Kuantum

0
2369

Lord Kelvin, XIX.yy.’in sonuna doğru fiziğin hemen hemen tamamlandığı
görüşündedir. O’na göre yalnızca ısı ve ışık kuramı üzerine bazı bilinmeyenler
vardı. Fakat H. Hertz’in 1887’de keşfettiği “fotoelektrik etki ve ısı kuramı”
ile, gerçekleştirilen deneyler arasında garip uyumsuzluklar baş gösteriyordu.
İşin ilginç yanı, bilim adamlarının; pek önemsemediği bir konunun, tüm
detaylarının önceden açıklandığı bir kuramın başlarına çorap örmeye
başlamasıydı.

Alman Ağırlıklar ve Ölçüler Enstitüsü, yeni elektrik
lambaları için bir 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 parçası morötesi
ışınları yaymadan önce İlkin kızaracak, sonra akkor hale gelecektir. Bu aşamada
cismin yaydığı maksirnurn ışınlar mora kayacaktır.

1900’da Berlin
Üniversitesi profesörlerinden M. Planck bu problemi kuram yoluyla çözmeye
çalışırken olanlar oldu. Planck’a göre kara cisim füzerine gelen bütün ışık,
elektromagnetik dalgaları yutarak büyük enerjilere sahip olabilen cisim)
ışıması-soğurması denen bu problem, gözlem ve deneylerle ancak şu şartta
uyuşuyordu: Kara cisme ulaşan ya da ondan yayılan ışınların sürekli değil;
aralıklı, kesik kesik enerji paketleri şeklinde olması gerekir.

Bu ifade
açıkçası, klasik fizikte hep sürekli bir büyüklük olarak algılanan ve böylece
işlemlere sokulan enerjinin aslında parçalı da olabileceğini söylüyordu. Bundan
dolayı yeni bulguya “miktar parça” anlamında “kuantum1′ denildi.


Doğrusunu söylemek gerekirse, bunu kabul etmek için klasik bilim
anlayışını bir tarafa bırakmak gerekliydi.’ Bu nedenle, Planck bu varsayımı
gönülsüz olarak ortaya koydu ve hesap hatasının söz konusu olabileceğini
vurguladı.

Teorinin tarihsel gelişimi

Planck’ın bulgusundan 5
yıl sonra A.Einstein fotoelektrik etki olarak bilinen fizik olayını açıkladı ve
Nobel ödülünü almaya da hak kazandı. Einstein’e göre ışıklı parçacıklar,
frekanslarıyla orantılı olarak enerji taşır ve bu enerji metallerin
elektronlarına aktarılabilirdi. Böylece vakum ortamda, ışık yoluyla metalden
kolayca elektron sökülebilir, elektrik akımı iletilebilirdi. Işığın
C.Huygens’den beri bilinen dalga yapısı bu olayı açıklayamazdı. Çünkü çok kısa
bir sürede, ışığın frekansının büyüklüğüne bağlı olarak metalden elektron
sökülmesi ancak ışığın tanecik şeklinde düşünülmesiyle mümkündü. Planck haklı
çıkmıştı, kesikli büyüklükler (kuantlar) görüşü anlam kazanıyor, bilim adamları
mikroskobik olayları düşünürken bu çözüm ihtimalini de göz önünde tutuyorlardı.


1906’da, E.Rutherford atomun yapısının araştırılması amacıyla yaptığı
deneylerde, atomun Güneş Sistemi benzeri bir yapıda olduğunu ve merkezde (+)
artı yüklü bir çekirdekle bu çekirdeği çevreleyen (-) eksi yüklü elektronlardan
oluştuğunu ortaya koydu. Fakat bu şekilde açıklanmış bir atomda elektronların
hareketi, klasik hareket denklemleriyle incelendiğinde ortaya çelişki çıkıyordu.
Çünkü, bu durumda çekirdeğin çevresinde dolanan bir elektron, eninde sonunda
çekirdeğe düşmeliydi. Bu doğruysa ne dünyanın ne de evrenin varolmaması
gerekiyordu. Ortada, atom kalmıyordu. Bu sorunun üstesinden Danimarkalı genç
bilim adamı N.Bohr geldi.Bohr elektronlar için atom çekirdeği etrafında belirli
çembersel yörüngeler öngörüyordu. Bundan hareketle, açısal momentumun kuantalı,
büyüklük olduğunu belirtiyor; Planck sabitinin (h), 2n’ye bölümünün tam katları
şeklinde yörüngeler düşünüyordu. Kararlı yörüngedeki elektron bu yörüngeyi ancak
enerji vererek ya da enerji alarak terkedebirdi. Bu geçişlerde enerjisi “hf” ile
verilen fotonlar ısınıyor ya da soğuruluyordu. Bu ifade de fotoelektrik olaydaki
gibi kuantalı enerjiyi Ön görüyordu, (h: panck sabiti; f: ışığın frekansı)
Okullarımızda, geçerli atom teorisi olarak işlenen, Bohr’un bu bulgusu da
kuantumluluk tezini destekliyordu.

Bohr’un atom teorisinin sonraları
hidrojen ve hidrojen benzeri (son yörüngesinde bir elektron taşıyan) sistemler
için geçerli olduğu gözlendi. Fizikçiler artık atomik düzeydeki yapılan
açıklayabilmek için tek çıkar yol olarak kuantum teorisini kullanmaya devam
ettiler. Dolayısıyla teorinin ana çatısı atomik yapıların gün ışığına çıkmasıyla
oluşuyordu.

Atom teorisiyle alakalı bu gelişmeler sürerken 1922’de
Amerikalı fizikçi H.Comptom, X ışınları üzerine yaptığı incelemelerde; “hf”
enerjili olarak düşünülen fotonların serbest elektronlara çarptırılmasıyla bu
ışınların “hf/c momentumlu olarak elektronlarla etkileştiğini gözlemledi.
Bununla da kalmayarak, çarpışmadan sonra açığa çıkan ışının frekansının daha
küçük olduğunu tesbit etti. Bu deney şunu kesin bir şekilde belirtiyordu ki
mikroskobik sistemlerde kesikli paketçik yapıda çizgisel momentum
öngörülebiliyordu. Bu da kuantumluluk hipotezine bir doğrulama getirmiş,
teorinin tanımı genişlemiştir.

Almanya’da Göttingen Üniversitesi’nde
araştırmacı olan W. Heissenberg, hocası M.Born ve arkadaşı P. Jordan ile
birlikte çok elektronlu atomların açıklanması bağlamında “matris mekaniği”
teorisini ortaya attı. Yine, 1923’de Paris Üniversitesi’ne verdiği doktora
teziyle L. de Broglie, Heissenberg’in fikirlerini de destekleyerek yeni bir atom
anlayışı gündeme getirdi: Elektronlar bir tanecik olarak değil fakat dalga
olarak yorumlanmalıydı. Böylece, çekirdeğin çevresinde dolanan her tam dalga
ancak belli bir yörüngeye rastgeliyor ve neden elektronların belirli
yörüngelerde dolandığı bütünüyle açığa çıkıyordu. Bohr’un farkında olmadan,
sezgisiyle teorisinde söz ettiği belirli yörüngeler çıkarımı böylece doğrulanmış
oluyordu. Bu durumda enerjinin kuantumlu olmasına ek olarak çizgisel momentum
gibi açısal momentumun da kuantumlu bir büyüklük olabileceği resmen
ispatlanıyordu.
 






1926’da E.Schrödinger, de Broglie
tarafından yorumlanan dalga teorisini tanımlayan dalga denklemini makaleler
halinde açıkladı. Fizikte, bir kuramın anlaşılabilirliği, gözlenebilirliği ve
uygulanabilirliği çok önemlidir. Bu nitelikleri taşıyan dalga denklemi ve dalga
görüşü fizikçiler arasında çok çabuk kabul gördü. Fakat bir yandan da nasıl olup
bu dalgaların tanecik gibi, Geiger sayacında tıklamalar oluşturduğu bir sorundu.
Bohr, bu problemi elektronların dalga şeklinde nitelendirilmesinin ancak soyut
olarak geçerli olabileceği fikrini ortaya atarak, çalışmalarda gerektiğinde
dalga Özelliğinin gerektiğinde de tanecik özelliğinin kullanılması gerektiğinin
altını çizerek çözümledi.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here