MODERN FİZİĞİN DOĞUŞUNDA “MOR ÖTESİ

advertisement
MODERN FİZİĞİN
DOĞUŞUNDA
“MOR ÖTESİ KRİZİNİN”
ROLÜ
Öğretmen
Olcay NALBANTOĞLU
Hazırlayanlar
A.Cumhur ÖZCAN
Mustafa GÖNENÇER
Okan GİDİŞ
Tolga TOLGAY
İÇİNDEKİLER
1.
2.
3.
4.
Klasik Fiziğin Tanımı
Klasik Kuramın Sorunları
Kuantum Teorisinin Başlangıcı ve Gelişmesi
Kaynakça
TEŞEKKÜR
Bu projede bize danışmanlık yapan çok sevgili fizik öğretmenimiz Olcay Nalbantoğlu’na
ve bizden desteklerini esirgemeyen Ayşe Ruhşah Aşan’a çok teşekkür ederiz.
KLASİK FİZİĞİN TANIMI
Klasik fizikte, sağ duyuya göre, ‘orada bir yerde’ nesnel bir dünya vardır. O dünya kesin
tanımlanmış matematiksel denklemlerin yönetiminde, açık ve belirlenebilir bir evrim
içerisindedir. Newton’a göre bu nasıl böyleyse Maxwell ve Einstein’e göre de böyledir.
Fiziksel gerçekliğin, bizden bağımsız olarak varolduğu bilinir ve ona hangi gözle
baktığımızdan etkilenmez. Üstelik bedenlerimiz ve beynimiz o dünyanın bir parçasıdır
ve aynı açık, belirlenebilir evrimin içinde oldukları kabul edilir. Tüm eylemlerimiz,
davranışlarımızı bilinçli istemlerimizin de etkilediği hakkında ne düşünürsek düşünelim,
bu denklemlerle belirlenebilir.
KLASİK KURAMIN SORUNLARI
Tüm görkemine karşın klasik dünyanın da karmaşık sorunları vardır. Bu sorunların
kaynağı, iki tür fiziksel nesnenin bir arada varolmak zorunda olmalarıdır: her biri sonlu
sayıda değişken ile tanımlanan parçacıklar; ve sonsuz sayıda parametre gerektiren
alanlar. Bu ikili fizik yönünden gerçek bir ikililiğe sahip değildir. Parçacıkların ve
alanların dengede olmalarını gerektiren bir sistemde tüm enerji parçacıklardan alınıp
alanlara verilir. Bu, enerjinin “eş bölüşümü” denilen bir olayın sonucudur: denge
durumunda, enerji, sistemin tüm özgürlük derecelerinin arasına eşit miktarda yayılır.
Alanlar, sonsuz özgürlük derecelerine sahip oldukları için, parçacıkların payına hiçbir
şey düşmez.
Özellikle, klasik atomlar durgun olmadıkları için, parçacıkların tüm eylemi, alanların
dalga kiplerinin enerjisine dönüşür. Maxwell denklemleri uyarınca, çekirdeğin üstüne
sarmal hareketi ile ve saniyenin minik bir oranı içerisinde sonsuzluğa doğru giderek
artan yoğunlukta elektromanyetik dalgalar üretmesi gerektiğidir. Ancak böyle bir şey
gözlenmemiştir. Aslında, gözlenen olayı yani atomların kararlılığını, klasik kuramla
açıklamak olası değildir. Atomlar ancak belirli frekanslarda elektromanyetik dalgalar,
gözlemlendiği şekliyle keskin spektiral çizgileri yayabilirler. Üstelik bu frekanslar, klasik
kuramda yer olmayan anlamsız kurallara bağlıdır.
Bir başka örnek ise siyah cisim ışıması olarak tanınan olaydır. Belirli bir ısıda,
elektromanyetik ışımanın parçacıklarla dengede olduğu bir cisim düşünün. 1900 yılında
Rayleigh ve Jeans, bu durumda , tüm enerjinin alan tarafından sınırsız olarak
emileceğini hesapladılar. Burada fiziksel yönden alışılmadık bir durum söz konusudur.
(morötesi felaketi; enerji durmaksızın giderek artan frekanslarda alana yönelmelidir.)
Ancak doğa kendisini bu felaketten sakınabilmektedir. Düşük alan salının
frekanslarında, enerji Rayleigh ve Jeans tarafından hesaplandığı gibidir; fakat morötesi
felaketini öngördükleri yüksek frekanslarda enerji dağılımının sonsuza akmadığı, aksine
frekans arttıkça sıfıra yaklaştığını gözlemler göstermiştir. Verilen bir ısıda, çok özgün bir
frekansta enerji en yüksek değerine ulaşır. ( Akkor halindeki bir demir parçasının
ışıması veya güneşin sarı-beyaz ışığı, aslında, bunun en bilinen örnekleridir.)
Işıma genliği
Rayleigh-Jeans
Gözlemlenen=Planck
Frekans
Kuantum Teorisinin Başlangıcı ve Gelişmesi
Geçen yüzyılın başında ortaya atılan iki teori, fizik ve felsefe dünyamızı çok derinden
etkiledi. Bunlar kuantum ve rölativite teorileriydi. Rölativite, tek başına kendi yolunda
yürüyen bir adamın ürünüyken, kuantum teorisi birçok kişinin katkılarıyla oluşmuştu:
Planck, Einstein, Bohr, De Broglie, Schroedinger, Heisenberg, Dirac ve Paui gibi... Ve
her birine bu katkılarından dolayı Nobel ödülü verilmişti.
Otuz yıl kadar süren bir arayışın sonunda da kuantum mekaniği denilen yeni bir bilim
felsefesi doğdu. Kısaca tanımlamak gerekirse, atom altı parçacıklarının fizksel yapılarını
( Konum, momentum,...gibi), matematiksel bazı denklemlerle açıklama sistematiğidir.
Her şey Max Planck (1858-1947)’in 1900’de Kara Cisim radyasyonu üzerine çalışırken
ışığın “kuantum” dediği enerji paketçiklerinden oluştuğunu bulmasıyla başladı. Bulduğu
formül, ışık enerjisinin dalga paketleri halinde aktarıldığını ifade ediyordu.
Planck’ın yetkin örnek olarak aldığı Kara Cisim üzerindeki kuramsal çalışması 1900’de
yayımlandı. Çalışmanın dayandığı temel düşünce şuydu : Madde, çeşitli frekansları
paketler halinde bulunduran ve bu frekansları yayan bir kaynaktı. Gerçi bu düşüncenin
yürürlükteki kurama ters düşen yanı yoktu : Ne var ki, Planck aynı zamanda madde
dediğimiz kaynaktan çıkan frekansların sürekli değil de paketçikler şeklinde salındığı
görüşünü ileri sürdü. Klasik fizik ise, enerjinin paketler şeklinde değil de sürekli bir akıntı
(su dalgası gibi) olduğunu düşünüyordu.
____________Klasik fizik
_ _ _ _ _ _ _ _ Kuantum fiziği
Radyasyonun tanecik görünümünün daha basit bir örneği foto elektrik olayıdır. Einstein
1905 yılında yayımladığı makalelerinden birinde bu konuyu açıklıyordu. Fotoelektrik
olayını basit olarak şöyle izah edebiliriz: Metal bir yüzeye düşürülen ışık, yüzeyden
elektron koparır. Koparılan elektron, devrede bir akım meydana getirir. Fizikçiler, bu
elektronun hızının şiddetinden bağımsız olmasını anlayamıyorlardı. Kopan elektronun
hızı, ışığın rengine yani dalga boyuna bağlı olmalıydı. Einstein, ışığın aslında dalga
olmayıp fotonlardan, yani kuantum paketçiklerinden oluştuğunu öne sürerek sonuca
açıklama getirdi. Buna göre metal yüzeyden kopan elektronun hızı, kuantum
paketçiğinin enerjisine veya frekansına bağlıdır. Işığın şiddetini artırmak, sadece
kuantum paketçiklerini artırmak anlamına geliyordu. Dolayısıyla, ışığın şiddetini
artırmak, yüzeyden koparılan elektron miktarını çoğaltır fakat, elektronun yüzeyden
ayrılma hızına etki edemezdi. Böylece Einstein, ışığın bir dalga olmayıp, parçacıklar
(fotonlar) topluluğu olması gerektiğini öne sürdü.
Işığın parçacık gibi davranabileceğinin kesin delili, 1922’de Compton tarafından
bulundu. Compton, yaptığı deneyde, fotonun momentumu varmış gibi parçacık hareketi
yaptığını gözlemledi. Newton zamanından beri girişim ve kırınım deneyleri, ışığın dalga
karakterinde olması gerektiğini söylüyordu.Işığın, parçacık yapısında yani enerji
paketçikleri (kuantumlar) cinsinden olaylar henüz açıklanamamıştı. Görünürdeki bu
çelişki, dalga-parçacık ikilemi olarak bilinir. Modern yoruma göre her iki karakter de
doğrudur: Işık bazı olaylarda dalga, bazı olaylarda da parçacık gibi davranır. Ama iki
karakteri de aynı anda gösteremez.Bu gelişmelerden sonra sıra, klasik fiziğin
açıklamada yetersiz kaldığı atom yapısına gelmişti.
Danimarkalı bilim adamı Niels Bohr (1885-1963) 1913’ te atom yapısına ilişkin
günümüzde de kabul edilen bir teori oluşturdu. Bu teori, Planck’ın orjinal kuantum
teorisi, Einstein’in ışığın foton kuramı ve Rutherford’un atom modellerinin fikirlerinin bir
birleşimidir.
Bohr teorisinin varsayımları şunlardır:
1) Elektron, protonun etrafında Coulomb (+ yükün – yükü çekmesi) çekim kuvvetinin
etkisi
altında,
dairesel
bir
yörüngede
hareket
eder.
2) Elektron atom etrafında belirli yörüngelerde bulunur. Bu yörüngeler çeşitli enerji
seviyelerdir. Bir üst yörüngeye geçmek için enerjiye ihtiyaç duyulur, alt seviyeye
geçmek
için
de
dışarıya
enerji
verilir.
3) Elektron ancak, enerjisi E1 olan kararlı bir durumdan, daha düşük enerjili bir E2
durumuna geçiş yaptığında enerji farkıyla orantılı bir enerji yayınlar.
Bohr’un teorisi, hidrojen atomunda ve hidrojene benzeyen bir kez iyonlaşmış helyum
iyonu ile iki kez iyonlaşmış lityum gibi iyonlarda başarıyla uygulandı. Bununla birlikte,
teori daha karmaşık atomların ve iyonların spektrumlarını doğru olarak tanımlayamazdı.
dalgalarını eski fizikçilerin aşina olduğu su ve Atomik sistemlerin yeni mekaniğine doğru
ilk cesur adım, 1923 yılında Louis Victor De Broglie tarafından atıldı. De Broglie, doktora
tezinde, fotonların dalga ve tanecik özelliklerine sahip olmalarından dolayı, belki bütün
madde biçimlerinin tanecik özellikleri olduğu kadar, dalga özelliklerine de sahip
olacakları tezini ileri sürdü. O zaman için hiçbir deneysel doğrulanması olmayan bu
öneri, oldukça büyük, devrimci bir düşünce idi. De Broglie’ye göre elektronlar, hem
tanecik hem dalga olarak ikili bir doğaya sahiptirler. Her elektrona, ona uzayda yol
gösteren veya “yörünge çizen” bir dalga eşlik ediyordu. De Broglie bu savı ile 1929
yılında Nobel ödülü aldı.
Schrödinger, 1926 yılında “Schrödinger Dalga Denklemi” olarak izah ettiği elektron ses
dalgalarının denklemleri gibi matematiksel bir denklemle ifade etti. Bu nedenle
Schrödinger’in dalga mekaniği, Max Planck ve de Broglie gibi fizikçiler tarafından kabul
gördü. Schrödinger, Kuantumun dışladığı neden-sonuç bağını dalga denklemi
yardımıyla ortadan güya kaldırıyordu. Ona göre elektronların bir durumdan bir başka
duruma ani değişimlerinin sebebini. Elektron geçişlerini bir keman telinin titreşimleri gibi,
bir notadan diğerine geçiş olarak yorumladı.
Paul Adrian Maurica Dirac (1902-1984),1926’ da özel rölativite kavramlarından
yararlanarak. Schröndinger dalga denklemini değişik biçimde ortaya koydu. Dirac’ın
fiziğe ikinci önemli katkısı, 1928’de özel rölativite teorisini kuantum mekaniği ile
uyuşturması olmuştur.
1927’de , Werner Heisenberg (1901-1976) ilk kez bir parçacığın konumunu ve
momentumunu aynı anda son derece doğrulukla belirlemenin olanaksız olacağını öne
sürdü. Bu demektir ki, bir parçacığın tam konumunu ve tam momentumunu aynı anda
ölçmek fiziksel olarak olanaksızdır. Örneğin elektronu ele alalım. Çekirdek etrafında hızı
en az, 1010 cm/sn içinde tanımlanmalıdır. Aksi halde, atomun çekiminden kurtulup
dışarıya fırlayacaktır. Bu, elektronun konumunda yaklaşık 108 cmlik bir belirsizliğe denk
gelir. Bu ise atomun toplam boyutudur. Elektron, atom etrafında o derece yayılmıştır ki,
yörüngenin kalınlığı atomun yarı çapına eşit olur. Yani, elektron aynı anda çekirdeğin
her tarafında bulunabilir. (Dünyanın, Güneşin hemen dibinden şimdiki yörüngesine
kadar bütün alanlarda bulunma ihtimali gibi) Bu durum, “fiziksel olarak şu cisim
çoğunlukla burada,ama kısmen orada, ara sıra da uzakta...” gibi ifadelerin
kullanılmasını gerektirir. Neticede, Kuantum fiziği tek ve kesin bir sonu değil, birtakım
olası sonuçlar öngörür ve her birinin ne kadar mümkün olduğunu söyler.
Download
Random flashcards
canlılar ve enrji ilişkileri

2 Cards oauth2_google_d3979ca9-59f8-451c-9cf7-08c5056d5753

qweeqwqwe

5 Cards oauth2_google_78146396-8b44-4532-a806-7e25cc078908

KALPTE İLETİM NOKTALARI

3 Cards oauth2_google_cfd2531f-f18a-45fd-9d97-afe31596ce7b

Terimler

2 Cards oauth2_google_ef32970e-e5f9-4595-9abe-394e9f6bc8d9

TRYF

6 Cards oauth2_google_3b3e6916-5080-45f2-ae61-79434233ea03

Create flashcards