Kuantum Fiziği - 1

Tekrar bir yazı dizisi ile karşınızdayım. Takip edenler bilir uzun süredir bu diziyi yazmayı düşüyordum. Araştırmalarım doğrultusunda kuantum fiziğini basit ve kısa şekilde anlatmaya çalışacağım. Artık Newton fiziğini bırakalım ve gelin birlikte kuantum dünyasını tanıyalım.

Kuantum Fiziği Nedir?

Kuantum fiziği, atom altı düzeyde madde ve enerjinin doğasını ve davranışlarını inceler. Bir nevi mikro evrenin kanunları diyebiliriz aslında. "Kuantum" kelimesinin kökenine inersek, Latincede miktar anlamına geldiğini görürüz. Aslında bu tanım farklı şekillerdeki madde ve enerjiye atıfta bulunur. Kesintisiz olarak bildiğimiz uzay ve zaman dahi art arda dizilmiş çok küçük boşluklardan oluşmaktadır. Bu boşluklu, kademeli değerleri kesikli olarak nitelendiririz ve "kuantum" ifadesi bu kesikli değerleri temsil eder.

Kuantum Fiziği Oluşumu ve Gelişmeleri

Klasik fizik varken insanları atom altı parçacık kanunlarını incelemeye iten şey neydi peki? Klasik fiziğin açıklayamadığı olaylardı. Siyahcisim ışıması ile bu fark edilmiştir.Planck, siyahcisim ışımasını araştırmış ve kuantum teorisini öne sürmüştür. Bu teori ile kalıplaşmış olan enerjinin sürekliliği anlayışını yıkmış ve kuantum araştırmalarına ön ayak olmuştur. Bu çalışmalarından dolayı Max Planck, 1918 yılında Nobel Fizik ödülünü kazanmıştır. Kuantum teorisi daha sonra Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg gibi bilim adamlarının çalışmalarıyla şekillenmiştir.

Klasik fizikte kesinlikler söz konusu iken kuantum fiziğinde bu geçersizdir yani belirsizlikler ve olasılıklar vardır. Kuantum fiziğinde, bir şeyi gözlemlemeniz gerçekleşecek fiziksel süreçlerin hepsini etkiler. Yani gözlenen şeyler gözlemciden etkilenir ve belirsizlikler burada ortaya çıkar (Schrödinger'in kedisi ve Heisenberg belirsizlik ilkesi gibi).Bu yüzden Kuantum fiziğinin gelişimine önemli katkıları olan Einstein, kendi çalışmalarının da desteklediği bu belirsizlikleri uzun yıllar kabullenmemiş ve hepimizin bildiği "Tanrı zar atmaz." sözünü söylemiştir.

Gerçekte Kuantum fiziği bize evrenin olasılıklar dizisinden oluştuğunu anlatır. Bu olasılıklar dizisini gelişi güzellik olarak değil de bir olay olacağında bunun farklı sonuçlarının olma ihtimalinin olması ve o olasılıksal sonuçlardan birinin gerçekleşmesi olarak anlatmak daha doğru olur bence. Çünkü evrenin gelişi güzel olmadığı kesinlikle ortada.

Kuantum Fiziğini Temellendiren Çalışmalar

Siyah Cisim Işıması 

20. yy. başlarında bilim insanları artık yeterli hassas ölçümleri yaptıklarına inandıkları dönemde, karşılarına Karacisim Işıması çıktı. Ellerindeki klasik fizik bunu açıklamaya yeterli gelmiyordu. Bunu fark eden Max Planck, araştırmaya ve üzerinde çalışmaya başladı. Kuantum fiziğinin doğuşu burada başlamıştır. Max Plack, siyah cisim ışımasını araştırırken deneyleri ile örtüşen bir formül buldu. Bu formülle birlikte o dönemin fizik kurallarına bakılınca tartışma yaratan iki varsayımı Alman Fizik Derneği'ne sundu.

• Işınım yayan, titreşen bir sistemde enerji, dönem şartlarında kabul edildiği gibi sürekli değildir. Böyle bir sistem;

                       E = nhv            (n=1,2,3,..)

        şeklindeki kesikli (kuantalaşmış) enerji değerlerine sahiptir. "h" Planck sabitidir ve h=6,625.10-34 J.s değerindedir.

• Atomlar, "kuanta" adı verilen ışık enerjisinin(foton) kesikli birimleri şeklinde enerji yayar. Bu olay, enerji seviyeleri arasında sıçrama ile oluşur.

Fotoelektrik Olay

Einstein 1905'te yayınladığı makalesinde ışınımın foton olarak ele alınmasıyla fotoelektrik olayın açıklanabileceğini yazmıştır. Fotoelektrik olayı açıklamamız gerekirse, v freakanslı bir fotonun hv enerjisi ile metal yüzeye çarpıp enerjisi yettiği sürece o metal yüzeyden elektron koparması olayıdır. Metal yüzeye gelen foton (ışık demeti), yüzey atomlarının serbest elektronlarını değil kararlı elektronlarını hedefler. Yeterli miktarda enerjiye sahip olursa o enerji ile kararlı elektronları yörüngesinden saptırır.



Klasik fizikte yayınlanan elektronların max. enerjisi frekansa bağlı değildir. Fakat bu söylem deneylerle uyuşmaz. Ayrıca klasik fizikte enerji, aydınlatılan yüzeye düzgün dağılır. Bu da, atomdan elektron koparmak için çok uzun zaman geçmesi gerektiği demektir. Oysaki gerçekte 9 s gibi bir sürede gerçekleşir. Bu şartlar altında klasik fiziğin geçerli olmadığı görülmektedir.

Eski televizyonlarda, elektroskoplarda, dijital fotoğraf makinelerinde fotoelektrik olaydan yararlanılır.

Yazı dizimizin ilk parçasında kuantumun ne olduğundan, kuantum fiziğinin nasıl oluştuğundan ve kuantumu destekleyen çalışmalardan siyahcisim ışıması ve fotoelektrik olayı gördük. Kuantumu anlamak adına bu çalışmaları bilmek önem taşımaktadır. Sıkmamak adına ilk yazı bu kadar olsun. Bir sonraki yazıda De Broglie'nin çalışmaları, dalga-parçacık ikililiği, Heisenberg belirsizlik ilkesi, Schrödinger dalga denklemi gibi kuantum fiziğini temellendirip geliştiren çalışmaları incelemeye devam edeceğiz ve kuantum ilkelerinden bahsetmeye başlayacağız. Umarım beğenerek okumuşsunuzdur ve az da olsa kuantum üzerine meraklarınız cevap bulmaya başlamıştır.

KAYNAKÇA

- http://www.fizikmakaleleri.com/2012/12/kuantum-fizigi.html

- http://www.kuark.org/2014/05/kuantum-fizigi-ne-anlama-geliyor/

- http://w2.anadolu.edu.tr/aos/kitap/IOLTP/2279/unite03.pdf

- http://kuantumfizigi.nedir.com/

- http://www.kuark.org/2011/11/fotoelektrik-olayi-ve-sonuclari/

- https://drive.google.com/file/d/0B89c1AI5ix1ZZTc3ZDA1YzEtNjc4Mi00OTdhLTk1NDctYzE2MzlhNmRkYWNk/view?ddrp=1&hl=tr&pli=1#

- https://egopon.wordpress.com/2014/02/01/kuantum-teorisi-nedir-ve-nasil-ortaya-cikmistir/