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.
Devamını oku

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.
Devamını oku

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

Nicola Tesla

nicola-tesla

1856 yılı 9 Haziran gece yarısı, bugünkü Hırvatistan’ın Smiljan kasabasında doğan Nikola Tesla, teknolojiyi ve yaşamlarımızı etkileyen buluşlarıyla tüm zamanların en önemli mucitlerdendir. Tesla aynı zamanda gelmiş geçmiş en büyük dehalardandır. Bugün pek de tanınmayan bu dehanın yaşamını ve çalışmalarını araştırdığımızda şaşırmamak, felsefenin desteği ile bile oldukça güçtür. Günümüzde kullanılan ve nispeten hâkim olduğumuz yüzlerce önemli icadının yanı sıra, bazı önemli teorileri ve çalışmaları vardır ki, bugün için bile anlaşılamamıştır ve hala büyük gizemini korumaktadır. Bunlardan bazıları; savaşlara son verecek bir süper savunma kalkanı, elektriğin ve enerjinin kablosuz aktarımı -iyonosfer tabakası kullanılarak tüm dünyanın aydınlatılabilmesi, dolayısıyla neredeyse bedava elektrik- atmosferde sokak lambaları ve meteorolojik koşulların kontrolü, insan bedeninin enerjisi ile çalışabilen araçlar -örneğin otomobiller.

Tesla, teknoloji adına Modern Çağ’ın temellerini atmıştır. Hiç evlenmemiştir. Buluşları ile insanlara servet ve şöhret kazandırıp, parayı ve şöhreti reddeden Tesla fakir ve yalnız bir şekilde hayatına veda etmiştir. Fikirleri ve yaşam şekli ile sanki başka bir dönemden gelmiş gibidir. Hiç yorulmamış ve çalışmalarından vazgeçmemiştir. Döneminde anlaşılmadığına, buluşlarının bir devrim niteliğinde olduğuna -ikinci endüstri devrimi- günümüz bilim insanlarına ve süper devletlerine nasıl ilham kaynağı olduğuna baktığımızda, Tesla’nın çağının çok ötesinde bir bilim insanı olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Döneminde neredeyse bilinmez olan elektriğin gizemlerini çözüp geniş alanlara taşıyarak elektrik ve elektronik çağını başlatmıştır. Yüzlerce icadının yanı sıra bugün bile tam olarak hâkim olunamayan yeni bilimsel alanlar açmıştır. Alternatif akım ve motorları, radyo, radar, flüoresan, x-ışını, uzaktan kumanda, kablosuz iletişim Tesla’nın akla ilk gelen icatlarındandır. Tesla olmadan alternatif akımın ve buna uygun çalışan motorların, televizyonun, MR’ın (Manyetik Rezonans Görüntüleme), robotların, faks makinesinin ve daha birçok buluşun mümkün olamayacağını söyleyebiliriz. 800’ü patentli yaklaşık 1000’e yakın icadı olmasına rağmen bu deha günümüzde pek tanınmamaktadır. Yaşamı boyunca birçok engel ile karşılaşan Tesla’nın en büyük ve sürekli çabalarından biri, çalışmalarını sürdürebilmek için finansal kaynak bulabilmek olmuştur. Belki de döneminin çok ötesinde olduğu için anlaşılamayan, çoğu zaman yalnız ve maddi sıkıntılar içinde olan bu deha, son yıllarını geçirdiği New York’taki bir otel odasında 7 Ocak 1943’te yaşama veda etmiştir.

Devamını oku

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

Faz Geçişleri

faz-degisimi

En önemli inceleme alanlarından biri, maddenin katıdan sıvıya, sıvıdan buhara; ya da mıknatıssızlıktan mıknatıslılığa; yahut iletkenden süperiletkene dönüştüğü kritik noktayı oluşturan ve faz geçişleri olarak bilinen olguyla ilgilidir. Tüm bu süreçler farklıdır, oysa şimdi bunların benzer oldukları kuşkuya yer bırakmayacak şekilde saptanmıştır, öyle ki, bu deneylerin birisine uygulanan matematik diğerlerine de uygulanabilmektedir. James Gleick’ın aşağıdaki satırlarının gösterdiği gibi, bu nitel sıçramanın çok açık bir örneğidir: Çoğunlukla kaosta da olduğu gibi, faz geçişleri makro düzeyde öyle birtakım davranış biçimleri içerir ki, mikro düzeydeki ayrıntılara bakarak bunları öngörmek pek kolay olmaz. Katı bir cisim ısıtıldığında eklenen enerjinin etkisiyle molekülleri titreşir. Moleküller aralarındaki bağlara rağmen dışarıya doğru itişirler ve maddeyi genleşmek zorunda bırakırlar. Isı arttıkça genleşme de artar. Ancak, belirli bir sıcaklık ve basınca erişince, değişme birdenbire ani ve süreksiz hale döner. İp önceleri uzamaktayken şimdi kopar. Kristal şekil erir ve moleküller birbirinden uzağa kayar. Bunlar, katı cisimlerin hiçbir niteliğinden çıkarılması mümkün olmayan yasalara, akışkan cisimlerin yasalarına riayet ederler. Atomun ortalama enerjisi hemen hemen değişmemiş, fakat malzeme –şimdi bir sıvı, bir mıknatıs ya da bir süperiletken haline gelmiş– yepyeni bir âleme dahil olmuştur.
Devamını oku

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