Işık nedir? Madalyonun iki yüzü

Işık ve maddenin etkileşimi günlük yaşantımız açısından çok önemlidir. Ampul telindeki atomlar ışık yaymasaydı, evlerimizi aydınlatamazdık. Gözünüzdeki retina tabakasını oluşturan atomlar ışığı soğurmasaydı, bu kelimeleri okuyamazdınız. Problem şu ki, ışık bir dalga olsaydı, atomlar tarafından yayımlanması ve soğurulmasım açıklamak mümkün olmazdı.

Atom uzayda oldukça küçük bir boşluğa sabitlenmiş bir şeyken, ışık dalgası yayılan ve oldukça büyük boşluk kaplayan bir şeydir. Peki öyleyse, ışık atom tarafından soğurulduğunda, böylesi büyük bir şey nasıl olur da küçücük bir şeyin içine sığar? Ve ışık atom tarafından yayımlandığında, böylesi küçük bir şey nasıl olur da kocaman bir şeyi çıkartmayı başarabilir?

Sağduyumuzu kullanarak konuya yaklaşacak olursak, ışığın böylesine küçük ve uzayda belli bir yerde bulunan bir şey tarafından soğurulabilmesi veya yayımlanabilmesi için, ancak kendisinin de aynı oranda küçük ve belli bir yerde bulunan bir şey olması gerektiğini çıkarabiliriz.

ışık

Söylenegeldiği üzere, “bir yılanın içine en iyi sığan şey yine bir yılandır.”

Fakat ışık, dalga olarak biliniyordu. Fizikçiler için bu güç durumdan kurtulmanın tek yolu, umutsuzluk içinde kollarını açmaları ve ışığın hem dalga hem de tanecik olduğunu kabul etmeleriydi. Ancak aynı anda hem bir dalga gibi dağınık hem de uzayda yeri belli olan bir şey olamazdı. Gündelik hayatta bu tam anlamıyla doğrudur. Ne var ki, burada gündelik hayattan değil, mikroskobik dünyadan bahsediyoruz.

Atom ve fotonların mikroskobik dünyasının yakından tanıdığımız hiçbir şeye benzemediği ortaya çıkmaktadır. Hem, aşina olduğumuz nesnelerden milyonlarca kez daha küçük olduklarını düşünürsek, neden benzesinler ki?

Işık gerçekten de hem bir parçacık hem de bir dalgadır. Daha doğru bir ifadeyle , ışık, kullandığımız dilde herhangi bir karşılığı ve günlük yaşantımızda mukayese edebileceğimiz herhangi bir benzeri olmayan, “başka bir şeydir.”

Tıpkı bir madalyon gibi, tüm görebildiğimiz onun ya parçacık yüzü ya da dalga yüzüdür. Işığın gerçekte ne olduğu ise doğuştan görme engelli bir insan için renklerin ifade ettiği şey kadar bilinmezdir.

Işık bazen bir dalga, bazense parçacık akımı gibi davranır. Bu durum, 20. yüzyılın b aşlarında fizikçiler için kabul edilmesi çok güç bir şeydi. Fakat bir tercih şansları da yoktu; doğanın ortaya koyduğu net olarak buydu.

İngiliz fizikçi William Bragg, 192l’de, “Pazartesi, çarşamba ve cuma günleri dalga teorisini; salı, perşembe ve cumartesi günleri ise parçacık teorisini öğretiyoruz,” diyerek yaşanan ikilemi kendi mizahi bakış açısıyla değerlendirmişti.

Bragg’ın pragmatist yaklaşımı takdire şayan olsa da, bu mizahi bakış açısı fiziği yıkımdan kurtarmaya yeterli değildi. İlk olarak Einstein tarafından fark edildiği üzere, ışığın ikili dalga-parçacık doğası fizik için tam bir felaket demekti. Ortaya çıkan durum, yalnızca zihinde canlandırılması imkansız değil, aynı zamanda o güne dek bilinen tüm fizikle de tam bir uyumsuzluk içindeydi.

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

Uzay Denizindeki Dalgalanmalar

19. yüzyıl başlarında , Rosetta Taşı’nı Fransız Jean François Champollion’dan bağımsız olarak deşifre etmesiyle ün salmış olan İngiliz fizikçi Thomas Young, ışık geçirmez bir perdede birbirine çok yakın iki dikey yarık oluşturarak perdeyi tek renkli bir ışıkla aydınlattı. Şayet ışık bir dalgaysa , her yarığın yeni bir dalga kaynağı gibi davranacağını ve bu ayrı kaynaklardan çıkan iki ışığın perdenin uzak tarafına , küçük bir gölde oluşan iç içe geçmiş dalgalara benzer şekilde yayıla cağını düşündü.

Girişim [interference] dalgaların sergilediği karakteristik bir özelliktir. İki benzer dalga birbirinin içinden geçerken, dalga tepelerinin birbirine denk düştüğü noktalarda kuvvetlenir, birinin dalga tepesi diğerinin dalga çukuruna rastladığında ise birbirlerini sönümlendirirler.

Sağanak yağmur yağarken bir su birikintisine bakarsanız, her bir yağmur damlacığının oluşturduğu dalgalanmaların yayılarak birbirleriyle “yapıcı” ve “yıkıcı” şekilde girişim de bulunduğunu görürsünüz.

Young, açtığı iki yarıktan çıkan ışığın önüne ikinci bir beyaz perde koydu. Ve bunu yaptığı anda, süpermarket barkodlarındaki gibi, ardı sıra dizilmiş karanlık ve aydınlık şeritler gözlemledi. Bu girişim deseni, ışığın dalga olduğunu gösteren inkar edilemez bir kanıttı. İki yarıktan çıkan ışığın dalga tepeleri birbirine ayak uydurduğunda ışığın parlaklığı artıyor; uyduramadıklarında ise ışık sönümleniyordu.

Young “çift yarık” düzeneğini kullanarak ışığın dalga boyunu hesaplamayı başardı. Bu dalga boyu, milimetrenin yalnızca binde birine tekabül eden (insan saçından bile daha ince) bir değerdi. Bu değer, daha önce ışığın dalga olabileceğinin neden tahmin edilemediğini açıklıyordu.

Gelecek iki yüzyıl boyunca, Young’ın ışığın uzay denizindeki dalgalanmalar olduğu görüşü, tüm ışık olaylarını açıklamada geçerli oldu. Fakat 19. yüzyılın sonlarına doğru, bu konuda sorunlar yaşanmaya başladı. Her ne kadar ilk zamanlarda çok az kişi farkına varmış olsa da, ışığın dalga olduğu görüşüyle, atomun maddenin en küçük yapı taşı olduğu fikri uzlaşmıyordu.

Sorun, ışıkla maddenin bir araya geldiği kesişim noktasındaydı.

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

Atomların Dünyasında Olup Bitenlerin Nedensiz Olduğunu Nasıl Keşfettik

Zamanında bir filozof, “aynı koşulların her zaman aynı sonuçları doğurması bilimin ,Varoluşu için şarttır,” demişti. İyi de, öyle olmuyor ki!
Richard Feynman

Yıl 2025 ve ıssız bir dağın tepesindeki 100 metrelik dev teleskop gece semalarını tarıyor. Teleskop, gözlemlenebilir evrenin sonundaki ilkel bir galaksiye kilitleniyor ve dünyanın doğumunun çok öncesinden beri uzayda yol alan cılız ışık, teleskobun aynası tarafından, aşırı hassas elektronik algılayıcılarda yoğunlaştırılıyor. Teleskobun kubbesinde, yıldız gemisi Enterprise’ın konsolundan çok da farklı olmayan kontrol panelinde oturan gökbilimci Zer, önlerindeki bilgisayar ekranlarında galaksinin belli belirsiz bir görüntüsünün oluşumunu seyretmekte. Biri sesi açıyor ve kontrol odasını kulakları sağır eden bir çatırdama sesi kaplıyor. Ses, makineli tüfek ateşine, sac çatıyı döven yağmur damlalarının sesine benziyor. Fakat bu, uzayın dipsiz derinliklerinden teleskobun algılayıcılarına yağan ışık parçacıklarının sesi.

Kariyerlerini evrenin en zayıf ışık kaynaklarını görmeye çabalayarak geçiren bu gökbilimcilere göre, ışığın küçük kurşunvari taneciklerden (yani fotonlardan) oluşmuş bir akım olduğu apaçık ortadadır. Ne var ki, çok da uzak olmayan bir geçmişte, bilim dünyasının bu fikri kabul etmesi için büyük patırtılar kopması gerekmişti. Aslına bakılacak olursa, ışığın kesikli paketler (ya da kuantalar) olarak bize ulaştığının keşfedilmesinin, bilim tarihindeki en sarsıcı gelişme olduğu söylenebilir. Bu keşif, 20. yüzyılın öncesinde bilimin üzerini örten rahat battaniyeyi kaldırıp atmış ve fizikçileri, uygar sebep-sonuç ilişkilerini tamamen göz ardı eden ve olayların yalnızca gerçekleştiği için gerçekleştiği bir Alice Harikalar Diyarı evreninin haşin gerçekleriyle yüz yüze bırakmıştır.

Işığın fotonlardan oluştuğunu ilk anlayan kişi Einstein olmuştu. Einstein, ışığı küçük parçacıklardan oluşan bir akım olarak ortaya koyduğunda, fotoelektrik etki olarak bilinen olayı da anlamlandırabilmişti. Bir süpermarkete girerken kapıların otomatik olarak açılması, fotoelektrik etki tarafından kontrol edilen bir sistem sayesindedir.

Belli başlı metaller ışığa maruz kaldığında, dışarı elektrik parçacıkları, yani elektron yayar. Bu türden bir metal bir fotosele yerleştirildiğinde, üzerine ışık düştüğü sürece küçük bir elektrik akımı üretir. Markete doğru adım atan birisi, bu ışık akışını keser ve bu sayede elektrik akımı da kesilerek, kapıların açılması için gerekli sinyali verir.

Fotoelektrik etkinin pek çok garip özelliğinden biri de, aşırı zayıf bir ışık kullanılsa bile elektronların metalden anında salınmasıdır. Diğer bir deyişle, bu noktada herhangi bir gecikme yaşanmaz. Işık bir dalgaysa, bu olay açıklanamaz. Bunun nedeni, yayılan dalganın metaldeki çok sayıda elektronla etkileşime girecek olmasıdır. Ve de kaçınılmaz bir şekilde bu elektronlardan bazıları diğerlerinden daha sonra harekete geçecektir. Esasen, bazı elektronlar ışık metale yansıtıldıktan yaklaşık 10 dakika sonra bile yayılıyor olabilirdi.

Öyleyse, elektronlar nasıl oluyor da metalden anında atılabiliyor? Bunun tek bir yolu olabilir. Her bir elektron, metalden, tek bir ışık taneciği tarafından atılmaktadır.

Işığın küçük kurşunvari parçacıklardan oluştuğuna dair daha da güçlü bir kanıt, Compton saçılması denilen olaydan gelmektedir. Elektronlar, yüksek enerjili bir ışık türü olan X-ışınlarına maruz bırakıldığında, bilardo toplarının birbirleriyle çarpışarak dağıldığı gibi dağılmaktadır.

Dışarıdan bakıldığında, ışığın küçük parçacıklardan oluşan bir akım olmasının keşfi çok önemli veya şaşırtıcı görünmeyebilir. Fakat sanıldığından çok daha önemlidir.

Bunun nedeni, ışığın bir parçacık akımından mümkün olan en farklı şey, yani bir dalga olduğunu gösteren çok fazla sağlam kanıtın da bulunmasıdır.

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

Atomların Yapısı

Atomlar doğanın Lego taşlarıdır. Çeşitli şekil ve boyutlarda olan atomlar birçok farklı yoldan bir araya getirilerek bir çiçek, altın külçesi veya bir insan oluşturulabilir. Her şey kombinasyonlarda gizlidir.

Nobel ödüllü Amerikalı bilim adamı Richard Feynman, “Büyük bir afette sahip olduğumuz tüm bilimsel mirası kaybetsek ve gelecek nesillere aktarabileceğimiz tek bir cümle olsa, hangi ifade en az kelimeyle en çok bilgiyi aktarırdı?” diye sormuş ve cevabı kesin olmuştur: “Her şey atomlardan oluşmaktadır. “

Atomların doğanın Lego taşları olduğunu kanıtlamada temel adım, farklı türlerdeki atomları tespit edebilmekti.

Fakat atomların duyular tarafından doğrudan algılanamayacak kadar küçük olması bu sürecin her adımını, atomların maddenin sürekli hareket halindeki en küçük tanecikleri olduğunu ispatlamak kadar zorlaştırıyordu.

Farklı türlerdeki atomları tespit etmenin tek yolu, tek bir tip atomdan oluşan maddeler bulmaktı.

1789 yılında Fransız aristokrat Antoine Lavoisier, herhangi bir şekilde bileşenlerine ayrılamayacağına inandığı maddelerin bir listesini yaptı. Lavoisier’in listesinde 23 “element” vardı. Bazılarının element olmadığı sonraki yıllarda ortaya çıksa da, pek çoğu (altın, gümüş, demir ve cıva da dahil olmak üzere) öyleydi. Lavoisier’in l794’te giyotinde gelen ölümünün ardından 40 yıl içinde, element listesi 50 maddeye yaklaşmıştı. Günümüzde, en hafifi hidrojenden en ağırı uranyuma dek uzanan 92 element olduğunu biliyoruz.

Peki ama, bir atomu diğerinden farklı kılan nedir? Söz gelimi, bir hidrojen atomunun uranyum atomundan farkını nasıl anlayabiliriz? Yanıta ancak bu elementlerin iç yapılarını inceleyerek ulaşabiliriz. Fakat atomlar olağanüstü küçük boyutlardadır. Geçmişte, birisinin çıkıp da atomun içine bakmanın bir yolunu bulması imkansız görünüyordu. Ancak bunu bir kişi başardı: Ernest Rutherford adında bir Yeni Zelandalı. Rutherford’un dahiyane fikri, atomların içine bakmak için yine atomları kullanmaktı.

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

İndeterminizm Nedir?

Belirsizlik ilkesinin derin çıkarımlarını Heisenberg de fark etmişti. Bunların geleneksel fiziğe nasıl meydan okuduğuna dikkat çekti. Birincisi, atom altı parçacığın geçmiş davranışı bir ölçüm yapılana dek sınırlanamazdı. Heisenberg’e göre “izlediği yol onu gözlemlediğimizde var oluyor”du. Biz ölçüm yapana kadar bir şeyin nerede olduğunu bilmemizin hiçbir yolu yoktu. Heisenberg ayrıca parçacığın ileride izleyeceği yolu öngörmenin de imkanı olmadığını söylüyordu. Konum ve hıza ilişkin bu derin belirsizlikler nedeniyle sonuç da öngörülemezdi.

İki açıklama da Newton fiziğinde büyük bir gediğe yol açtı. Newton fiziğine göre dış dünya bağımsız olarak vardı ve gözlem yapınca altta yatan gerçeği bulabilirdik. Kuantum mekaniği atom düzeyinde böyle deterministik bir bakış açısının anlamsız olduğunu ve yalnızca sonuçların olasılıklarından söz edilebileceğini gösterdi. Artık sebep ve sonuçtan değil, yalnızca olasılıktan konuşabilirdik.

Einstein ve daha başka birçok fizikçi için bunu kabullenmek çok zor olsa da, denklemlerin bunu gösterdiğini kabul etmek zorunda kaldılar. Fizik ilk kez sezgilerin bu kadar dışına çıkıyor ve soyut matematiğin dünyasına giriyordu.

Konum ne kadar kesin olarak belirlenirse, o anki momentum da o denli az kesin olarak bilinebilir ve tersi de geçerlidir.

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

Kritik Kütle Nedir?

Kritik kütle bilimsel olarak bir reaksiyonun başlaması için gerekli minimum madde miktarıdır. Genellikle nükleer reaksiyonlarda kullanılan bu terimin kimya reaksiyonları için geçerli olduğunu da belirtmek gerekir. Ama asıl durum sosyoloji ve psikolojide de geçerli olmasıdır.

Kritik kütleyi sosyal ve psikolojik açıdan incelediğimizde elimize net sayılar ulaşmaz. Örneğin bir halk isyanı kaç kişi bir araya geldiğinde başlar bilemeyiz. Ancak olasılık olarak tahmin edebiliriz.

Ya da kişisel bazda incelendiğinde “bardağı taşıran son damla oldu” deyimi aslında eylem için kritik kütleye ulaşıldı anlamına gelir. Verilen bütün kararlar bu ilke ile bağlantılıdır. İçsel veya dışsal motivasyon ölçülebilseydi, karar anı öncesi kritik kütleye ulaşıldığını rahatça belirlenebilirdi.

En basitinden trafikte kırmızı ışıkta bekleyen yayalar bir süre sonra eğer arabalar da yavaşsa yeterli kalabalığa ulaştığında kendiliğinden bir isyan başlatır ve karşıya geçmeye başlarlar kırmızı ışık yandığı halde. Bu da kritik kütleye bir örnek olabilir.

Aslında daha çok örnek verilebilir. Benzer örnekleriniz varsa yorum olarak ekleyebilirsiniz konuyu daha incelememizi sağlayabilir örnekler.

Ayrıca bakınız bir bitkinin ve bisiklet grubunun da adıdır.

Yorum Durumu: 2 yorum --- Kategori: Bilim, İnsan ve Toplum, Psikoloji, Sosyoloji --- Etiketler: , , , , , , ---

Schrödinger Dalga Denklemi

Eğer parçacıklar da dalga gibi yayılabiliyorsa, nerede olduklarını nasıl söyleyebiliriz? Erwin Schrödinger dalga gibi davranan bir parçacığın bulunabileceği konumu ihtimale bağlı olarak veren çığır açıcı bir denklem buldu. Bu denklem atomlarda elektronların enerji düzeylerini de verdiği için kuantum mekaniğinin yanı sıra modern kimyayı da başlatmıştır.

Işığın da aralarında olduğu elektromanyetik dalgalar, her ikisinin de özelliğini gösterir ve hatta atomaltı parçacıklar ile moleküller bile tıpkı dalgalar gibi kırınabilir ve girişim yapabilir.

Fakat dalgalar sürekliyken parçacıklar değildir. Bu durumda dalga gibi yayılmış haldeki parçacığın nerede bulunduğunu nasıl söyleyebiliriz? Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger’in 1926’da bulduğu denklem, dalga fiziğini ve olasılık kullanarak dalga gibi davranan bir parçacığın belli bir konumda bulunma ihtimalini verir.

Denklem ilk olarak atomlarda elektronların yerlerini belirlemek için kullanıldı. Schrödinger denklemi dalga-parçacık ikiliği fikrinin yalnızca atomlar için değil, tüm maddeler için geçerli olduğunu göstererek fizikte bir devrim yaratmıştır.

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