Bu maddenin veya maddenin bir bölümünün gelişebilmesi için alakalı konuda uzman kişilere gereksinim duyulmaktadır.Ocak 2012) ( |
Bu maddede bulunmasına karşın yetersizliği nedeniyle bazı bilgilerin hangi kaynaktan alındığı belirsizdir.Mart 2022) () ( |
Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.
Kuantum mekaniğinin temelleri 20. yüzyılın ilk yarısında Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Louis de Broglie Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli gibi bilim insanlarınca atılmıştır. Belirsizlik ilkesi, antimadde, Planck sabiti, kara cisim ışınımı, dalga fonksiyonu, kuantum alan kuramı gibi kavram ve ilkeler bu alanda geliştirilmiş ve klasik fiziğin sarsılmasına neden olmuştur.
Etimoloji
Kuantum, Latince 'quantus' (ne kadar, ne büyüklükte) sözcüğünden gelir ve kuramın belirli fiziksel nicelikler için kullandığı kesikli birimlere gönderme yapar. Mekanik, Latince 'mechanicus' (makinelere ait veya yaratıcı) sözcüğünden gelir. Türkçede quantus (ne kadar, ne denli, kaç) sözcüğünün anlamından yola çıkarak nicem sözcüğüyle karşılanmıştır.
Tarihçe
Bu maddedeki üslubun, ansiklopedik bir yazıdan beklenen resmî ve ciddi üsluba uygun olmadığı düşünülmektedir. |
Klasik mekanik, her ne kadar başarılı olsa da, 1800'lü yılların sonlarına doğru kara cisim ışıması, tayf çizgileri, fotoelektrik etki gibi birtakım olayları açıklamada yetersiz kalmıştır. Klasik fizik, evreni bir "süreklilik" olarak modelliyordu; ancak Max Planck bazı deneysel gözlemleri açıklayabilmek adına, 1900'de enerjinin paketçiklerden oluştuğunu; 5 yıl sonra da Albert Einstein ışığın aynı şekilde paketçiklerden oluştuğunu, yani ışığın da, enerjinin de, süreksizlik gösterdiğini buldular. Bilim insanları, her ne kadar bu süreksizlik varsayımlarını klasik mekanik kuramlarından türetmek için uğraşsa da, bu bir sonuç vermedi. Aynı yıllarda, Ernest Rutherford'un atomun iç yapısı üzerine yaptığı deneyler, bir gerçeği daha gün yüzüne çıkardı: Atom, aslında küçük bir çekirdeğe sahipti.
Elektronun varlığı daha önce 1897 senesinde J. J. Thompson tarafından ispat edilmişti. Bu durumda, eğer negatif yüklü elektronlar pozitif çekirdeğin etrafında dairesel hareket yapıyorlarsa, klasik fiziğe göre, çok kısa bir zaman diliminde enerji kaybederek çekirdeğe düşmeleri beklenirdi. Bunun sebebini elektromanyetik teori şöyle açıklamaktadır: İvmelenen yükler ışıma yapar, dairesel hareket de (ivmeli) bir hareket olduğundan, elektron bu ışımayla enerji kaybeder ve çekirdeğe düşer; sonuçta, güneş sistemine benzeyen klasik model çöker.
Geçici bir çözüm Niels Bohr’dan gelmiştir: "Elektronlar belli kuantizasyon kurallarınca, belli yörüngelerde hareket ederler, enerjileri belli bir değere ulaşmadıkça ışıma yapamazlar; bu sayede sistem dengede durabilir." Bu geçici çözüm Hidrojen gibi küçük elementlerde işe yaramakta; fakat daha büyük kütleli elementlerde işe yaramamaktadır. Bohr atom modeli'nin deneyler ile uyumlu hale gelmesi için modelde birçok düzenleme yapılmıştır. Ancak, Bohr'un atom modeli 1920'lere gelindiğinde artık iş görmemekte, deneylerde gözlenen tayf çizgilerinin yoğunluğunu yanlış vermekte, çok elektronlu atomlarda salınım ve emilim dalga boylarını tahmin etmede başarısız olmakta, atomik sistemlerin zamana bağlı hareket denklemini verememekte ve birkaç konuda daha deneysel gerçeklere uymamaktaydı.
Kuantum mekaniğinin önemli geliştiricilerinden biri de, Fransız fizikçi De Broglie'dir.Louis de Broglie; birçok elçi, bakan ve Dük yetiştirmiş, aristokrat bir Fransız ailesinin çocuğuydu. Tarih eğitimi gördükten sonra fiziğe geçmiş ve 1923'te verdiği doktora tezinde, ışığın hem dalga hem de parçacık karakteri olmasından esinlenerek, aslında bütün madde çeşitlerinin aynı özelliği gösterebileceğini önermiştir. Ortaya koyduğu fikir, Bohr'un "gizemli" yörüngelerini açıklamada başarılı oluyordu.
Işığın girişim ve kırınım yaptığı, yani dalga özelliği gösterdiği, Thomas Young'ın yaptığı çift yarık deneyi ile gösterilmişti. Ancak tüm madde parçacıklarının, su dalgaları ile aynı matematiksel özellikleri gösterebileceği beklenmiyordu.
Max Planck 1900 yılında kara cisim ışınımı problemini ( diye de anılır), çözmek için : denklemini kullanmıştı. Bu denklem, foton kavramının başlangıcı oldu; çünkü f frekansındaki elektron salınımından oluşan ışığın, klasik mekanikle uyuşmayan bir şekilde, h*f nun sadece tam sayı katlarında kesikli enerjiler (E) taşıyabileceğini varsaymıştı ('h', günümüzde Planck sabiti adıyla anılır). Fotonlar dalga özelliği gösteriyorsa, madde de bu dualiteyi (ikiliği) gösterebilir analojisi çok kuvvetli bir fikir idi. Bunun yanında önemli bir ipucu da Einstein'ın birkaç yıl önce özel görelilik ispatında kullandığı Lorentz Dönüşümleri idi.
Buna göre, serbest bir parçacık, yönü k, konumu x, frekansı f ve zaman bağlılığı t olan bir dalga ile ifade edilirse, 2*π*(k*x - f*t) , ve bu faz Lorentz dönüşümlerinde sabit kalacaksa, k vektörü ve f frekansı, x vektörü ve t zamanı gibi dönüşmelilerdi. Diğer bir deyişle, p ve E gibi. Bunun mümkün olabilmesi için, k ve f, p ve E ile aynı bağımlılığa sahip olmalılardı, bu yüzden de onlarla doğru orantılı olmalılardı.
Bu şekilde, fotonlar için E=h*f olduğundan, madde için de,
varsayımlarını yapmak 'doğal' gözükmüştür.
Bu varsayıma ek olarak, de Broglie, herhangi bir kapalı yörüngenin 1/|k| nın tam katı olması varsayımını da kullanarak, deneysel olarak gözlenen ve Arnold Sommerfeld ve Bohr tarafından "kuantize olma şartları" olarak anılan şartları, matematiksel olarak kolayca türetti. Bu türetme gayet gizemli bir şekilde doğru sonuçlar verince (Davisson ve Germer, 1927 yılında Bell Laboratuvarlarında gerçekleştirdikleri deneyle, elektronların da aynı ışık gibi girişim yaptığını ortaya koydular. Deney 1924'te de Brogli tarafından önerilmişti) insanlar deneysel olarak başka şeyleri tahmin etmesini de beklediler.
Elbette yanıldılar çünkü bu şartlar serbest ışık parçaları için oluşturulan varsayımların, çekirdeğe bağlı elektronlar için uyarlanmasıydı ve çok ileri götürülmemesi gerekiyordu.
Ama dalga mekaniği için doğru çıkış noktası idi.
Enteresan bir şekilde, 1925-1926 yılları arasında Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli ve Pascual Jordan, matris mekaniği ile kuantum mekaniğinin formal tanımını yaptılar. Ama formalizmlerinde dalga mekaniğine yer vermediler. Benimsedikleri felsefe ise, tamamen pozitivist idi. Yani sadece deneysel olarak gözlenebilen değerleri göz önüne alan bir yaklaşım kullandılar.
1926 yılında Erwin Schrödinger bir dizi denklemle dalga mekaniğini yeniden canlandırdı. Sonunda kendi dalga mekaniğinden Heisenberg'in matriks mekaniğini de türetip iki formalizmin matematiksel olarak denk olduğunu da gösterdi (son makalelerinden birinde Schrödinger, relativistik bir dalga denklemi de sunar).
Dirac'a göre ise tarih biraz daha farklı işlemiştir. Ona göre, Schrödinger önce relativistik dalga denklemini geliştirdi, sonra bunu kullanarak hidrojenin spektrumunu hesapladı ve deneylere uymadığını gördü. Ancak bu denklemin, düşük hızlarda geçerli olan versiyonu aslında çalışıyordu ve bildiğimiz Schrodinger dalga denklemine ulaşılıyordu.
Daha sonra relativistik dalga denklemi Oskar Klein ve Walter Gordon tarafından yayınladı ve hâlâ Klein-Gordon denklemi olarak anılır.
Bu noktadan sonra Dirac; teoriyi özel görelilikle uyumlu hale getirmiş ve bazı deneylerin sonuçlarını teorik olarak üretmiştir. Örneğin pozitron'un varlığını 1932 senesinde Carl David Anderson kanıtlamıştır ve nobel ile ödüllendirilmiştir. Kuantum teorisi, daha sonra 1940'larda Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger ve Richard P. Feynman'ın kuantum elektrodinamiği konusunda önemli çalışmalarıyla gelişimine devam etmiştir. 1950'li ve 60'lı yıllar ise Kuantum renk dinamiğinin gelişimine tanık olmuştur.
Gelişmeler
- 1897: Pieter Zeeman, ışığın bir atom içindeki yüklü parçacıkların hareketi sonucu yayımlandığını buldu; J.J. Thomson da, elektronu keşfetti.
- 1900: Max Planck, kara cisim ışımasını kuantumlanmış enerji yayımı ile açıkladı, kuantum kuramı böylece doğmuş oldu.
- 1905: Albert Einstein dalga özellikleri olan ışığın aynı zamanda, daha sonra foton diye adlandırılacak olan, belirli büyüklükte enerji paketlerinden oluştuğu düşüncesini ortaya attı.
- 1911-1913: Ernest Rutherford, atomun çekirdek modelini oluşturdu. Bohr ise atomu bir gezegen sistemi gibi betimledi.
- 1923: Arthur Compton, X - ışınlarının elektronlarla etkileşimlerinde minyatür bilardo topları gibi davrandıklarını gözlemledi. Böylece ışığın parçacık davranışı hakkında yeni kanıtlar ortaya koydu.
- 1923: Louis de Broglie, dalga-parçacık ikiliğini genelleştirdi.
- 1924: Satyendra Nath Bose-Albert Einstein, kuantum parçacıklarını saymak için, diye adlandırılan yeni bir yöntem buldular.
Klasik mekanik, kuantum mekaniği ve kuantum mekaniğinin matematiği
Klasik mekanik, nesnelerin konum ve momentumları bilgilerini kullanarak, çeşitli kuvvet alanları altında nasıl hareket etmeleri gerektiğini bulmaya çalışır. Kökleri çok eskiye dayansa da başlangıcının Newton'un Principia'sı olduğunu kabul etmek yanlış olmaz. Daha sonra Euler, Lagrange, Jacobi, Hamilton, Poisson, Maxwell, Boltzman (İstatiksel mekanik ve klasik elektromanyetik teori de klasik mekaniğe katılabilir) gibi birçok ad tarafından çok çeşitli bakış açıları geliştirilmiş ve birçok alanda başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Klasik mekaniğin tamamlanmasının Einstein'ın görelilik kuramları ile gerçekleştiğini söylemek yanlış olur. Klasik mekanik çok başarılı olmasına karşın, 1800'lü yılların sonlarına doğru, siyah cisim ışıması, tayf çizgileri, fotoelelektrik etki gibi birtakım olayları açıklamada yetersiz kalmıştır. Açıklamaların yanlışlığı bilim adamlarının yetersizliğinden değil aksine klasik mekaniğin yetersizliğinden kaynaklanıyordu. Klasik mekanikteki sorunun ne olduğunu anlatmak aşırı teknik kaçacaktır, ancak en yalın halde klasik mekanik, evreni sürekli olarak modeller ve bu yaklaşım kendi içinde tutarlı değildir. Bunu görmek için termodinamikteki eş-dağılım prensibine ("İngilizce: equipartition theorem") bakmalıyız. Üç konum (x, y, z) ve üç momentumla (px, py, pz) tanımlanan parçacıklar, sonsuz sayıda parametreyle tanımlanan alanlarla bir aradadır. Eş-dağılım kuramınca sistemin enerjisinin, denge durumunda, sistemin tüm bileşenlerine eşit biçimde dağılması gerekir. Alanlar sonsuz bileşene sahip olduğundan bütün enerji alanlara dağılmalıdır. (Daha teknik bir ifade ile, denge durumundaki sistemde enerji, bütün özgürlük derecelerine eş olarak dağılır, alanlar sonsuz özgürlük derecesine sahip olduğu için bütün enerji alanlara akmalıdır.) Evren dengede varsayılırsa, deneysel olarak böyle bir gözlemin olmaması, klasik mekaniğin "süreklilik" paradigmasında bir soruna işaret eder.
Kuantum kuramı ise olayı bambaşka bir şekilde ele alır. Parçacıklar artık doğrudan 3 konum ve 3 momentumla tanımlanmak yerine bir "dalga fonksiyonu" ile tanımlanırlar. Bu dalga fonksiyonu parçacığın bütün bilgisini içinde barındırır ve dalga fonksiyonuna uygun "sorular" sorularak gerekli bilgi alınır. Örneğin konum bilgisi için dalga fonksiyonuna "Parçacık nerede?" sorusunu sorarsınız, o ise size parçacığın soruyu sorduğunuz anda nerede olabileceğini söyler. Buradaki kritik nokta olabilirliktir. Bu, dalga fonksiyonunun bir de "olasılık fonksiyonu" olarak anılmasına neden olmaktadır. Daha sonra, bu olasılıksal durumu bilinçli olup olmama durumuna bağlayan Kopenhag Yorumu ortaya atılmıştır. (Matematik altyapısı yetersiz olanlar denklemleri görmezden gelebilirler.) Matematiksel olarak olayı şöyle tanımlayabiliriz:
parçacığı tanımlayan dalga fonksiyonumuz olsun,
integrali bize x'in beklenen değerini verir. Yukarıda bahsedilen soru sorma işlemi tam olarak böyle yapılır. Benzer şekilde momentumun beklenen değeri için;
şeklinde soruyu sorarız. dalga fonksiyonumuzun karmaşık eşleniğidir. Karmaşık eşlenik ve dalga fonksiyonu arasında kalan ifadeler gözlemlenebilirlerimizin, yani konum ve momentumun, konum uzayındaki operatörleridir. Operatörler sorunun ta kendisidir.
Konum ve momentum dışında daha birçok gözlemlenebilir ile işlem yapılabilir. Ancak konum ve momentum operatörleri kullanılarak diğer birçok operatörü elde etmek mümkündür. İşin ilginç yanı bu operatörle elde etmek için klasik formüller kullanılır. Örneğin kinetik enerji klasik mekanikte;
şeklinde tanımlanırken kuantum fiziğinde kinetik enerji operatörü yine aynı ifadeyle yazılır. Tek fark "p" artık bir sayı değil bir operatördür. Bu bize Ehrenfest teoremince sağlanır ve bütün operatörleri klasik yasaları kullanarak türetebiliriz. Bu noktada "Peki, dalga fonksiyonu nedir?" sorusuna dönmeliyiz. Dalga fonksiyonu bize Schrödinger denklemi tarafından verilen, bir bakıma parçacığın kimlik kartıdır. Bir boyutta Schrödinger denklemi;
şeklinde yazılabilir. İfade bir bakıma enerji denklemidir ve bahsi geçen "kimlik" kartını sistemin enerjisine göre verir. (Burada kimlikten kasıt, parçacığın elektron mu yoksa nötron mu olduğu değil, momentumu, konumu, kinetik enerjisi gibi gözlemlenebilir olmalarıdır.) Bu denklem çözüldüğünde parçacığımızın dalga fonksiyonunu elde etmiş oluruz. En basit atom olan hidrojen atomunun zamandan bağımsız analitik olarak çözülmesi bile zordur, neyse ki belli formalizmlerle, daha karmaşık sistemleri yaklaşımlar yaparak çözmek mümkün oluyor.
Kuantum mekaniği temelinde bir olasılık teorisidir. Dalga fonksiyonu içinde sistemin bütün olası durumlarını barındırır. Siz soruyu sorduğunuzda size en olası cevabı verir, ancak soru sorma işlemi dalga fonksiyonunu "dağıtır" ve siz bir daha sorduğunuz zaman artık başka bir cevap alırsınız. Bunun yanı sıra kuantum mekaniği yapısı ötürü belirsizlikler barındırır. Bu belirsizlikler bazı gözlemlenebilir olanı ne kadar iyi bilirseniz diğer bazıları hakkında o kadar az şey bileceğinizi söyler. Örneğin konum ve momentum böyle bir çift oluşturur. Birini ne kadar iyi bilirseniz diğeri hakkında o kadar az bilginiz olur. Bu Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak bilinir. Konum ve momentum için Heisenberg belirsizlik ilkesi şöyle gösterilir:
Bu ifade de ve ile verilenler sırasıyla konum ve momentumdaki belirsizliklerdir.
Yukarıda ele alınan kuantum mekaniği, öklidyen bir uzayda çalışılmış kuantum mekaniğidir, diğer bir deyişle göreceli değildir. Einstein'ın özel görelilik kuramına uyan bir kuantum mekaniği türetmek mümkündür. Hatta ilk bakışta kolay bir uğraştır. Kuantum fikrine ve özel göreliliğe biraz aşina olan biri bile çözüme kolayca ulaşır. Yukarıda değinilen Schrödinger denklemini daha sade bir formda şöyle ele alabiliriz:
Burada H olarak verilen Hamiltonian operatörüdür. (Toplam enerji olarak düşünülebilir.) Relativistik olmayan serbest parçacık (potansiyel enerji sıfır) için Hamiltonian:
olarak verilir. Relativistik serbest parçacık içinse Hamiltonian:
şeklinde yazılabilir. İfade pek yabancı değil, değil mi? Hayır, olaya klâsik mekanik açısından bakarsanız, parçacığın durduğunu kabul edersek, momentum sıfır olacak ve ünlü 'yi elde etmiş olacaksınız. Şimdi relativistik Hamiltonianla Schrödinger denklemini yeniden yazalım:
Karesi alınırsa
elde edilir. Bu denklem Klein-Gordon denklemi olarak bilinir. Ancak denklem birtakım teknik nedenden ötürü sorunludur. Daha geçerli relativistik çözüm Dirac tarafından keşfedilmiştir ve kendi adıyla anılan denklemle verilir. Ultramikroskobik boyutlarda (Planck Uzunluğu) uzayın küçük dalga boylarında bir kaos olduğu düşünülür. Evrenin milyarda birinin milyarda birinin milyonda biri boyutlarda gözleyecek olursanız evren bir kaos olarak görünür.
Kuantum mekaniği tarihi gelişimi boyunca birçok sınavdan alnının akıyla çıkmayı başarmıştır. Olguları büyük bir doğrulukla açıklaması, yeni olgulara ışık tutması bir teoriden beklenen özelliklerdir ve kuantum mekaniği bu işi gerçekten oldukça iyi başarmıştır. Kuantum fikirleri üzerine gelişen kuantum elektrodinamiği (QED) ve kuantum renk dinamiği (QCD) bu güne kadarki hiçbir teorinin ulaşamadığı hassasiyetlerde sonuçlar vermişlerdir. Ne var ki geçtiğimiz yüzyılın çok büyük iki teorik açılımı bir biriyle uyuşmamaktadır. Doğada bilinen 4 kuvvetten 3'ü, elektromanyetizma, zayıf ve güçlü kuvvetler, kuantum kuramlarıyla ele alınabilirken kütleçekimin henüz tutarlı bir kuantum kuramı bulunamamıştır. Her ne kadar sicim kuramları kuantum kütleçekime aday gibi görünse de çözülmesi gereken çok büyük sorunlar hâlen bulunmaktadır. Günümüzde yaygın kanı kuantum ve kütleçekimin üstünde, doğrusal olmayan daha genel bir kuramın yer aldığıdır.
Kuantum mekaniğinin uygulamaları
Kimyasal ve fizik bilimlerinin temelleri şu temel araştırma alanları üstüne kuruludur:
- Akışkanlar Mekaniği
- Elektromanyetik
- İstatistiksel Mekanik
- Kimyasal Kinetik
- Klâsik Mekanik
- Kuantum Mekaniği
- Optik
- Termodinamik
Diğer tüm fizik ve kimya dalları, bu temel düzeneklerin uygulamalarıdır. O halde bunlara "saf", diğerlerine "uygulamalı" fizik ve kimya gözü ile bakılabilir. Kuantum mekaniğinin mikro sistemlere uygulanması ile şu uygulamalı fizik ve kimya dalları türetilmiştir:
- Anorganik Kimya, Organik Kimya, Biyokimya: Bunlar da temel uygulama dalı olan Kuantum Kimyası'nın özel olarak -sırasıyla- anorganik, organik ve biyomoleküllere olan uygulamasıdır.
- Katı Hal Kimyası (Fiziği): Katı halin kuantum mekaniği
- Kuantum Kimyası: Atom ve moleküllerin kuantum mekaniği (Fizik'te genelde Atom ve Molekül Fiziği ismi tercih edilir)
- Nükleer Kimya (Fizik): Çekirdeğin kuantum mekaniği
- Parçacık Kimyası (Fiziği): Atomaltı parçacıkların kuantum mekaniği
- Plazma Kimyası (Fiziği): Plazmanın kuantum mekaniği
- Sıvı Hal Kimyası (Fiziği): Sıvı halin kuantum mekaniği
Fotokimya ve fotofizik, yüzey kimyası vb. pek çok dal da kuantum mekaniğinden uygulamalar içermektedir.
Kuantum mekaniği her ne kadar çok küçüklerin dünyasını modelleyen bir kuram olsa da uygulama alanları gerek dolaysız gerek dolaylı yollarla çok geniştir. Kuantum mekaniği biyoloji, malzeme bilimi, elektronik gibi birçok alanın günümüzdeki anlamına kavuşmasını sağlamıştır.
Laser, maser, yarı iletkenler gibi günümüzün olmazsa olmazlarının icatları, kuantum mekaniği sayesinde mümkün olmuştur. Ayrıca elektron mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu, taramalı tünellemeli mikroskop gibi biyoloji ve nanoteknolojik uygulamaların olmazsa olmazları; PET-Scan (Positron Emmission Tomography), MRI (Magnetic Resonance Imaging), Tomografi gibi tıbbi görüntüleme cihazları yine kuantum mekaniğinin bize gösterdiği belli doğa olgularını kullanarak çalışırlar. Yine tıp, nanoteknoloji, elektronik gibi birçok alanda sayısız kullanımı olan fiberler kuantum mekaniğinin doğrudan uygulamasına örnektir. Modern kimya, kuantum fikirleri üzerine inşa edilmiş ve çok karmaşık moleküllerin yapıları bu sayede anlaşılmıştır.
Kuantum mekaniği felsefesi
Kuantum mekaniği bugüne kadar girdiği tüm sınavlardan başarıyla çıkmıştır. Peki, nasıl olur da bu denli başarılı bir teorinin eleştirel bir felsefesinden söz edilebilir? Dahası teorinin bazı felsefi sorular ortaya çıkardığını nasıl ileri sürebiliriz?
Kuantum mekaniği net ve sağlam matematik temeller üzerine kurulmuştur. Sistemlerin doğası bu matematikle modellenir. Ancak başlı başına bu modelleme kuantum mekaniğinin temel kavramlarının çözümlenmesinde felsefecilere göre yetersizdir. Örnek verecek olursak, bir dalga fonksiyonudur. Bu dalga fonksiyonunun mutlak karesinin olasılık genliği olduğu ise bir yorumdur. İstatistiki bir dağılımı temsil eden olasılık genliğinin altta yatan “fiziksel gerçeklik” ile bağlantısını sorgularsak ve bunu genel bir çerçeveye oturtmak istersek, o zaman, kuantum mekaniği felsefesi yapmış oluruz.
Fizikçiler arasında genel yaklaşım, felsefe yapmak yerine değişik koşullar altında Schrödinger denklemini çözmek ve teorik olarak bulunan sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırmaktır. Şimdiye kadar deneyler bu şekilde hep başarı ile açıklanabilmiştir, yani doğa, kuantum mekaniğinin tahminlerine göre hareket etmektedir. Burada üzerinde durulabilecek bir nokta, kuantum fiziğinin, üzerinde deney yapılması imkansız kavramların felsefesini yapmaya gerek duymaması, bunun yerine sadece deney ve teorinin uyumuna bakmasıdır.
Kuantum mekaniği tamamlanmış bir teori midir?
Kuantum mekaniğinin temelleri Heisenberg belirsizlik ilkesinin formüle edildiği 1927 yılından bu zamana dek hiçbir değişikliğe uğramamıştır. Kuantum mekaniğinin uzantısı olarak ortaya çıkan teorilerde ortaya çıkan kavramlar da, bildiğimiz kadarıyla bu temel ilkelerde değişiklik yapılmasını gerektirmezler. Kuantum mekaniği doğduğu andan itibaren temel ilkelerin anlaşılması bakımından büyük tartışmalara yol açmıştır. Bu tartışmalardan biri A. Einstein, B. Podolsky ve N. Rosen'in 1935 yılında "Doğanın Kuantum Mekaniksel Tasviri Tamamlanmış Kabul Edilebilir mi?" başlığıyla yayınladıkları ve yazarlarının adlarının baş harfleriyle "EPR Paradoksu" olarak adlandırılan makalesiyle başlamış olup, hâlen de önemini korumaktadır. EPR makalesi bir fizik teorisinin tamamlanmış kabul edilebilmesi için iki temel koşulu yerine getirmesi gerektiğini söyler. Bunlar;
- Teorinin doğruluğu
- Teorinin tamamlanmışlığı
EPR makalesine göre teorinin doğru olarak nitelendirilebilmesi için teorinin deney sonuçlarıyla uyumluluğu göz önüne alınmalıdır. Bu bakımdan kuantum mekaniği deneylerle büyük bir uyum gösterdiği için doğru kabul edilir. Teorinin başarısı için gerekli olan diğer koşul olan tamamlanmışlık için ise makalede şu koşul verilmiştir: "Bir fizik kuramında, her fiziksel gerçekliğe karşılık olan bir öge bulunmalıdır."
Makalede fiziksel gerçeklik şu şekilde tanımlanmıştır: "Bir fiziksel niceliğin değerini, dinamik sistemi herhangi bir biçimde bozmaksızın kesinlikle tahmin edebiliyorsak, o zaman, fiziksel gerçekliğin, bu fiziksel niceliğe karşılık olan bir ögesi vardır."
Fiziksel niceliğin kesin bir değerini, dinamik sistemi bozmadan teoride elde edebiliyorsak, o zaman, teoriden hesap ile elde edilen bu kesin değer fiziksel gerçekliğin bir ögesine karşılık gelecektir. Ancak fiziksel gerçekliğin bütün ögelerinin fizik teorisinde karşılıklarının bulunması gerektiğine dair bir koşul ileri sürülmemiştir. Bu nedenle, EPR'ye göre, doğru olan teorinin aynı zamanda tamamlanmış olması gerekmez.
Fiziksel gerçeklik ölçütünün kuantum mekaniği çerçevesinde nasıl kullanıldığı makalede şu örnekle açıklanmıştır. Elimizdeki parçacık fonksiyonu ile gösterilsin. Fonksiyonu;
şeklinde gösterelim. Bu parçacığın momentumu ölçülmeden önce şu önerme ileri sürülebilir: Parçacığın momentumunun ölçümden sonra değerini alma olasılığı 'dir. Ayrıca;
olduğunu kabul edelim. Eğer alınabilecek birden çok momentum değeri mevcutsa 1'e eşit değildir. Bu sebepten ötürü fiziksel gerçeklik ölçütü bu durumda kullanılamaz.
Kitap
Ders kitapları
- J. J. Sakurai, J. Napolitano, Modern Kuantum Mekaniği, Palme Yayıncılık 2012 ().
- T. Dereli, Kuantum Mekaniği I, ODTÜ Yayıncılık ().
- E. Aygün, M. Zengin, Kuantum Fiziği, Ankara Üniversitesi Yayınları, 2. baskı, 1992.
- J. J. Sakurai, Advanced Quantum Mechanics, Addison-Wesley, 1967().
- E. Rızaoğlu, M. Yalçınkaya, Ö. Gültekin, Alfa Yayınları, 2021 ().
Fiziğin diğer alanları hakkında yazılan ilgili ders kitapları
- B. H. Bransden, C. J. Joachain, Atom ve Molekül Fiziği, On Dokuz Mayıs Üniversitesi Yayınları.
- T. N. Durlu, Katı Hal Fiziğine Giriş, Ankara Üniversitesi Yayınları, 2. baskı, 1992.
- E. Aygün, M. Zengin, Atom ve Molekül Fiziği, Ankara Üniversitesi Yayınları, 1992.
- D. Halliday, R. Resnick, Fiziğin Temelleri 2, Palme Yayıncılık.
- A. Beiser, Çağdaş Fiziğin Kavramları, Dicle Üniversitesi Yayınları, 2. baskı,1989.
- C. Önem, Fizikte Matematik Metotlar, Birsen Yayıncılık, 3. baskı.
Kaynakça
- Özel
- ^ Çaykara, Emine (1964); Oktay Sinanoğlu Kitabı / Türk Aynştaynı, Türkiye İş Bankası Kültür Yayınları, s. 178. ISBN, 9754582947
- ^ Nihat Taşpınar, Dalga mekaniği: stokes 3. mertebe dalga teorisi ve tabloları. Dokuz Eylül Üniversitesi, (1987) - 291 sayfa.
- ^ a b "Quantum mechanics." 11 Temmuz 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde . Britannica.com. 10 Ağustos 2014.
- ^ "quantum." 12 Ağustos 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde . Online Etymology Dictionary. 10 Ağustos 2014.
- ^ "mechanics." Oxford Dictionary of English 2e, Oxford University Press, 2003.
- ^ "Otomatik Çizgi Tanımı Programı" (PDF). T. C. İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 27 Mart 2021 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 20 Şubat 2021.
- ^ a b (PDF). 11 Ocak 2020 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi.
- ^ . Britannica. 19 Haziran 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- ^ J.J. Thompson And The Discovery Of The Electron, E. A. Davis,Isabel Falconer
- ^ (PDF). Dr. A. Kürşad Poyraz. F. Ü. Tıp Fakültesi Radyoloji A. D. 28 Eylül 2020 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi.
- ^ "Elektro Manyetik Teori" (PDF). O. Çakır (AU). XII. Ulusal Parçacık Hızlandırıcıları ve Dedektörleri Yaz Okulu, HTE Gölbaşı, 2-7 Temmuz 2018. 27 Mart 2021 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 20 Şubat 2021.
- ^ "Elektro Manyetik Alan Teorisi" (PDF). Yardımcı Doktor Doçent Aslan Ünal'ın not defteri. Yardımcı Doktor Doçent Aslan Ünal. 27 Mart 2021 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 20 Şubat 2021.
- ^ a b c . Niels Bohr'un biyografisi. Britannica. 7 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- ^ "KUANTUM AYAR ALAN TEORİLERİNİN KUANTİZASYONU VE STANDART MODEL" (PDF). PROF. DR. MÜGE BOZ EVİNAY?. Hacettepe Üniversitesi. 2015. 27 Mart 2021 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 20 Şubat 2021.
- ^ a b ""Bohr'un Atom modellerinin yetersizlikleri"". Psiko-fizik. 7 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 20 Şubat 2021.
- ^ . Britannica. 7 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- ^ a b c . Louis de Broglie'nin Biyografisi çalışması. Britannica. 7 Temmuz 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- ^ Elizabeth H. Oakes, Encyclopedia of World Scientists Facts on File Science Library, (2007) s.19. ISBN 13:9780816061587
- Genel
- Kuantum Fiziği (1/2)27 Eylül 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Kuantum Fiziği (2/2)27 Eylül 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
Ayrıca bakınız
Dış bağlantılar
- CERN26 Temmuz 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- Kuantum Teorisi ve Atomaltı Parçacıklar 9 Mayıs 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Bu maddenin veya maddenin bir bolumunun gelisebilmesi icin alakali konuda uzman kisilere gereksinim duyulmaktadir Ayrintilar icin lutfen tartisma sayfasini inceleyin veya yeni bir tartisma baslatin Konu hakkinda uzman birini bulmaya yardimci olarak ya da maddeye gerekli bilgileri ekleyerek Vikipedi ye katkida bulunabilirsiniz Ocak 2012 Bu maddede kaynak listesi bulunmasina karsin metin ici kaynaklarin yetersizligi nedeniyle bazi bilgilerin hangi kaynaktan alindigi belirsizdir Lutfen kaynaklari uygun bicimde metin icine yerlestirerek maddenin gelistirilmesine yardimci olun Mart 2022 Bu sablonun nasil ve ne zaman kaldirilmasi gerektigini ogrenin Kuantum mekanigi veya kuantum fizigi atom alti parcaciklari inceleyen bir temel fizik dalidir Nicem mekanigi veya dalga mekanigi adlariyla da anilir Kuantum mekanigi molekullerin atomlarin ve bunlari meydana getiren elektron proton notron kuark gluon gibi parcaciklarin ozelliklerini aciklamaya calisir Calisma alani parcaciklarin birbirleriyle ve isik x isini gama isini gibi elektromanyetik isinimlarla olan etkilesimlerini de kapsar Belirli enerji seviyelerinde asagiya dogru artarak n 1 2 3 ve acisal momentum lardaki saga dogru artarak s p d bir hidrojen atomu elektronunun dalga fonksiyonlari Daha parlak olan bolgeler elektronun pozisyonu icin daha yuksek olasilik genligine isaret ediyor Kuantum mekaniginin temelleri 20 yuzyilin ilk yarisinda Max Planck Albert Einstein Niels Bohr Louis de Broglie Werner Heisenberg Erwin Schrodinger Max Born John von Neumann Paul Dirac Wolfgang Pauli gibi bilim insanlarinca atilmistir Belirsizlik ilkesi antimadde Planck sabiti kara cisim isinimi dalga fonksiyonu kuantum alan kurami gibi kavram ve ilkeler bu alanda gelistirilmis ve klasik fizigin sarsilmasina neden olmustur EtimolojiKuantum Latince quantus ne kadar ne buyuklukte sozcugunden gelir ve kuramin belirli fiziksel nicelikler icin kullandigi kesikli birimlere gonderme yapar Mekanik Latince mechanicus makinelere ait veya yaratici sozcugunden gelir Turkcede quantus ne kadar ne denli kac sozcugunun anlamindan yola cikarak nicem sozcuguyle karsilanmistir TarihceBu maddedeki uslubun ansiklopedik bir yazidan beklenen resmi ve ciddi usluba uygun olmadigi dusunulmektedir Maddeyi gelistirerek ya da konuyla ilgili tartismaya katilarak Vikipedi ye katkida bulunabilirsiniz Klasik mekanik her ne kadar basarili olsa da 1800 lu yillarin sonlarina dogru kara cisim isimasi tayf cizgileri fotoelektrik etki gibi birtakim olaylari aciklamada yetersiz kalmistir Klasik fizik evreni bir sureklilik olarak modelliyordu ancak Max Planck bazi deneysel gozlemleri aciklayabilmek adina 1900 de enerjinin paketciklerden olustugunu 5 yil sonra da Albert Einstein isigin ayni sekilde paketciklerden olustugunu yani isigin da enerjinin de sureksizlik gosterdigini buldular Bilim insanlari her ne kadar bu sureksizlik varsayimlarini klasik mekanik kuramlarindan turetmek icin ugrassa da bu bir sonuc vermedi Ayni yillarda Ernest Rutherford un atomun ic yapisi uzerine yaptigi deneyler bir gercegi daha gun yuzune cikardi Atom aslinda kucuk bir cekirdege sahipti Elektronun varligi daha once 1897 senesinde J J Thompson tarafindan ispat edilmisti Bu durumda eger negatif yuklu elektronlar pozitif cekirdegin etrafinda dairesel hareket yapiyorlarsa klasik fizige gore cok kisa bir zaman diliminde enerji kaybederek cekirdege dusmeleri beklenirdi Bunun sebebini elektromanyetik teori soyle aciklamaktadir Ivmelenen yukler isima yapar dairesel hareket de ivmeli bir hareket oldugundan elektron bu isimayla enerji kaybeder ve cekirdege duser sonucta gunes sistemine benzeyen klasik model coker Gecici bir cozum Niels Bohr dan gelmistir Elektronlar belli kuantizasyon kurallarinca belli yorungelerde hareket ederler enerjileri belli bir degere ulasmadikca isima yapamazlar bu sayede sistem dengede durabilir Bu gecici cozum Hidrojen gibi kucuk elementlerde ise yaramakta fakat daha buyuk kutleli elementlerde ise yaramamaktadir Bohr atom modeli nin deneyler ile uyumlu hale gelmesi icin modelde bircok duzenleme yapilmistir Ancak Bohr un atom modeli 1920 lere gelindiginde artik is gormemekte deneylerde gozlenen tayf cizgilerinin yogunlugunu yanlis vermekte cok elektronlu atomlarda salinim ve emilim dalga boylarini tahmin etmede basarisiz olmakta atomik sistemlerin zamana bagli hareket denklemini verememekte ve birkac konuda daha deneysel gerceklere uymamaktaydi Kuantum mekaniginin onemli gelistiricilerinden biri de Fransiz fizikci De Broglie dir Louis de Broglie bircok elci bakan ve Duk yetistirmis aristokrat bir Fransiz ailesinin cocuguydu Tarih egitimi gordukten sonra fizige gecmis ve 1923 te verdigi doktora tezinde isigin hem dalga hem de parcacik karakteri olmasindan esinlenerek aslinda butun madde cesitlerinin ayni ozelligi gosterebilecegini onermistir Ortaya koydugu fikir Bohr un gizemli yorungelerini aciklamada basarili oluyordu Isigin girisim ve kirinim yaptigi yani dalga ozelligi gosterdigi Thomas Young in yaptigi cift yarik deneyi ile gosterilmisti Ancak tum madde parcaciklarinin su dalgalari ile ayni matematiksel ozellikleri gosterebilecegi beklenmiyordu Max Planck 1900 yilinda kara cisim isinimi problemini diye de anilir cozmek icin E hf displaystyle E hf denklemini kullanmisti Bu denklem foton kavraminin baslangici oldu cunku f frekansindaki elektron salinimindan olusan isigin klasik mekanikle uyusmayan bir sekilde h f nun sadece tam sayi katlarinda kesikli enerjiler E tasiyabilecegini varsaymisti h gunumuzde Planck sabiti adiyla anilir Fotonlar dalga ozelligi gosteriyorsa madde de bu dualiteyi ikiligi gosterebilir analojisi cok kuvvetli bir fikir idi Bunun yaninda onemli bir ipucu da Einstein in birkac yil once ozel gorelilik ispatinda kullandigi Lorentz Donusumleri idi Buna gore serbest bir parcacik yonu k konumu x frekansi f ve zaman bagliligi t olan bir dalga ile ifade edilirse 2 p k x f t ve bu faz Lorentz donusumlerinde sabit kalacaksa k vektoru ve f frekansi x vektoru ve t zamani gibi donusmelilerdi Diger bir deyisle p ve E gibi Bunun mumkun olabilmesi icin k ve f p ve E ile ayni bagimliliga sahip olmalilardi bu yuzden de onlarla dogru orantili olmalilardi Bu sekilde fotonlar icin E h f oldugundan madde icin de E hf ve k p h displaystyle E hf ve k p h varsayimlarini yapmak dogal gozukmustur Bu varsayima ek olarak de Broglie herhangi bir kapali yorungenin 1 k nin tam kati olmasi varsayimini da kullanarak deneysel olarak gozlenen ve Arnold Sommerfeld ve Bohr tarafindan kuantize olma sartlari olarak anilan sartlari matematiksel olarak kolayca turetti Bu turetme gayet gizemli bir sekilde dogru sonuclar verince Davisson ve Germer 1927 yilinda Bell Laboratuvarlarinda gerceklestirdikleri deneyle elektronlarin da ayni isik gibi girisim yaptigini ortaya koydular Deney 1924 te de Brogli tarafindan onerilmisti insanlar deneysel olarak baska seyleri tahmin etmesini de beklediler Elbette yanildilar cunku bu sartlar serbest isik parcalari icin olusturulan varsayimlarin cekirdege bagli elektronlar icin uyarlanmasiydi ve cok ileri goturulmemesi gerekiyordu Ama dalga mekanigi icin dogru cikis noktasi idi Enteresan bir sekilde 1925 1926 yillari arasinda Werner Heisenberg Max Born Wolfgang Pauli ve Pascual Jordan matris mekanigi ile kuantum mekaniginin formal tanimini yaptilar Ama formalizmlerinde dalga mekanigine yer vermediler Benimsedikleri felsefe ise tamamen pozitivist idi Yani sadece deneysel olarak gozlenebilen degerleri goz onune alan bir yaklasim kullandilar 1926 yilinda Erwin Schrodinger bir dizi denklemle dalga mekanigini yeniden canlandirdi Sonunda kendi dalga mekaniginden Heisenberg in matriks mekanigini de turetip iki formalizmin matematiksel olarak denk oldugunu da gosterdi son makalelerinden birinde Schrodinger relativistik bir dalga denklemi de sunar Dirac a gore ise tarih biraz daha farkli islemistir Ona gore Schrodinger once relativistik dalga denklemini gelistirdi sonra bunu kullanarak hidrojenin spektrumunu hesapladi ve deneylere uymadigini gordu Ancak bu denklemin dusuk hizlarda gecerli olan versiyonu aslinda calisiyordu ve bildigimiz Schrodinger dalga denklemine ulasiliyordu Daha sonra relativistik dalga denklemi Oskar Klein ve Walter Gordon tarafindan yayinladi ve hala Klein Gordon denklemi olarak anilir Bu noktadan sonra Dirac teoriyi ozel gorelilikle uyumlu hale getirmis ve bazi deneylerin sonuclarini teorik olarak uretmistir Ornegin pozitron un varligini 1932 senesinde Carl David Anderson kanitlamistir ve nobel ile odullendirilmistir Kuantum teorisi daha sonra 1940 larda Sin Itiro Tomonaga Julian Schwinger ve Richard P Feynman in kuantum elektrodinamigi konusunda onemli calismalariyla gelisimine devam etmistir 1950 li ve 60 li yillar ise Kuantum renk dinamiginin gelisimine tanik olmustur Gelismeler 1897 Pieter Zeeman isigin bir atom icindeki yuklu parcaciklarin hareketi sonucu yayimlandigini buldu J J Thomson da elektronu kesfetti 1900 Max Planck kara cisim isimasini kuantumlanmis enerji yayimi ile acikladi kuantum kurami boylece dogmus oldu 1905 Albert Einstein dalga ozellikleri olan isigin ayni zamanda daha sonra foton diye adlandirilacak olan belirli buyuklukte enerji paketlerinden olustugu dusuncesini ortaya atti 1911 1913 Ernest Rutherford atomun cekirdek modelini olusturdu Bohr ise atomu bir gezegen sistemi gibi betimledi 1923 Arthur Compton X isinlarinin elektronlarla etkilesimlerinde minyatur bilardo toplari gibi davrandiklarini gozlemledi Boylece isigin parcacik davranisi hakkinda yeni kanitlar ortaya koydu 1923 Louis de Broglie dalga parcacik ikiligini genellestirdi 1924 Satyendra Nath Bose Albert Einstein kuantum parcaciklarini saymak icin diye adlandirilan yeni bir yontem buldular Klasik mekanik kuantum mekanigi ve kuantum mekaniginin matematigiKlasik mekanik nesnelerin konum ve momentumlari bilgilerini kullanarak cesitli kuvvet alanlari altinda nasil hareket etmeleri gerektigini bulmaya calisir Kokleri cok eskiye dayansa da baslangicinin Newton un Principia si oldugunu kabul etmek yanlis olmaz Daha sonra Euler Lagrange Jacobi Hamilton Poisson Maxwell Boltzman Istatiksel mekanik ve klasik elektromanyetik teori de klasik mekanige katilabilir gibi bircok ad tarafindan cok cesitli bakis acilari gelistirilmis ve bircok alanda basarili bir sekilde uygulanmistir Klasik mekanigin tamamlanmasinin Einstein in gorelilik kuramlari ile gerceklestigini soylemek yanlis olur Klasik mekanik cok basarili olmasina karsin 1800 lu yillarin sonlarina dogru siyah cisim isimasi tayf cizgileri fotoelelektrik etki gibi birtakim olaylari aciklamada yetersiz kalmistir Aciklamalarin yanlisligi bilim adamlarinin yetersizliginden degil aksine klasik mekanigin yetersizliginden kaynaklaniyordu Klasik mekanikteki sorunun ne oldugunu anlatmak asiri teknik kacacaktir ancak en yalin halde klasik mekanik evreni surekli olarak modeller ve bu yaklasim kendi icinde tutarli degildir Bunu gormek icin termodinamikteki es dagilim prensibine Ingilizce equipartition theorem bakmaliyiz Uc konum x y z ve uc momentumla px py pz tanimlanan parcaciklar sonsuz sayida parametreyle tanimlanan alanlarla bir aradadir Es dagilim kuraminca sistemin enerjisinin denge durumunda sistemin tum bilesenlerine esit bicimde dagilmasi gerekir Alanlar sonsuz bilesene sahip oldugundan butun enerji alanlara dagilmalidir Daha teknik bir ifade ile denge durumundaki sistemde enerji butun ozgurluk derecelerine es olarak dagilir alanlar sonsuz ozgurluk derecesine sahip oldugu icin butun enerji alanlara akmalidir Evren dengede varsayilirsa deneysel olarak boyle bir gozlemin olmamasi klasik mekanigin sureklilik paradigmasinda bir soruna isaret eder Kuantum kurami ise olayi bambaska bir sekilde ele alir Parcaciklar artik dogrudan 3 konum ve 3 momentumla tanimlanmak yerine bir dalga fonksiyonu ile tanimlanirlar Bu dalga fonksiyonu parcacigin butun bilgisini icinde barindirir ve dalga fonksiyonuna uygun sorular sorularak gerekli bilgi alinir Ornegin konum bilgisi icin dalga fonksiyonuna Parcacik nerede sorusunu sorarsiniz o ise size parcacigin soruyu sordugunuz anda nerede olabilecegini soyler Buradaki kritik nokta olabilirliktir Bu dalga fonksiyonunun bir de olasilik fonksiyonu olarak anilmasina neden olmaktadir Daha sonra bu olasiliksal durumu bilincli olup olmama durumuna baglayan Kopenhag Yorumu ortaya atilmistir Matematik altyapisi yetersiz olanlar denklemleri gormezden gelebilirler Matematiksel olarak olayi soyle tanimlayabiliriz PS x t displaystyle Psi x t parcacigi tanimlayan dalga fonksiyonumuz olsun x PS x t xPS x t dx displaystyle langle x rangle int Psi x t x Psi x t dx integrali bize x in beklenen degerini verir Yukarida bahsedilen soru sorma islemi tam olarak boyle yapilir Benzer sekilde momentumun beklenen degeri icin p PS x t ℏiddxPS x t dx displaystyle langle p rangle int Psi x t frac hbar i frac d dx Psi x t dx seklinde soruyu sorariz PS x t displaystyle Psi x t dalga fonksiyonumuzun karmasik eslenigidir Karmasik eslenik ve dalga fonksiyonu arasinda kalan ifadeler gozlemlenebilirlerimizin yani konum ve momentumun konum uzayindaki operatorleridir Operatorler sorunun ta kendisidir Konum ve momentum disinda daha bircok gozlemlenebilir ile islem yapilabilir Ancak konum ve momentum operatorleri kullanilarak diger bircok operatoru elde etmek mumkundur Isin ilginc yani bu operatorle elde etmek icin klasik formuller kullanilir Ornegin kinetik enerji klasik mekanikte T p22m displaystyle T frac p 2 2m seklinde tanimlanirken kuantum fiziginde kinetik enerji operatoru yine ayni ifadeyle yazilir Tek fark p artik bir sayi degil bir operatordur Bu bize Ehrenfest teoremince saglanir ve butun operatorleri klasik yasalari kullanarak turetebiliriz Bu noktada Peki dalga fonksiyonu nedir sorusuna donmeliyiz Dalga fonksiyonu bize Schrodinger denklemi tarafindan verilen bir bakima parcacigin kimlik kartidir Bir boyutta Schrodinger denklemi iℏddtPS ℏ22md2dx2PS V x t PS displaystyle i hbar frac d dt Psi frac hbar 2 2m frac d 2 dx 2 Psi V x t Psi seklinde yazilabilir Ifade bir bakima enerji denklemidir ve bahsi gecen kimlik kartini sistemin enerjisine gore verir Burada kimlikten kasit parcacigin elektron mu yoksa notron mu oldugu degil momentumu konumu kinetik enerjisi gibi gozlemlenebilir olmalaridir Bu denklem cozuldugunde parcacigimizin dalga fonksiyonunu elde etmis oluruz En basit atom olan hidrojen atomunun zamandan bagimsiz analitik olarak cozulmesi bile zordur neyse ki belli formalizmlerle daha karmasik sistemleri yaklasimlar yaparak cozmek mumkun oluyor Kuantum mekanigi temelinde bir olasilik teorisidir Dalga fonksiyonu icinde sistemin butun olasi durumlarini barindirir Siz soruyu sordugunuzda size en olasi cevabi verir ancak soru sorma islemi dalga fonksiyonunu dagitir ve siz bir daha sordugunuz zaman artik baska bir cevap alirsiniz Bunun yani sira kuantum mekanigi yapisi oturu belirsizlikler barindirir Bu belirsizlikler bazi gozlemlenebilir olani ne kadar iyi bilirseniz diger bazilari hakkinda o kadar az sey bileceginizi soyler Ornegin konum ve momentum boyle bir cift olusturur Birini ne kadar iyi bilirseniz digeri hakkinda o kadar az bilginiz olur Bu Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak bilinir Konum ve momentum icin Heisenberg belirsizlik ilkesi soyle gosterilir sxsp ℏ2 displaystyle sigma x sigma p geqslant frac hbar 2 Bu ifade de sx displaystyle sigma x ve sp displaystyle sigma p ile verilenler sirasiyla konum ve momentumdaki belirsizliklerdir Yukarida ele alinan kuantum mekanigi oklidyen bir uzayda calisilmis kuantum mekanigidir diger bir deyisle goreceli degildir Einstein in ozel gorelilik kuramina uyan bir kuantum mekanigi turetmek mumkundur Hatta ilk bakista kolay bir ugrastir Kuantum fikrine ve ozel gorelilige biraz asina olan biri bile cozume kolayca ulasir Yukarida deginilen Schrodinger denklemini daha sade bir formda soyle ele alabiliriz iℏ tPS HPS displaystyle i hbar frac partial partial t Psi H Psi Burada H olarak verilen Hamiltonian operatorudur Toplam enerji olarak dusunulebilir Relativistik olmayan serbest parcacik potansiyel enerji sifir icin Hamiltonian H p22m displaystyle H frac p 2 2m olarak verilir Relativistik serbest parcacik icinse Hamiltonian H m2c4 p2c2 displaystyle H sqrt m 2 c 4 p 2 c 2 seklinde yazilabilir Ifade pek yabanci degil degil mi Hayir olaya klasik mekanik acisindan bakarsaniz parcacigin durdugunu kabul edersek momentum sifir olacak ve unlu E mc2 displaystyle E mc 2 yi elde etmis olacaksiniz Simdi relativistik Hamiltonianla Schrodinger denklemini yeniden yazalim iℏ 2c2 m2c4ps iℏ tps displaystyle sqrt i hbar mathbf nabla 2 c 2 m 2 c 4 psi i hbar frac partial partial t psi Karesi alinirsa 2ps 1c2 2 t2ps m2c2ℏ2ps displaystyle mathbf nabla 2 psi frac 1 c 2 frac partial 2 partial t 2 psi frac m 2 c 2 hbar 2 psi elde edilir Bu denklem Klein Gordon denklemi olarak bilinir Ancak denklem birtakim teknik nedenden oturu sorunludur Daha gecerli relativistik cozum Dirac tarafindan kesfedilmistir ve kendi adiyla anilan denklemle verilir Ultramikroskobik boyutlarda Planck Uzunlugu uzayin kucuk dalga boylarinda bir kaos oldugu dusunulur Evrenin milyarda birinin milyarda birinin milyonda biri boyutlarda gozleyecek olursaniz evren bir kaos olarak gorunur Kuantum mekanigi tarihi gelisimi boyunca bircok sinavdan alninin akiyla cikmayi basarmistir Olgulari buyuk bir dogrulukla aciklamasi yeni olgulara isik tutmasi bir teoriden beklenen ozelliklerdir ve kuantum mekanigi bu isi gercekten oldukca iyi basarmistir Kuantum fikirleri uzerine gelisen kuantum elektrodinamigi QED ve kuantum renk dinamigi QCD bu gune kadarki hicbir teorinin ulasamadigi hassasiyetlerde sonuclar vermislerdir Ne var ki gectigimiz yuzyilin cok buyuk iki teorik acilimi bir biriyle uyusmamaktadir Dogada bilinen 4 kuvvetten 3 u elektromanyetizma zayif ve guclu kuvvetler kuantum kuramlariyla ele alinabilirken kutlecekimin henuz tutarli bir kuantum kurami bulunamamistir Her ne kadar sicim kuramlari kuantum kutlecekime aday gibi gorunse de cozulmesi gereken cok buyuk sorunlar halen bulunmaktadir Gunumuzde yaygin kani kuantum ve kutlecekimin ustunde dogrusal olmayan daha genel bir kuramin yer aldigidir Kuantum mekaniginin uygulamalariKimyasal ve fizik bilimlerinin temelleri su temel arastirma alanlari ustune kuruludur Akiskanlar Mekanigi Elektromanyetik Istatistiksel Mekanik Kimyasal Kinetik Klasik Mekanik Kuantum Mekanigi Optik Termodinamik Diger tum fizik ve kimya dallari bu temel duzeneklerin uygulamalaridir O halde bunlara saf digerlerine uygulamali fizik ve kimya gozu ile bakilabilir Kuantum mekaniginin mikro sistemlere uygulanmasi ile su uygulamali fizik ve kimya dallari turetilmistir Anorganik Kimya Organik Kimya Biyokimya Bunlar da temel uygulama dali olan Kuantum Kimyasi nin ozel olarak sirasiyla anorganik organik ve biyomolekullere olan uygulamasidir Kati Hal Kimyasi Fizigi Kati halin kuantum mekanigi Kuantum Kimyasi Atom ve molekullerin kuantum mekanigi Fizik te genelde Atom ve Molekul Fizigi ismi tercih edilir Nukleer Kimya Fizik Cekirdegin kuantum mekanigi Parcacik Kimyasi Fizigi Atomalti parcaciklarin kuantum mekanigi Plazma Kimyasi Fizigi Plazmanin kuantum mekanigi Sivi Hal Kimyasi Fizigi Sivi halin kuantum mekanigi Fotokimya ve fotofizik yuzey kimyasi vb pek cok dal da kuantum mekaniginden uygulamalar icermektedir Kuantum mekanigi her ne kadar cok kucuklerin dunyasini modelleyen bir kuram olsa da uygulama alanlari gerek dolaysiz gerek dolayli yollarla cok genistir Kuantum mekanigi biyoloji malzeme bilimi elektronik gibi bircok alanin gunumuzdeki anlamina kavusmasini saglamistir Laser maser yari iletkenler gibi gunumuzun olmazsa olmazlarinin icatlari kuantum mekanigi sayesinde mumkun olmustur Ayrica elektron mikroskobu atomik kuvvet mikroskobu taramali tunellemeli mikroskop gibi biyoloji ve nanoteknolojik uygulamalarin olmazsa olmazlari PET Scan Positron Emmission Tomography MRI Magnetic Resonance Imaging Tomografi gibi tibbi goruntuleme cihazlari yine kuantum mekaniginin bize gosterdigi belli doga olgularini kullanarak calisirlar Yine tip nanoteknoloji elektronik gibi bircok alanda sayisiz kullanimi olan fiberler kuantum mekaniginin dogrudan uygulamasina ornektir Modern kimya kuantum fikirleri uzerine insa edilmis ve cok karmasik molekullerin yapilari bu sayede anlasilmistir Kuantum mekanigi felsefesiKuantum mekanigi bugune kadar girdigi tum sinavlardan basariyla cikmistir Peki nasil olur da bu denli basarili bir teorinin elestirel bir felsefesinden soz edilebilir Dahasi teorinin bazi felsefi sorular ortaya cikardigini nasil ileri surebiliriz Kuantum mekanigi net ve saglam matematik temeller uzerine kurulmustur Sistemlerin dogasi bu matematikle modellenir Ancak basli basina bu modelleme kuantum mekaniginin temel kavramlarinin cozumlenmesinde felsefecilere gore yetersizdir Ornek verecek olursak PS x t displaystyle Psi x t bir dalga fonksiyonudur Bu dalga fonksiyonunun mutlak karesinin olasilik genligi oldugu ise bir yorumdur Istatistiki bir dagilimi temsil eden olasilik genliginin altta yatan fiziksel gerceklik ile baglantisini sorgularsak ve bunu genel bir cerceveye oturtmak istersek o zaman kuantum mekanigi felsefesi yapmis oluruz Fizikciler arasinda genel yaklasim felsefe yapmak yerine degisik kosullar altinda Schrodinger denklemini cozmek ve teorik olarak bulunan sonuclari deneysel sonuclar ile karsilastirmaktir Simdiye kadar deneyler bu sekilde hep basari ile aciklanabilmistir yani doga kuantum mekaniginin tahminlerine gore hareket etmektedir Burada uzerinde durulabilecek bir nokta kuantum fiziginin uzerinde deney yapilmasi imkansiz kavramlarin felsefesini yapmaya gerek duymamasi bunun yerine sadece deney ve teorinin uyumuna bakmasidir Kuantum mekanigi tamamlanmis bir teori midir Kuantum mekaniginin temelleri Heisenberg belirsizlik ilkesinin formule edildigi 1927 yilindan bu zamana dek hicbir degisiklige ugramamistir Kuantum mekaniginin uzantisi olarak ortaya cikan teorilerde ortaya cikan kavramlar da bildigimiz kadariyla bu temel ilkelerde degisiklik yapilmasini gerektirmezler Kuantum mekanigi dogdugu andan itibaren temel ilkelerin anlasilmasi bakimindan buyuk tartismalara yol acmistir Bu tartismalardan biri A Einstein B Podolsky ve N Rosen in 1935 yilinda Doganin Kuantum Mekaniksel Tasviri Tamamlanmis Kabul Edilebilir mi basligiyla yayinladiklari ve yazarlarinin adlarinin bas harfleriyle EPR Paradoksu olarak adlandirilan makalesiyle baslamis olup halen de onemini korumaktadir EPR makalesi bir fizik teorisinin tamamlanmis kabul edilebilmesi icin iki temel kosulu yerine getirmesi gerektigini soyler Bunlar Teorinin dogrulugu Teorinin tamamlanmisligi EPR makalesine gore teorinin dogru olarak nitelendirilebilmesi icin teorinin deney sonuclariyla uyumlulugu goz onune alinmalidir Bu bakimdan kuantum mekanigi deneylerle buyuk bir uyum gosterdigi icin dogru kabul edilir Teorinin basarisi icin gerekli olan diger kosul olan tamamlanmislik icin ise makalede su kosul verilmistir Bir fizik kuraminda her fiziksel gerceklige karsilik olan bir oge bulunmalidir Makalede fiziksel gerceklik su sekilde tanimlanmistir Bir fiziksel niceligin degerini dinamik sistemi herhangi bir bicimde bozmaksizin kesinlikle tahmin edebiliyorsak o zaman fiziksel gercekligin bu fiziksel nicelige karsilik olan bir ogesi vardir Fiziksel niceligin kesin bir degerini dinamik sistemi bozmadan teoride elde edebiliyorsak o zaman teoriden hesap ile elde edilen bu kesin deger fiziksel gercekligin bir ogesine karsilik gelecektir Ancak fiziksel gercekligin butun ogelerinin fizik teorisinde karsiliklarinin bulunmasi gerektigine dair bir kosul ileri surulmemistir Bu nedenle EPR ye gore dogru olan teorinin ayni zamanda tamamlanmis olmasi gerekmez Fiziksel gerceklik olcutunun kuantum mekanigi cercevesinde nasil kullanildigi makalede su ornekle aciklanmistir Elimizdeki parcacik F p displaystyle Phi p fonksiyonu ile gosterilsin Fonksiyonu F p jajϕj p displaystyle Phi p sum j a j phi j p seklinde gosterelim Bu parcacigin momentumu olculmeden once su onerme ileri surulebilir Parcacigin momentumunun olcumden sonra pi displaystyle p i degerini alma olasiligi ai 2 displaystyle a i 2 dir Ayrica j aj 2 1 displaystyle sum j a j 2 1 oldugunu kabul edelim Eger alinabilecek birden cok momentum degeri mevcutsa ai 2 displaystyle a i 2 1 e esit degildir Bu sebepten oturu fiziksel gerceklik olcutu bu durumda kullanilamaz KitapDers kitaplari J J Sakurai J Napolitano Modern Kuantum Mekanigi Palme Yayincilik 2012 ISBN 9780805382914 T Dereli Kuantum Mekanigi I ODTU Yayincilik ISBN 9789757064091 E Aygun M Zengin Kuantum Fizigi Ankara Universitesi Yayinlari 2 baski 1992 J J Sakurai Advanced Quantum Mechanics Addison Wesley 1967 ISBN 9780201067101 E Rizaoglu M Yalcinkaya O Gultekin Alfa Yayinlari 2021 ISBN 9786254492068 Fizigin diger alanlari hakkinda yazilan ilgili ders kitaplari B H Bransden C J Joachain Atom ve Molekul Fizigi On Dokuz Mayis Universitesi Yayinlari T N Durlu Kati Hal Fizigine Giris Ankara Universitesi Yayinlari 2 baski 1992 E Aygun M Zengin Atom ve Molekul Fizigi Ankara Universitesi Yayinlari 1992 D Halliday R Resnick Fizigin Temelleri 2 Palme Yayincilik A Beiser Cagdas Fizigin Kavramlari Dicle Universitesi Yayinlari 2 baski 1989 C Onem Fizikte Matematik Metotlar Birsen Yayincilik 3 baski KaynakcaOzel Caykara Emine 1964 Oktay Sinanoglu Kitabi Turk Aynstayni Turkiye Is Bankasi Kultur Yayinlari s 178 ISBN 9754582947 Nihat Taspinar Dalga mekanigi stokes 3 mertebe dalga teorisi ve tablolari Dokuz Eylul Universitesi 1987 291 sayfa a b Quantum mechanics 11 Temmuz 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde Britannica com 10 Agustos 2014 quantum 12 Agustos 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde Online Etymology Dictionary 10 Agustos 2014 mechanics Oxford Dictionary of English 2e Oxford University Press 2003 Otomatik Cizgi Tanimi Programi PDF T C Istanbul Universitesi Fen Bilimleri Enstitusu 27 Mart 2021 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 20 Subat 2021 a b PDF 11 Ocak 2020 tarihinde kaynagindan PDF arsivlendi Britannica 19 Haziran 2015 tarihinde kaynagindan arsivlendi J J Thompson And The Discovery Of The Electron E A Davis Isabel Falconer PDF Dr A Kursad Poyraz F U Tip Fakultesi Radyoloji A D 28 Eylul 2020 tarihinde kaynagindan PDF arsivlendi Elektro Manyetik Teori PDF O Cakir AU XII Ulusal Parcacik Hizlandiricilari ve Dedektorleri Yaz Okulu HTE Golbasi 2 7 Temmuz 2018 27 Mart 2021 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 20 Subat 2021 Elektro Manyetik Alan Teorisi PDF Yardimci Doktor Docent Aslan Unal in not defteri Yardimci Doktor Docent Aslan Unal 27 Mart 2021 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 20 Subat 2021 a b c Niels Bohr un biyografisi Britannica 7 Temmuz 2015 tarihinde kaynagindan arsivlendi KUANTUM AYAR ALAN TEORILERININ KUANTIZASYONU VE STANDART MODEL PDF PROF DR MUGE BOZ EVINAY Hacettepe Universitesi 2015 27 Mart 2021 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 20 Subat 2021 a b Bohr un Atom modellerinin yetersizlikleri Psiko fizik 7 Mayis 2021 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 20 Subat 2021 Britannica 7 Temmuz 2015 tarihinde kaynagindan arsivlendi a b c Louis de Broglie nin Biyografisi calismasi Britannica 7 Temmuz 2015 tarihinde kaynagindan arsivlendi Elizabeth H Oakes Encyclopedia of World Scientists Facts on File Science Library 2007 s 19 ISBN 13 9780816061587 GenelKuantum Fizigi 1 2 27 Eylul 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde Kuantum Fizigi 2 2 27 Eylul 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde Ayrica bakinizCogul dunyalar yorumu Kopenhag yorumu Pilot dalga kurami Von Neumann yorumuDis baglantilarCERN26 Temmuz 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde Kuantum Teorisi ve Atomalti Parcaciklar 9 Mayis 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde