Kuantum Mekaniği Bölüm 1; Kuantum ’un Doğuşu

Bilimsel bir görüş açısıyla her şey çok fazla çabuk gelişiyor Sadece birkaç kuşak öncesine kadar nesneleri sadece gördüğümüz gibi algılıyorduk Gördüğümüz şey doğruydu Yani Newton ’ın dünyası…
Newton ’a kadar yaşamımızın temeli, kütle çekimidir ve bu akıl bilim tarihinde bir çığır açmıştır
Teknoloji o kadar gelişmiştir ama artık teleskopların yerini radyo teleskoplar, mikroskopların yerini ise elektro mikroskoplar aldı Elektro mikroskoplar doğruca görebildiğimiz nesneler o kadar küçüldü ki onlara mercek aracılığıyla bakıldığında foton onlara çarpıp gelecek ve bu sayede hareketinin yönü değişecekti Bir anlamda atomun iç dünyasına dürüst yapılan seyahat her şeyi değiştirdi Çünkü bilim insanları bu parçacıkların gerçekten parçacık olmadığını keşfetti Ölçüleri parçacıkları andırıyordu lakin dalgalar gibi yayılıyor ve hareket ediyorlardı Bunun üstüne bilim insanları bir dizi kuram ortaya attılar İşte tam olarak bunlara Kuantum Kuramı veya Kuantum Mekaniği denilmektedir
Berlin 1890…
Almanya kendi içindeki birliği yeni sağlamış ve sanayiye aç bir ülkeydi Bu tarihlerde Almanya ’da Edison ’un yeni buluşu olan lambanın patentini alabilmek için milyonlar harcayan birkaç mühendislik firması kuruldu Firmalar Alman İmparatorluğu ’na cadde lambası yapmanın getirilerinin tez farkına vardılar Farkında Olan olmadıkları şeyse, bunun bilim açısından bir köklü değişiklik olmasıydı
Edison ’un lambası garip bir soruna muhabere ediyordu, mühendisler lamba telini elektrikle ısıttıklarında parlıyordu Bunun bilimsel açıklaması ise o tarihlerde hemen şimdi bilinmiyordu Mühendisler bu gizemi çözmek için baya istekliydiler ve yeni Alman İmparatorluğu ’nun vermiş olduğu desteklerle Berlin Enstitüsü kuruldu ve oraya ünlü de bir bilim adamı getirildi
Bilim adamının adıysa Max Planck ’ti
Planck kazanç gelmez basit gibi görünen bir problem üzerinde çalışmalarına başladı Işığın rengi neden lamba telinin sıcaklığının artmasıyla değişiyordu?
Bunu bulabilmek için Planck ve arkadaşları siyah karoser ısıtıcısı adıyla bir sistem kurdular Özet Olarak açıklama yapmak icabında siyah vücut ısıtıcısı sıcaklığı ve frekansı ölçebilen bir alettir Bu çalışmaların sonucunda Planck ışığın rengi, frekansı ve enerjisi arasında matematiksel bir ilişki buldu Ama bu ilişkiyi tam olarak anlamadı
öte taraftan bilim dünyasının o sıralar en çok ilgisini çeken bir başka konuysa radyo dalgaları ve bu dalgaların nasıl iletildiğiydi Bazı bilim insanları da bu konu üstünde çalışmalarını sürdürüyorlardı
Yapılan incelemeler neticesinde elektroskop bulundu ve üstünde ışığın herhangi bir etkisi olup olmadığına yönelik deneyler yapıldı Garip bir şekilde, kırmızı ışığın gözle görülür bir etkisi olmazken mor ötesi bakımından varlıklı olan, özel bir mavi ışık elektroskobun yapraklarını tamamen kapattı Peki mor ötesi ışık bunu neden kırmızı ışıktan çok daha iyi yapabilmekteydi?
Bu yeni bilmece bilim dünyasında, fotoelektrik olay olarak bilinmeye başlandı
İki bilinmezlik bilim dünyasını tamamen etkisi altına almıştı Mor ötesi ışınlar ve fotoelektrik olayı…
Bilim su götürmez bir şekilde ışığın bir dalga olduğunu söylüyordu Işık dalgalar halinde yayılıyor ve büyük dalga boylarının etkisi daha dinç oluyordu Her şey buraya kadar güzeldi fakat dalga boyu büyük olan kırmızı ışık elektroskoba etki edemezken, dalga boyu ufak olan mavi ışık nasıl oluyor da elektroskobun yapraklarını hareket ettirebiliyordu
Bunun çözümü için birinin düşünülmeyeni düşünmesi lazımdı O kişi Albert Einstein oldu
Einstein fotoelektrik olayını açıklayacak yeni bir kuram ortaya attı ve ışığın bir mermi gibi parçacık hareketi yaptığını söyledi Parçacıkları açıklamakta kullanmış olduğu terimse Kuantum ’du
Einstein ’a tarafından kırmızı ışığın her partikülü fazla ufak enerjiler taşımaktaydı çünkü kırmızı ışık düşük frekansa sahipti Mavide ise şart bütün tersiydi yani yüksek frekansa sahip ve her bir ışık parçacığı daha pozitif enerji taşıyordu Bu teori fotoelektrik olayını iyi bir şekilde açıkladı Keza Einstein ’ın bu fikri Planck ’in gizemli lamba sorununu çözmeye yardımcı oldu Işığın rengi değişiyordu çünkü gelişen enerjiyle birlikte ışığın dalga boyu değişiyor ve bu da renkler arası geçişi sağlıyordu
Oysa Einstein ’ın teorisi bir şeyi açıklarken ardından koca bir bilinmezlik getiriyordu Işık gölge deneylerinde bir dalga olduğu belli bir şekilde defalarca kere ispatlanmıştı Şimdiyse tam tersi söyleniyordu öte yandan ise Einstein ’ın teorisi mor ötesi ve foto elektrik bilmecelerini bir şekilde açıklıyordu
Peki ışık dalga halinde mi yayılıyordu yoksa parçacık hareketi mi yapıyordu? Bilim dünyası bitmiş bunu tartışıyor, bunu merak ediyordu ve sonunda dünyanın dağıtılmış yerlerinde Einstein ’ın ışığın parçacık hareketi yaptığı teorisi üstüne incelemeler başladı
Işığın nasıl hareket ettiğinin ilk verileri de gelmeye başladı haliyle Ve sonunda Albert Einstein ’ın teorisi ispatlandı yani ışık parçacık hareketi yapıyordu fakat aynı zamanda dalga hareketi de yapıyordu
Peki bu nasıl mümkün oluyordu?
O vakit sizi çift ve tek kesik deneylerine alalım Başta parçacıkların ve dalgaların nasıl hareket ettiğine bakalım Bunun için basit bir deney düzeneğini ele alalım Elimizde demir bilye atan bir tabanca, bir adet ortasında yarık olan engel ve en arkada da büyük bir karton olsun Eğer silahla yarığa her zaman kere ateş edersek kartonda oluşan şekil düz çizgi gibi bir bant olacaktır
Şimdi de dalganın nasıl davrandığına bakalım Bunu da havuzda yaptığımızı düşünelim, tekrar tek yarıklı bir engel ve en arkada şeklin oluşacağı bir bölge Eğer tek yarıklı bir engele dalga gönderirsek, dalgalar yarıktan geçerler ve arkadaki alanda şekildeki gibi ortası daha güçlü, kenarlara dürüst daha zayıf bir şekil oluşur
Bunu bundan başka çift yarıklı düzenekler de yapalım
Eğer demir misket atan silahtan çift yarıklı engele defalarca defa ateş edersek kartonda bu kez iki çizgi biçiminde bantlar oluşacaktır Aynı şeyi bu defa havuzda yapalım ve çift yarıklı bir engele dalga yollayalım Dalgalar çift yarıktan geçerken her kesik kendine yeni bir dalga oluşturur Birinin tepesi diğerinin tepesi, birinin dibi diğerinin dibiyle çakışır ve arkadaki alanda bu kere bir teşebbüs şekli oluşur
Parçacıkların ve dalgaların nasıl hareket ettiğini öğrendik Şu Anda bunu ışığa uyarlayalım Ne dersiniz?
Öncelikle elimizde elektron yollayabilen bir cihaz olduğunu düşünelim ve bu aletle tek yarıklı engele elektronları yollayalım sonuç olarak perde de benzer demir bilyelerde olduğu gibi tek çizgiden oluşan bir şekil oluşur Bunu üstelik çift yarıklı engelde deneyelim Adi şartlarda çift yarıklı demir bilye deneyindeki gibi 2 çizgiden oluşan bir şekil oluşmasını bekleriz Ama pek olmuyor ve çift yarığa yollanan elektronlar aynı dalgalar gibi bir girişim deseni oluşturuyor Bilim adamları da sizler gibi şaşırıyor ast
Nasıl olur da elektron gibi bir madde parçası dalga gibi hareket eder?
Bunun yanıtını bulabilmek için deneyi daha detaylı bir şekilde yapıyorlar ve elektronları bir bir atmaya karar veriyorlar Bütün hazırlıkları yapıyorlar ve makineyi ayarlayıp elektronları yollamaya başlıyorlar Lakin bir saat sonra yeniden teşebbüs modeli oluşmuştu perde de
Bilim adamları bir türlü inanamadılar bu duruma ve daha da yakından bakmaya karar verdiler Bu kez engelin derhal yanına bir ölçüm cihazı konuldu Böylelikle elektronun hangi yarıktan geçtiği bilinecek ve bu gizem sonunda çözülecekti
Tertibat hazırlandı ve elektronlar tek tek yollanmaya başlandı Fakat Kuantum hayallerin de ötesindeydi Onlar gözlemleyince elektronlar demir bilyeler gibi davrandı ve iki çizgiden oluşan bantlar ortaya çıktı
Elektron öbür davranmaya karar verdi, yarı izlendiğinin farkındaymış gibi ve işte tam da burada Kuantum ’un acayip serüveni başladı
Madde nedir? Parçacık mı dalga mı?
Peki ya gözlemcinin tüm bunlarla alakası neydi?
“Kuantum Mekaniği Birim 2 için tıklayın
“Kuantum Mekaniği Bölüm 3 için tıklayın
“Kuantum Mekaniği Bölüm 4 için tıklayın
“Kuantum Mekaniği Birim 5 için tıklayın
Kaynakça:
Quantum Mechanics Concept and Applications – Nouredine Zettili
The Quantum Universe – Brian Cox&Jeff Forshaw
Relativistic Quantum Physics – Tommy Ohlsson
The Quantum World – Kenneth W Ford
The Strange World of Quantum Mechanics – Daniel F Styer