Kuantum Üzerine - I

[propulsion]

Bu başlıkta bilimsel bir teori olan ve 20. yüzyılın başlarında (1900’lü yılların başı) ortaya çıkan bir fiziksel teori olan kuantum mekaniği üzerine bir paylaşım yapmak istiyorum.

Daha önce başka bir başlık içerisinde (http://masonlar.org/masonlar_forum/index.php?topic=17064.40) tarihsel gelişimi ile ilgili aşağıdaki gibi kısa bir bilgi sunmuştum.

Kelime anlamı olarak kuantum paketçik/paketçikli veya tanecikli yapı demektir. İlk defa, bu çalışmasıyla 1918 Nobel Fizik Ödülü sahibi olan, Planck’ın 1800 yıllıların sonu - 1900 yılların başında kara cisimden çıkan ışımaların klasik fiziğin beklentilerinden uzak bir biçimde sürekli değil de kesikli yani belli dalga boylarında olduğunu ortaya koymasıyla hayatımıza girmiştir.

Sonrasında Einstein’ın fotoelektrik etki deneyi (kendisine 1921 Nobel Fizik ödülünü kazandıran) ile perçinlenen kesikli/paketçikli yapıya ait inceleme biçimidir.  Bu deneyde Einstein metal yüzeye (kolayca elektron verebilen 1 A grubu elementleri) ışık göndermiş ve bu ışığın metal yüzeyden elektron söktüğünü (daha doğrusu sistemde elektrik akımı gözlemlemiştir. Elektrik akımı da zaten elektron hareketi demek) gözlemlemiştir. O halde gerçekten ışık paketçikli/tanecikli yapıda olmalı ki metal yüzeydeki elektronu sökebilmelidir. İşte bu tanecik aynı Planck’ın kara cisminden de çıkan kesikli yapıya sahip dediği “foton” yani ışık taneciğidir.

Devamında Bohr (1922 Nobel fizik ödülü sahibi) Atom Modelinde bulunan elektronların döndüğü kararlı yörüngeler arasındaki geçişlerde belirli dalga boylarında (frekanslarda veya enerjide yahut görünür bölge için değişik renkte) ışık yani foton yayacağının bulunmasıyla iyice taçlanmıştır. Bu örnekler çoğaltılabilir. Bu sayede ışığın aslında hem dalga hem de parçacık gibi (ikili yani dual yapısı) davranması keşfedilmiş ve kuantum mekaniği ortaya çıkmıştır.

Kısaca ortaya çıkışını verdiğimiz kuantum mekaniğinin tanımı "klasik mekaniğin açıklamakta yetersiz kaldığı atom/atomaltı seviyelerde madde ve ışığın dual yapısını kullanarak madde ve ışığın etkileşmelerini/davranışlarını inceleyen bilim dalıdır" biçiminde yapılabilir.

O yıllarda Luis de Broglie (bu çalışmasıyla 1929 Nobel Fizik Ödülünü almış) doktora tezinde tıpkı ışığın dual yapısı gibi parçacıklara da bir dalga eşlik edebileceğini önermiştir. Buna madde dalgası denmiş ve atomik ölçekte çığır açan dalga mekaniği konusunun doğmasına neden olmuştur.

Devamında Schrodinger (1933 yılı Nobel Fizik Ödülü sahibi) atomik ölçekte elektronun (yani bir parçacığın) davranışını meşhur dalga denklemiyle incelemiş ve dalga mekaniği kurulmuştur.

Aynı yıllarda Heisenberg (1932 yılı Nobel Fizik Ödülü Sahibi) madem elektronların davranışları dalga gibi incelenirken meşhur belirsizlik ilkesini ortaya atmıştır. Bu ilkeye göre atomik ölçekteki böyle bir incelemede hızı kesin olarak tespit edilen elektronların yerleri aynı kesinlikle tespit edilemez. Böyle bir belirsizlik olmalıdır demiştir. Tabii tespit edilemez derken elektron orada, fakat nokta atışı bir şekilde yeri tespit edilemiyor. Yani elektron yok falan olmadı, sadece hızı bilinen elektronun yörüngedeki yeri net olarak belli değil.

Bu belirsizlik tanımının ucu elektronun olma olasılığının bulunduğu yerlere yani orbital kavramına (Mulliken 1966 Nobel Kimya Ödülü) götürür bizi. Devamında bu iş elektronların spininin keşfiyle modern atom kuramına yani kuantumu da içeren atom kuramına kadar uzanır (spin Stern ve Gerlach tarafından keşfedilmiş-1943 Nobel Fizik Ödülü).

Dalga mekaniği ve kuantum mekaniği iç içe girmiştir. Bu nedenle sanki aynı şey gibiymiş verildiğini söylemeden geçemeyeceğim. Görüldüğü gibi farklı inceleme biçimleridir. Tabii bu farklılıklar mevcut başlığın dışındadır. İstenirse ayrı bir başlık altındada  irdelenebilir.

Yine başka bir başlık altında (http://masonlar.org/masonlar_forum/index.php?topic=17433.0 6 ve 8 numaralı iletiler) aşağıdaki gibi bilgisel bir paylaşım yapmıştım. Pozitif bilim olarak kuantum fiziğini hayatımıza girmiş ve bir çok faydaya sahiptir. Az önce açıkladığım gibi 1800’lü yılların sonlarından başlayarak ve özellikle 1900’lü yılların ilk yarısında oldukça hızlı bir gelişme gösteren vebu gelişmesi  halen devam edem kuantum fiziğine bağlı olarak birçok teknolojik gelişme ve yenilik olmuştur. Bunlardan özetle bahsetmek gerekirse; yarıiletken teknolojileri (diyotlar, transistörler, entegre devre elemanları…), kuantum bilgisayarları, kuantum nano teknolojik cihazlar gibi teknolojiler kuantum cihaz teknolojilerinin (quantum device technologies) geldiği yeri göstermektedir.

Konu hakkındaki paylaşım okunması ve takibi kolay olması amacıyla 2 bölüme ayrıldığından konunun devamı Kuantum Üzerine - II isimli paylaşımda devam etmektedir. II numaralı paylaşım kuantum hakkında oluşturulan yanılgılar ile ilgili düşüncelerimi içermektedir.