20. yüzyılın ilk yarılarında Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg gibi bilim insanlarının çalışmalarıyla başlatılan kuantum fiziği (kuantum mekaniği), klasik fiziği derinden sarsmış olup klasik fiziğin değiştirilmesine sebep olmuştur. Çünkü klasik fizik düşüncesi kuantum fiziğinde geçerliliğini yitirmiş ve teorileri açıklamada yetersiz kalmıştır.
İngilizcedeki karşılığıyla ‘ne kadar’ anlamına gelen kuantum fiziği; maddenin ve ışığın atom ve atomaltı (elektron, proton, nötron, gluon, kuark) seviyelerdeki davranışlarını inceler ve açıklamaya çalışır. Bu parçacıkların birbirleriyle olan etkileşimlerini X-ışını, gama ışını, elektromanyetik ışınlar göndererek inceler.
Teknoloji ilerleyip geliştikçe bilim insanları daha fazla araştırma ve deney yapıp sürekli olarak yanlış veya hatalı sonuçlarla karşılaşmasından dolayı bilim adamlarının yetersiz olduğu düşünülmüştür ama tam aksine klasik fiziğin yetersizliğinden dolayı bu tür sorunlarla karşılaşılmıştır.
Kara cisim ışıması, fotoelektrik, tayf çizgileri gibi olayları açıklamada yetersiz olup aynı zamanda evrenin sürekli olduğunu söyleyen klasik fiziğin yetersizliğini ispatlamak için Max Planck kara cisim ışıması deneyini yaptı. Bu deneyle birlikte kuantum fiziğinin temelleri atılmaya başlandı. Aynı zamanda deney sonuçlarına göre de enerjinin paketçiklerden oluştuğu yani süreksiz olduğu varsayımlarla gösterildi. Bir çok bilim insanı bu varsayımı çürütmeye çalıştı ama yapılan çalışmalarla atom altı taneciklerinin varlığı ve atom çekirdeğinin varlığı kanıtlanmış oldu ve kara cisim ışıması varsayımını destekledi.
Kuantum fiziğinin kullanılmasından sonra klasik fizikte kabul edilen bir çok şeyin unutulması gerekmiştir. Çünkü kuantum fiziği klasik fizik kurallarına ters düşmektedir. Kuantum evrenine giriş yapıldığında mantığın bir kenara bırakılması gerekiyor. Bizim dünyamızda belli başlı durumlar ve bu durumlarında bilinen sonuçları var. Ama kuantum evrenine geçiş yaptığınız anda kuralların değiştiğini ve her zaman aynı sonuca ulaşamayacağınızı anlıyorsunuz.
Örneğin, klasik fizik der ki; bir parçacık veya cisim aynı anda iki farklı yerde olamaz. Bizim mantığımıza da en uygunu budur. Ama kuantum fiziği der ki; bir cisim veya parçacık aynı anda bir çok yerde bulunabilir. Bu durumda 1900’lü yılların başında ‘çift yarık deneyiyle‘ tescillenmiş oldu. Bu deneye ünlü bilim insanları da katıldı.
Kuantum Fiziği ‘nin Gelişimi
19.yüzyıl sonları ve 20. yüzyıl başlarında klasik fiziğin siyah cisim ışıması, fotoelektrik olay gibi durumları açıklayamayınca Max Planck kuantum fiziğinin temellerini attı. Atom altı parçacıklarının kuantumlardan oluştuğunun anlaşılması devrim niteliğinde bir gelişmedir.
Bu kuantum fiziğinin gelişmeleri bir kaç farklı bilimsel gelişmeyle başlamıştır. Elektron demetlerinin keşfi, enerji seviyelerinin ayrıklardan olabileceği önerisi, fotoelektrik etkinin keşfedilmesi gibi olayların ardından Planck büyük bir kapıyı aralamıştır.
İlk olarak Kara Cisim Işıması Evrendeki her cisim ya da parçacığın enerjisine (sıcaklığına) bağlı olarak yapmış olduğu elektromanyetik ışık salınımını görüşünü öne süren Planck, 1900 yılında kuantum mekaniğini keşfetmiştir. Işığın dalga boyu kısalırken enerjisinin sürekli artması gerekiyordu. Planck, burada enerjinin sonsuza ulaşamadığını fark ederek, kesikli enerji düzeyleri kavramını ileri sürmüştür. Mutlak sıfır sıcaklığının (273.15 derece) üstündeki her cisim ısı yayar.
Daha sonra Albert Einstein bu kuramı doğrular nitelikte bir çalışma yaparak fotoelektrik etki ve foton kavramlarını öne sürdü. Önceleri parça ya da dalga olarak nitelendirilen ışığa, elektromanyetik etki sayesinde gözlemlenebilen foton adı verilen enerji paketleri kavramını öne sürmüştür. Fotoelektrik etki ise; üzerine ışık düşürülen bazı maddelerin elektron salmalarını gerektirdiğini ancak parlak ışıklarda salınan elektronların enerjilerinin artmayıp cisim tarafından soğurulduğunu fark etmesi önemli bir buluştu. Bu elektron saçılım deneyi sayesinde, Bohr atom modelinin doğruluğu ispatlanmıştır.
Işık bir dalga doğasının anlamlandırıldığı dönemlerde, ışığın hem dalga hem parçacık olabileceği fikrini kabullenmek zaman gerektirecekti. Compton’un, elektromanyetik radyasyonun parçacık doğasını açıkladığı Compton etkisi bu bilim insanına Nobel Fizik Ödülü kazandırmıştır.
Günümüzde Kuantum Fiziği 1964 yılında Peter HIGGS tarafından bir problemin çözümü için önerilen Higgs bozonunun (tanrı parçacığı) keşfi, içinde bulunduğumuz yüzyılın önemli keşiflerindendir. Bu keşif, evreni oluşturan parçacık ve kuvvetlerin ilişkisini açıklaması bakımından önem taşmaktadır. Kuantum Fiziği Tarihi Cern’de Tevatron ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın işbirliği ile keşfedilmiştir.
Diğer yazılarımıza buradan ulaşabilirsiniz.
