Kuantum mekaniği, fiziğin atom altı parçacıkları inceleyen bilim dalıdır.
Kuantum mekaniği, parçacıkların - atomlar , elektronlar, fotonlar ve moleküler ve molekül altı alemdeki hemen hemen her şeyin davranışını tanımlayan bir fizik alt alanıdır .
20. yüzyılın ilk yarısında geliştirilen kuantum mekaniğinin sonuçları genellikle son derece tuhaf ve mantığa aykırıdır.
KUANTUM MEKANİĞİNİN KLASİK FİZİKTEN FARKI NEDİR?
Atomlar ve elektronlar ölçeğinde, nesnelerin hareketlerini ve etkileşimlerini günlük boyutlarda ve hızlarda tanımlayan klasik mekaniğin birçok denklemi artık kullanışlı olmaktan çıkıyor.
Klasik mekanikte nesneler belirli bir zamanda belirli bir yerde bulunur . Kuantum mekaniğinde nesneler bunun yerine bir olasılık sisi içinde var olurlar; A noktasında olmak için belirli bir şansları, B noktasında olmak için başka bir şansları var vb.
KUANTUM MEKANİĞİNİ NE ZAMAN GELİŞTİRİLDİ?
Kuantum mekaniği , İskoçya'daki St. Andrews Üniversitesi'ne göre, klasik mekaniğin matematiğinin açıklayamadığı deneyler için bir dizi tartışmalı matematiksel açıklama olarak başlayarak, on yıllar boyunca gelişti . 20. yüzyılın başında, Albert Einstein'ın fizikte şeylerin yüksek hızlardaki hareketini tanımlayan ayrı bir devrim olan görelilik teorisini yayınlamasıyla aynı zamanda başladı. Bununla birlikte, göreliliğin aksine, kuantum mekaniğinin kökenleri tek bir bilim adamına atfedilemez. Aksine, birden fazla bilim insanı, 1800'lerin sonları ile 1930 arasında kademeli olarak kabul ve deneysel doğrulama kazanan bir temele katkıda bulundu.
1900'de Alman fizikçi Max Planck, bir ampulün 800 santigrat derece filamenti gibi belirli sıcaklıklardaki nesnelerin neden belirli bir renkte parladığını açıklamaya çalışıyordu . Planck, fizikçi Ludwig Boltzmann tarafından gazların davranışını tanımlamak için kullanılan denklemlerin, sıcaklık ve renk arasındaki bu ilişki için bir açıklamaya çevrilebileceğini fark etti. Sorun, Boltzmann'ın çalışmasının, verilen herhangi bir gazın küçük parçacıklardan yapıldığı gerçeğine dayanmasıydı; bu, ışığın da ayrık bitlerden yapıldığı anlamına geliyordu.
Bu fikir, çoğu fizikçinin ışığın küçük bir paket değil, sürekli bir dalga olduğuna inandığı zamanlarda ışıkla ilgili fikirlerin karşısına çıktı. Planck'ın kendisi ne atomlara ne de ışığın ayrı ayrı parçalarına inanmıyordu, ancak Einstein 1905'te "Işığın Emisyonuna ve Dönüşümüne Yönelik Sezgisel Bir Bakış Açısı Üzerine" başlıklı bir makale yayınladığında bu kavramı desteklendi .
Einstein ışığın seyahat etmesini bir dalga olarak değil, bir tür "enerji kuantası" olarak tasavvur etti. Einstein'ın makalesinde önerdiği bu enerji paketi, özellikle bir atom kuantize titreşim hızları arasında "sıçradığında", "yalnızca bir bütün olarak emilebilir veya üretilebilir". Kuantum mekaniğinin "kuantum" kısmı buradan gelir.
Işığı kavramanın bu yeni yolu ile Einstein, makalesinde Planck'ın açıkladığı belirli renkler de dahil olmak üzere, bir ampul filamanından yayılan dokuz olgunun davranışına ilişkin içgörüler sundu. Ayrıca, belirli ışık renklerinin metal yüzeylerden elektronları nasıl çıkarabildiğini de açıkladı - fotoelektrik etki olarak bilinen bir fenomen .
DALGA-PARÇACIK İKİLİĞİ
Kuantum mekaniğinde parçacıklar bazen dalgalar, bazen de parçacıklar olarak var olabilirler. Bu, en ünlü olarak, elektronlar gibi parçacıkların, üzerinde iki yarık bulunan bir tahtaya vurulduğu ve arkasında bir elektron çarptığında yanan bir ekranın bulunduğu çift yarık deneyinde görülebilir. Nature dergisindeki popüler bir makaleye göre, elektronlar parçacıklar olsaydı, yarıklardan birinden veya diğerinden geçtikten sonra ekrana çarptıkları yerde iki parlak çizgi oluştururlardı .
Bunun yerine, deney yapıldığında ekranda bir girişim deseni oluşur. Bu karanlık ve parlak bantlar modeli, yalnızca elektronlar, birbirleriyle etkileşime girebilen tepeler (yüksek noktalar) ve çukurlar (düşük noktalar) olan dalgalarsa anlamlıdır. Yarıklardan bir seferde tek bir elektron vurulduğunda bile, girişim deseni ortaya çıkıyor - tek bir elektronun kendi kendine müdahale etmesine benzer bir etki.
1924'te Fransız fizikçi Louis de Broglie , parçacıkların dalga benzeri özellikler sergileyebileceğini ve dalgaların parçacık benzeri özellikler sergileyebileceğini göstermek için Einstein'ın özel görelilik teorisinin denklemlerini kullandı - bu bulgu birkaç yıl sonra Nobel Ödülü'nü kazandı. .
KUANTUM MEKANİĞİ ATOMLARI NASIL TANIMLAR?
1910'larda Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, kuantum mekaniğini kullanarak atomların iç yapısını tanımlamaya çalıştı. Bu noktada, bir atomun ağır, yoğun, pozitif yüklü bir çekirdekten, küçük, hafif, negatif yüklü elektron sürüsü ile çevrili olduğu biliniyordu. Bohr, elektronları atom altı güneş sistemindeki gezegenler gibi çekirdeğin etrafındaki yörüngelere yerleştirdi , ancak yalnızca önceden tanımlanmış belirli yörünge mesafelerine sahip olabilirler. Bir yörüngeden diğerine atlayarak atom, kuantum doğasını yansıtan belirli enerjilerde radyasyon alabilir veya yayabilir.
Kısa bir süre sonra, bağımsız çalışan ve ayrı matematiksel düşünce çizgileri kullanan iki bilim adamı, Amerikan Fizik Derneği'ne göre atomun daha eksiksiz bir kuantum resmini yarattı . Almanya'da fizikçi Werner Heisenberg bunu "matris mekaniği" geliştirerek başardı. Avusturyalı-İrlandalı fizikçi Erwin Schrödinger, "dalga mekaniği" adı verilen benzer bir teori geliştirdi. Schrödinger, 1926'da bu iki yaklaşımın eşdeğer olduğunu gösterdi.
Her elektronun bir atomun çekirdeği etrafında bir dalga gibi davrandığı atomun Heisenberg-Schrödinger modeli, önceki Bohr modelinin yerini aldı. Atomun Heisenberg-Schrödinger modelinde, elektronlar bir "dalga fonksiyonuna" uyarlar ve yörüngeler yerine "yörüngeleri" işgal ederler. Bohr modelinin dairesel yörüngelerinden farklı olarak, atomik yörüngeler kürelerden dambıllara ve papatyalara kadar çeşitli şekillere sahiptir .
SCHRÖDİNGER'İN KEDİSİ PARADOKSU
Schrödinger'in kedisi , kuantum mekaniğinin ilk geliştiricilerinden bazılarının sonuçlarıyla ilgili sahip olduğu sorunları tanımlayan, genellikle yanlış anlaşılan bir düşünce deneyidir. Bohr ve öğrencilerinin çoğu, kuantum mekaniğinin, parçacıkların gözlemlenene kadar iyi tanımlanmış özelliklere sahip olmadığını öne sürdüğüne inanırken, Schrödinger ve Einstein böyle bir olasılığa inanamadılar çünkü bu, gerçekliğin doğası hakkında gülünç sonuçlara yol açacaktı. 1935'te Schrödinger, bir kedinin yaşamının veya ölümünün, bir kutu açılıncaya kadar durumu görünmeyen bir kuantum parçacığının rastgele dönüşüne bağlı olacağı bir deney önerdi. Schrödinger, Bohr'un fikirlerinin saçmalığını, bir kuantum parçacığının olasılıksal doğasına dayanan, ancak anlamsız bir sonuç veren gerçek dünyadan bir örnekle göstermeyi umuyordu.
Bohr'un kuantum mekaniği yorumuna göre, kutu açılıncaya kadar kedi, aynı anda hem canlı hem de ölü olmak gibi imkansız ikili bir konumda var oldu. (Hiçbir gerçek kedi bu deneye tabi tutulmamıştır.) Hem Schrödinger hem de Einstein bunun kuantum mekaniğinin eksik bir teori olduğunu ve sonunda sıradan deneyime uygun olanın yerini alacağını göstermeye yardımcı olduğuna inanıyordu.
Schrödinger ve Einstein, kuantum mekaniğinin hiçbirinin tam olarak kavrayamayacağı başka bir garip sonucunun altını çizmeye yardımcı oldular. 1935'te Einstein, fizikçiler Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile birlikte , Stanford Felsefe Ansiklopedisi'ne göre, iki kuantum parçacığının, kuantum halleri her zaman birbiriyle ilişkili olacak şekilde kurulabileceğini gösterdi . Parçacıklar esasen her zaman birbirlerinin özelliklerini "biliyordu". Bu, bir parçacığın durumunu ölçmenin, birbirlerinden ne kadar uzakta olursa olsunlar, ikizinin durumunu size anında söyleyeceği anlamına gelir; bu, Einstein'ın "uzaktan ürkütücü eylem" dediği, ancak Schrödinger'in kısa süre sonra " dolanıklık " olarak adlandırdığı bir sonuçtur.
Dolanıklığın kuantum mekaniğinin en temel yönlerinden biri olduğu ve gerçek dünyada her zaman meydana geldiği gösterilmiştir. Araştırmacılar sıklıkla kuantum dolaşıklığı kullanarak deneyler yaparlar ve bu fenomen, ortaya çıkan kuantum hesaplama alanının temelinin bir parçasıdır .
KUANTUM MEKANİĞİ VE GENEL GÖRELİLİK
Şu anda fizikçiler, genellikle her şeyin teorisi olarak adlandırılan, evrende gözlemlenen tüm parçacıklar ve kuvvetler için tam bir açıklamadan yoksundur. Einstein'ın göreliliği büyük ve kütleli şeyleri tanımlarken, kuantum mekaniği küçük ve maddi olmayan şeyleri tanımlar. İki teori tam olarak uyumsuz değil, ancak kimse onları nasıl birbirine uyduracağını bilmiyor.
Pek çok araştırmacı, yerçekimini kuantum mekaniğine sokacak ve atom altı alemden süpergalaktik alemlere kadar her şeyi açıklayacak bir kuantum yerçekimi teorisi aradı. Yerçekimi için graviton adı verilen varsayımsal bir kuantum parçacığı icat etmek gibi, bunun nasıl yapılacağına dair pek çok öneri var, ancak şimdiye kadar tek bir teori, evrenimizdeki tüm nesne gözlemlerine uymayı başaramadı. En temel varlıkların birçok boyutta titreşen küçük sicimler olduğunu öne süren bir başka popüler öneri olan sicim teorisi, lehine çok az kanıt keşfedildiği için fizikçiler tarafından daha az kabul görmeye başlamıştır. Diğer araştırmacılar da döngüsel kuantum yerçekimini içeren teoriler üzerinde çalıştılar.hem zamanın hem de uzayın ayrık, küçük parçalar halinde geldiği, ancak şimdiye kadar hiçbir fikir fizik topluluğu arasında büyük bir hakimiyet kazanmayı başaramadı.
0 Yorumlar