Kuantum Fiziği nedir?

Kuantum Fiziği nedir? Kuantum mekaniğinin temel hatları... Akılalmaz deneyler ve sonuçları...

Tüm kuramları altüst eden kuantum mekaniği, bizi yanılgıların içine düşüren atomların dünyası...

Bugüne kadar makro evrenden, klasik fiziğin birkaç ana başlığından, modern fizikten, zamandan, makro evrenin kuramlarından bahsettik. 

Şimdiyse mikro evrene, atomların, atom altı parçacıkların dünyasına; kimsenin aklının almadığı, zamane bilim insanlarının cevapsız kaldığı, olasılıklardan öteye gidemediğimiz, Einstein'ın dahi kaybettiği, yeni bir çağ açma kapasitesi bulunan kuantum evrenine giriş yapacağız.

Fakat ara ara modern fizikten, klasik fizikten parantezler açacağız.

Kuantum Fiziği nedir?

Bu karmaşık evrene giriş yapmadan önce "Kuantum Fizik"inin tanımını yapalım. Wikipedia'nın tanımına göre "Kuantum mekaniği veya Kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. "'Nicem mekaniği"' veya "'dalga mekaniği"' adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik radyasyonlarla olan etkileşimlerini de kapsar." biz ise tanımıyla çok ilgilenmeden direkt olayın içine gireceğiz. 

Planck Sabiti ile Kuantum'a giriş

Burada da bütün olay ışıkla başlamıştı. Bildiğiniz gibi kütlesi olan her madde bir enerjiye sahipti. Enerjisi olan her şeyde bir ışık kaynağıdır. Evet bizler de birer ışık kaynağıyız. Fakat bu ışıklar bizim ışık tayfımızın dışında bulunuyor. Bu yüzden de bunları herhangi bir termal kamera olmadan çıplak gözle gözlemleyemiyoruz. Yayılan ışıklarda sıcaklıklarına göre renkler yayıyordu.

Buradaki sorunsa şuydu: "Neden her madde farklı sıcaklıklarda farklı renkte ışıklar yayıyordu?" Aslında soru basit gibi görünüyordu fakat açıklaması çok zordu. Bir türlü bir açıklama getirilemiyordu. Çalışmalar esnasında farklı gazlar ısıtıldığında çıkan ışıklara cam prizmadan bakıldığında renklerin bir gökkuşağı gibi olması beklenirken beklenilenin aksine kalemle çizilmiş gibi farklı farklı çizgiler halinde durduğu gözlemleniyordu. Ve gerçekten buna bir açıklama getirilemiyordu ta ki bu işle kafayı bozmuş, yıllarını vermiş o adam; çıkıp yaptığı denklemlere bi' sabit ekleyene kadar. Planck sabiti.

Max Planck, denklemlerine bu sabiti ekledikten sonra bütün taşlar yerine oturmuştu. Bu denklemlerle bize anlatmaya çalıştığı şeylerden biri de ışığın sadece dalga değil bir parçacık da olduğunu, paketler halinde yayıldığını (dalga-parçacık ikiliği) , bu paketlere de "quanta (adet)" çoğuluna da "quantum" adını vermişti. Bu olaya da Kara Cisim Işıması denilmişti. İşte tam da burada kuantum dünyasıyla tanışılmıştı ama kimse farkında değildi henüz. İlk başta yaptığı buluşun, keşfin öneminin farkında değildi. Hatta bu keşfini yayımlamamayı bile düşünmüştü ilk başlarda. Fakat sonrasında yayımladı. 

Bunun önemini ilk fark eden kişi tahmin edeceğiniz üzere Albert Einstein oldu. Hatta bu denklemleri kullanarak önceden tıkanılan Fotoelektrik etkiyide açıkladı. Hatta bu çalışmasıyla Nobel ödülü dahi aldı. Hatta o da Nobel ödülünü bu etkiyi açıklamasından 16 yıl sonra almıştır. Çünkü bu etkinin önemi tıpkı Planck Sabiti gibi çok geç anlaşılmıştır. 

Bohr Atom Modeli ve Kuantum Sıçraması

Bu olaylarda dikkati tam anlamıyla çekecek kişi ise oluşturduğu atom modeliyle Niehl Bohr'dur. Planck'ın formülleri ve Rutherford atom modeliyle oluşturduğu Bohr atom modelinde, elektronların uyarılma halini açıklamıştı Niels Bohr. Yani atoma enerji verildiğinde yörüngelerdeki elektronlar kararsız hale geçerek bir üst katmana sıçrar bir nevi yörünge değiştirir. Atom modelini Güneş Sistemi'ne benzetirsek, Mars'ın bir anda Jüpiter yörüngesine sıçraması gibi düşünülebilir. Kendi yörüngesine geri dönerken de aldığı enerji miktarı kadar foton yayıyor bu elektronlar.  İşte bu sıçramalara "Kuantum Sıçraması" deniliyor ve tam da burada Klasik fizik teslim oluyor. 

İşte Klasik fiziğin bu teslimiyetinden sonra Einstein'la Niels Bohr öncülüğünde bir nevi Kuantum fiziği ve Klasik fizik savaşı başlıyor. Bu savaşın başlangıcı da o meşhur fotoğrafın çekildiği Solvay Konferansı oluyor.

Şimdilik burada duralım. Bir sonraki yazılarımızda; bu tartışmaların ayrıntılarını, Kuantum dolanıklığını, EPR Paradoksu'nu, Çift Yarık Deneyi'nden, Schrödinger'in kedisinden, Heisenberg'in belirsizlik ilkesinden bahsedeceğiz. 

Takipte kalın bu dünyayı beraber keşfedelim.