|
|
#1
1 December 2008, 19:03
|
|||
|
|||
Bilim ve Felsefe
ÜSTÜSTE GELME :
Kuantum fiziginin belki de en garip (ve en çok itiraz alan) yönü bir sistemin ayni anda birkaç farkli durumda bulunabilmesi. Parçaciklar dogal olarak böyle durumlara giriyorlar. Örnegin bir elektron tek bir noktada degil de degisyk noktalarda bulunabilir. Max Born 1926 yilinda de Broglie dalgalarinin fiziksel bir dalga olmadigini, bir olasilik dalgasi olarak yorumlanmasi gerektigi düsüncesini ortaya atti. Buna göre parçaciklar de Broglie dalgasinin bulundugu her yerde bulunur, bunlar dalganin güçlü oldugu yerlerde yüksek olasilikla, zayif oldugu yerlerde de düsük olasilikla bulunuyor. Böylece parçacigin konumu dogal bir belirsizlik tasir. Max Born bu çalismasindan dolayi 1954 yilinda Nobel ödülünü kazandi. Erwin Schrödinger, üstüste gelme ilkesinin yarattigi gariplikleri en açik biçimde ortaya koyan bir düsünce deneyi tasarladi. Schrödinger#8217;in kedisi olarak bilinen bu deneyde bir kedi ayni anda hem diri hem de ölü oldugu bir duruma sokulabiliyordu. Hem mikroskobik ölçekte hem de bazi makroskobik cisimlerde var oldugu bilinen üstüste gelme olgusunun yorumu sürekli tartisma konusu olagelmistir. TÜNELLEME : Klasyk fizige göre herhangi bir cismin kinetik enerjisi negatif olamaz. Dolayisiyla duvara attigim bir top duvari delmeden öteki tarafa geçemez; çünkü duvarim getirmis oldugu enerji engelini asabilmek için klasyk fizige göre duvarin içinden duvari delmeden geçmek için negatif kinetik enerjiye sahip olmalidir. Bu da klasyk fizige aykiridir. Kuantum kuramina göreyse, bir enerji engelini asmak için yeterli enerjisi olmayan bir kuantum parçacigi , yine de bu engeli asabilir. Yani engelin öteki tarafinda bulunma olasiligi sifir degildir. Kuramin tahmin ettigi ve dogrulugu deneylerle kanitlanmis olan ve radyoaktivite gibi olgulari açiklayan bu etkiye tünelleme adi verilir. SCHRÖDİNGER DENKLEMİ : Bir kuantum sistemi hakkinda bize her bilgiyi veren araç dalga fonksiyonu adi verilen bir fonksiyondur. Dalga fonksiyonunun uzaya ve zamana bagli degisimini veren denklemi ilk bulan Avusturyali fizikçi Erwin Schrödinger#8217;dir. Bu yüzden denklem Schrödinger denklemi adiyla anilir. Schrödinger denklemine göre dalga fonksiyonunun zamana göre degisimini Hamiltonian adi verilen bir operatör kontrol eder. Hamiltonian operatörü (bazen enerji operatörü adiyla da anilir) sistemin enerjisi ile yakindan ilgilidir. Kuantum sisteminin sahip olabilecegi enerji degerlerini Hamiltonian operatörü belirler. Bunu veren denkleme de zamandan bagimsiz Schrödinger denklemi adi verilir. Schrödinger denkleminin çözümü olan dalga fonksiyonunun karesi kuantum sistemi ile ilgili olasiliklari verir. DE BROGLİE DALGASI : 1923 yilinda aristokrat bir aileden gelen Fransiz fizikçi Louis de Broglie isigin bazen dalga bazen de parçacik gibi davranmasindan esinlenerek, diger parçaciklarin da dalga yönleri olabilecegi savini ortaya atti. Buna göre momentumu p olan bir parçaciga dalgaboyu l=h/p olan bir dalga eslik ediyor ve parçacigin özelliklerini tamamliyordu. Nasil bir gitar teli uzunluguna bagli olarak sadece belli frekanslarda titresiyorsa, atomun çevresinde dolanan bir elektronun de Broglie dalgasi da sadece belli dalgaboylarina sahip olmaliydi. Bu çesit bir dalga 1913 yilinda Bohr#8217;un hidrojen atomundaki elektronlarin enerji seviyelerini buldugunda yaptigi varsayimlari açikliyordu. Makroskobik cisimlerin momentumlari çok daha büyük oldugundan, de Broglie dalgasinin dalgaboyu ölçülemeyecek kadar küçüktür. Bu nedenle makroskobik cisimlerin dalga özellikleri gözlemlenemez. De Broglie#8217;nin bu çalismasi, kendisinin 1929 yilinda aldigi disinda iki Nobel ödülü daha üretti. 1926#8217;da Avusturyali fizikçi Erwin Schrödinger, de Broglie#8217;nin çalismasini genisleterek kuantum kuraminin temel denklemini elde etti ve 1933#8217;te Nobel ödülünü aldi. 1927 yilinda birbirlerinden bagimsiz olarak ABD#8217;de Davisson ve Germer, Ingiltere#8217;de de Thomson, bir kristale gönderilen elektronlarin tipki dalgalar gibi kirinima ugradiklarini gösterdiler. Davisson ve Thomson#8217;da 1937 yilinda Nobel aldilar. BELİRSİZLİK İLKESİ : Kuantum kuraminin belirsizlik ilkesi, bir parçacigin bazi farkli özelliklerinin ikisinin de kesin olarak belirlenemeyecegini söyler. Örnegin bir parçacigin konumuyla momentumu (momentum bir cismin kütlesiyle hizinin çarpimidir) ayni anda tam olarak ölçülemez. Kuantum kuramina göre parçacigin bu iki özelligindeki belirsizliklerin çarpimi en az Planck sabiti h=6,626x10^-34 J.s kadardir. Konumu belli bir anda kesin olarak bilinen bir parçacigin momentumu sonsuz belirsizliktedir ve bu yüzden parçacik kisa sürede o noktadan ayrilir ve uzaya dagilir. Benzer sekilde momentumu kesin olarak bilinen bir parçacigin konumu sonsuz belirsizliktedir, yani böyle bir parçacik uzayin her kösesinde bulunabilir. Bu nedenle dogada rastlanan parçaciklarin bulundugu kuantum durumlarinda parçaciklarin hem konum hem de momentumu bir miktar belirsiz olmak zorunda. Alman fizikçi Werner Heisenberg, ünlü mikroskop örnegini bu ilkeyi açiklamak için gelistirdi. Bir parçacigin yerini "görerek" ölçmeye çalistiginizi düsünün. Böyle bir ölçümde parçacigin üzerine isyk göndermek, dolayisiyla parçacikla etkilesmek gerekir. Bu bile parçacigin konumunu tam olarak belirlemeye yetmez. Bu ölçümde en azindan kullanilan isigin dalgaboyu (l) kadar bir hata yapilir. Bunun yani sira isyk parçacikla etkilestigi için ölçüm, parçacigin hizinda bir degismeye de neden olur. isyk parçaciga çarpip yansidigi için en az bir fotonun momentumu parçaciga aktarilir. Parçacigin momentumu ölçümden önce tam olarak bilinse bile, konumun ölçülmesi parçacigin momentumunu h/l kadar degistirir. Bu nedenle, parçacigin yerini daha iyi belirlemek için daha kisa dalga boylu isyk kullansak bile, ölçümümüz momentumdaki belirsizligi arttiracak, ama her durumda ikisinin belirsizlikleri çarpimi en az h kadar olacaktir. SPİN : Parçaciklarin uzaydaki dogrusal hareketleri disinda kendi iç dinamikleriyle ilgili hareketleri de vardir. Bu parçaciklari dogrusal degil de küçük kürecikler seklinde düsünürsek, bu kürelerin kendi çevrelerinde dönmeleri de etkileri gözlemlenebilen bir hareket seklidir. Bu hareket için Ingilizce#8217;de kendi etrafinda dönmek demek olan "spin" kullanilir. Spin de bir açisal momentum türüdür. Fakat kuantum kurami bazi parçaciklarin (elektronlar gibi) spinlerinin gerçekten böyle bir dönme sonucu olusmayacagini söylüyor. Bu ragmen dönme benzetmesi bir çok açidan iyi bir açiklama biçimi gibi görünüyor. Kuantum kuramina göre spini "s" olan bir parçacigin spin durumu sadece (2s+1) degisyk deger alabilir yada bu (2s+1) durumun üst üste gelmesiyle olusabilir. Elektron, proton ve nötronlarin spinleri s=1/2 dir. Yani bu parçaciklari uzaydaki hareketlerinin disinda 2 degisyk durumda da bulunabilirler. Zayif etkilesimi ileten W ve Z parçaciklarinin spini 1#8217;dir. Bunlar da 3 degisyk durumda bulunabilirler. Fotonlarsa isyk hizinda hareket ettikleri için spinleri 1 olmasina karsin sadece iki farkli spin durumunda bulunabilirler. Bunlarin disinda bir kaç parçaciktan olusmus birlesyk sistemlerin spinide hesaplanabilir. Örnegin helyum-4 atomunun spini 0 olarak hesaplanabiliyor. Spini olan bir çok parçacik spinlerinin yönüne bagli olarak uzayda manyetik alan olustururlar. Bu anlamda bu tip parçaciklari küçük birer miknatis olarak da düsünmek mümkün. Eger elektronlar bir manyetik alandan geçirilirse, kendi miktanatisliklarinin yönüne bagli olarak degisyk yönlere sapmalari gerekir. 1921 yilinda Stern ve Gerlach bu deneyi yaparak elektronlarin sadece iki degisyk yöne saptiklarini, böylece bu parçaciklarin sadece iki farkli spin durumunda bulunabildiklerini göstererek kuantum fiziginin en güçlü kanitlarindan birini elde ettiler. (Bilim ve Teknik Derigisi'nden alinmistir.) 
|
Normal
