YAŞAMIN SIRRI

Bilim insanları  buğüne kadar birçok önemli dalda başarı elde ettiler. Buğün anlatacaklarımdan sonra geerçek bilim (bence öyle) dediğimiz bilim dalına inceleyeceğiz yani “KUANTUM FİZİĞİ”

Kuantum mekaniği; madde ve ışığın, atom ve atomaltı seviyelerdeki davranışlarını inceleyen bir bilim dalı. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır.Kuantum mekaniği; moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır.Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik radyasyonlarla olan etkileşimlerini de kapsar.İngilizcedeki karşılığı quantum, Latince ‘quantus’ (ne kadar, ne büyüklükte) sözcüğünden gelir ve kuramın belirli fiziksel nicelikler için kullandığı kesikli birimlere gönderme yapar.

İngilizce ‘mechanics’ sözcüğü ise “bir şeyin çalışma prensibi” anlamına gelir. Kuantum mekaniğinin temelleri 20. yüzyılın ilk yarısında Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli gibi bilim insanlarınca atılmıştır. Belirsizlik ilkesi, anti madde, Planck sabiti, kara cisim ışınımı, dalga kuramı, Kuantum alan kuramı gibi kavram ve kuramlar bu alanda geliştirilmiş ve klasik fiziğin sarsılmasına ve değiştirilmesine sebep olmuştur.

TARİHİ

Klasik mekanik çok başarılı olmasına karşın, 1800’lü yılların sonlarına doğru, kara cisim ışıması, tayf çizgileri, fotoelektrik etki gibi birtakım olayları açıklamada yetersiz kalmıştır. Açıklamaların yanlışlığı bilim adamlarının yetersizliğinden değil aksine klasik mekaniğin yetersizliğinden kaynaklanıyordu.

 En yalın halde klasik mekanik evreni bir “süreklilik” olarak modelliyordu. Bazı deneysel gözlemleri açıklayabilmek için 1900 yılında Max Planck enerjinin, 1905 yılında ise Albert Einstein ışığın paketçiklerden oluştuğunu, yani süreksizlik gösterdiği varsayımını kullanmak zorunda kaldılar. Bilim adamları uzunca bir süre, bu süreksizlik varsayımlarını klasik mekanik kuramlarından türetmek için uğraştı.

Yine aynı yıllarda, atomun iç yapısı üzerine yapılan deneyler bir gerçeği gözler önüne serdi: Ernest Rutherford yaptığı deneyle atomun küçük bir çekirdeğe sahip olduğunu gösterdi. Elektronun varlığı daha önce 1897 senesinde J.J. Thompsonca ispat edilmişti[6]. Bu durumda, eğer negatif yüklü elektronlar pozitif çekirdeğin etrafında dairesel hareket yapıyorlarsa, çok kısa bir zaman diliminde elektronlar çekirdeğe düşeceklerdi. Bunun sebebi, elektromanyetik teoriye göre açıklanabilir: ivmelenen yükler ışıma yapar, dairesel hareket de ivmeli bir hareket olduğu için, elektron bu ışımayla enerji kaybedecek ve çekirdeğe düşecek, güneş sistemine benzeyen klasik model çökecekti.

 Geçici bir çözüm Niels Bohr’dan geldi. Elektronlar belli kuantizasyon kurallarınca, belli yörüngelerde hareket ediyorlar, enerjileri belli bir değere ulaşmadıkça ışıma yapamıyorlar bu sayede sistem dengede durabiliyordu. Bu geçici çözüm küçük atomlarda işe yaradıysa da daha büyük kütlelerde işe yaramıyordu. Bohr atom modeline, modeli deneylere uydurulmak için birçok yama yapıldı. Ne var ki Bohr’un “yamalı bohça”sı 1920’lere gelindiğinde artık iş görmüyordu, tayf çizgilerinin gözlenen yoğunluğunu yanlış veriyor, çok elektronlu atomlarda salınım ve emilim dalgaboylarını tahmin etmede başarısız oluyor, atomik sistemlerin zamana bağlı hareket denklemini vermedeki başarısızlığı gibi birkaç konuda daha gerçekleri gösteremiyordu.

 Kuantum mekaniğini Planck doğurduysa, bebekliğinin sonu da De Broglie ile gelmiştir. Louis de Broglie; birçok elçi, bakan ve Dük yetiştirmiş, aristokrat bir Fransız ailesinin çocuğuydu. Tarih eğitimi gördükten sonra fiziğe geçmiş ve 1923’te verdiği doktora tezinde, ışığın hem dalga hem de parçacık karakteri olmasından esinlenerek, aslında bütün madde çeşitlerinin aynı özelliği gösterebileceğini önerdi. Ortaya koyduğu fikir, Bohr’un “gizemli” yörüngelerini açıklamada başarılı oluyordu. Işığın girişim ve kırınım yaptığı, yani dalga özelliği gösterdiği, Thomas Young’in yaptığı çift yarık deneyi ile gösterilmişti. Ancak tüm madde parçacıklarının, su dalgaları ile aynı matematiksel özellikleri gösterebileceği beklenmiyordu.

Max Planck 1900 yılında kara cisim ışınımı problemini (morötesi facia diye de anılır), çözmek için;

“E=hf”

denklemini kullanmıştı. Bu denklem, foton kavramının başlangıcı oldu; çünkü f frekansındaki elektron salınımından oluşan ışığın, klasik mekanikle uyuşmayan bir şekilde, h*f nun sadece tam sayı katlarında kesikli enerjiler (E) taşıyabileceğini varsaymıştı                        (‘h’, günümüzde Planck sabiti adıyla anılır). Fotonlar dalga özelliği gösteriyorsa, madde de bu dualiteyi (ikiligi) gösterebilir analojisi çok kuvvetli bir fikir idi. Bunun yanında önemli bir ipucu da Einstein’in birkaç yıl önce özel görelilik ispatında kullandığı Lorentz Dönüşümleri idi. Buna göre, serbest bir parçacık, yönü k, konumu x, frekansi f ve zaman bağlılığı t olan bir dalga ile ifade edilirse, 2*π*(k*x – f*t) , ve bu faz Lorentz dönüşümlerinde sabit kalacaksa, k vektörü ve f frekansı, x vektorü ve t zamanı gibi dönüşmelilerdi. Diğer bir deyişle, p ve E gibi. Bunun mümkün olabilmesi için, k ve f, p ve E ile aynı bağımlılığa sahip olmalılardı, bu yüzden de onlarla doğru orantılı olmalılardı. Bu şekilde, fotonlar için E=h*f olduğundan, madde için de,

E=hf ve k=p/h

varsayımlarını yapmak ‘doğal’ gözükmüştür. Bu varsayıma ek olarak, de Broglie, herhangi bir kapalı yörüngenin 1/|k| nın tam katı olması varsayımını da kullanarak, deneysel olarak gözlenen, ve Sommerfeld ve Bohr tarafından “kuantize olma şartları” olarak anılan şartları, matematiksel olarak kolayca türetti. Bu türetme gayet gizemli bir şekilde doğru sonuçlar verince (Davisson ve Germer, 1927 yılında Bell Laboratuvarlarında gerçekleştirdikleri deneyle, elektronların da aynı ışık gibi girişim yaptığını ortaya koydular. Deney 1924’te de Brogli tarafından önerilmişti) insanlar deneysel olarak başka şeyleri tahmin etmesini de beklediler. Elbette yanıldılar çünkü bu şartlar serbest ışık parçaları için oluşturulan varsayımların, çekirdeğe bağlı elektronlar için uyarlanmasıydı ve çok ileri götürülmemesi gerekiyordu. Ama dalga mekaniği için doğru çıkış noktası idi. Enteresan bir şekilde, 1925-1926 yılları arasında Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli ve Pascual Jordan, matris mekaniği ile kuantum mekaniğinin formal tanımını yaptılar. Ama formalizmlerinde dalga mekaniğine yer vermediler. Benimsedikleri felsefe ise, tamamen pozitivist idi. Yani sadece deneysel olarak gözlenebilen değerleri göz önüne alan bir yaklaşım kullandılar. 1926 yılında Erwin Schrödinger bir dizi denklemle dalga mekaniğini yeniden canlandırdı. Sonunda kendi dalga mekaniğinden Heisenberg’in matriks mekaniğini de türetip iki formalizmin matematiksel olarak denk olduğunu da gösterdi (son makalelerinden birinde Schrödinger, relativistik bir dalga denklemi de sunar). Dirac’a göre ise tarih biraz daha farklı işlemiştir. Ona göre, Schrödinger önce relativistik dalga denklemini geliştirdi, sonra bunu kullanarak hidrojenin spektrumunu hesapladı ve deneylere uymadığını gördü. Ancak bu denklemin, düşük hızlarda geçerli olan versiyonu aslında çalışıyordu, ve bildigimiz Schrodinger dalga denklemine ulaşılıyordu. Daha sonra relativistik dalga denklemi Oskar Klein ve Walter Gordon tarafından yayınladı ve hâlâ Klein-Gordon denklemi olarak anılır. Bu noktadan sonra Dirac; teoriyi özel görelilikle uyumlu hale getirmiş ve bazı deneylerin sonuçlarını teorik olarak üretmiştir. Örneğin pozitron’un varlığını 1932 senesinde Carl David Anderson kanıtlamıştır ve nobel ile ödüllendirilmiştir[7]. Kuantum teorisi, daha sonra 1940’larda Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger ve Richard P. Feynman’ın kuantum elektrodinamiği konusunda önemli çalışmalarıyla gelişimine devam etmiştir. 1950’li ve 60’lı yıllar ise Kuantum renk dinamiğinin gelişimine tanık olmuştur

Kuantum mekaniği tamamlanmış bir teori midir

Kuantum mekaniğinin temelleri Heisenberg belirsizlik ilkesinin formüle edildiği 1927 yılından bu zamana dek hiçbir değişikliğe uğramamıştır. Kuantum mekaniğinin uzantısı olarak ortaya çıkan teorilerde ortaya çıkan kavramlar da, bildiğimiz kadarıyla bu temel ilkelerde değişiklik yapılmasını gerektirmezler. Kuantum mekaniği doğduğu andan itibaren temel ilkelerin anlaşılması bakımından büyük tartışmalara yol açmıştır. Bu tartışmalardan biri A. Einstein, B. Podolsky ve N. Rosen’in 1935 yılında “Doğanın Kuantum Mekaniksel Tasviri Tamamlanmış Kabul Edilebilir mi?” başlığıyla yayınladıkları ve yazarlarının adlarının baş harfleriyle “EPR Paradoksu” olarak adlandırılan makalesiyle başlamış olup, hâlen de önemini korumaktadır. EPR makalesi bir fizik teorisinin tamamlanmış kabul edilebilmesi için iki temel koşulu yerine getirmesi gerektiğini söyler. Bunlar;

  1. Teorinin doğruluğu
  2. Teorinin tamamlanmışlığı

EPR makalesine göre teorinin doğru olarak nitelendirilebilmesi için teorinin deney sonuçlarıyla uyumluluğu göz önüne alınmalıdır. Bu bakımdan kuantum mekaniği deneylerle büyük bir uyum gösterdiği için doğru kabul edilir. Teorinin başarısı için gerekli olan diğer koşul olan tamamlanmışlık için ise makalede şu koşul verilmiştir: “Bir fizik kuramında, her fiziksel gerçekliğe karşılık olan bir öge bulunmalıdır.”

Makalede fiziksel gerçeklik şu şekilde tanımlanmıştır: “Bir fiziksel niceliğin değerini, dinamik sistemi herhangi bir biçimde bozmaksızın kesinlikle tahmin edebiliyorsak, o zaman, fiziksel gerçekliğin, bu fiziksel niceliğe karşılık olan bir ögesi vardır.”

Fiziksel niceliğin kesin bir değerini, dinamik sistemi bozmadan teoride elde edebiliyorsak, o zaman, teoriden hesap ile elde edilen bu kesin değer fiziksel gerçekliğin bir ögesine karşılık gelecektir. Ancak fiziksel gerçekliğin bütün ögelerinin fizik teorisinde karşılıklarının bulunması gerektiğine dair bir koşul ileri sürülmemiştir. Bu nedenle, EPR’ye göre, doğru olan teorinin aynı zamanda tamamlanmış olması gerekmez.

Araştırmacı=Batuhan Algül

Yazar=Batuhan Algül

Editör=Batuhan Algül

Seslendiren=Batuhan Algül

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s