Alman Agirliklar ve Ölçüler Enstitüsü, yeni elektrik lambalari için bir ölçek ararken, fizikçi W. Wien'den bir "kara cisim'in sicakligiyla, onun yaydigi isinlar arasindaki bagintiyi belirlemesini istedi. Bilindigi üzere isitilan cisimler isirdi. Sözgelimi bir bakir parçasi morötesi isinlari yaymadan önce Ilkin kizaracak, sonra akkor hale gelecektir. Bu asamada cismin yaydigi maksirnurn isinlar mora kayacaktir.

1900'da Berlin Üniversitesi profesörlerinden M. Planck bu problemi kuram yoluyla çözmeye çalisirken olanlar oldu. Planck'a göre kara cisim füzerine gelen bütün isik, elektromagnetik dalgalari yutarak büyük enerjilere sahip olabilen cisim) isimasi-sogurmasi denen bu problem, gözlem ve deneylerle ancak su sartta uyusuyordu: Kara cisme ulasan ya da ondan yayilan isinlarin sürekli degil; aralikli, kesik kesik enerji paketleri seklinde olmasi gerekir.

Bu ifade açikçasi, klasik fizikte hep sürekli bir büyüklük olarak algilanan ve böylece islemlere sokulan enerjinin aslinda parçali da olabilecegini söylüyordu. Bundan dolayi yeni bulguya "miktar parça" anlaminda "kuantum1' denildi.

Dogrusunu söylemek gerekirse, bunu kabul etmek için klasik bilim anlayisini bir tarafa birakmak gerekliydi.' Bu nedenle, Planck bu varsayimi gönülsüz olarak ortaya koydu ve hesap hatasinin söz konusu olabilecegini vurguladi.

Teorinin tarihsel gelisimi

Planck'in bulgusundan 5 yil sonra A.Einstein fotoelektrik etki olarak bilinen fizik olayini açikladi ve Nobel ödülünü almaya da hak kazandi. Einstein'e göre isikli parçaciklar, frekanslariyla orantili olarak enerji tasir ve bu enerji metallerin elektronlarina aktarilabilirdi. Böylece vakum ortamda, isik yoluyla metalden kolayca elektron sökülebilir, elektrik akimi iletilebilirdi. Isigin C.Huygens'den beri bilinen dalga yapisi bu olayi açiklayamazdi. Çünkü çok kisa bir sürede, isigin frekansinin büyüklügüne bagli olarak metalden elektron sökülmesi ancak isigin tanecik seklinde düsünülmesiyle mümkündü. Planck hakli çikmisti, kesikli büyüklükler (kuantlar) görüsü anlam kazaniyor, bilim adamlari mikroskobik olaylari düsünürken bu çözüm ihtimalini de göz önünde tutuyorlardi.

1906'da, E.Rutherford atomun yapisinin arastirilmasi amaciyla yaptigi deneylerde, atomun Günes Sistemi benzeri bir yapida oldugunu ve merkezde (+) arti yüklü bir çekirdekle bu çekirdegi çevreleyen (-) eksi yüklü elektronlardan olustugunu ortaya koydu. Fakat bu sekilde açiklanmis bir atomda elektronlarin hareketi, klasik hareket denklemleriyle incelendiginde ortaya çeliski çikiyordu. Çünkü, bu durumda çekirdegin çevresinde dolanan bir elektron, eninde sonunda çekirdege düsmeliydi. Bu dogruysa ne dünyanin ne de evrenin varolmamasi gerekiyordu. Ortada, atom kalmiyordu. Bu sorunun üstesinden Danimarkali genç bilim adami N.Bohr geldi.Bohr elektronlar için atom çekirdegi etrafinda belirli çembersel yörüngeler öngörüyordu. Bundan hareketle, açisal momentumun kuantali, büyüklük oldugunu belirtiyor; Planck sabitinin (h), 2n'ye bölümünün tam katlari seklinde yörüngeler düsünüyordu. Kararli yörüngedeki elektron bu yörüngeyi ancak enerji vererek ya da enerji alarak terkedebirdi. Bu geçislerde enerjisi "hf" ile verilen fotonlar isiniyor ya da soguruluyordu. Bu ifade de fotoelektrik olaydaki gibi kuantali enerjiyi Ön görüyordu, (h: panck sabiti; f: isigin frekansi) Okullarimizda, geçerli atom teorisi olarak islenen, Bohr'un bu bulgusu da kuantumluluk tezini destekliyordu.

Bohr'un atom teorisinin sonralari hidrojen ve hidrojen benzeri (son yörüngesinde bir elektron tasiyan) sistemler için geçerli oldugu gözlendi. Fizikçiler artik atomik düzeydeki yapilan açiklayabilmek için tek çikar yol olarak kuantum teorisini kullanmaya devam ettiler. Dolayisiyla teorinin ana çatisi atomik yapilarin gün isigina çikmasiyla olusuyordu.

Atom teorisiyle alakali bu gelismeler sürerken 1922'de Amerikali fizikçi H.Comptom, X isinlari üzerine yaptigi incelemelerde; "hf" enerjili olarak düsünülen fotonlarin serbest elektronlara çarptirilmasiyla bu isinlarin "hf/c momentumlu olarak elektronlarla etkilestigini gözlemledi. Bununla da kalmayarak, çarpismadan sonra açiga çikan isinin frekansinin daha küçük oldugunu tesbit etti. Bu deney sunu kesin bir sekilde belirtiyordu ki mikroskobik sistemlerde kesikli paketçik yapida çizgisel momentum öngörülebiliyordu. Bu da kuantumluluk hipotezine bir dogrulama getirmis, teorinin tanimi genislemistir.

Almanya'da Göttingen Üniversitesi'nde arastirmaci olan W. Heissenberg, hocasi M.Born ve arkadasi P. Jordan ile birlikte çok elektronlu atomlarin açiklanmasi baglaminda "matris mekanigi" teorisini ortaya atti. Yine, 1923'de Paris Üniversitesi'ne verdigi doktora teziyle L. de Broglie, Heissenberg'in fikirlerini de destekleyerek yeni bir atom anlayisi gündeme getirdi: Elektronlar bir tanecik olarak degil fakat dalga olarak yorumlanmaliydi. Böylece, çekirdegin çevresinde dolanan her tam dalga ancak belli bir yörüngeye rastgeliyor ve neden elektronlarin belirli yörüngelerde dolandigi bütünüyle açiga çikiyordu. Bohr'un farkinda olmadan, sezgisiyle teorisinde söz ettigi belirli yörüngeler çikarimi böylece dogrulanmis oluyordu. Bu durumda enerjinin kuantumlu olmasina ek olarak çizgisel momentum gibi açisal momentumun da kuantumlu bir büyüklük olabilecegi resmen ispatlaniyordu.

1926'da E.Schrödinger, de Broglie tarafindan yorumlanan dalga teorisini tanimlayan dalga denklemini makaleler halinde açikladi. Fizikte, bir kuramin anlasilabilirligi, gözlenebilirligi ve uygulanabilirligi çok önemlidir. Bu nitelikleri tasiyan dalga denklemi ve dalga görüsü fizikçiler arasinda çok çabuk kabul gördü. Fakat bir yandan da nasil olup bu dalgalarin tanecik gibi, Geiger sayacinda tiklamalar olusturdugu bir sorundu. Bohr, bu problemi elektronlarin dalga seklinde nitelendirilmesinin ancak soyut olarak geçerli olabilecegi fikrini ortaya atarak, çalismalarda gerektiginde dalga Özelliginin gerektiginde de tanecik özelliginin kullanilmasi gerektiginin altini çizerek çözümledi.

Kuantum teorisinin felsefesi

Ünlü kuramci Bohr, "Kuantum teorisiyle sok olmayan kimse, onu anlamamistir" der. Gerçekten de matematiksel olarak açik bir sekilde ifade edilmesine karsin bu teorinin felsefi alanda yorumlanmasi ve olusturdugu problemlerin çözümlenmesi bir hayli zor görülüyor.

Kuantum teorisi bilime ve dogaya farkli bir bakis açisi getirmistir. Simdi, bu yenilikleri görebilmek için klasik ve kuantumlu anlayisin belli basli özelliklerini ortaya koyalim. Öncelikle klasik fizigin felsefi dayanaklarina bakarsak:

1) Klasik fizikte, bir cismin hizi, ivmesi, enerji ifadeleri gibi tüm nicelikler cismin konumunun zamana göre diferansiyelleri ile ifade edilir.

2} Yukarida sözü edilen momentum. enerji gibi fiziksel büyüklüklerin bütün olarak ele alindigi görülür.

3) Irdelenen olaylar belli bir kesinlik, belirlilik tasir ve istenilen dogrulukta ve ayni anda bütün fiziksel büyüklükler ölçülebilir.

4) Evrenin geçmisinde olusan olaylar incelenerek, gelecege iliskin bir yordama yapilabilir. Sözgelimi, Jüpiter Gezegeni su zamanda, yörüngesinin surasinda ve bize bu kadar uzaklikta olacaktir, denilebilir. Gözlem ve deneylerde küçük hatalar çikabilme olasiligina karsin tahminlerimiz büyük ölçüde dogrulanir.

5) Klasik fizik ile incelenen her sistem ya da olay birbirinden bagimsiz olarak düsünülür; bu sistemi olusturan ve birbiri Ile iletisim olanagi bulunmayan varliklar bütünüyle ayri olarak ele alinir.

6) Klasik olarak incelenen olay, gözlemci ve kullanilan deney aleti ile degisiklik göstermez.

Kuantum görüsünün kabul edilen temel olgulari ise:

a) Olaylarin incelenmesinde kompleks yapida ve bir olasilik denklemi olan Schrödinger dalga denklemi kullanilir. Bu denklemden vj/ dalga fonksiyonu bulunup islemlerde konarak, konum, momentum ve diger nicelikler elde edilir.

b) Fiziksel nicelikler kesikli parçali yapida ele alinir.

c) Kuantum teorisi fizige kusku götürmez bir biçimde belirsizlik (indeterminizm) olgusunu sokmustur.

d) Parçaciklar söz konusu oldugunda her büyüklük olasiliklarla belirlenir ve gelecekle ilgili tahminler olasiliklara dayanarak yapilabilir. Örnegin isigin yapi tasi olan fotonlarin, uzayda bir yerde bulunmasi ancak olasiliklarla belirlenir.

e) Birbiriyle hiç iletisim olanagi bulunmayan iki varlik arasinda "baglilasim-correlation" görülebilir. Örnegin ayni kaynaktan çikan fotonlarin karsit dogrultularda göstermis oldugu davranislari, birbiri ile uyusum halindedir.

f) Kuantumda; gözlemci, gözlenen ve gözlem aleti birbiriyle bir bütünlük olusturur. Bunlar birbirlerinden ayri düsünülemez.

Görüldügü gibi klasik fizik ile kuantumcu düsünce birbirinden bir çok noktada farklilik gösterir. Bu farkliliklar ayrintili olarak göz önüne alindiginda su yorumlar yapilabilir:

Kuantum teorisinin önemli buluslarindan birisi belirsizlik bagintisidir. 1927'de Heissenberg tarafindan ortaya konulan bu bagintiya göre mikro boyutta tanimli bir parçacigin, es zamanli olarak konum ve momentumunun tesbit edilmesi en az Planck sabit (h) kadar bir hata içerir. Ayni olgu eszamanli olarak, parçacigin enerjisi ile bu enerjiyi tasidigi zaman için de söz konusudur. Örnegin bir elektronun bulundugu uzayda konumunun tesbiti Için, elektronun üstüne büyük frekansta isik göndermeliyiz. Aksi halde elektronu gözlemleyenleyiz. Bu durumda yüksek frekansli isik elektronun konumunu belirler. Ancak elektrona bir hiz verir. Dolayisiyla konumun belirlenmesiyle beraber parçacigin hizini ve momentumunu yitirmis oluruz . Tersi olarak; elektronun momentumunu belirlemek Için küçük frekansli isik kullaniriz, bu durumda da konum belirlenemez.

Ikinci önemli bulgu da "dalga/parçacik dualite'dir. Huygens'ten beri isigin kirinim ve girisim yaptigi biliniyordu.Örnegin isik Young deneyi düzeneginden geçirilirse karsidaki ekranda aydinlik-karanlik noktalar olusur. Yani girisim yapar. Yine yarim bardak suya sokulan bir kalemin kirik olarak algilandigi görülür. Bu gibi olaylarin hepsi ancak dalga modeliyle açiklanabilir. Einstein'in fotoelektrik olayini açiklamasindan sonra isigin parçacikti yapida olmasi gerektigi bulundu. Yine isigin cisimler üzerine uyguladigi anlik basinçlar ve Geiger sayacinda göstermis oldugu etkiler bunu destekler. Sonunda Bohr, "Isigin dalgacik mi tanecik mi oldugunu belirlenmesi ancak gözlemcinin sordugu soruya göre cevaplanabilir" diyerek gözlemcinin de vazgeçilmez biçimde teoride yerini almasi gerektigini belirtir.

Amerikali J.Davisson ve L.Germer adli bilim adamlari elektronlarin da hizli olarak bir kristal katiya çarptirildiklarinda dalga özelligi gösterebilecegini buldular. Böylece düalite yalnizca isik (elektromagnetik dalga) Için geçerli degil ayni zamanda maddesel parçaciklar için de geçerliydi. Bu da Broglie'in öne sürdügü elektronlar için dalga yapisinin deneysel bir ispatiydi, ayni zamanda Kuantum teorisindeki düaliteyi, 1915'te, X isinlariyla yaptigi çalismalarindan dolayi Nobel ödülü alan VV.Bragg söyle belirtiyordu. "Pazartesi, çarsamba ve cuma günleri parçacik kuramini; Sali, Persembe ve Cumartesi günleri dalga kuramini ögretiyorum."

Diger önemli yenilik ise olasilik kavramidir. Bir parçacigin bir uzay bölgesinde bulunmasi ancak olasiliklarla bellidir. Parçacigin konumu için kesin koordinatlar verilemez. Born bu düsünceden hareketle Schrödinger'in ortaya attigi dalga fonksiyonunu yorumlamis ve y ile gösterilen bu kompleks fonksiyon için, uzayda bir noktada beili bir anda hesaplanan dalganin genliginin karesinin, parçacigin o noktada o anda bulunmasi olasiligini verdigini belirtmistir.

Belirsizlik ilkesi , dualite, olasilik tanimi ve gözlemci-gözlenen bütünlügü kuantum mekanigine, Kopenhag yorumu olarak girmistir ve tartismalara ragmen halihazirda kuantum teorisinin en etkin yorumu olarak karsimiza çikar. Kuantum felsefesinin ..sorunlarina bakildiginda önemli tartismalarin temelde, Young deneyinin yorumlanmasindan kaynaklandigi görülür. Bilim adamlari, fotonlarin iki ayri delikten geçisinin mantiksal olarak nasil algilanmasi gerektigi üzerinde durarak; fotonlarla gözlemci arasindaki iliskiyi aramaktadirlar.

Bohr ve Kopenhag ekolü savunuculari fotonlarin, iki ayri delikten geçmelerini iki ayri dünyada hareketleri olarak düsünüyor. Onlara göre girisim bu birbirinden tamamen iki ayri iki dünyadan her-birinin birlikte hazirlanarak birbirinin üstüne çakis-masiyla ve birbirlerini bütünlestirme siyle olusur. Dolayisiyla sonuçta her iki dünyanin hakiki bir melezi olusur. Basta Einstein olmak üzere pek çok fizikçiye bu melez-bütünleyici dünya yorumu pek sicak gelmedi. 1935'te "Schrödinger kedisi" yorumu ortaya atildi. Bu görüse göre her an zehirlenmesi tehlikesi olan bir kedi kapali bir kutudadir. Gözlemciye göre bu kedi her an ölü ya da diri bir halde bulunmali, iki ayri olasilik esit olarak göz önünde tutulmalidir. Bu ayni zamanda Young deneyinin iki ayri delikle olusturulan farkli dünyalarina benzer. Farkli nokta ise; kedinin ölü ya da diri oldugunu kesin belirleyene kadar kedinin iki durumunun da yan yana bulundugunun öne sürülmesidir. Yani kedi, yari canli-yari ölüdür, ayni zamanda.

Baska bir yorum da Everett'ten 1957'de gelir. Ona göre, birçok gözlenemez paralel evren mevcuttu. Bunlara Everett, "alternatif kuantum dünyalari" diyordu. Bütün olaylar bu dünyalarin birinde, olasiliklarin hepsi gerçeklesecek biçimde olmaktadir. Sonuçta bütün olasiliklar evrende varoluyordu. Zaman ilerledikçe daha pek çok yorum ortaya atildi. Bunlarin içinde Wigner Gellmann, Bohm, Penrose gibi fizikçilerin yorumlarini saymak mümkün.

Kuantum ve bilim

Kuantum teorisinin ortaya koydugu yeniliklere göre klasik fizikten farkli olarak doganin bir bütünlük içinde ele alinmasi gerektigi belirtilir. ÖzellikIe gözlemcinin ve gözlenenin birbirini bütünleyici unsurlar olarak nitelendirilmesi fotonlarin, elektronlarin ve diger parçaciklarin birbirine bagimli hareket etmeleri bu bütünlügü ortaya koymaktadir.

Kuantum teorisinin dogusundan günümüze gelene kadar ki sürecine bakildiginda bu teorinin, fizigin uygulamali bir dali oldugunu gözden kaçirmamaliyiz. Sayisiz deneyler yardimiyla kuantum teorisinin genel esaslari ortaya konabilmistir. Diger yandan Young deneyi problemi gibi gözlemci, gözlenen, zaman kavramlari üzerinde net bir felsefi çözüme gidilememistir. Felsefi çatidaki eksikliklere ragmen, kuantum teorisinin varligiyla laser, elektron mikroskobu, transistor gibi çok kullanisli ve insanligin bilimsel teknolojik ilerlemesine isik tutabilecek araçlar elde edilebilmistir. Yine atom ve çekirdek yapisi, elektrigin nakli, katilarin mekanik ve isima özellikleri gibi fenomenler çirpida açiklanmistir.

Öyle görülüyor ki bilim adamlarinin tüm evreni tanimlayan bir teoriye varmasi baska bir deyisle fizigin tamamlanmasi daha çok uzun zaman alacak gibi ama kuantum teorisinin bu yolda daha pek çok isi halledecegi açikça ortada.

Yorum (0)

RSS yorumları

İsim

Başlık

Yorum

Gönder