Bilimsel açıdan bakıldığında her şey çok ama çok hızlı gelişiyor. Birkaç nesil öncesine kadar olayları sadece gördüğümüz gibi algılıyorduk. Gördüklerimiz doğruydu. Yani Newtoncu…
Newton’a göre hayatımızın temeli yerçekimidir ve bu fikir bilim tarihinde devrim yaratmıştır.
Teknoloji o kadar ilerledi ki radyo teleskopları teleskopların yerini aldı ve elektroskoplar mikroskopların yerini aldı. Elektroskoplar sayesinde görebildiğimiz cisimler o kadar küçülmüştür ki, mercekten baktığımızda onlara bir foton çarpar ve hareketlerinin yönünü değiştirir. Atomun iç dünyasına yolculuk bir anlamda her şeyi değiştirmiştir. Çünkü bilim adamları bu parçacıkların aslında parçacık olmadığını keşfettiler. Parçacık büyüklüğündeydiler, ancak dalgalar gibi yayıldılar ve hareket ettiler. Bilim adamları bir dizi teori öne sürdüler. Genel olarak buna kuantum teorisi veya kuantum mekaniği denir.
Berlin 1890…
Almanya kendi içinde birliği yeni sağlamış ve sanayiye susamış bir ülkeydi. Bu sıralarda, Almanya’da Edison’un yeni icadı olan ampulün patentini almak için milyonlar harcayan birkaç mühendislik firması kuruldu. Şirketler, Alman İmparatorluğu için sokak lambaları yapmanın faydalarını hızla fark etti. Farkına varmadıkları şey, bunun bilimde bir devrim olduğuydu.
Edison’un lambası, mühendisler lambanın telini elektrikle ısıttıklarında parlaması gibi ilginç bir soruna işaret ediyordu. Bunun bilimsel açıklaması o zamanlar bilinmiyordu. Mühendisler bu gizemi çözmek için can atıyorlardı ve yeni Alman İmparatorluğu’nun desteğiyle Berlin Enstitüsü kuruldu ve oraya ünlü bir bilim adamı getirildi.
Bilim adamının adı Max Planck’tı.
Planck geldiğinde, görünüşte basit bir problem üzerinde çalışmaya başladı. Lamba telinin sıcaklığı arttıkça ışığın rengi neden değişir?
Bunu bulmak için Planck ve diğerleri, kara cisim ısıtıcısı adı verilen bir sistem yarattı. Kısaca açıklamak gerekirse kara cisim ısıtıcısı sıcaklık ve frekans ölçebilen bir alettir. Bu çalışmalar sonucunda Planck, ışığın rengi, frekansı ve enerjisi arasında matematiksel bir ilişki bulmuştur. Ancak bu ilişkiyi tam olarak anlamadı.
Öte yandan o dönemde bilim dünyasının ilgisini çeken bir diğer konu da radyo dalgaları ve bu dalgaların nasıl yayıldığıydı. Bazı bilim adamları da bu konu üzerinde çalışıyorlardı.
Yapılan çalışmalar sonucunda bir elektroskop bulundu ve üzerinde ışığın herhangi bir etkisinin olup olmadığını belirlemek için deneyler yapıldı. İlginç bir şekilde, belirli bir mavi, ultraviyole bakımından zengin ışık, dedektörün yapraklarını tamamen kaplarken, kırmızı ışığın görünür bir etkisi olmadı. Peki UV ışığı bunu neden kırmızı ışıktan daha iyi yapabiliyor?
Bu yeni gizem, bilim dünyasında fotoelektrik olayı olarak bilinir hale geldi.
Bilim dünyasına tamamen iki gizem hakim oldu. Ultraviyole radyasyon ve fotoelektrik etki…
Bilim kesin olarak ışığın bir dalga olduğunu söyledi. Işık dalgalar halinde yayılır ve daha uzun dalga boylarının etkisi daha güçlüdür. Şimdiye kadar her şey yolundaydı, ancak küçük dalga boyundaki mavi ışık elektroskobun yapraklarını hareket ettirirken, büyük dalga boyundaki kırmızı ışık elektroskobu nasıl etkileyemez?
Bunu çözmek için düşünülemez olanı düşünmek gerekiyordu. O kişi Albert Einstein’dı.
Einstein, fotoelektrik olayını açıklamak için yeni bir teori buldu ve ışığın parçacıkları mermi gibi hareket ettirdiğini söyledi. Parçacıkları tanımlamak için kullandığı terim kuantumdu.
Einstein’a göre kırmızı ışığın her parçacığı çok küçük enerjiler taşır çünkü kırmızı ışığın frekansı düşüktür. Mavide ise durum tam tersidir, yani daha yüksek bir frekansa sahiptir ve her bir ışık parçacığı daha fazla enerji taşır. Bu teori, fotoelektrik fenomeni iyi açıkladı. Ayrıca Einstein’ın fikri, gizemli Planck lambası probleminin çözülmesine yardımcı oldu. Işığın rengi değişiyordu çünkü enerji arttıkça ışığın dalga boyu değişiyordu ve bu da renkler arasında geçişe olanak sağlıyordu.
Ancak Einstein’ın teorisi bir şeyi açıklığa kavuştururken arkasında büyük bir gizemi de beraberinde getirdi. Işık gölge deneylerinde dalga olduğu birçok kez kesin olarak kanıtlanmıştır. Şimdi tam tersi söylendi. Öte yandan, Einstein’ın teorisi ultraviyole ve fotoelektrik radyasyonun gizemlerini tamamen açıkladı.
Peki ışık dalgalar halinde mi yayıldı yoksa parçacıkları mı hareket ettirdi? Bilim dünyası her yerde bunu tartışıyor ve merak ediyordu ve sonunda Einstein’ın ışığın parçacıkların hareketine neden olduğu teorisi üzerine dünyanın farklı yerlerinde çalışmalar başladı.
Işığın nasıl hareket ettiğine dair ilk veriler ortaya çıkmaya başlıyor. Sonunda Albert Einstein’ın teorisi ispatlandı, yani ışık parçacık hareketi yapar ama aynı zamanda dalga hareketi de yapar.
Bu nasıl mümkün oldu?
O halde sizi çift ve tek yarık deneyimlerine götürelim. Önce parçacıkların ve dalgaların nasıl hareket ettiğine bakalım. Bunun için basit bir deney düzeneği düşünelim. Çelik bilye fırlatan bir tabancamız, ortasında yarık olan bir budak ve arkasında büyük bir karton olsun. Yarığı tabancayla birkaç kez vurursak, kartonda oluşan şekil düz çizgi benzeri bir şerit olacaktır.
Şimdi dalganın nasıl davrandığını görelim. Bunu yine havuzda tek yarıklı bir sepette ve arkada şeklin oluşacağı bir alanda yaptığımızı düşünelim. Tek yarıklı bir engele dalga gönderirsek, dalgalar yarıktan geçerek arka bölgede görüldüğü gibi merkezde kuvvetli, kenarlara doğru zayıf bir model oluşturacaktır.
Bunu da çift çentik ayarları ile yapalım.
Çift yarıklı budak demir av tüfeğinden birkaç kez ateşlenirse bu kez karton üzerinde iki çizgi oluşacaktır. Aynı şeyi bu sefer havuzda yapalım ve çift yarıklı bir engele dalga gönderelim. Dalgalar çift yarıktan geçerken her yarıktan yeni bir dalga oluşur. Birinin üst kısmı diğerinin üst kısmı ile örtüşüyor ve birinin alt kısmı diğerinin alt kısmı ile örtüşüyor.Bu sefer sırt bölgesinde bir bindirme deseni oluşuyor.
Parçacıkların ve dalgaların nasıl hareket ettiğini öğrendik. Şimdi bunu ışığa uyarlayalım. ne dersiniz?
Öncelikle elektronları iletebilen bir cihazımız olduğunu düşünelim ve bu cihazı kullanarak elektronları tek yarık bariyerine gönderelim. Sonuç olarak perdede tıpkı demir toplar gibi tek çizgiden oluşan bir figür oluşur. Bunu çift yarıkta deneyelim. Normal şartlar altında, çift yarık petank deneyinde olduğu gibi iki çizgili bir rakam beklerdik. Ancak bu gerçekleşmez ve çift yarığa gönderilen elektronlar tıpkı dalgalar gibi bir girişim deseni oluşturur. Bilim adamları da en az sizin kadar şaşırdı.
Elektron gibi bir madde parçası nasıl dalga gibi hareket edebilir?
Bunun cevabını bulmak için daha detaylı deneyler yaparlar ve elektronları birer birer çıkarmaya karar verirler. Tüm hazırlıkları yaparlar ve cihazı kurarlar ve elektronları göndermeye başlarlar. Ancak bir saat sonra girişim deseni ekranda tekrar belirdi.
Bilim insanları buna inanamadı ve bu duruma daha yakından bakmaya karar verdi. Bu sefer engelin hemen yanına bir ölçüm cihazı yerleştirildi. Bu sayede elektronun hangi yarıktan geçtiği bilinecek ve bu bilmece nihayet çözülecektir.
Mekanizma hazırlandı ve elektronlar birer birer gönderildi. Ancak miktar hayal gücünün ötesindeydi. Fark ettikleri gibi, elektronlar demir toplar gibi davrandılar ve iki çizgiden oluşan bantlar gösterdiler.
Elektron sanki izlendiğini anlamış gibi farklı davranmaya karar verdi ve Quantum’un tuhaf macerası burada başladı.
öğe nedir? parçacık mı dalga mı?
Ve gözlemcinin tüm bunlarla ne ilgisi var?
“Kuantum Mekaniği 2. Bölüm” için tıklayınız.
“Kuantum Mekaniği 3. Bölüm” için tıklayınız.
“Kuantum Mekaniği 4. Bölüm” için tıklayınız.
“Kuantum Mekaniği 5. Bölüm” için tıklayınız.
Kaynak:
Kuantum mekaniği kavramı ve uygulamaları – Noureddine Zeitili
Kuantum Evreni – Brian Cox ve Jeff Forshaw
Göreli Kuantum Fiziği – Tommy Olson
Kuantum Alemi – Kenneth W. Ford
Kuantum mekaniğinin garip dünyası – Daniel F. merdiven
yazar:Oktay Yıldırım
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]