“Tek bir kitabın adamı olmaktan kendini koru.”
Benjamin Disraeli
Işık ile atomların davranışları, gün geldi klasik fizik yasalarıyla açıklanamaz oldu. Bu yüzden, 1900 – 1930 yılları arasında, o güne kadar bu konuda bilinenler için bazı değişiklikler yapmak gerekli oldu. Bu gelişmeye “Yeni Fizik” diyoruz.
Bu yeni fiziğin alana getirdiği, ışık ile atomların davranışları için “Kuantum Mekaniği” dir. Klasik mekanik, makroskopik dünyada olan biteni anlatabilen bir fizik türüydü. Yeni getirilen kuvantum mekaniği ile çok küçük şeylerin (elektronlar, ışık gibi) fiziği bulunmuş oldu.
Yirminci yüzyılın başında, maddenin ayrı ayrı parçacıklardan, elekteromagnetik ışınımların da sürekli dalgalardan oluştuğu varsayılıp, bu ikisinin birbirinden tümüyle farklı olduğu kabul ediliyordu.
Yeni tür bir fiziğin kurulumunun başlangıcında, demek ki Max Planck’ ın 1900 yılında söyledikleri, işin ilk çıkışını yapar :
● Madde, herhangi bir enerji türünü ya da miktarını emip/ yayamaz.
● Enerji birbirinden bağımsız birimlerle (enerji paketleri) ki bunlara “kuantumlar” diyoruz, bir yerden ötekine taşınabilir.
Bu durumuyla enerji sürekli değildir. Enerji “kuantize” olmuştur.
Bu yoldaki kilometre taşlarını şöyle sıralayabiliriz :
Karacisim Işıması (1900, Max Planck)
Fotoelektrik Olay (1905, Albert Einstein)
Alfa Saçıkması ile Atom Modeli (1911, Ernest Rutherford)
Atom Spektrumunun Açıklanması (1913, Niels Bohr)
Madde Dalgası Kavramı (1923, Louis De Broglie)
Dalga Denklemi (1926, Erwin Schrödinger)
Belirsizlik İlkesi (1926, Werner Heisenberg)
Rölativistik Kuantum Mekaniği (1932, Paul Adrien Maurice Dirac )
De Broglie teorisi (1923, elektronun dalga özelliği)… De Broglie sadece fotonun değil elektron, çekirdek, atom vb gibi momentumu olan öteki taneciklerin de dalga özelliği göstermesi varsayımını ileri sürdü. Bunu bir formülle açıkladı :
λ = h/mv = h/p
Burada, λ : taneciğin dalga boyu, h : Planck sabiti, m : taneciğin kitlesi, p : taneciğin momentumu, v : taneciğin hızı dır.
Sonradan Davisson ile Dermer (1927) elektronun da foton gibi kırınıma uğradığını gösterdiler (Elektron Mikroskobu’ nun bulunuşu).
Elektronlar da, fotonlar da hem parçacık hem de dalga özelliği taşırlar. Buna dalga-tanecik ikilemi diyoruz. Butün maddeler ile enerji hem parçacık benzeri özellikler ile dalga benzeri özellikleri taşırlar.
Büyük boyutlu madde, başlıca küçük dalga boyu ile parçacık-benzeri özellik gösterir. Ufak boyutlu madde, daha büyük dalga boyu ile birlikte başlıca dalga-benzeri özellik gösterir.
Bir fotonun enerjisi :
E = hv = hc/λ (Planck formülü).
E = mc² (Einstein formülü) E ler eşit olduğuna göre, buradan
mc² = hc/λ ya da λ = h/mc bulunur.
Heisenberg Belirsizlik İlkesi (1926)
Bir ölçüm yapılırken kesinlikle bir hata yapılır. Gelişmiş aletler ile ölçüm teknikleri bu hatayı azaltılabilir. Heisenberg yapılacak hatanın bir alt limiti olduğunu göstermiştir.
Δp.Δx ≥ h/4π
Burada Δp : Momentumdaki belirsizlik, Δx : yerdeki belirsizlik.
Bir taneciğin yeri ile momentumunu aynı anda sonsuz duyarlıkla ölçebilme olanaksızdır. Bu olanaksızlık, ölçme işleminin kendisinden kaynaklanır. Sonuç olarak ● mikroskopik dünyada foton ya da elektron kolayca tanımlanamaz. ● Foton ile elektron hem dalga ham tanecik özelliği gösterir. ● Mikroskopik dünyayı anlamaya çalışırken her ikisini birden dikkate almalıyız.
Enerji – Zaman belirsizlik bağıntısı :
ΔE.Δt ≥ h/2π = h/4π
Burada ΔE : enerjideki belirsizlik; Δt : zamandaki belirsizlik.
Klasik mekaniğin alternatifleri :
● Dalga Mekaniği (Erwin Schrodinger)
● Matris mekaniği (Werner Heisenberg) dir.
Sonunda her iki mekaniğin de aynı olduğu gösterilmiştir. Mikroskopik dünyadan makroskopik dünyaya yaklaşılırken kuantum mekaniği, klasik mekanik ile bütünleşir. Buna “Karşılığı Bulunma İlkesi” (Correspondance Principle) denir.
● Işık dalga gibi düşünülürse, ışık yeğinliği elektrik alan yeğinliğinin karesi ile orantılıdır.
● Işık bir tanecik akımı gibi düşünülürse, ışık yeğinliği foton sayısı ile orantılıdır.
● Foton sayısı ile alan yeğinliğinin karesi birbiri ile orantılıdır.
Kararlı Dalga ya da Duran Dalga (standing wave) :
Dalga mekaniğine göre, belirli bir enerji düzeyinde bulunan elektron “duran dalga” gibi kabul edilir.
Çekirdeğin çevresinde sadece belirli dalgalar var olabilir. Bunlara kararlı dalga ya da duran dalga adı verilir.
Her karalı dalganın belirli bir enerji düzeyi vardır.
Schrödinger Hidrojen atomundaki elektronun enerjisini hesaplamak için duran dalgaları kullanarak bir eşitlik geliştirmiştir.
Duran dalganın özellikleri :
● Duran dalga, gitar teli gibi, dalganın ilerlemediği bir harekettir.
● Duran dalga düğüm noktaları içerir.
● Dalga boyunun tam ya da yarım katları duran dalgalara karşılık gelir.
Madde Dalgaları ile Bohr Atomu :
Bir Bohr yörüngesinin yarıçapı r ise, atom çekirdeği çevresindeki elektronun yolu da 2π r dir.
Elektronlar dalga gibi davranıyorlarsa, sabit yörüngeler için tam sayıyla gösterilen yollar gerekir : n λ= 2π r .
Tersi durumda elektron dalgaları kendilerini- iptal yoluyla yok olmalıdırlar.
