Pazar, Şubat 25, 2024
BİLİM

Kuantum Mekaniği: Klasik Fiziği Aşan Paradigma

0
(0)

Kuantum mekaniği atomlar, elektronlar, fotonlar, moleküler ve molekül altı alemdeki hemen hemen her şeyin davranışını tanımlayan, fiziğin bir alt alanıdır. 20. yüzyılın ilk yarısında geliştirilen kuantum mekaniğinin sonuçları genellikle son derece tuhaf ve mantığa aykırıdır.

Kuantum Mekaniği ve Klasik Fizik Arasındaki Farklar Neler?

Atomlar ve elektronlar ölçeğinde, nesnelerin günlük boyut ve hızlarındaki hareketlerini ve etkileşimlerini tanımlayan klasik mekaniğin denklemlerinin çoğu artık işe yaramaz. Klasik mekanikte nesneler belirli bir zamanda belirli bir yerde bulunmaktadır. Kuantum mekaniğinde nesneler bunun yerine bir olasılık sisi içinde var olurlar. Yani A noktasında olmak için belirli şansları, B noktasında olmak için başka şansları vardır.

Kuantum Mekaniğinin Gelişimi

Kuantum mekaniği, klasik mekaniğin matematiğinin açıklayamadığı deneyler için bir dizi tartışmalı matematiksel açıklama olarak başlayarak, onlarca yıl boyunca gelişti. Bu gelişim 20. yüzyılın başlarında, Albert Einstein’ın görelilik teorisini yayınladığı sıralarda başladı. Bu aynı zamanda fizikte nesnelerin yüksek hızlardaki hareketini tanımlayan ayrı bir devrim niteliğindeydi. Tabii ki göreliliğin aksine, kuantum mekaniğinin kökenleri tek bir bilim adamına atfedilemez. Aksine, birçok bilim insanı, kademeli olarak kabul ve deneysel doğrulamalarla ilerleyen bir temele katkıda bulunmuştur.

1900’de Alman fizikçi Max Planck, belirli sıcaklıklardaki nesnelerin neden belirli bir renkte parladığını açıklamaya çalıştı. Planck, fizikçi Ludwig Boltzmann tarafından gazların davranışını tanımlamak için kullanılan denklemlerin, sıcaklık ve renk arasındaki bu ilişkiyi açıklamaya yardım edebileceğini fark etti. Sorun, Boltzmann’ın çalışmasının, verilen herhangi bir gazın küçük partiküllerden oluştuğu gerçeğine dayanmasıydı. Bu, ışığın da ayrık parçacıklardan oluştuğu anlamına geliyordu.

Kuantum Mekaniği
Genel görelilik bize yer çekiminin bir kuvvet değil, uzay-zamanın bir bükülmesi olduğunu söyler.

Çoğu fizikçi, ışığın küçük bir paket değil, sürekli bir dalga olduğuna inanıyordu. Planck’ın kendisi ne atomlara ne de ışığın ayrık parçacıklarına inanıyordu. 1905 yılında Einstein’ın yayınladığı bir makalede kendi düşüncelerine destek buldu.

İlginizi Çekebilir :  Möbius Şeridi

Einstein ışığın seyahat etmesini bir dalga olarak değil, bir tür “enerji paketi” olarak tanımladı. Bu enerji paketi, özellikle atom belirli titreşim hızlarına sıçradığında, bir bütün olarak soğurulabilir veya üretilebilirdi. Kuantum mekaniğinin “kuantum” kısmı buradan gelmektedir.

Işığı kavramanın bu yeni yoluyla Einstein, makalesinde dokuz olgunun davranışına dair öngörüler sundu. Planck’ın bir ampul filamanından yayıldığını tarif ettiği belirli renkler de buna dahildi. Ayrıca fotoelektrik etki olarak bilinen ışık renklerinin metal yüzeylerden elektronları nasıl koparabildiğini de açıkladı.

Dalga – Parçacık İkilisi Nedir?

Kuantum mekaniğinde parçacıklar bazen dalgalar, bazen de parçacıklar olarak var olabilirler. Bu durum, elektron gibi parçacıkların iki yarık içerisinden bir tahtaya gönderildiği çift yarık deneyinde görülmektedir. Tahtanın arkasında ise elektron çarptığında aydınlanan bir ekran bulunmaktadır. Elektronlar parçacık olsaydı, yarıklardan geçtikten sonra ekrana çarptıkları yerde iki parlak çizgi oluştururlardı.

Kuantum Mekaniği
İki yarık kullanıldığında elektronların bir dalga modeli ürettiği çift yarık deneyinin bir diyagramı.

Bunun yerine, deney yapıldığında ekranda bir girişim deseni oluşur. Bu karanlık ve parlak sütun modeli, yalnızca elektronların birbirleriyle etkileşime girebilen dalgalardan oluşmasıyla anlam kazanır. Yarıklardan bir seferde tek bir elektron gönderildiğinde bile, girişim deseni ortaya çıkıyor.

1924’te Fransız fizikçi Louis de Broglie, Einstein’ın görelilik teorisinin denklemlerini kullandı. Böylelikle parçacıkların dalga benzeri özellikler gösterebileceğini ve dalgaların da parçacık benzeri özellikler sergileyebileceğini kanıtladı.

Kuantum Mekaniği Parçacıkları Nasıl Tanımlıyor?

1910’larda Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, kuantum mekaniğini kullanarak atomların iç yapısını tanımlamaya çalıştı. Bu noktada atomun ağır, yoğun, pozitif yüklü bir çekirdekten oluştuğu ve küçük, hafif, negatif yüklü elektron sürüsüyle çevrili olduğu biliniyordu. Bohr, elektronları güneş sistemindeki gezegenler gibi çekirdeğin etrafındaki yörüngelere yerleştirdi.

Kısa bir süre sonra, farklı matematiksel çizgileri kullanan iki bilim adamı, atomun farklı bir kuantum resmini yarattılar. Almanya’da fizikçi Werner Heisenberg bunu “matris mekaniği”ni geliştirerek başardı. Avusturyalı-İrlandalı fizikçi Erwin Schrödinger, “dalga mekaniği” adı verilen benzer bir teori geliştirdi. Ayrıca Schrödinger, 1926’da bu iki yaklaşımın eşdeğer olduğunu gösterdi.

İlginizi Çekebilir :  Parmak İzi Nedir? Nasıl Oluşur?
Bohr Atom Modeli
Kuantum Mekaniği
Kuantum mekanik model olarak da tabir edilen Heisenberg – Schrödinger modeli

Her elektronun bir atomun çekirdeği etrafında bir dalga gibi davrandığı Heisenberg-Schrödinger modeli, önceki Bohr atom modelinin yerini aldı. Atomun Heisenberg-Schrödinger modelinde, elektronlar bir “dalga fonksiyonuna” uyarlar ve yörüngeler yerine “yörüngeleri” işgal ederler. Ayrıca Bohr modelinin dairesel yörüngelerinden farklı olarak, atomik yörüngeler kürelerden papatyalara kadar çok çeşitli şekillere sahiptir.

Kuantum Mekaniği ve Genel Görelilik Teorisi Birbirine Ters Mi?

Şu anda fizikçilerin, genellikle her şeyin teorisi olarak adlandırılan evrende gözlemlenen tüm parçacıklar ve kuvvetler için tam bir açıklaması yok. Einstein’ın göreliliği büyük ve kütleli şeyleri tanımlarken, kuantum mekaniği küçük ve maddi olmayan şeyleri tanımlar. İki teori tam olarak uyumsuz değil, ancak kimse onları nasıl birbirine uyduracağını bilmiyor.

Pek çok araştırmacı, yerçekimini kuantum mekaniğine sokacak ve atom altı alemden süpergalaktik alemlere kadar her şeyi açıklayacak bir kuantum yerçekimi teorisi aradı. Yerçekimi için graviton adı verilen varsayımsal bir kuantum parçacığı icat etmek bu önerilerden bir tanesi. Ancak şimdiye kadar tek bir teori bile evrenimizdeki tüm nesne gözlemlerine uymayı başaramadı.

Kuantum Mekaniği
  Sicim Teorisi, atom altı parçacıkların aslında bir boyutlu ve ipliksi varlıklar olabileceği varsayımına dayanır.

En temel varlıkların birçok boyutta titreşen küçük sicimler olduğunu öne süren bir başka öneri ise sicim teorisi‘dir. Lehine çok az kanıt keşfedildiği için fizikçiler tarafından daha az kabul görmektedir. Diğer araştırmacılar da, hem zamanın hem de uzayın ayrık, küçük parçalar halinde geldiği döngü kuantum yerçekimini içeren teoriler üzerinde çalışıyor. Ancak şimdiye kadar hiçbir fikir, fizik toplulukları arasında büyük bir hakimiyet kazanmayı başaramadı.

İlginizi Çekecek İçerik: ‘ChatGPT Nedir ve Nasıl Kullanılır?’

    Bu içerik size faydalı oldu mu?

    Puan vermek için yıldızın üzerine tıkla!

    Sonuçlar 0 / 5. Oy sayısı: 0

    İlginizi Çekebilir :  Stres Hormonu : Gecede 100 Defa Uyanıyoruz !

    Henüz puan verilmedi. İlk puan veren sen ol!

    Bu içeriği faydalı bulduysanız..

    Bizi sosyal medyada takip edin!

    Bir yanıt yazın

    E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir