10 maddede Kuantum Mekaniğini tüm derinliği ve detaylarıyla açıklayamayacağımızın farkındayız. Ancak; merak edenler ve yüzeysel de olsa bilgi sahibi olmak isteyenler için genel hatlarıyla Kuantum Mekaniğini anlatmaya çalıştık.
Siz de yorumlarınızla listeyi genişletebilir, konu hakkında daha detaylı bilgi verebilirsiniz.
Kuantum Nedir?
Kuantum; anlamı ‘ne kadar, ne büyüklükte’ olan, Latince ‘quantus’ sözcüğünden, mekanik ise ‘bir şeyin çalışma prensibi’ anlamına gelen İngilizce ‘mechanics’ sözcüğünden gelir.
Modern bilimin ve teknolojinin açıklanmasında ve geliştirilmesinde büyük bir rolü olan klasik fizik, maddeyi ve gözle görülür seviyedeki enerjiyi insan deneyleriyle açıklamıştır. Fakat 19. yüzyılın sonralarına yaklaşıldığında klasik fizik ile açıklanamayan mikro ve makro evrenler keşfedilmeye başlanmıştır. Işık ve atomların davranışlarını açıklayamayan klasik fiziğin sınırları bu şekilde anlaşılmıştır. Görelilik Kuramının ve Kuantum Mekaniğinin ortaya çıkışı bu sınırları kaldıracak devrim niteliğindeki keşiflerdir.
Kuantum mekaniğinin ortaya çıkışı, 1900 yılında Max Planck’ın, Nobel Ödüllü keşfi, radyasyonun kuanta olarak isimlendirdiği paketler halinde yayıldığını veya emildiğini göstermesi kabul edilir.
‘Enerji birbirinden bağımsız birimlerle (enerji paketleri) ki bunlara kuantumlar diyoruz, bir yerden ötekine taşınabilir. Bu durumuyla enerji sürekli değildir. Enerji ‘kuantize’ olmuştur.’
Max Planck
Kuantum mekaniğinin ortaya çıkışına dair önemli ikinci kilometre taşı ise Einstein’a Nobel Ödülü kazandıran, 1905 yılında Planck’ın çalışmasından yola çıkarak ışığın kuanta veya foton olarak isimlendirilen paketler halinde taşındığını öne süren çalışmasıdır.
Kuantum Mekaniğindeki önemli tarihsel gelişmeler şu şekilde sıralanabilir;
Pieter Zeeman, ışığın bir atom içindeki yüklü parçacıkların hareketi sonucu yayımlandığını bulmuştur. (1897)- J.J. Thomson, elektronu keşfetmiştir. (1897)
- Max Planck, kara cisim ışımasını kuantumlanmış enerji yayımı ile açıklamıştır ve bu gelişme kuantum kuramının doğuşu kabul edilmiştir. (1900)
- Albert Einstein, dalga özelliklerine sahip olan ışığın aynı zamanda belirli büyüklükte enerji paketlerinden oluştuğunu öne sürmüştür (fotonlar). (1905)
- Ernest Rutherford, atomun çekirdek modelini oluşturmuştur. (1911)
- Niels Bohr, atomu bir gezegen sistemi gibi betimlemiştir. (1913)
- Arthur Compton, X ışınlarının elektronlarla etkileşimlerinde minyatür bilardo topları gibi davrandıklarını gözlemlemiştir. Bu çalışmasıyla ışığın parçacık davranışı hakkında yeni kanıtlar ortaya koymuştur. (1923)
- Louis de Broglie, dalga-parçacık ikiliğini genelleştirmiştir. (1923)
- Satyendra Nath Bose ve Albert Einstein, kuantum parçacıklarını saymak amacıyla Bode-Einstein İstatistiği olarak isimlendirilen bir yöntem geliştirmişlerdir. (1924)
Kuantum mekaniğinin tarihsel gelişim sürecini özetleyecek olursak;
- 1900, Max Planck; Kara Cisim Işıması
- 1905, Albert Einstein; Fotoelektrik Olay
- 1911, Ernest Rutherford; Alfa Saçıkması ile Atom Modeli
- 1913, Niels Bohr; Atom Spektrumunun Açıklanması
- 1923, Louis De Broglie; Madde Dalgası Kavramı
- 1925, Werner Heisenberg; Belirsizlik İlkesi
- 1926, Erwin Schrödinger; Dalga Denklemi
- 1932, Paul Adrien Maurice Dirac; Rölativistik Kuantum Mekaniği
Nicem ya da Dalga Mekaniği isimleriyle de anılan kuantum mekaniği; madde ve ışığın, atom ve atom altı seviyelerde enerji etkileşimlerini ve davranışlarını inceler.Moleküllerin, atomların ve bunları oluşturan parçacıklar ölçeğinde bu parçacıkların birbiriyle; ışık ve elektromanyetik radyasyonlarla olan ilişkisini ve davranışlarını açıklar.
Mikroskobik dünyaları modelleyen bir kuram olsa da kuantum mekaniğinin uygulama alanı oldukça geniştir. Malzeme biliminden biyolojiye ve elektroniğe kadar çok sayıda alanın gelişmesine katkıda bulunan kuantum mekaniğinden; nükleer kimya ve fizik, parçacık fiziği ve kimyası, plazma kimyası ve fiziği, sıvı hal ve katı hal kimyası, sıvı hal ve katı hal fiziği, kuantum fiziği ve kuantum kimyası gibi çok sayıda uygulamalı fizik ve kimya dalları ortaya çıkmıştır.
Modern kimyanın ortaya çıkmasını sağlayan kuantum mekaniği; lazer, yarı iletkenler, transistor, elektron mikroskobu, taramalı tünellemeli mikroskop, manyetik direnç uygulamaları ve nanoteknolojik uygulamalar gibi pek çok keşfin ve icadın ortaya çıkmasında da büyük bir öneme sahiptir.
Kuantum mekaniği ile klasik mekanik, mikroskobik evrenden makroskopik evrene yaklaşırken bir araya gelir. Bu, Correspondance Principle, yani Karşılığı Bulunma İlkesi olarak tanımlanır.
Kuantum mekaniğinin Belirsizlik İlkesi, bir parçacığın konumunun ve momentumunun belirli bir hassasiyet noktasından daha ileri seviyede bir hassasiyetle ölçülemeyeceğini açıklamaktadır. Bu özellik, klasik fizikte söz konusu değildir.
1927 yılında, Heisenberg’in formüle ettiği Belirsizlik İlkesinin ardından kuantum mekaniğinin temellerinde hiçbir değişiklik olmamıştır. Ortaya çıkışından itibaren temel ilkeleri büyük tartışmalara yol açan kuantum mekaniğinin, temellerini oluşturduğu teorilerdeki kavramlar, bu temel ilkeler üzerinde değişiklik yapılmasını gerektirmemişlerdir.
Kuantum Mekaniği Tamamlandı mı?
Kuantum mekaniğinin tamamlanıp tamamlanmamış olduğu da tartışma konularından biridir. Bu konuya ilişkin olarak Einstein, Podolsky ve Rosen, 1935 yılında, EPR Paradoksu olarak isimlendirilen makalelerinde, bir fizik teorisinin tamamlanmış kabul edilmesi için iki koşul öne sürmüşlerdir: teorinin doğruluğu ve tamamlanmışlığı.
Bugün, hala önemini koruyan makaleye göre; bir teorinin doğru olarak kabul edilebilmesi için teorinin deney sonuçlarıyla uyumlu olması gerekir. Bu açıdan, kuantum mekaniği doğru kabul edilir.
Tamamlanmışlığa ilişkin koşul ise, kuramın, her fiziksel gerçekliğe karşılık bir öğe bulundurmasıdır. Makalede gerçeklik; bir fiziksel niceliğin değerini, dinamik sistemi herhangi bir şekilde bozmaksızın kesinlikle tahmin edilebiliyorsa, o zaman, fiziksel gerçekliğin, fiziksel niceliğe karşı olan bir öğesi vardır, olarak tanımlanmıştır. Buna göre, makale, doğru kabul edilen teorinin tamamlanmış olması gerekliliğini ortadan kaldırır.
