Madde Dalgaları

1924’te Louis-Victor de Broglie madde parçacıklarının da dalga gibi davranabileceği fikrini ortaya attı. Her nesnenin kendine özgü bir dalga boyu olduğunu, dolayısıyla parçacık-dalga ikiliğinin sırf ışığa özgü olmadığını ileri sürdü. Üç yıl sonra elektronlardan tıpkı ışık gibi kırındığı ve girişim yaptığı gözlenince, madde dalgası fikri kanıtlanmış oldu. Günümüz fizikçileri nötron ve proton gibi daha büyük parçacıkların hatta karbondan mikroskobik futbol topuna benzetebileceğimiz “bucky” kürelerinin de aralarında olduğu bazı moleküllerin bile dalga gibi davrandığını gözlediler. Bilye ya da rakun gibi büyük nesnelerin dalgaboyları çok küçük olur; öyle ki onların dalgaı gibi davrandığını gözlemleyemeyiz. Bir tenis topunun dalga boyu 10-34 metredir; yani bir protonun çapından (10-15 metre) çok daha kısadır.

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler:, , , , ---

Işık Madde mi Parçacık mı?

Fizikçiler hala bu ikilikle boğuşur. Bugün ışığın farklı koşullarda nasıl davranması gerektiğini biliyormuşcasına hareket ettiğini biliyoruz. Işığın dalga özelliklerini gözlemlemek için tasarlamış bir deneyde, örneğin bir kırınım ağından geçirildiğinde, ışık dalga gibi davranır. Parçacık özelliklerinin gözlemlemek için tasarlanmış bir deneyde ise parçacık gibi davranır.

Fizikçiler ışığın gerçek doğasını ortaya çıkarmak için zekice deneyler yapsalar da şimdiye kadar hep başarısız oldular. Bunların çoğu Young’ın çift yarık deneyinin çeşitlemeleriydi. Bir ışık kaynağından çıkıp iki ince yarıktan geçerek bir ekrana düşen ışık ışınlarını düşünün. Her iki yarık da açıkken girişim saçaklarına benzeyen aydınlık-karanlık şeritler görürsünüz. Dolayısıyla ışık, bildiğimiz üzere dalgadır. Işığı kısarak fotonların yarıklardan teker teker geçeceği düzeye kadar düşürdüğümüzde, bir dedektörler her bir fotonun duvara çarpışını saptayabiliriz. Bu durumda bile fotonlar ekran üzerinde şeritlerden oluşan girişim desenleri oluşturacak şekilde yığılır.

Peki tek bir foton, ekranda girişim dalgası oluşturacak şekilde hangi yarıktan geçeceğini nereden bilir? Eğer yeterince hızlı davranırsanız, foton ışık kaynağından çıkar çıkmaz veya yarıklardan geçmiş ama daha ekrana düşmemişken yarıklardan birini kapatabilirsiniz. Fizikçiler test ettikleri her durumda fotonların bir mi yoksa iki mi yarık olduğunu biliyormuş gibi davrandıklarını gördüler. Hatta ortada tek bir foton olmasına rağmen, sanki aynı anda iki yarıktan birden geçiyormuş gibi görünüyordu.

Fotonun hangi yarıktan geçtiğini gözlemlemek için yarıklardan birinin yanına bir dedektör konduğunda, şaşırtıcı bir biçimde ekranda girişim deseni oluşmamaya başlar. Fotonlar ekranda tek bir yığın oluşturur ve girişim saçakları oluşmaz. Yani fotonları iş üstünde yakalamak için ne yaparsanız yapın, sanki tüm yapılanları biliyor gibidirler. Ve aynı anda hem dalga hem de parçacık gibi davranırlar – ikisinden bir tanesi gibi değil.

Yorum Durumu: 2 yorum --- Kategori: Bilim --- Etiketler:, , , , , , ---

Fotoelektrik Etki

Bakır bir levhaya morötesi ışık düştüğünde elektrik üretilir. Bu “fotoelektrik” etki Albert Einstein’a kadar gizemini korumuştu. Max Planck’ın enerji kuantalarından esinlenen Einstein, ışık parçacıkları, yani foton fikrini geliştirdi. Einstein ışığın dalga gibi davranmasının yanında foton parçacıkları gibi davranabildiğini de gösterdi.

Fotonlar 1905 yılında Albert Einstein fotoelektrik etkiyi açıklayan radikal bir fikir ortaya attı. 1921’de ona Nobel Ödülü’nü kazandıran da görelilik kuramı değil, bu çalışmasıdır. Einstein’ın ışık kuantası sonradan foton adını aldı. Fotonların kütlesi yoktur ve ışık hızında hareket ederler. Einstein metalin dalgalar halindeki ışık tarafından değil, tek tek fotonlarca bombardımana uğratıldığını ileri sürdü. Fotonlar metalteki elektronlara bir mermi gibi çarparak onları harekete geçirip fotoelektrik etkiye yol açıyordu.

Eintein’ın ortaya attığı düşünce, tartışmalı olmasının yanında dalga-parçacık ikiliği denen ve ışığın aynı anda hem dalga hem de parçacık olması gibi rahatsız edici bir düşünceyi de gündeme getirdi.

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler:, , , , ---

Planck Yasası

Neden ısı deyince aklımıza kırmızı renk gelir? Neden ısıtılan çelik önce kırmızı, sonra sarı ve en son beyaz ışık yayar? Max Planck bu renk değişimlerini ısının ve ışığın fiziklerini ilişkilendirerek kağıda dökmüştür. Işığı, sürekliliği olan bir dalga olarak değil de istatiksel olarak tanımlayan Planck’ın devrimsel fikri, kuantum fiziğinin de tohumlarını atmıştır.

Bir çok maddenin ısıtıldığında parladığını ve ışık yaydığını biliriz. Nesneler artan sıcaklıkla birlikte önce kırmızı, sonra sarı ve en son beyaz ışık yayar. Işık beyaz görünür çünkü var olan sarı ve sarıya daha çok mavi eklenmiştir. Renklerin bu dağılımı, kara cisim eğrisiyle gösterilir. Yıldızlar da bu sırayı izler: Ne kadar sıcak olurlarsa renkleri de o kadar maviye kayar. Yüzey sıcaklığı 6000 kelvin olan Güneş sarı bir yıldızdır. Sirius gibi bazı yıldızlar 30000 kelvine varan sıcaklıklarıyla mavi – beyaz görünür.

On dokuzuncu yüzyılda fizikçiler hangi maddeden yapılmış olursa olsun, nesnelerin ısıtıldığında yaydıkları ışığın hep aynı örüntüde olması karşısında şaşkındılar. Işığın büyük bir bölümü tek bir frekanstan yayılıyordu. Sıcaklık arttırılınca tepe frekans daha mavi (daha kısa) dalgaboylarına kayıyor, önce kırmızıdan sarıya, sonra mavi-beyaza doğru ilerliyordu. Karacisim ışıması terimini kullanmamızın sebebi ısıyı en iyi emen ve yayanların koyu renk madde olması. Fizikçiler kara cisim grafikleri elde ediyor ama bunları anlamlandıramıyorlardı. Frekansın neden tek bir renkte tepe yaptığını da açıklayamıyorlardı. Biliminsanları bazı kısmi çözümler elde ettiler. Ama bu çözümlerden bazıları, morötesi dalga boylarını ve ötesinde sonsuz miktarda enerjinin yayılması gerektiğini öngörüyordu. Bu soruna morötesi faciası adı verildi.

Kara cisim ışımınasını anlamaya çalışan Max Planck, ısı ve ışık fiziklerini birlikte ele alıyordu. Planck gönülsüzce de olsa denklemlerinin tutması için kurnazca bir düzeltme yaptı. Elektromanyetik ışımanın, termodinamik uzmanlarının ısıyı ele aldığı gibi ele alınması gerektiğini seziyordu. Sıcaklığın pek çok parçacık arasındaki ısı enerjisi paylaşımı olmasından yola çıkan Planck, elektromanyetik enerjiyi de bir elektromanyetik osilatör kümesi veya atomaltı elektromanyetik alan birimleri arasında bölüştürdü ve ışığı bunun üzerinden tanımladı.

Denklerim tutmasını sağlamak için her elektromanyetik birimin enerjisini frekansla orantılandırarak E=hv denklemini elde etti. Burada E enerji, v ışığın frekansı, h ise Planck sabiti denen sabit bir sayıdır.  Elektromanyetik enerjiyi bir çok osilatör arasında bölüştürmenin en olası yolunu bulan Planck’ın modeli enerjinin büyük bölümünü ortadaki frekanslara dağıtıyordu. Bu, tepeli kara cisim tayfına da uyuyordu. Planck 1901 de ışık dalgalarıyla olasılık arasında bağ kuran bu yasayı yayımladı ve büyük beğeni topladı. Kısa bir süre içinde bu yeni düşünce sayesinde “morötesi faciası” sorununun da çözüldüğü görüldü.

Planck’ın kuantaları, kendi yasasının matematiğinin tutarlı olmasını sağlamak için geliştirdiği fikirlerden ibaretti; o osilatörlerin gerçek olabileceğini bir an olsun aklına getirmemişti. Ama tam da atom fiziğinin hızla geliştiği bir dönemde Planck’ın bu yeni formülasyonunun çok şaşırtıcı çıkarımları olacaktı. Planck bir tohum atmıştı; bu tohum büyüyecek ve modern fiziğin en önemli alanlarından biri haline gelecekti: Kuantum Kuramı.

Yorum Durumu: Bir yorum --- Kategori: Bilim --- Etiketler:, , , , , , , , , , ---

Bragg Yasası

DNA’nın çifte sarmal yapısı, Bragg yasası sayesinde keşfedilmiştir. Bu yasa, düzenli bir yapıya sahip bir katı içinde ilerleyen dalgaların, parlak beneklerden oluşan bir desen meydana getirecek şekilde birbirilerini nasıl güçlendirdiğini açıklar. Beliren beneklerin aralıkları ise katıyı oluşturan atomların veya moleküllerin aralarındaki muntazam mesafelere bağlıdır. Benek desenine bakılarak malzemenin mimarisi anlaşılabilir.

Avusturyalı fizikçi William Lawrance Bragg, kırınımın kristaller arasından geçen dalgalarda bile gerçekleştiğini keşfetmiştir. Tepeleri ve çukurları aynı hizada olan dalgalar aynı fazdadır ve üst üste geldiklerinde parlaklıkları artar, benekler oluştururlar. “Faz dışı” olan dalgaların tepeleri ve çukurları ters hizada olur. Bu yüzden birbirilerinin etkisini yok ederler ve hiç ışık çıkmaz. Dolayısıyla parlak beneklerden oluşan desende benekler arasındaki açıklık sayesinde kristalin atomları arasındaki uzaklık belirlenebilir. Dalgaların bu şekilde birbirilerinin etkisini arttırma ya da azaltma olgusuna “girişim” denir.

Bragg bunu iki dalgayı göz önüne alarak matematiksel olarak ifade etmiştir -biri kristalin yüzeyinden yansıyan, diğeri de yalnızca bir atomluk katman kadar girip yansıyan ikinci dalga. İkinci dalganın aynı fazda olup ilk dalgayı güçlendirmesi için ilk dalganın boyunun bir tam sayı katı kadar ek bir mesafe gitmiş olması gerekir. Bu ek mesafe ışınların geliş açısına ve atom tabakaları arası açıklığa bağlıdır. Bragg yasası belli bir dalga boyu için gözlemlenen girişim ile kristaldeki açıklıkların arasındaki ilişkiyi ortaya koyar.

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler:, , , , , , ---

Kuantum Mekaniği

QuantumKuantum fiziğinin gelişimi, bilimde dev bir ileri adımı, “klasik” fiziğin aptallaştırıcı mekanik determinizmden kesin bir kopuşu temsil etti. Bunun yerine çok daha esnek ve dinamik –yani tek kelimeyle diyalektik– bir doğa görüşüne sahibiz. İlkin küçücük bir ayrıntı, neredeyse bir anekdotmuş gibi görünen kuantumun varlığını Planck’ın keşfetmesiyle birlikte, fiziğin tüm çehresi dönüşüme uğradı. Radyoaktif dönüşüm olgusunu açıklayabilen ve spektroskopinin karmaşık verilerini ayrıntılarıyla analiz edebilen yeni bir bilim söz konusuydu. Bu da doğrudan doğruya yepyeni bir bilimin kurulmasına yol açtı; eskiden çözümsüz kalan sorunları çözme yeteneğindeki teorik kimya. Yeni kalkış noktası benimsenir benimsenmez, genelde bütün bir teorik zorluklar yığını bertaraf ediliyordu. Yeni fizik, atom çekirdeğine hapsolmuş şaşırtıcı kuvvetleri ortaya çıkardı. Bu ise doğrudan doğruya nükleer enerjinin –dünyadaki yaşamın potansiyel imhasına giden yolun– istismarını ya da nükleer füzyonun barışçıl kullanımı sayesinde akla hayale sığmaz, sınırsız bir bolluk ve toplumsal ilerleme manzarasını beraberinde getirdi. Einstein’ın görelilik teorisi, kütle ve enerjinin eşdeğer olduğunu açıklar. Eğer bir cismin kütlesi biliniyorsa, bunu ışık hızının karesiyle çarptığımızda enerji haline gelir.

Einstein, şimdiye dek bir dalga olarak tasavvur edilen ışığın bir parçacık gibi davrandığını gösterdi.
(daha&helliip;)

Yorum Durumu: 9 yorum --- Kategori: Bilim, Felsefe --- Etiketler:, , , , , , , , , , , ---

Dalga mı Parçacık mı?

cift-yarikHerkes bir dalganın ne olduğunu bilir. Bu, suyla ilişkili çok genel bir özelliktir. Tıpkı havuzda yüzen bir ördeğin dalgalara yol açabilmesi gibi, yüklü bir parçacık da, meselâ elektron, uzayda hareket ettiğinde bir elektromanyetik dalgaya neden olabilir. Elektronun titreşim hareketleri elektrik ve manyetik alanları uyararak tıpkı havuzdaki dalgalar gibi sürekli olarak yayılan dalgalara sebep olur. Su dalgası ile elektromanyetik dalga arasında temel bir farklılık vardır. Elektromanyetik dalgalar, su dalgaları gibi, yayılabilmek için sürekli bir ortama ihtiyaç duymazlar. Elektromanyetik bir titreşim, maddenin elektriksel yapısı içinde yayılan periyodik bir uyarımdır. Yine de karşılaştırma, konunun netleşmesine yardımcı olabilir. Bu dalgaları göremiyor oluşumuz, varlıklarının günlük hayatımızda bile saptanamayacağı anlamına gelmez. Işık dalgalarıyla ve radyo dalgalarıyla ve hatta X-ışınlarıyla doğrudan deneyimlerimiz olmuştur. Bunlar arasındaki tek fark frekanslarıdır. Sudaki bir dalganın, dalganın şiddetine bağlı olarak –bir ördeğin neden olduğu dalgacıkları bir sürat teknesinin çıkardığı dalgalarla karşılaştırın– suda yüzen bir cismin az ya da çok hızlı bir biçimde aşağı yukarı inip çıkmasına sebep olacağını biliriz. Benzer biçimde, elektronların titreşimi ışık dalgasının şiddeti ile orantılı olacaktır.
(daha&helliip;)

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler:, , , , , ---