Kuantum....

[AsiRuH]

Lord Kelvin, XIX.yy.'in sonuna doğru fiziğin hemen hemen tamamlandığı
görüşündedir. O'na göre yalnızca ısı ve ışık kuramı üzerine bazı
bilinmeyenler vardı. Fakat H. Hertz'in 1887'de keşfettiği "fotoelektrik
etki ve ısı kuramı" ile, gerçekleştirilen deneyler arasında garip
uyumsuzluklar baş gösteriyordu. İşin ilginç yanı, bilim adamlarının;
pek önemsemediği bir konunun, tüm detaylarının önceden açıklandığı bir
kuramın başlarına çorap örmeye başlamasıydı.

Alman Ağırlıklar ve Ölçüler Enstitüsü, yeni elektrik lambaları için bir
ölçek ararken, fizikçi W. Wien'den bir "kara cisim'in sıcaklığıyla,
onun yaydığı ışınlar arasındaki bağıntıyı belirlemesini istedi.
Bilindiği üzere ısıtılan cisimler ısırdı. Sözgelimi bir bakır parçası
morötesi ışınları yaymadan önce İlkin kızaracak, sonra akkor hale
gelecektir. Bu aşamada cismin yaydığı maksirnurn ışınlar mora
kayacaktır.

1900'da Berlin Üniversitesi profesörlerinden M. Planck bu problemi
kuram yoluyla çözmeye çalışırken olanlar oldu. Planck'a göre kara cisim
füzerine gelen bütün ışık, elektromagnetik dalgaları yutarak büyük
enerjilere sahip olabilen cisim) ışıması-soğurması denen bu problem,
gözlem ve deneylerle ancak şu şartta uyuşuyordu: Kara cisme ulaşan ya
da ondan yayılan ışınların sürekli değil; aralıklı, kesik kesik enerji
paketleri şeklinde olması gerekir.

Bu ifade açıkçası, klasik fizikte hep sürekli bir büyüklük olarak
algılanan ve böylece işlemlere sokulan enerjinin aslında parçalı da
olabileceğini söylüyordu. Bundan dolayı yeni bulguya "miktar parça"
anlamında "kuantum1' denildi.

Doğrusunu söylemek gerekirse, bunu kabul etmek için klasik bilim
anlayışını bir tarafa bırakmak gerekliydi.' Bu nedenle, Planck bu
varsayımı gönülsüz olarak ortaya koydu ve hesap hatasının söz konusu
olabileceğini vurguladı.

Teorinin tarihsel gelişimi

Planck'ın bulgusundan 5 yıl sonra A.Einstein fotoelektrik etki olarak bilinen fizik olayını açıkladı ve Nobel ödülünü almaya da hak
kazandı. Einstein'e göre ışıklı parçacıklar, frekanslarıyla orantılı
olarak enerji taşır ve bu enerji metallerin elektronlarına
aktarılabilirdi. Böylece vakum ortamda, ışık yoluyla metalden kolayca
elektron sökülebilir, elektrik akımı iletilebilirdi. Işığın
C.Huygens'den beri bilinen dalga yapısı bu olayı açıklayamazdı. Çünkü
çok kısa bir sürede, ışığın frekansının büyüklüğüne bağlı olarak
metalden elektron sökülmesi ancak ışığın tanecik şeklinde
düşünülmesiyle mümkündü. Planck haklı çıkmıştı, kesikli büyüklükler
(kuantlar) görüşü anlam kazanıyor, bilim adamları mikroskobik olayları
düşünürken bu çözüm ihtimalini de göz önünde tutuyorlardı.

1906'da, E.Rutherford atomun yapısının araştırılması amacıyla yaptığı
deneylerde, atomun Güneş Sistemi benzeri bir yapıda olduğunu ve
merkezde (+) artı yüklü bir çekirdekle bu çekirdeği çevreleyen (-) eksi
yüklü elektronlardan oluştuğunu ortaya koydu. Fakat bu şekilde
açıklanmış bir atomda elektronların hareketi, klasik hareket
denklemleriyle incelendiğinde ortaya çelişki çıkıyordu. Çünkü, bu
durumda çekirdeğin çevresinde dolanan bir elektron, eninde sonunda
çekirdeğe düşmeliydi. Bu doğruysa ne dünyanın ne de evrenin varolmaması
gerekiyordu. Ortada, atom kalmıyordu. Bu sorunun üstesinden Danimarkalı
genç bilim adamı N.Bohr geldi.Bohr elektronlar için atom çekirdeği
etrafında belirli çembersel yörüngeler öngörüyordu. Bundan hareketle,
açısal momentumun kuantalı, büyüklük olduğunu belirtiyor; Planck
sabitinin (h), 2n'ye bölümünün tam katları şeklinde yörüngeler
düşünüyordu. Kararlı yörüngedeki elektron bu yörüngeyi ancak enerji
vererek ya da enerji alarak terkedebirdi. Bu geçişlerde enerjisi "hf"
ile verilen fotonlar ısınıyor ya da soğuruluyordu. Bu ifade de
fotoelektrik olaydaki gibi kuantalı enerjiyi Ön görüyordu, (h: panck
sabiti; f: ışığın frekansı) Okullarımızda, geçerli atom teorisi olarak
işlenen, Bohr'un bu bulgusu da kuantumluluk tezini destekliyordu.

Bohr'un atom teorisinin sonraları hidrojen ve hidrojen benzeri (son
yörüngesinde bir elektron taşıyan) sistemler için geçerli olduğu
gözlendi. Fizikçiler artık atomik düzeydeki yapılan açıklayabilmek için
tek çıkar yol olarak kuantum teorisini kullanmaya devam ettiler.
Dolayısıyla teorinin ana çatısı atomik yapıların gün ışığına çıkmasıyla
oluşuyordu.

Atom teorisiyle alakalı bu gelişmeler sürerken 1922'de Amerikalı
fizikçi H.Comptom, X ışınları üzerine yaptığı incelemelerde; "hf"
enerjili olarak düşünülen fotonların serbest elektronlara
çarptırılmasıyla bu ışınların "hf/c momentumlu olarak elektronlarla
etkileştiğini gözlemledi. Bununla da kalmayarak, çarpışmadan sonra
açığa çıkan ışının frekansının daha küçük olduğunu tesbit etti. Bu
deney şunu kesin bir şekilde belirtiyordu ki mikroskobik sistemlerde
kesikli paketçik yapıda çizgisel momentum öngörülebiliyordu. Bu da
kuantumluluk hipotezine bir doğrulama getirmiş, teorinin tanımı
genişlemiştir.

Almanya'da Göttingen Üniversitesi'nde araştırmacı olan W. Heissenberg,
hocası M.Born ve arkadaşı P. Jordan ile birlikte çok elektronlu
atomların açıklanması bağlamında "matris mekaniği" teorisini ortaya
attı. Yine, 1923'de Paris Üniversitesi'ne verdiği doktora teziyle L. de
Broglie, Heissenberg'in fikirlerini de destekleyerek yeni bir atom
anlayışı gündeme getirdi: Elektronlar bir tanecik olarak değil fakat
dalga olarak yorumlanmalıydı. Böylece, çekirdeğin çevresinde dolanan
her tam dalga ancak belli bir yörüngeye rastgeliyor ve neden
elektronların belirli yörüngelerde dolandığı bütünüyle açığa çıkıyordu.
Bohr'un farkında olmadan, sezgisiyle teorisinde söz ettiği belirli
yörüngeler çıkarımı böylece doğrulanmış oluyordu. Bu durumda enerjinin
kuantumlu olmasına ek olarak çizgisel momentum gibi açısal momentumun
da kuantumlu bir büyüklük olabileceği resmen ispatlanıyordu.


1926'da E.Schrödinger, de Broglie tarafından yorumlanan dalga teorisini
tanımlayan dalga denklemini makaleler halinde açıkladı. Fizikte, bir
kuramın anlaşılabilirliği, gözlenebilirliği ve uygulanabilirliği çok
önemlidir. Bu nitelikleri taşıyan dalga denklemi ve dalga görüşü
fizikçiler arasında çok çabuk kabul gördü. Fakat bir yandan da nasıl
olup bu dalgaların tanecik gibi, Geiger sayacında tıklamalar
oluşturduğu bir sorundu. Bohr, bu problemi elektronların dalga şeklinde
nitelendirilmesinin ancak soyut olarak geçerli olabileceği fikrini
ortaya atarak, çalışmalarda gerektiğinde dalga Özelliğinin gerektiğinde
de tanecik özelliğinin kullanılması gerektiğinin altını çizerek
çözümledi.