. Kararlı yörüngedeki elektronbu yörüngeyi ancak enerji vererek ya da enerji alarak terkedebirdi. Bugeçişlerde enerjisi "hf" ile verilen fotonlar ısınıyor ya dasoğuruluyordu. Bu ifade de fotoelektrik olaydaki gibi kuantalı enerjiyiÖn görüyordu, (h: panck sabiti; f: ışığın frekansı) Okullarımızda,geçerli atom teorisi olarak işlenen, Bohr'un bu bulgusu da kuantumluluktezini destekliyordu.

Bohr'un atom teorisininsonraları hidrojen ve hidrojen benzeri (son yörüngesinde bir elektrontaşıyan) sistemler için geçerli olduğu gözlendi. Fizikçiler artıkatomik düzeydeki yapılan açıklayabilmek için tek çıkar yol olarakkuantum teorisini kullanmaya devam ettiler. Dolayısıyla teorinin anaçatısı atomik yapıların gün ışığına çıkmasıyla oluşuyordu.

Atom teorisiyle alakalı bu gelişmeler sürerken 1922'de Amerikalıfizikçi H.Comptom, X ışınları üzerine yaptığı incelemelerde; "hf"enerjili olarak düşünülen fotonların serbest elektronlaraçarptırılmasıyla bu ışınların "hf/c momentumlu olarak elektronlarlaetkileştiğini gözlemledi. Bununla da kalmayarak, çarpışmadan sonraaçığa çıkan ışının frekansının daha küçük olduğunu tesbit etti. Budeney şunu kesin bir şekilde belirtiyordu ki mikroskobik sistemlerdekesikli paketçik yapıda çizgisel momentum öngörülebiliyordu. Bu dakuantumluluk hipotezine bir doğrulama getirmiş, teorinin tanımıgenişlemiştir.

Almanya'da Göttingen Üniversitesi'ndearaştırmacı olan W. Heissenberg, hocası M.Born ve arkadaşı P. Jordanile birlikte çok elektronlu atomların açıklanması bağlamında "matrismekaniği" teorisini ortaya attı. Yine, 1923'de Paris Üniversitesi'neverdiği doktora teziyle L. de Broglie, Heissenberg'in fikirlerini dedestekleyerek yeni bir atom anlayışı gündeme getirdi: Elektronlar birtanecik olarak değil fakat dalga olarak yorumlanmalıydı. Böylece,çekirdeğin çevresinde dolanan her tam dalga ancak belli bir yörüngeyerastgeliyor ve neden elektronların belirli yörüngelerde dolandığıbütünüyle açığa çıkıyordu. Bohr'un farkında olmadan, sezgisiyleteorisinde söz ettiği belirli yörüngeler çıkarımı böylece doğrulanmışoluyordu. Bu durumda enerjinin kuantumlu olmasına ek olarak çizgiselmomentum gibi açısal momentumun da kuantumlu bir büyüklük olabileceğiresmen ispatlanıyordu.

1926'da E.Schrödinger, deBroglie tarafından yorumlanan dalga teorisini tanımlayan dalgadenklemini makaleler halinde açıkladı. Fizikte, bir kuramınanlaşılabilirliği, gözlenebilirliği ve uygulanabilirliği çok önemlidir.Bu nitelikleri taşıyan dalga denklemi ve dalga görüşü fizikçilerarasında çok çabuk kabul gördü. Fakat bir yandan da nasıl olup budalgaların tanecik gibi, Geiger sayacında tıklamalar oluşturduğu birsorundu. Bohr, bu problemi elektronların dalga şeklindenitelendirilmesinin ancak soyut olarak geçerli olabileceği fikriniortaya atarak, çalışmalarda gerektiğinde dalga Özelliğinin gerektiğindede tanecik özelliğinin kullanılması gerektiğinin altını çizerekçözümledi.

Kuantum teorisinin felsefesi

Ünlü kuramcı Bohr, "Kuantum teorisiyle şok olmayan kimse, onuanlamamıştır" der. Gerçekten de matematiksel olarak açık bir şekildeifade edilmesine karşın bu teorinin felsefi alanda yorumlanması veoluşturduğu problemlerin çözümlenmesi bir hayli zor görülüyor.

Kuantum teorisi bilime ve doğaya farklı bir bakış açısı getirmiştir.Şimdi, bu yenilikleri görebilmek için klasik ve kuantumlu anlayışınbelli başlı özelliklerini ortaya koyalım. Öncelikle klasik fiziğinfelsefi dayanaklarına bakarsak:

1) Klasik fizikte, bircismin hızı, ivmesi, enerji ifadeleri gibi tüm nicelikler cisminkonumunun zamana göre diferansiyelleri ile ifade edilir.

2} Yukarıda sözü edilen momentum. enerji gibi fiziksel büyüklüklerin bütün olarak ele alındığı görülür.

3) İrdelenen olaylar belli bir kesinlik, belirlilik taşır ve istenilendoğrulukta ve aynı anda bütün fiziksel büyüklükler ölçülebilir.

4) Evrenin geçmişinde oluşan olaylar incelenerek, geleceğe ilişkin biryordama yapılabilir. Sözgelimi, Jüpiter Gezegeni şu zamanda,yörüngesinin şurasında ve bize bu kadar uzaklıkta olacaktır,denilebilir. Gözlem ve deneylerde küçük hatalar çıkabilme olasılığınakarşın tahminlerimiz büyük ölçüde doğrulanır.

5)Klasik fizik ile incelenen her sistem ya da olay birbirinden bağımsızolarak düşünülür; bu sistemi oluşturan ve birbiri İle iletişim olanağıbulunmayan varlıklar bütünüyle ayrı olarak ele alınır.

6) Klasik olarak incelenen olay, gözlemci ve kullanılan deney aleti ile değişiklik göstermez.

Kuantum görüşünün kabul edilen temel olguları ise:

a) Olayların incelenmesinde kompleks yapıda ve bir olasılık denklemiolan Schrödinger dalga denklemi kullanılır. Bu denklemden vj/ dalgafonksiyonu bulunup işlemlerde konarak, konum, momentum ve diğernicelikler elde edilir.

b) Fiziksel nicelikler kesikli parçalı yapıda ele alınır.

c) Kuantum teorisi fiziğe kuşku götürmez bir biçimde belirsizlik (indeterminizm) olgusunu sokmuştur.

d) Parçacıklar söz konusu olduğunda her büyüklük olasılıklarlabelirlenir ve gelecekle ilgili tahminler olasılıklara dayanarakyapılabilir. Örneğin ışığın yapı taşı olan fotonların, uzayda bir yerdebulunması ancak olasılıklarla belirlenir.

e)Birbiriyle hiç iletişim olanağı bulunmayan iki varlık arasında"bağlılaşım-correlation" görülebilir. Örneğin aynı kaynaktan çıkanfotonların karşıt doğrultularda göstermiş olduğu davranışları, birbiriile uyuşum halindedir.

f) Kuantumda; gözlemci,gözlenen ve gözlem aleti birbiriyle bir bütünlük oluşturur. Bunlarbirbirlerinden ayrı düşünülemez.

Görüldüğü gibi klasikfizik ile kuantumcu düşünce birbirinden bir çok noktada farklılıkgösterir. Bu farklılıklar ayrıntılı olarak göz önüne alındığında şuyorumlar yapılabilir:

Kuantum teorisinin önemlibuluşlarından birisi belirsizlik bağıntısıdır. 1927'de Heissenbergtarafından ortaya konulan bu bağıntıya göre mikro boyutta tanımlı birparçacığın, eş zamanlı olarak konum ve momentumunun tesbit edilmesi enaz Planck sabit (h) kadar bir hata içerir. Aynı olgu eşzamanlı olarak,parçacığın enerjisi ile bu enerjiyi taşıdığı zaman için de sözkonusudur. Örneğin bir elektronun bulunduğu uzayda konumunun tesbitiİçin, elektronun üstüne büyük frekansta ışık göndermeliyiz. Aksi haldeelektronu gözlemleyenleyiz. Bu durumda yüksek frekanslı ışık elektronunkonumunu belirler. Ancak elektrona bir hız verir. Dolayısıyla konumunbelirlenmesiyle beraber parçacığın hızını ve momentumunu yitirmişoluruz . Tersi olarak; elektronun momentumunu belirlemek İçin küçükfrekanslı ışık kullanırız, bu durumda da konum belirlenemez.

İkinci önemli bulgu da "dalga/parçacık dualite'dir. Huygens'ten beriışığın kırınım ve girişim yaptığı biliniyordu.Örneğin ışık Young deneyidüzeneğinden geçirilirse karşıdaki ekranda aydınlık-karanlık noktalaroluşur. Yani girişim yapar. Yine yarım bardak suya sokulan bir kaleminkırık olarak algılandığı görülür. Bu gibi olayların hepsi ancak dalgamodeliyle açıklanabilir. Einstein'ın fotoelektrik olayınıaçıklamasından sonra ışığın parçacıktı yapıda olması gerektiği bulundu.Yine ışığın cisimler üzerine uyguladığı anlık basınçlar ve Geigersayacında göstermiş olduğu etkiler bunu destekler. Sonunda Bohr,"Işığın dalgacık mı tanecik mi olduğunu belirlenmesi ancak gözlemcininsorduğu soruya göre cevaplanabilir" diyerek gözlemcinin de vazgeçilmezbiçimde teoride yerini alması gerektiğini belirtir.

Amerikalı J.Davisson ve L.Germer adlı bilim adamları elektronların dahızlı olarak bir kristal katıya çarptırıldıklarında dalga özelliğigösterebileceğini buldular. Böylece düalite yalnızca ışık(elektromagnetik dalga) İçin geçerli değil aynı zamanda maddeselparçacıklar için de geçerliydi. Bu da Broglie'ın öne sürdüğüelektronlar için dalga yapısının deneysel bir ispatıydı, aynı zamandaKuantum teorisindeki düaliteyi, 1915'te, X ışınlarıyla yaptığıçalışmalarından dolayı Nobel ödülü alan VV.Bragg şöyle belirtiyordu."Pazartesi, çarşamba ve cuma günleri parçacık kuramını; Salı, Perşembeve Cumartesi günleri dalga kuramını öğretiyorum."

Diğer önemli yenilik ise olasılık kavramıdır. Bir parçacığın bir uzaybölgesinde bulunması ancak olasılıklarla bellidir. Parçacığın konumuiçin kesin koordinatlar verilemez. Born bu düşünceden hareketleSchrödinger'in ortaya attığı dalga fonksiyonunu yorumlamış ve y ilegösterilen bu kompleks fonksiyon için, uzayda bir noktada beili biranda hesaplanan dalganın genliğinin karesinin, parçacığın o noktada oanda bulunması olasılığını verdiğini belirtmiştir.

Belirsizlik ilkesi , dualite, olasılık tanımı ve gözlemci-gözlenenbütünlüğü kuantum mekaniğine, Kopenhag yorumu olarak girmiştir vetartışmalara rağmen halihazırda kuantum teorisinin en etkin yorumuolarak karşımıza çıkar. Kuantum felsefesinin ..sorunlarına bakıldığındaönemli tartışmaların temelde, Young deneyinin yorumlanmasındankaynaklandığı görülür. Bilim adamları, fotonların iki ayrı deliktengeçişinin mantıksal olarak nasıl algılanması gerektiği üzerindedurarak; fotonlarla gözlemci arasındaki ilişkiyi aramaktadırlar.

Bohr ve Kopenhag ekolü savunucuları fotonların, iki ayrı deliktengeçmelerini iki ayrı dünyada hareketleri olarak düşünüyor. Onlara göregirişim bu birbirinden tamamen iki ayrı iki dünyadan her-birininbirlikte hazırlanarak birbirinin üstüne çakış-masıyla ve birbirlerinibütünleştirme siyle oluşur. Dolayısıyla sonuçta her iki dünyanın hakikibir melezi oluşur. Başta Einstein olmak üzere pek çok fizikçiye bumelez-bütünleyici dünya yorumu pek sıcak gelmedi. 1935'te "Schrödingerkedisi" yorumu ortaya atıldı. Bu görüşe göre her an zehirlenmesitehlikesi olan bir kedi kapalı bir kutudadır. Gözlemciye göre bu kediher an ölü ya da diri bir halde bulunmalı, iki ayrı olasılık eşitolarak göz önünde tutulmalıdır. Bu aynı zamanda Young deneyinin ikiayrı delikle oluşturulan farklı dünyalarına benzer. Farklı nokta ise;kedinin ölü ya da diri olduğunu kesin belirleyene kadar kedinin ikidurumunun da yan yana bulunduğunun öne sürülmesidir. Yani kedi, yarıcanlı-yarı ölüdür, aynı zamanda.

Başka bir yorum daEverett'ten 1957'de gelir. Ona göre, birçok gözlenemez paralel evrenmevcuttu. Bunlara Everett, "alternatif kuantum dünyaları" diyordu.Bütün olaylar bu dünyaların birinde, olasılıkların hepsi gerçekleşecekbiçimde olmaktadır. Sonuçta bütün olasılıklar evrende varoluyordu.Zaman ilerledikçe daha pek çok yorum ortaya atıldı. Bunların içindeWigner Gellmann, Bohm, Penrose gibi fizikçilerin yorumlarını saymakmümkün.

Kuantum ve bilim

Kuantum teorisinin ortaya koyduğu yeniliklere göre klasik fiziktenfarklı olarak doğanın bir bütünlük içinde ele alınması gerektiğibelirtilir. Özellikİe gözlemcinin ve gözlenenin birbirini bütünleyiciunsurlar olarak nitelendirilmesi fotonların, elektronların ve diğerparçacıkların birbirine bağımlı hareket etmeleri bu bütünlüğü ortayakoymaktadır.

Kuantum teorisinin doğuşundan günümüzegelene kadar ki sürecine bakıldığında bu teorinin, fiziğin uygulamalıbir dalı olduğunu gözden kaçırmamalıyız. Sayısız deneyler yardımıylakuantum teorisinin genel esasları ortaya konabilmiştir. Diğer yandanYoung deneyi problemi gibi gözlemci, gözlenen, zaman kavramlarıüzerinde net bir felsefi çözüme gidilememiştir. Felsefi çatıdakieksikliklere rağmen, kuantum teorisinin varlığıyla laser, elektronmikroskobu, transistor gibi çok kullanışlı ve insanlığın bilimselteknolojik ilerlemesine ışık tutabilecek araçlar elde edilebilmiştir.Yine atom ve çekirdek yapısı, elektriğin nakli, katıların mekanik veısıma özellikleri gibi fenomenler çırpıda açıklanmıştır.

Öyle görülüyor ki bilim adamlarının tüm evreni tanımlayan bir teoriyevarması başka bir deyişle fiziğin tamamlanması daha çok uzun zamanalacak gibi ama kuantum teorisinin bu yolda daha pek çok işihalledeceği açıkça ortada.
 

Yazar: Ahmet Polatlı

Facebookta Paylaş Tweet It Stumbleupon this post This post is delicious !

Makale Kaynağı:
https://www.kolaybilgiler.com/bilim-makaleleri/quantum.html
Print Article Yazdır  Makaleyi PDF olarak indir PDF Olarak İndir  Makaleyi Gönder Gönder  Sitene Ekle Sitene Ekle  Geribildirim Yazara Geribildirim  Makaleyi Raporla Raporla | Bookmark and Share

İlgili Bilim Makaleleri Abone ol: RSS