BilimGenelMakalelerTeknoloji

Kuantum Fiziği Nedir?

Kuantum Fiziğinin Önemi

Bir çoğunuz kuantum fiziğini daha önce duymuştur. Kuantum fiziği veya kuantum mekanizması dediğimiz şey 19. yüz yılın sonlarında ortaya çıkmıştır. Ancak günümüzde de oldukça yaygındır. Bunun nedeni kuantum fiziği ile ilgili yakın zamanda bir çok bilgi edinmiş olmamızdır. Yapılan deneyler sonucu bugün kuantum fiziği ile ilgili az çok bir şeyler söyleyebiliyoruz. Araştırmalarıma ve edindiğim bilgilere dayanarak bu makalemde sizlere kuantum fiziği ve kuantum mekaniği hakkında bir şeyler anlatmaya çalışacağım. Başlamadan önce şunu söylemek isterim; kuantum fiziği dediğimiz şey aslında atom altı parçacıkların davranışını inceleyen ve bütün fizik kurallarına karşı gelebilen bir fizik dalıdır. Evet bu cümle çok ilginç oldu; ama konuyu bitirdiğimizde neden bu şekilde bir cümle kullandığımı siz de anlayacaksınız. O halde, lafı daha fazla uzatmadan konumuza geri dönelim.

Kuantum Nedir?

Kuantum kelimesi Latince’den dilimize girmiştir. Latince’de “Ne kadar?” anlamına gelen bu kelime, bilinen sonucun farklı etkilerinin olabileceğini ve tahmin edilen sonuçların aynı anda meydana gelebileceğini göstermek için kullanılmaktadır. Kuantum fiziğinden de anlaşılacağı üzere fiziğin temelini oluşturan kuralların hükmünü yitirdiği bir evrende olayları yorumlamak ve sonuçları tahmin etmek için kullanılan fizik ilkelerini ortaya çıkarmaktadır.

Kuantum Fiziği Nedir?

Kuantum fiziği, atom altı parçacıkların ve ışığın davranışlarını izleyen ve gözlemleyen fiziğin bir alt dalıdır. Kuantum fiziği dediğimiz şey bizim bildiğimiz fizikten çok farklıdır. Hatta kuantum fiziğinde olup biten olayları incelediğimizde, gördüğümüz fiziğe çok ters düştüğünü ve bizlere saçma geldiğini görürüz. Bildiğimiz fizik, bizlere hemen her şeyi açıklayabiliyor. Bizleri aydınlatabiliyor. Bir makaranın ağırlığın %50’sini azalttığından tutun da sıvıların kaldırma kuvvetine kadar, yer çekiminde tutun da yıldızların ve gezegenlerin oluşumuna kadar bir çok olayı açıklayabiliyor. Hatta fizik dediğimiz şey bize atomu parçalamayı da gösteriyor. Atomları birleştirmeyi yani füzyon yapmayı da anlatıyor. Ancak kuantum fiziğine geldiğimiz zaman bildiğimiz her şeyi unutmamız gerekiyor. Çünkü kuantum fiziğinin işlemesi bütün fizik kurallarına ters düşüyor. Atomu oluşturan parçacıkların alt kademelerine indiğimiz zaman yani kuantum evrenine girdiğimiz zaman işlerin normal fizik ile açıklanamadığını hatta bir çok fizik kuramına ters düştüğünü görüyoruz. Kuantum evreninde mantığın olmadığını görüyoruz. Eski zamanlarda maddenin en küçük biriminin atom olduğu söylendi. Sonra bunun öyle olmadığı, atomdan daha küçük elektronların, protonların, nötronların olduğu söylendi. Zamanla birlikte bu durum da değişti ve aslında nötronların ve protonların başka parçacıklardan oluştuğu söylendi. Yalnız elektronlar tek parçadır.

kuantum fiziği nedir

Nötronların ve protonların bosonlardan, kuarklardan, leptonlardan vesaire oluştuğunu öğrendik. Bu kadar küçük parçacıkların olduğu kuantum evreninde, kurallar hiç bir şekilde tahmin ettiğiniz biçimde işlemiyor. Bizim dünyamızda belli başlı durumlar var ve her zaman aynı sonuçlar doğuruyor; ama kuantum evreni dediğimiz yerde böyle bir durum söz konusu değil. Yani bir işlem gerçekleştiğinde her seferinde aynı sonuca varmıyorsunuz. Bu durumu da bildiğimiz fizikle açıklayamıyoruz. Bu sebeple kuantum fiziği diye bir kavram kullanıyoruz. Kuantum fiziği, bildiğimiz fizikten çok farklıdır. Örneğin fizik bir insan aynı anda iki yerde olamaz derken, Kuantum fiziği bir parçacık aynı anda bir çok yerde olabilir, der. Böyle bir durumun olduğu 1900’lerin başlarında yapılan yarık deneyinde görüldü. Bu deneye Bohr, Einstein gibi bir çok bilim adamı katıldı.

Çift Yarık Deneyi Nedir?

İki büyük kurşun levha arasında çok küçük bir yarık bulunuyor, bu yarığa elektron bombardımanı yapılıyor. Doğal olarak levhaya takılmadan geçen elektronlar, ikinci levhada bir çizgi oluşturması gerekiyor. Deney sonunda çarpan elektronlar sensör ile algılanıyor ve beklenildiği gibi ikinci levhada elektronlar bir çizgi oluşturduğu görülüyor. Buraya kadar sıkıntı yok. Sonra aynı deneyi, bu sefer iki yarık ile yapılıyor ve deney sonunda bakılıyor ki oluşan çizgi sayısı ikiden fazla. Şöyle bir teori geliştiriyorlar ve diyorlar ki elektronlar yarıklardan geçerken birbirlerine çarptı ve bu nedenle bu kadar çizgi oluştu. Bu durumdan emin olmak için bu sefer yarıklara elektronlar tek tek atılıyor. Bu durumda normalde iki çizgi oluşması gerekiyor diye düşünüyorlar. Fakat sonuç bekledikleri gibi olmuyor. Elektronlar yine dalga gibi oluyor ve ikiden fazla çizgi oluşturuyor. Bu durum karşısında çok şaşırıyorlar. “Ben bir tane elektron atıyorum ama levhada 10 tane çizgi oluşuyor?” diyorlar. Bir yerde hata yaptık diye düşünüyorlar ve bu sefer yarıkların çıkış noktalarına bir dedektör yerleştiriyorlar. Elektronlar yine tek tek atılıyor ve mantık dışı bir şey oluyor. Biraz önceki aşamada yaptıklarını harfiyen tekrar etmelerine karşın elektronlar olması gerektiği gibi sadece iki çizgi oluşturuyor. Bu sonuç bilim adamlarını çok şaşırtıyor. Elektronlar izlenildiğini fark etmiş gibi kurala uygun davranıyor. Fakat nasıl olur da, bu kadar küçük bir parçacık izlenildiğinden haberdar gibi farklı bir yol izler? Bu kadar küçük bir parça nasıl olur da bunu algılayabilir? Neyse, bu durumu gören bilim adamlarımız, olayı normal fizik kuralları ile açıklayamayacağız diyorlar ve ortaya “Kuantum Fiziği” çıkıyor.

çift yarık deneyi

Kuantum fiziği, kuantum mekaniği dediğimiz bölgede biraz matematik, biraz fizik ve biraz da felsefe bulunuyor. Felsefe dedim çünkü kuantum fiziğinde bir çok durumu matematik ve fizikle açıklanamıyor. Mesela çekirdek etrafında dönmekte olan elektron aynı bir zaman çekirdeğe yaklaşırken başka bir zamanda çekirdekten uzaklaşıyor. Aynı elektron aynı birim zamanda birden çok yerde olabiliyor ve bu durumları normal fizikle açıklanamıyor. Kuantum fiiziği ya da kuantum mekaniği dediğimiz şey böyle oluşuyor. Aynı zamanda atom altı parçacıkları incelediğimizde bazılarının kütlelerinin olmadığını görürüz. Kütlesi olmayan bir şey fizik tanımına göre yoktur; ama o parçacıkların olduğunu biz biliyoruz. Normal fizik ile açıklayamıyoruz. Açıklamak için kuantum fiziğini kullanıyoruz.

Kuantum Mekaniğinin Doğuşu

19. yüzyıl sonlarına doğru klasik fiziğin bazı durumları açıklamada yetersiz kaldığından bahsedilmektedir. Bu durumlara biraz önce de değindiğimiz çift yarık deneyini örnek olarak gösterebiliriz.Buna ek olarak siyah cismin enerji soğurması, fotoelektrik olay, Compton olayı ve Hidrojen Atomunun spektrumları açıklanmaya çalışırken de yine kuantum mekaniğinden yararlanabiliriz.

heisenberg-belirsizlik-ilkesi

Atom altı parçacıkların ilk o zamanlar kuantumlardan oluşmuş olmasını anlamamız, fiziğin gelişiminde devrim niteliğinde bir adım atmıştır. Bununla birlikte Heisenberg birbiri ile eşlenik olan iki niceliğin aynı anda kesin bir doğrulukla ölçülemeyeceğini açıklamıştır. Açıklamaya göre, bir parçacığın momentumunu bulmaya çalışırken konumunu bulma konusunda hata yaparız. Konumunu bulmaya çalışırken ise momentum konusunda hata yaparız. Bu olay o zamandan beri “Belirsizlik İlkesi” olarak adlandırılmaktadır.

Klasik Fizik ile açıklanamayan olayların çözülmesine yönelik çalışmalar yapılırken, maddenin dalga tabiatının da bulunduğu düşüncesi De Broglie tarafından ortaya atıldı. Kısa bir süre sonra da elektronların dalga tabiatı, Young deneyinden (kırınım ve girişim olaylarının gözlenmesinden) ortaya kondu. Bu buluş modern kuantum teorisinin doğmasına ve gelişmesine yol açtı (Sakar ve Yılmaz; 2015).

Kuantum Kuramının Etkisi

Kuantum dünyası geçmişten günümüze kadar birçok bilim insanı için araştırma konusu olmuştur. Baştan Albert Einstein gibi bilim dünyasına ışık tutan ve gelişiminde önemli rol oynayan bilim insanları, kuantum dünyasına hayranlık duymuştur. Kuantum kuramı, Alber Einstein’in Genel Görelelik İlkesi ve modern fiziğin temelini oluşturmaktadır. Modern fiziğin kuıantum fiziği ile birlikte gelişmesiyle; kuantum optik, kuantum kimya, kuantum kriptografi ve kuantum bilgisayarlarının gelişimine olanak sağlamıştır. Max Planck ve Albert Einstein’ın zamanında yaptıkları deneyler ile ortaya çıkan kuantum kuramı, günümüzde oldukça popülerdir ve gelecek fiziğin temelini oluşturmaktadır.

Kaynak

Batman Üniversitesi, Yaşam Bilimleri Dergisi, Matematik ve Kuantum Fiziği; F. Müge SAKAR ve Ali YILMAZ (2015)

Etiketler

Soru Cevap banner

SerdarCR

Genetik ve biyomühendislik lisans mezunuyum. Aldığım eğitim fizik, kimya, biyoloji ve matematik ağırlıklıydı. Mühendislik fakültesi mezunu olduğundan dolayı analitik ve sonuç odaklı düşünce yapısına sahibim. Aldığım eğitim moleküler biyoloji, biyoteknoloji, mikrobiyoloji, genel ve organik kimya, tıbbi genetik ve mühendislik derslerini içermekteydi. Bu derslerde edindiğim teorik bilgileri yine bu derslerin laboratuvarlarında pekiştirme şansım oldu.Lisans hayatım boyunca birçok etkinlikte görev aldım. Bu etkinliklerden birinde konuşmacı olup PCR ve gelişim sürecini sundum. Başka bir etkinlikte ise bilgisayar alanındaki bilgilerim dahilinde teknik koordinatör ve tasarımcı olarak görev yaptım. Görev aldığım etkinlikler haricinde ikna kabiliyetine sahip olup Türkçe'yi iyi kullandığımı düşünmekteyim.Öğrenim hayatım devam ederken internette de çalışmalarım oldu. Bilim ve Tekno'nun kuruculuğunu yapıp yönetim görevini üstlenmekteyim. Ayrıca yine Bilim ve Tekno'da metin yazarlığı yaparak bu girişimi topluma yararlı olacak şekilde devam ettiriyorum. Yaklaşık 50 kişilik değerli ekibime liderlik yapmaktayım.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu
Kapalı