Kuantum Mekaniği - MSGSÜ Fizik Bölümü
advertisement
MSGSÜ Felsefe Bölümü 14 Mayıs 2013 Cemsinan Deliduman Işıma şiddeti Rayleigh-Jeans (klasik dalga) Planck (kuantum) Wien (klasik parçacık) Frekans Sıcak bir oyuktan yayılan ısıl ışıma ne klasik dalga modeliyle ne de klasik parçacıkla açıklanabilir. Işımanın paketler halinde yapıldığını kabul etmek gerekir. Ölçülen elektrik akımı miktarı ışığın şiddetinden bağımsız, ışığın frekansına bağlı. Frekans arttıkça akım azalır. Bu ışığın dalga olduğu fikriyle çelişir. Fotonlar Yüzeyden fırlatılan elektronlar Sodyum Metali Elektronlar atom çekirdeğinin etrafında gezegenler gibi dönüyorlarsa, ışıma yapıp çekirdeğe düşmelerini engelleyen nedir? 2s kabuğu Atom çekirdeği 2p kabukları 1s kabuğu 3s kabuğu 422 531 Elektronlar atom çekirdeği etrafında klasik fizik ile öngörülemeyecek kabuklarda (yörüngelerde) bulunuyorlar. ışık dalgaları çift yarık girişim deseni Elektronların hangi yarıktan geçtikleri gözlemlenirse Elektronların hangi yarıktan geçtikleri gözlemlenmezse Fotonlar çift yarık deneyinde tıpkı elektronlar gibi davranırlar. Elektron da ışık gibi bir tür dalga olmalıdır. Parçacık olarak bilinen herşey bir dalga fonksiyonuna sahiptir. Konum değişkenine göre dalga fonksiyonu Momentum değişkenine göre dalga fonksiyonu. gözlemden önce foton elektron gözlemci gözlemden sonra gözlem elektronun konumunu ve momentumunu etkiler Bir parçacığın hem konumu hem de momentumu aynı anda mutlak kesinlikle ölçülemez. Konumu mutlak kesinlikle ölçülürse momentumu hakkında (veya tam tersi) hiçbir şey bilinemez. Klasik fizik elektron Kuantum fiziği elektron dalgası engel Dalga paketi farklı dalga boyu olan birçok dalganın birleşmesiyle oluşur. Her bir dalga bileşeni farklı bir kuantum durumuna karşılıktır. Dalga fonksiyonu iki şekilde evrimleşir: U-evrimi: Dalga fonksiyonu Schrödinger dalga denklemiyle verilen zaman bağımlılığına uygun şekilde evrilir. R-evrimi: Dalga paketi ölçüm sonucunda bileşimindeki durumlarından birine çöker. Sistemin bulunabileceği durumların herhangi bir toplamı yine bir kuantum durumudur. 2) Kuantum durumları Schrödinger denklemince belirlenen zaman bağımlılığına uygun şekilde evrilir. 3) Her ölçümün sadece bir tane sonucu olabilir. 1) Bu üç aksiyom aynı anda kullanılamazlar. Aralarından hangi aksiyomları seçip kullanırsanız o sizin kuantum mekaniği yorumunuz olur. Her ölçme işleminin sadece bir tek sonucu olabilir. Farklı ölçme işlemlerinin sonuçları farklı olabilir. Her olası sonuç belli olasılıkla gerçekleşir. Dalga paketi her zaman Schrödinger denklemine uygun şekilde evrimleşmez. Ölçüm esnasında R evrimi gerçekleşir ve dalga paketi bileşimindeki durumlarından birine çöker. Ölçme işlemi sonucunda hangi sayısal değerin elde edileceğinin olasılığı dalga paketinin çöktüğü durumun mutlak değerinin karesine eşittir. Bir parçacığın konumunu ölçüyor olalım ve ölçümden sonra parçacığın konumunu belirleyelim. Ölçmeden önce parçacık nerededir? Ölçümden sonra bulduğumuz yerde. b) Her yerdedir. Sistem parçacığın hangi olasılıkla nerede olduğunu “bilir”. c) Hiç bir yerde değildir. Ölçüm parçacığı belli bir yerde olmaya zorlar. d) Ölçmeden parçacığın nerede olduğunu bilemeyiz. a) Bir parçacığın konumunu ölçüyor olalım ve ölçümden sonra parçacığın konumunu belirleyelim. Ölçmeden önce parçacık nerededir? Ölçümden sonra bulduğumuz yerde. b) Her yerdedir. Sistem parçacığın hangi olasılıkla nerede olduğunu “bilir”. c) Hiç bir yerde değildir. Ölçüm parçacığı belli bir yerde olmaya zorlar. d) Ölçmeden parçacığın nerede olduğunu bilemeyiz. a) Doğru cevap: (c) seçeneği. Ölçmeden önce kedi canlı mıdır, ölü müdür? a) Ölçümden sonra nasıl bulduysak öyledir. b) Hem canlıdır, hem ölüdür. Sistem kedinin hangi olasılıkla ne durumda olduğunu “bilir”. c) Hiçbir şey değildir. Ölçüm kediyi belli bir durumda olmaya zorlar. d) Ölçmeden kedinin durumunu bilemeyiz. Doğru cevap (c) seçeneği mi? Dalga fonksiyonunun bir gerçekliği var mıdır? Eğer bir gerçekliği var ise sadece dalga fonksiyonu kullanarak klasik fizikle bağlantı kurulabilir mi? Kuantum mekaniğinin dalga fonksiyonunu temel alan bir yorumu olabilir mi? Yoksa dalga fonksiyonu daha geniş bir kuantum kuramında mı anlam kazanacaktır? Eğer dalga fonksiyonunun bir gerçekliği yoksa ve sadece gözlemcinin kafasındaysa, öznel midir? 3. aksiyom kabul edilmeyebilir. Her ölçüm esnasında olası bütün sonuçlar gerçekleşir. Ölçme işlemi her bir farklı sonuç için bir paralel evren yaratır. U-evrimi bize belirlenimci bir kuram portresi çiziyor: Schrödinger denkleminin çözümü dalga fonksiyonunun zaman bağımlılığını verir. R-evrimi ölçme sırasında gerçekleşir ve belirlenimci değildir. Dalga fonksiyonun karesinin alınarak olasılıklar hesaplanması belirlenimci bir fizik vermiyor. Kuantum kuramı belirlenimcidir, ancak klasik fizikle bağlantı kurma yöntemimiz belirlenimci değildir. Planck Işıma yasası Heisenberg belirsizlik Fotoelektrik etkisi ilkesi Spin durumları Dalga paketi Hilbert uzayı U ve R evrimleri Schrödinger’in kedisi Everett yorumu Bohr atom modeli Çift yarık deneyi Parçacık-Dalga ikiliği Dalga Fonksiyonu Ölçme problemi Kuantum tünelleme
