Perşembe , Nisan 17 2014
Son Haberler
Anasayfa / Egitim / Fizik / Kuantum Fiziği Nedir

Kuantum Fiziği Nedir

Sponsorlu Bağlantılar

 Kuantum Fiziği Nedir

KUANTUM KURAMI
Kuantum Kuramı, 20. yy’ın büyük kuramlarından biridir.
Kuantum ne demektir?
Kuantum kuramı, nedensellik kavramını, yani determinizmi nasıl etkilemiştir?
Elektron nedir, bir parçacık mı, bir dalga mıdır? Yoksa her ikisi midir?
Işık nedir? Bir parçacık (foton) sağanağı mıdır, elektromanyetik bir dalga yayılması mıdır?
Einstein, kuantum kuramının kurucuları arasında bulunduğu halde, sonradan neden ve nasıl bu kurama karşı çıkmıştır?
Einstein, 1930 Solvay konferansına nasıl bir düşünce deneyi ile geldi?
Ona “Einstein,senin adına utanıyorum. Çünkü yeni kuantum kuramına senin karşıtlarının görelilik kuramına karşı ortaya koydukları kanıtlarla karşı çıkıyorsun” diyen dostu kimdir?
EPR Deneyi, kuantum kuramının eksik olduğunu göstermiş midir?
Yine kuantum kuramının kurucularından Erwin Schrödinger, “Schrödinger’ in Kedisi” diye ünlenen düşünce deneyi ile bu kurama neden ve nasıl karşı çıkmıştır?


Kuantum kuramı, deneylerle test edilmiş midir? Karadeliklerin gönülsüz babası kimdir?
Belirsizlik ilkesi nedir? Bu ilke araçlarımızın yetersizliğinin bir sonucu mudur?
Her şeyi bilebilir miyiz?
Bir gizemli sayı daha:1/137′nin anlamı nedir?

Sizleri, bir kısmını buraya sıraladığım soruların yanıtı için atom ve moleküller dünyasında bir gezintiye çağırıyorum. Bu atomaltı dünya (mikrodünya), makrokosmos kadar çeşitli, ilginç, renkli, neşeli, kafa karıştırıcı ve heyecan verici… Aşağıdaki açıklamaları yazarken kaynaklar bölümünde belirttiğim eserlerden neredeyse tümüyle alıntılar yaptım. Benim yaptığım, zaman zaman araya girerek yazarlığı hepten kaynakların yazarlarına kaptırma endişemi gidermek oldu!. Örneğin Belirsizlik ilkesini Hawking’e, olasılık ve belirsizlik açısından doğayı Feynman’a anlattıracağım. Bohr ile Einstein’nin Solvay Konferanslarındaki tartışmalarını ve o yılların iklimini W. Heisenberg bize sunacak. Yani kuramı, ustalarından dinleyeceğiz.
Kimya derslerinden bilir misiniz? Tüm maddeler atomlardan ve her bir atom da pozitif elektrikle yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluşur. O halde, çok küçük atomik ölçekte kütle, atomik kütlelere karşılık gelen kesikli niceliklerden oluşur. Yani modern fizik dilinde kütlenin kuantumlanmış olduğu söylenir. Enerji içeren pek çok nicelik de kuantumlanmıştır. Enerjinin kuantumlu tabiatı özellikle atom ve atomaltı dünyada ortaya çıkar.

İLK KUANTUM FİZİKÇİLERİ

Önce Özetler!
1900 yılında Max Planck,siyah cisim ışımasını açıklamak için ışığın kuantumlu olabileceğini ileri sürdü. O zamana dek,ışığın şiddetiyle enerjisinin doğru orantılı olduğu sanılıyordu. Oysa ışığın frekansıyla enerjisi doğru orantılıydı… 1905′te Einstein bu kurama dayanarak fotoelektrik olayı açıkladı. Işık,dalga özelliği yanında foton denen kuantum (enerji paketleri) özelliği de gösteriyordu. 1924′te Fransız fizikçi Louis de Broglie, çok çarpıcı bir düşünce üretti. Basit bir matematikle, hareketli her parçacığın aynı zamanda dalga özelliği göstermesi gerektiğini ileri sürdü. 1927′de Amerikalı bilimciler C.Davisson ve L.Germer, elektronların tıpkı bir ışık gibi,kristallerde kırınım gösterdiğini buldular. Yine aynı yıl W.Heisenberg, ünlü belirsizlik ilkesini ortaya koydu . Fizikçiler arasındaki görüş ayrılıkları 1927 Solvay konferansında dışa vurdu. Tartışmaların başını N.Bohr ile A.Enstein çekiyordu. 1930′da yine büyük bir tartışma yaşandı. Einstein,yavaş yavaş arka sıralarda oturmaya başladı. Gelin öyküyü baştan alalım.

” Olabilir desinler, ama olur demesinler.”
Cicero
“Olmaz olmaz deme, olmaz olmaz..”

Atasözü
Niels Bohr şöyle dedi: ” Bir süre önce yine burada Kopenhag’ da özellikle olguculuk yanlılarının katılmış olduğu bir felsefe konferansı vardı. Bunda Viyana Okulu’ nun üyeleri büyük rol oynadılar. Bu filozofların önünde kuantum teorisinin yorumunu yapmaya çalıştım. Konferansımı verdikten sonra karşıt hiçbir düşünceyle ve zor herhangi bir soruyla karşılaşmadım. Ama bunun benim için çok korkunç olduğunu itiraf etmeliyim. Çünkü bir insan kuantum teorisinden ürkmezse, onu anlaması da olanaksızdır. Belki de o kadar kötü bir konferans verdim ki, kimse neden söz ettiğimi anlamadı.”

Klasik Fiziğin Çözemedikleri
Kuantum kuramının doğuşunu kavrayabilmek için biraz gerilere gitmemiz gerekiyor. 19. yy sonlarına. Üç önemli problem, klasik görüşlerle açıklanamıyordu:
1. Siyah cisim ışımasının enerji dağılımı (morötesi felaket!)
2. Fotoelektrik olay
3. Atomların kararlılığı

Gazların kinetik kuramı, klasik fiziğin çok önemli başarılarından biriydi. Bu kurama göre, hiç bir molekülü dışarı kaçırmayacak ideal bir gaz kabındaki N molekülün toplam enerjisi E olsun. Bu toplam enerji [E] , enerjinin eşit dağılımı yasası diye bilinen temel bir istatistiksel teoreme göre ortalama olarak moleküllere eşit olarak dağılmıştır. Ortalama diyoruz, çünkü istatistiksel açıdan kesin veriler değil, ancak ortalama değerler elde edilebilir. Lord Rayleigh ve Sir James Jeans, gazların kinetik kuramına başarıyla uygulanan istatistiksel modeli, iç duvarları kusursuz ayna olan kutuda hapsedilmiş “ışık” dalgalarına uygulamaya çalıştılar. Ama burada temel bir zorlukla karşılaştılar. Bir gaz kabındaki molekül sayısı çoktu; ama “sonlu” ydu,oysa ışığın hapsolduğu ideal bir ayna cidarlı kutuda farklı titreşim tiplerinin sayısı “sonsuz”du. İşi basitleştirmek için “Jean Küpü”nün yalnızca sağ ve sol iç duvarları arasında gidip gelen dalgaları düşünelim. Bu dalgalar, duvarlarda zamanla genliğin kaybolacağını söyleyen sınır koşullarına uymalıdır… Bunu üç boyutta düşündüğümüzde “sonsuzluk” sayısının daha da artacağı açıktır. Titreşim modu (düğüm noktası) sayısı sonsuz, ama enerji sonlu. Yani titreşim modu başına düşen enerji = E/ sonsuz = tanımsız. Bu, kuşkusuz saçma bir sonuçtur. Yani açıkça, klasik kuram, artık cisimlerin doğasına ilişkin bilgilerimizle çelişmekteydi. Atomik ölçekte,maddenin davranışını açıklamak için klasik fiziğin uygulama denemeleri tamamen başarısız oldu. Siyah cisim ışıması,fotoelektrik olay ve bir gaz deşarjında atomların yaydığı keskin çizgiler klasik fizik çerçevesinde anlaşılamadı. George Gamow ‘un dediği gibi:” Bir kuram, cisimlerin doğası ile ilgili bilgilerimizle çeliştiği zaman, cisimlerin yapısı değil kuram yanlış olmalıdır”. Doğaya yeni bir bakış açısıyla bakmak gerekiyordu. Bu devrim, 1900 ile 1930 arasında gerçekleşti. Kuantum Mekaniği denen bu yeni yaklaşım atom, molekül ve çekirdeklerin davranışını başarıyla açıkladı.

KUANTUM FİZİĞİ
BÖLÜM 1 KUANTUM FİZİĞİNİN DOGUŞU
Bu bölümde kısaca özetlenen ve klasik fiziğin yetersiz kaldığı kritik olaylar, kuantum mekaniğinin kurulduğu 1900 ve 1925 yılları arasında keşfedilmiştir. Bu kritik olaylardan birincisi 1900 yılında Max Planck’ın açıkladığı, üzerine düşen her ışınımı soğuran siyah cismin radyasyon spektrumudur. Planck elektromagnetik ışınımın, kesikli ( klasik fizikte yer bulamayan şekilde, sürekli olamayan ) enerji kuantumları E=hų şeklinde yayılıp soğurabileceğini kabul etmiştir. Bu enerji kuantumlarının her birinin enerjisi E=hų şeklindedir. Einstein bu varsayımı 1905 fotoelektrik olayı açıklamakta kullanmıştır.
Böylelikle, ışığın foton( bir ışık kuantası) adı verilen ve enerjisine sahip tanecikler gibi davrandığını anlamıştır. 1923 yılında Compton, E=hų enerjisine sahip bir fotonun E=pc momentumuna sahip olduğunu keşfetmiştir. Momentum vektörünün p, doğrultu ve yönü fotonun yayılma doğrultusu ve yönündedir.
Fotonun dalga boyu ve frekansı arasındaki ilişki λų=C şeklindedir. Louise de broglie 1924 yılında Einstein’ in özel rölativite teorisi ile Max Planck ın kuantum teorisi sonuçlarını birleştirmeyi başardı ve ışınımın doğal olarak dalga tanecik ikilemi içersinde varolabileceğini gösterdi. Bu şartlar altında tanecikler dalga özelliği gösterir ve taneciğe eşlik eden dalga boyu P=h/λ veya λ=h/p şeklindedir.,
Klasik fizik daha genel olarak klasik teorik fizik, evrende olagelen makroskobik alandaki fiziksel olayların çoğunu açıklayabilmektedir. Atom fiziğinde özellikle kuantum mekaniksel parçaların (elektron foton) gibi fiziksel olayların meydana geldiği mikroskobik alanı klasik mekaniğin açıklayabildiği söylenemez. O zaman kuantum ve klasik teorik fiziği genel olarak karşılaştırıp arasındaki farkları söyleyelim

Klasik teorik fizikte büyük parçaların her zaman küçük taneciklerden oluştuğu düşünülür
Kuantum fiziğinde Taneciklerin dalga karakterinde hareket ettiği düşünülür. Bu düşüncenin uygulanması birçok matematiksel işleme dayanır
cisim bir bütün olarak incelenir ve Newton formalizasyonu kullanılır. Cismin ve taneciklerin hareketi değil kütle merkezinin hareketi incelenir.
Taneciğin enerjisi ve gerekli büyüklükler Schrödinger dalga denkleminde yerine yazılarak bu denklem çözülür. Ψ (pisi ) ruh anlamına gelir.
Taneciğin gelecekteki durumu ilk durumda verilen enerji, momentum gibi büyüklüklerle tespit edilir. Cismin üzerine etkiyen kuvvet ile de bu belirlenir.
Taneciğin ilk durumu kesinlik içermediği için gelecekteki durum da kesim bilinmez , tespit edilemez kuantum mekaniğin saptamaya çalıştığı ve arasındaki ilişkilerini araştırdığı büyüklükler OLASILIKLARDIR bu maddelerden yola çıkıldığında, genel olarak klasik teorik fizik geçersiz yaklaşımı yanlıştır. Bunun yerine klasik teorik fizik kuantum fiziğinin bir yaklaşımıdır. Bir özel durumdur ifadesi daha doğrudur.

O halde kuantum ve klasik teorik fiziğin uygulama sınırlarını belirlemeye çalışalım

Einstein rölativite teorisi ile hızda sınırın ışık hızı olduğunu gösterdi. Bundan dolayı ışık hızının diğer bir özelliği, hareketinin ne zaman rölavistik ne zaman klasik teorik fiziğin denklemleriyle çözülmesi gerektiğine karar vermesi açısından önemlidir. Böylelikle klasik teorik fizikteki sınırsız hız kavramına bir sınır getirilir. Klasik teorik fiziğin formülleri düşük hızlarda geçerliliğini korur. Kütlenin ışık hızına yaklaşırsa (0.6c sınır kabul edilir. ) rölavistik mekanik eşitlikleri kullanılır. Şimdi buna benzer kuantum klasik teorik fizik benzeşimine gidelim . çok çok küçük enerjisi olan bir taneciğin dalga fonksiyonu ile ifade eden kuantum mekaniği ile klasik teorik mekanik hangi sınırda ayrılır
Kuantum fiziğini uygulama sınırı PLANCK sabitidir.
Bu sabitin boyut analizi şeklindedir. Açısal momentum boyutuna olan bir etkinin Planck sabitine yakın sayısal değerlere sahip olduğunda ( yada katları ) kuantum mekaniği sınırları içinde incelenmesi gerekir. Etki değeri değerinden yeteri kadar büyük ise bu durumda klasik teorik fizik kanunları uygulanır.

Not: 1900 yılında Alman fizikçisi Max Planck ų(ų,T)
Ų(ų,T)=(8πh/c3)(ų3e(hų/kt)-1 )
Max Planck bu formülü basit titreşicileri içerdiği varsaydığı oyuğun duvarları ile ışınımın absorbe edilmesi arasındaki dinamik dengeyi odaklayarak elde etmiştir. Oyuk içersindeki birim hacimdeki toplam ışınımın enerjisi tüm frekanslar üzerinden integral alarak elde edilir kısaca ų elimine edilir.

Ų(ų,T)=∫(8πh/c3)(ų3e(hų/kt)-1 )
0

ÖNEMLİ NOTLAR

·1 Ev=1,6×10-19j
·Me=9,11×10-31 kg
·Mp =1,67×10-27 kg
·Mn = 1,67×10-27 kg
·.h=6,6261×10-34 js
ħ=h/2π=1,05457×10 –34 js

BOYUTLAR VE SAYILAR
Tasavvur etmek deyimi biraz eskidi mi?
Zihinde canlandırma,göz önüne getirmek anlamına gelir.
Bir sahilde dolaşıyorsunuz.
Kumsaldaki kumlar tertemiz.Eğilip avuçluyorsunuz.
Elinizdeki kumların sayısı ortalama 10.000 tanedir.
Gezindiğiniz sahildeki tüm kumların sayısını düşünün.
Biraz daha ileri gidin.Yeryüzündeki tüm kumların sayısını tasavvur edin.
Ama evrendeki yıldız sayısı,yeryüzünde bulunan tüm kumsallardaki kum taneleri sayısından daha çoktur.
Bu durum başlıbaşına tasavvur etme olayıdır.
Zira pratik olarak yeryüzündeki kum sayısını tam olarak ifade edemeyiz.
Yani zihnimizde bu sayı ile ilgili rakamın sayısal ifadesi yer almaz.
Onun yerine aklımızla canlandırma yolunu seçeriz.
Bir kedi sizin yanınızda boy olarak küçük kalır.
Bir kelebek daha küçüktür.
Hele bir pire size göre ufacıktır.
Bu hayvanları görmeden bile onlarla kendi boylarınızı gözünüzün önüne getirebilirsiniz.
Ama bir atomun ne kadar küçük olduğunu anlamanız için hayal gücünüzü çalıştırmanız gerekir.
Yarım milyon atom yanyana dizilse bile kolumuzdaki bir tüyün arkasına gizlenebilirler.
Böyle bir ölçekte tek bir atomu düşünmeye çalışın.
Yarım milyon size az mı gözüktü?
Birden başlayarak 500.000 e kadar saymaya başlayın.
Bir de olaya şöyle bakalım:Elinize bir cetvel alın.
İki rakam arasındaki ince çizgiler milimetredir.
Bir milimetre hemen hemen şu uzunlukta bir çizgidir:-
Şimdi bu çizgiyi bin tane eşit parçaya böldüğünüzü hayal edin.
Bu bin tane parçadan her birine mikron denir.
Terliksi hayvan dediğimiz bir mikroorganizma, iki mikron enindedir.
Yani bu yaratık gerçekten çok küçüktür,ama bir atoma göre inanılmaz oranda büyüktür.
Bir damla su düşünün.
Bu damla içinde yüzen bir adet terliksi hayvanı çıplak gözle görmek istiyorsunuz.
O zaman ,damlayı, çapı 12 metreye gelecek kadar büyütmek zorundasınız.
Çapı 12 metre olan bir su damlası herhalde küçük bir şey sayılmaz.
Ama sıkı durun.
Gene bu ufacık bir su damlasındaki atomları görmek istiyorsunuz.
O zaman damlanın çapı ne olur dersiniz?Tam 24 kilometre.

Sponsorlu Bağlantılar
Aramalar
    /kuantum fiziği hakkında bilgi

Hakkında Helen

Cevapla

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Required fields are marked *

*

Şu HTML etiketlerini ve özelliklerini kullanabilirsiniz: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Scroll To Top