Tweet
KUANTUM TEORİSİ VE TEMEL İLKELERİ
Lord Kelvin, XIX.yy.in sonuna doğru fiziğin hemen hemen tamamlandığı görüşündedir. Ona göre yalnızca ısı ve ışık kuramı üzerine bazı bilinmeyenler vardı. Fakat H. Hertzin 1887de keşfettiği "fotoelektrik etki ve ısı kuramı" ile, gerçekleştirilen deneyler arasında garip uyumsuzluklar baş gösteriyordu. İşin ilginç yanı, bilim adamlarının; pek önemsemediği bir konunun, tüm detaylarının önceden açıklandığı bir kuramın başlarına çorap örmeye başlamasıydı. Alman Ağırlıklar ve Ölçüler Enstitüsü, yeni elektrik lambaları için bir ölçek ararken, fizikçi W. Wienden bir "kara cisimin sıcaklığıyla, onun yaydığı ışınlar arasındaki bağıntıyı belirlemesini istedi. Bilindiği üzere ısıtılan cisimler ısırdı. Sözgelimi bir bakır parçası morötesi ışınları yaymadan önce İlkin kızaracak, sonra akkor hale gelecektir. Bu aşamada cismin yaydığı maksirnurn ışınlar mora kayacaktır. 1900da Berlin Üniversitesi profesörlerinden M. Planck bu problemi kuram yoluyla çözmeye çalışırken olanlar oldu. Plancka göre kara cisim füzerine gelen bütün ışık, elektromagnetik dalgaları yutarak büyük enerjilere sahip olabilen cisim) ışıması-soğurması denen bu problem, gözlem ve deneylerle ancak şu şartta uyuşuyordu: Kara cisme ulaşan ya da ondan yayılan ışınların sürekli değil; aralıklı, kesik kesik enerji paketleri şeklinde olması gerekir. Bu ifade açıkçası, klasik fizikte hep sürekli bir büyüklük olarak algılanan ve böylece işlemlere sokulan enerjinin aslında parçalı da olabileceğini söylüyordu. Bundan dolayı yeni bulguya "miktar parça" anlamında "kuantum1 denildi. Doğrusunu söylemek gerekirse, bunu kabul etmek için klasik bilim anlayışını bir tarafa bırakmak gerekliydi. Bu nedenle, Planck bu varsayımı gönülsüz olarak ortaya koydu ve hesap hatasının söz konusu olabileceğini vurguladı. Teorinin tarihsel gelişimi Planckın bulgusundan 5 yıl sonra A.Einstein fotoelektrik etki olarak bilinen fizik olayını açıkladı ve Nobel ödülünü almaya da hak kazandı. Einsteine göre ışıklı parçacıklar, frekanslarıyla orantılı olarak enerji taşır ve bu enerji metallerin elektronlarına aktarılabilirdi. Böylece vakum ortamda, ışık yoluyla metalden kolayca elektron sökülebilir, elektrik akımı iletilebilirdi. Işığın C.Huygensden beri bilinen dalga yapısı bu olayı açıklayamazdı. Çünkü çok kısa bir sürede, ışığın frekansının büyüklüğüne bağlı olarak metalden elektron sökülmesi ancak ışığın tanecik şeklinde düşünülmesiyle mümkündü. Planck haklı çıkmıştı, kesikli büyüklükler (kuantlar) görüşü anlam kazanıyor, bilim adamları mikroskobik olayları düşünürken bu çözüm ihtimalini de göz önünde tutuyorlardı. 1906da, E.Rutherford atomun yapısının araştırılması amacıyla yaptığı deneylerde, atomun Güneş Sistemi benzeri bir yapıda olduğunu ve merkezde (+) artı yüklü bir çekirdekle bu çekirdeği çevreleyen ( eksi yüklü elektronlardan oluştuğunu ortaya koydu. Fakat bu şekilde açıklanmış bir atomda elektronların hareketi, klasik hareket denklemleriyle incelendiğinde ortaya çelişki çıkıyordu. Çünkü, bu durumda çekirdeğin çevresinde dolanan bir elektron, eninde sonunda çekirdeğe düşmeliydi. Bu doğruysa ne dünyanın ne de evrenin varolmaması gerekiyordu. Ortada, atom kalmıyordu. Bu sorunun üstesinden Danimarkalı genç bilim adamı N.Bohr geldi.Bohr elektronlar için atom çekirdeği etrafında belirli çembersel yörüngeler öngörüyordu. Bundan hareketle, açısal momentumun kuantalı, büyüklük olduğunu belirtiyor; Planck sabitinin (h), 2nye bölümünün tam katları şeklinde yörüngeler düşünüyordu. Kararlı yörüngedeki elektron bu yörüngeyi ancak enerji vererek ya da enerji alarak terkedebirdi. Bu geçişlerde enerjisi "hf" ile verilen fotonlar ısınıyor ya da soğuruluyordu. Bu ifade de fotoelektrik olaydaki gibi kuantalı enerjiyi Ön görüyordu, (h: panck sabiti; f: ışığın frekansı) Okullarımızda, geçerli atom teorisi olarak işlenen, Bohrun bu bulgusu da kuantumluluk tezini destekliyordu. Bohrun atom teorisinin sonraları hidrojen ve hidrojen benzeri (son yörüngesinde bir elektron taşıyan) sistemler için geçerli olduğu gözlendi. Fizikçiler artık atomik düzeydeki yapılan açıklayabilmek için tek çıkar yol olarak kuantum teorisini kullanmaya devam ettiler. Dolayısıyla teorinin ana çatısı atomik yapıların gün ışığına çıkmasıyla oluşuyordu.
Lord Kelvin, XIX.yy.in sonuna doğru fiziğin hemen hemen tamamlandığı görüşündedir. Ona göre yalnızca ısı ve ışık kuramı üzerine bazı bilinmeyenler vardı. Fakat H. Hertzin 1887de keşfettiği "fotoelektrik etki ve ısı kuramı" ile, gerçekleştirilen deneyler arasında garip uyumsuzluklar baş gösteriyordu. İşin ilginç yanı, bilim adamlarının; pek önemsemediği bir konunun, tüm detaylarının önceden açıklandığı bir kuramın başlarına çorap örmeye başlamasıydı. Alman Ağırlıklar ve Ölçüler Enstitüsü, yeni elektrik lambaları için bir ölçek ararken, fizikçi W. Wienden bir "kara cisimin sıcaklığıyla, onun yaydığı ışınlar arasındaki bağıntıyı belirlemesini istedi. Bilindiği üzere ısıtılan cisimler ısırdı. Sözgelimi bir bakır parçası morötesi ışınları yaymadan önce İlkin kızaracak, sonra akkor hale gelecektir. Bu aşamada cismin yaydığı maksirnurn ışınlar mora kayacaktır. 1900da Berlin Üniversitesi profesörlerinden M. Planck bu problemi kuram yoluyla çözmeye çalışırken olanlar oldu. Plancka göre kara cisim füzerine gelen bütün ışık, elektromagnetik dalgaları yutarak büyük enerjilere sahip olabilen cisim) ışıması-soğurması denen bu problem, gözlem ve deneylerle ancak şu şartta uyuşuyordu: Kara cisme ulaşan ya da ondan yayılan ışınların sürekli değil; aralıklı, kesik kesik enerji paketleri şeklinde olması gerekir. Bu ifade açıkçası, klasik fizikte hep sürekli bir büyüklük olarak algılanan ve böylece işlemlere sokulan enerjinin aslında parçalı da olabileceğini söylüyordu. Bundan dolayı yeni bulguya "miktar parça" anlamında "kuantum1 denildi. Doğrusunu söylemek gerekirse, bunu kabul etmek için klasik bilim anlayışını bir tarafa bırakmak gerekliydi. Bu nedenle, Planck bu varsayımı gönülsüz olarak ortaya koydu ve hesap hatasının söz konusu olabileceğini vurguladı. Teorinin tarihsel gelişimi Planckın bulgusundan 5 yıl sonra A.Einstein fotoelektrik etki olarak bilinen fizik olayını açıkladı ve Nobel ödülünü almaya da hak kazandı. Einsteine göre ışıklı parçacıklar, frekanslarıyla orantılı olarak enerji taşır ve bu enerji metallerin elektronlarına aktarılabilirdi. Böylece vakum ortamda, ışık yoluyla metalden kolayca elektron sökülebilir, elektrik akımı iletilebilirdi. Işığın C.Huygensden beri bilinen dalga yapısı bu olayı açıklayamazdı. Çünkü çok kısa bir sürede, ışığın frekansının büyüklüğüne bağlı olarak metalden elektron sökülmesi ancak ışığın tanecik şeklinde düşünülmesiyle mümkündü. Planck haklı çıkmıştı, kesikli büyüklükler (kuantlar) görüşü anlam kazanıyor, bilim adamları mikroskobik olayları düşünürken bu çözüm ihtimalini de göz önünde tutuyorlardı. 1906da, E.Rutherford atomun yapısının araştırılması amacıyla yaptığı deneylerde, atomun Güneş Sistemi benzeri bir yapıda olduğunu ve merkezde (+) artı yüklü bir çekirdekle bu çekirdeği çevreleyen ( eksi yüklü elektronlardan oluştuğunu ortaya koydu. Fakat bu şekilde açıklanmış bir atomda elektronların hareketi, klasik hareket denklemleriyle incelendiğinde ortaya çelişki çıkıyordu. Çünkü, bu durumda çekirdeğin çevresinde dolanan bir elektron, eninde sonunda çekirdeğe düşmeliydi. Bu doğruysa ne dünyanın ne de evrenin varolmaması gerekiyordu. Ortada, atom kalmıyordu. Bu sorunun üstesinden Danimarkalı genç bilim adamı N.Bohr geldi.Bohr elektronlar için atom çekirdeği etrafında belirli çembersel yörüngeler öngörüyordu. Bundan hareketle, açısal momentumun kuantalı, büyüklük olduğunu belirtiyor; Planck sabitinin (h), 2nye bölümünün tam katları şeklinde yörüngeler düşünüyordu. Kararlı yörüngedeki elektron bu yörüngeyi ancak enerji vererek ya da enerji alarak terkedebirdi. Bu geçişlerde enerjisi "hf" ile verilen fotonlar ısınıyor ya da soğuruluyordu. Bu ifade de fotoelektrik olaydaki gibi kuantalı enerjiyi Ön görüyordu, (h: panck sabiti; f: ışığın frekansı) Okullarımızda, geçerli atom teorisi olarak işlenen, Bohrun bu bulgusu da kuantumluluk tezini destekliyordu. Bohrun atom teorisinin sonraları hidrojen ve hidrojen benzeri (son yörüngesinde bir elektron taşıyan) sistemler için geçerli olduğu gözlendi. Fizikçiler artık atomik düzeydeki yapılan açıklayabilmek için tek çıkar yol olarak kuantum teorisini kullanmaya devam ettiler. Dolayısıyla teorinin ana çatısı atomik yapıların gün ışığına çıkmasıyla oluşuyordu.