Kuantum Kuramı Nedir? Kuantum Teorisi | Tarihçesi Hakkında Bilgi

Kuantum Kuramı Nedir Kuantum Teorisi Tarihçesi Hakkında BilgiMax Planck, 14 Aralık 1900 tarihinde ‘Alman Fizik Derneği”ne “Normal Bir Prizmada Enerjinin Dağılışı başlıklı bildirisini sunduğunda belki kendisi de çalışmasının “devrimci” öneminin, fizikte yepyeni bir dönem açacağının bilincinde değildi. Aslında Planck’ın kuramı ilkin büyük bir gürültü koparmadı. 1905 yılında Albert Einstein’ın o zamana kadar gizi çözülememiş bir konunun, atomdan daha küçük taneciklerin hareketlerinin açıklanmasında Planck’ın “Kuanta kuramı”na başvurması ve böylece gizin çözülmesi ilk başarılı sınav oldu. Kuanta kuramının başka sorunların çözümünde de başarılı olması üzerine Planck’a 1918 yılında Nobel ödülü verildi. Danimarkalı Fizikçi Niels Bohr’un 1913 yılında, Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger’in 1927’de atomun yapısına ilişkin olarak kuanta kuramı sayesinde gerçekleştirdikleri buluşlar çok önemli sonuçlar doğurdu. Kuantum kuramını açıklamak üzere geçen yüzyılın ortalarına kadar geriye gitmek ve yine bir Alman Fizikçisi olan Gustav Robert Kirchhoff un çalışmasına değinmek gerekir. Sorun, ışık ve renk ilişkisiydi.

1840’lar da “her hangi bir biçimde enerji alan bir cismin kendi fiziksel ve kimyasal özelliğine göre ışık verdiği, bu ışığın da bize renk olarak göründüğü” bulunmuştu. Bir başka deyişle, örneğin, bir cisim akkor haline gelinceye değin ısıtıldığında bir ışık yayıyordu. Bu ışık ise değişik dalga boylarındaydı ve her bir dalga uzunluğunun göz üzerindeki etkisi değişik bir renk görmeye neden oluyordu. Üstelik bu farklı dalga uzunlukları elementler için bir çeşit “parmak izi” gibiydi. Nasıl birbirinin aynı parmak izlerine sahip iki insan yoksa birbirinin aynı dalga uzunluğunda ışık yayan iki element de yoktu. Işığın değişik dalga uzunluklarında yayılması ve renklere kaynaklık etmesi Kirchhoff’un Alman kirnyacısı Robert Wilhelm von Bunsen’le birlikte yaptığı ve “spektroskop” adını verdikleri bir aygıt aracılığıyla ışığın çözümlemesini gerçekleştirmeleri üzerine açıklığa kavuşmuştu. Spektroskop prizmadır, yani birbirleriyle üç boyutlu bir üçgen oluşturacak şekilde birleşmiş, camdan bir nesne. Dar bir yarıktan geçirilerek prizma üzerine odaklaştırılan ışık, dalga uzunluklarına göre değişen açılarda sapar; böylece ortaya değişik renklerden oluşan bir görüntü çıkar.

Farklı dalga uzunluklarına göre belirlenen bu görüntünün biçimi bir elementten bir başkasına değişir. Bu özellikten ötürü daha önce tanınmayan elementleri bulmak mümkün olmuştur. Asıl önemlisi, bir elementin ışık yayıncaya kadar kızdırıldığında oluşan dalga uzunluklarını soğumaya başlar başlamaz yeniden içine almasının, yani soğurmasının saptanmış olmasıdır. Bu saptama, kuramsal olarak bir “kara cisim” kavramının ortaya atılmasına neden olmuştur. Çünkü kuramsal olarak, bir cisim kendine gelen bütün ışığı içine çektiğinde geriye yansıtacak bir şey kalmazdı ve böylece bir “kara cisim” oluşurdu. Ve yine kuramsal olarak, bu kara cisim akkorlanıncaya kadar ısıtıldığında, soğurmuş olduğu bütün mümkün dalga uzunluklarını içeren bir işin yayması gerekirdi. Ancak bu bir kuram olarak kaldı ve çeşitli tarihlerde değişik bilim adamlarının denemelerine karşın bir türlü tam anlamıyla uygulanamadı. Çünkü anlaşıldığı kadarıyla hiçbir cisim kendisine gelen ışığın bütününü soğurmamakta, dolayısıyla gerçek bir kara cisim ortaya çıkmamaktaydı. Böylece maddenin iç yapısına ilişkin bir çok soru yanıtlanmadan kalmış oluyordu.

Örneğin mikroskobik cisimlerin sahip olduğu yoğunluğun neden bu değerleri aldığı, neden bir cismin belirli bir derecede eridiği ya da donduğu, sodyum buharı neden sarı ışık yaydığı, kırılgan cisimlerin belirli bir gerilim noktasından sonra neden kırıldığı, neden bazı elementlerin elektriği iletip bazılarının iletmediği gibi pek çok soru klasik fiziğin ele aldığı halde çözemediği bilmecelerdi. 1899 yılında Max Planck bu sorunu incelemeye koyuldu. İlk düşüncesi ışığın sabit nicelikler halinde ışıldadığı idi. Bu niceliklerin ölçüsünü bilmediği için Latince’de ‘ne kadar’ anlamına gelen “quanta” adını verdi bunlara (“Quantum” /kuantum /quanta’nın tekil halidir.) Oysa o güne kadar benimsenmiş olan kurama göre, ışık da içinde olmak üzere tüm enerji biçimleri istenildiği kadar küçük sayılara bölünebilirdi, Max Planck ise tersine enerjinin olsun, maddenin olsun ancak belli bir niceliğe sahip tanecikler halinde var olabildiğini, daha alt düzeyde yani kendisinin Kuanta adını verdiği bir düzeyin altında daha az, daha küçük enerji olamayacağını ileri sürdü. Bir başka deyişle, kuanta “enerji demetleri” anlamına geliyordu.

Planck’a göre enerji gibi maddede de kuantumlardan söz etmek gerekirdi. Maddenin kuantumlan atom , ve moleküllerdi. Bir enerji biçimi olarak ışık ve öteki elektromanyetik dalgaların sürekli dalgalar olmayıp “foton” denilen kesikli, küçük enerji demetlerinden olduğunu savundu. Bu varsayımla ışık o güne kadar sanıldığı gibi “dalga” değil ‘”foton sağanağı” idi. Yine kuantum kuramı gereğince Max Planck bir kuantum enerjinin ışığın dalga uzunluğuna göre değiştiğini ve dalga boyu ne kadar kısa ise kuantumun o kadar uzun olacağını varsaydı. Bir kara cismin ışıldamasını kuanta olarak hesaplamayı sağlayacak bir formül Sonuç olarak belli bir ölçün ün üstünde büyüklükte kuantum elde etmenin mümkün olmadığı o halde dalga boyunun da belli bir kısalığın altına inemeyeceği gösterilmiş oldu. Böylece Planck Kirchhoff’un yaklaşık altmış yıl önce temelini atmış olduğu siyah cisim ışıldaması yasasını tamamlamış ve bu yasanın temel kuramsal ilkelerini belirlemişti. Bu, “Planck sabiti” (deneysel ve sayısal olarak saptanmış değişmez veri) denen yerinin bulunmasıyla gerçekleşmişti. Bu sabitin bulunması bir çok fizik probleminin çözümüne olanak vermesinin yanı sıra yeni fizik yasalarının da bulunmasına öncülük etmiştir.

Einstein’ın 1905 yılında “fotoelektrik etki”nin gizini kuantum kuramından yararlanarak çözüşü, ardından Bohr’un ayni kuramı atomun yapısına uygulayarak “atom çekirdeği” ile onun çevresinde dönen “elektronlar” arasındaki yörüngesel ilişkiyi açıklaması böylece emilen, soğurulan ışığın neden salınan ışıldamaya eşit olduğunun gösterilmesi o zamana kadar kabul edilen pek çok fizik kuralının bir yana .bırakılmasına yol açtı. Klasik fiziğin yerini kuantum fiziğinin alış’ aynı zamanda “mekanikçi” ve “gerekirci” (determinist) görüşün de terk edilip yerine “olasılıkçı” görüşün geçirilmesini amaçlayan bir akım başlattı. Özellikle Werner Heisenberg “Kuantum Kuramının Fizik ilkeleri” adlı kitabında “gerekircilik” kuramının ya da “nedensellik ilkesi”nin karşısına “belirsizlik ilkesini çıkarttı. Bu ilkeye göre, atomlar evreninde ancak olasılıklardan söz edilebilirdi, olması gerekenlerden değil. Buna karşılık, gerek Einstein, hatta gerekse Max Planck kuantum kuramına dayatılmaya çalışılan belirsizlik ilkesi adına nedenselliğin boşianmasına katılmamışlardır. Bu iki ilkenin birbirini dışlamadığını tersine uygulandığı alanların farklılığına göre birbirlerini tamamladığını belirtmişlerdir.

Benzer Yazılar


9 Yorum

Yorum Yap

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.