Kuantum Fiziği ne içindir? Kuantum fiziği günlük hayatta yararı olmayan ezoterik bir alan gibi görülebilir ancak durum bunun tam tersi. Atomların elektronların ve ışığın davranışlarını anlamak için ihtiyaç duyduğumuz bilim kuantum fiziğidir. O yüzdende bir çok şeyin örneğin mikro yongaların ve lazerlerin altında yatar. DNA zincirlerini bir arada tutan ve böylece o ünlü çift zincirdeki moleküllerin çözülüp kendi kopyasını yaratmasını sağlayan bilimin ta kendisidir. Kuantum fiziği her ne kadar henüz onu iyi tanımamakta yaşamın bilimidir.
Dalga mı, parçacık mı, yoksa her ikisi mi?
Bilim insanlarının 19. yy sonunda eriştiği fizik anlayışına şu anda klasik fizik diyoruz. Klasik fizik, maddesel dünyanın işleyişini Sir Isaac Newton’un keşfettiği ilkeler doğrultusunda ışığın ve diğer elektromanyetik radyasyonların (radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar her şeyin) davranışını James Maxvell’in dalga denklemleriyle betimlemeye çalışır. Klasik fizik dünyasında dalga dalgadır, parçacık ise parçacık. Örneğin elektrik yükü taşıyan bir elektronu sallarsanız bu radyo dalgaları yayılmasına sebep olur ama kimliklerini daima korurlar. Genel görelilik kuramı ve yakın kuzeni Özel görelilik kuramı klasik kurallara dahildir. Çünkü parçacıklarla dalgalar arasındaki ayrımı sürdürürler.
Kuantum fiziği ise tüm bunları altüst eder. Klasik fizikten başka bir şeye ihtiyaç duyulduğunun ilk ipucunu veren, Max Planck’ın ışığın davranışının bir takım boyutlarının, ışığın sürekli bir dalga değilde parçacıklardan oluşmasıyla açıklanabildiğini keşfetmesiydi.
Fakat diğer değerler ışığın hala bir dalga olarak davrandığını gösteriyordu. Sonra klasik fiziğin parçacık saydığı elektronların bazı koşullarda dalga davranışı gösterdiği anlaşıldı. İşte dalga-parçacık ikiliği denen bu durum kuantum fiziğinin temelidir. Kuantum fiziğine göre elektronların dalga yapısından ötürü asla kesin bir konumu yoktur ve nereye gideceği kesin olarak bilinemez. Bu Heisenberg’in belirsizlik ilkesidir. Buna göre kuantum nesnelerinin ya konumunu ya da yönünü bilebiliriz ikisi aynı anda bilinemez.
İlginizi çekebilir: belirsizlik ilkesi nedir
Kuantum Nedir
Kuantum bir şeyin olabilecek en küçük miktarıdır. Örneğin ışığın olabilicek en küçük miktarına foton diyoruz. Işığın yayılması atomdaki orbitler (enerji düzeyleri) arasında elektron geçişleri sayesinde olur. Elektron bir enerji düzeyinden diğerine sıçrarken bir foton yayılır, buna kuantum sıçraması denir.
Elektronların ikili davranışı ne işe yarar?
Kuantum parçacıkların ikiliği fikri 17.yy’da Newton ve Huygens’in tartışmalarına dayanır. 1803’te fizikçi Thomas Young tarafından gerçekleştirilen ünlü çift yarık deneyi maddenin bu davranışını ortaya koymak için yapılan ilk çalışmalardan biriydi. Young deney düzeneğinde tek ışık kaynağı olarak iğne deliğinden geçen güneş ışığını kullanmıştır. İğne deliğinden geçen ışık arkasında üzerinde çift delik olan ve deliklerin ilk kaynağa uzaklıkları eşit olan ikinci bir levhanın üzerine oradan da arkadaki opak zemine düşüyordu.
Birinci iğne deliğinden herhangi bir anda geçen ışık diğer iki iğne deliğinden aynı anda geçeceği için iki iğne deliğinden çıkan ışık o anda aynı fazda olur ve ekranda girişim saçakları oluşturur. Young’ın çift yarık deneyinde sadece ışık üzerine denemeler yapılmıştır. Ta ki, 1961’de Clauss Jönsson bunu o zamana kadar parçacık tanımına uyan elektronlarla deneyene kadar.
Bu deneyde ise ışık yerine elektron tabancası (katot ışın tüpü) kullanılmıştır. Tabancadan gönderilen elektronlar gönderilirse gözlem sonucunda düz bir çizgi elde edilir. Yani yarıktan geçen elektronlar düz bir doğrultuda ilerler. Benzer şekilde yarığa ışık gönderildiğinde plakada düz bir çizgi görülür. Bu çizgi ışığın en yoğun olduğu bölgedir. Yarık sayısı ikiye çıktığında ışığın dalga özelliğinden dolayı bir girişim deseni oluşturulduğu Young Deneyinde gösterilmişti. Bu durumda çift yarığa elektron gönderildiğinde düz bir doğrultuda sadece iki yarığın birinden geçebileceği için iki sütun oluşması gerekiyordu ancak elde edilen görüntü bir girişim deseniydi yani elektronlar aynı zamanda dalga özelliği gösteriyordu.