Kuantum
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Kuantum

on

  • 2,335 views

 

Statistics

Views

Total Views
2,335
Views on SlideShare
2,334
Embed Views
1

Actions

Likes
2
Downloads
38
Comments
0

1 Embed 1

http://beritakoran.com 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Kuantum Kuantum Presentation Transcript

  • KUANTUM
  • İÇERİK
    • KUANTUM FİZİĞİNİN DOĞUŞU
    • KUANTUM FİZİĞİNİN SÖYLEMLERİ
    • KUANTUM FİZİĞİNİN KLASİK FİZİK İLE KARŞILIŞTIRILMASI
    • KUANTUM FİZİĞİNİN KULLANIM ALANLARI
    • KUANTUM FİZİĞİNİN ÖYKÜSÜ
  • KUANTUM DEVRİMİNİN BAŞLANGICI: KARA CİSİM IŞIMASI
    • 1800’lerin sonunda, fizikteki en temel sorunlardan birisi, ısıtılan bir metalin nasıl ve neden ışıma yaptığı idi. Bunu siz de gözlemlemişsinizdir, bir metali sürekli ısıtırsanız önce kızarır, sonra sırasıyla sarı, mavi ve en son mavimsi beyaz bir ışık yaymaya başlar.
    • Esasında sıcaklığı olan her şey ışıma yapar ama biz sadece görünür bölgede olanları görebiliriz. Termal kameraları duymuşsunuzdur, mesela onlar kızıl ötesi bölgedeki ışımaları algılayabilirler. Fark ettiğiniz üzere sıcaklık arttıkça daha yüksek enerjide (yani daha yüksek frekansta = daha düşük dalga boyu) ışıma gerçekleşir.
    • Soruyu daha kolay çözebilmek için ideal bir soğurucu durumunda ne olacağı düşünüldü, buradaki ‘Kara Cisim’ de ideal, yani sıfır kayıplı soğurucuya ve yayıcıya karşılık gelmektedir.
    • Temel sorun şuydu; bu ışımaya klasik fiziğin yaklaşımını kullanarak, yani yayılan ışığı bir elektromanyetik dalga olarak düşünüp çözüm getirilmeye çalışıldığında, denklemler çuvallıyordu.
    • Yüksek frekanslara doğru gidildikçe ışımanın enerjisi sonsuz oluyordu ki, bu imkânsızdı; çünkü ısınan bir metalden yayılan enerjinin sonsuz olmadığı açıktı! (Bu duruma, ‘mor ötesi felâket’ adı verilir.)
    • Planck, sorunun cevabını matematikle oynarken buldu. Getirdiği açıklamanın bir devrimi başlattığını henüz bilmiyordu…
    • Kuanta!
    • Cevap, devrime de adını veren ‘Kuanta’ idi, yani ‘kesikli dilimler’. Planck, kara cisim ışıması deneylerinden ortaya çıkan grafikleri inceledi, olayda etkili nicelikleri düşündü ve nasıl bir denklemin böyle bir grafik verebileceği üzerinde çalıştı.
    • Ve denklemi de buldu, ama çalışmasının bilimsellik niteliği kazanabilmesi için o denklemi veren mekanizmayı da bulmalıydı. Ondan öncekiler şimdiye dek, ışığın klasik dalga kuramını kullanarak mekanizmayı açıklamaya çalışmışlardı ama sonuç hep mor ötesi felaketle sonuçlanıyordu.
    • Planck soruna devrimsel bir öneriyle yanıt aradı. Işığı, dalga olarak değil de kuantalardan oluşmuş bir parçacık gibi düşünecekti. Her bir ışık parçacığı (foton), bir enerji paketi halinde uzayda ilerliyordu.
    • Her bir paketin enerjisi, bir sabit (h Planck sabiti) çarpı frekanstı. Garip bir yaklaşım olduğu açıktı, zira frekans aslen dalgalara has bir özellikti.
    • Planck’ın çözümü, hem ışığı parçacık olarak modelliyordu, hem de bu parçacık modellemesinde ışığı dalgaymış gibi düşünüp frekansını kullanıyordu.
    • Ama tuttu! Her şey matematiksel bazda eksiksizdi. Fakat teori deneysel bazda güvenilir değildi. Planck’ın yaklaşımının kabul görebilmesi için deneysel gözlemlerle de desteklenmesi gerekiyordu. Bunu da Einstein yapacaktı.
    • Foto-Elektrik Etki  
    • Planck’in bu yaklaşımına deneysel destek, üzerine ışık düşürülen bir metalden fırlayan elektronların enerjilerinin ölçülmesi yoluyla, Einstein’dan geldi. Klasik fiziğin ışık dalga kuramına göre, ışığın şiddeti arttıkça, fırlayan elektronların da enerjisi artmalıydı.
    • Fakat metal plakanın üzerine düşen ışığın şiddeti arttırıldığında sadece metalden fırlayan elektronların sayısı artıyordu, ama her bir elektronun enerjisi aynı kalıyordu. Çok garip bir şekilde, şiddeti değil de ancak frekansı arttırdıkça fırlayan elektronların enerjisi artmış oluyordu.
    • Düşük frekanslı ışıkta, şiddet ne kadar artırılırsa artırılsın hiç elektron yayımı olmuyordu, ancak her bir metal için farklı bir değerde olmak üzere, belli bir frekansın üzerinde elektron yayımı başlıyordu.
    • Bu etki ancak Planck’ın, ışığı her biri hxf (h Planck sabiti çarpı
    • frekans) enerjili paketçikler olarak gören yaklaşımıyla açıklanabiliyordu. Einstein, Nobel ödülünü de bu buluşuyla almıştır.
    • Işık: Tanecik? Dalga? Fakat bu yeni devrimsel bulgu, ışığın ‘ne’ olduğuna dair büyük bir açmaz getiriyordu. Çünkü mesela girişim gibi, ancak ışığın dalga kuramıyla açıklanabilen özellikler de bir vakaydı. Bilim adamları artık şaka yollu Pazartesi, Çarşamba ve Cumaları ışığın dalga kuramını; Salı, Perşembe ve Cumartesileri ise parçacık kuramını kullandıklarını söylüyorlardı!
    • Ben bir X ışını fotonu muyum? Veya radyo dalgası fotonu? Ya da görünür ışık fotonu?!? Ya, neden tüm bunlar için endişeleniyorum ki; henüz bir dalga mıyım yoksa parçacık mı bundan bile emin değilim!
  • Bohr Atom Modeli
    • Bohr’un getirmiş olduğu öneri şöyle: Atom içinde izin verilmiş bölgeler vardır ve elektronlar bu bölgelerdeki yörüngelerde dolaşabilirler, ama yasaklı bölgelerde bulunamazlar.
    • Elektronların merkeze doğru yörüngeler arası atlayışları esnasında –çünkü artık yörüngeler arasında süreklilik olmadığından elektron, aradaki yasaklı yörüngeleri es geçerek doğrudan öbür ‘yasal’ alana sıçrıyor!- iki yörünge arasındaki enerji farkına bağlı olarak bir foton yayımlanır. (fotonun enerjisi=hxf) Elektronun uygun frekansta bir foton emmesi durumunda ise, emdiği fotonun enerjisine bağlı olarak üstteki bir yörüngeye sıçramaktadır.
    • Bohr’un modelini klasik yaklaşımdan farklı kılan en önemli özellik, elektronların yörüngelerinde süreklilik yerine ‘kesikliliği’ önermesi.
    • Klasik yaklaşıma göre, her bir yörüngenin yasal olabilmesi gerekmekte ama deney sonuçları bunun böyle olmadığını, hakikaten de elektronun sadece bazı yasal alanlarda dolanabildiğini, bunun dışındaki alanlarda bulunamadığını gösteriyor. Neden böyle bir sınırlama vardı peki? Bu sorunun cevabını De Broglie verecekti.
  • Broglie ‘Madde Dalgaları ’
    • Planck’ın, onun zamanına kadar bir dalga olarak görülen ışığın ikili doğasını keşfettiğini, yani onun parçacık özelliğini öngördüğünü, Einstein’in de yaptığı foto-elektrik deneyleriyle bunu gözlemsel olarak ispatladığından bahsetmiştik.
    • De Broglie, ışığın bu ikili doğasından yola çıkarak, acaba bunun tersi de olabilir mi diye sordu. Yani, nasıl ki ışık bir dalga olarak biliniyordu ama kuantum bulguları onun parçacık gibi de davrandığını ortaya koymuştu; acaba parçacık olarak bilinen şeyler de dalga özelliği gösterebilir miydi?
    • Tahmin edeceğiniz üzere kuantum dünyasında bu tür soruların cevabı genelde ‘Evet’ oluyor!
    • De Broglie, henüz Thomson tarafından yeni keşfedilen ve bir parçacık olduğu elektriksel etkilerden anlaşılan elektronun dalga özelliğinin de olduğunu önerdi.
    • Önerisine göre, elektronun dalga boyu h / mv; yani h Planck sabitinin elektronun kütle ile hızının çarpımına bölümüydü. Tabi bu da ilginç, neden, çünkü bu eşitliğe göre dalga boyu, aslen parçacıklara has bir özellik olan kütleye bağlı. Ama dedik ya, burası kuantum dünyası…
    • Fakat Broglie’nin önerisi, salt bu haliyle teorik bir çalışmaydı ve doğrulanması için deneysel kanıt gerekiyordu. Bu da, elektronların, ancak bir dalganın gösterebileceği bir özellik olan’ kırınım’ (*) etkileri göstermesiyle ispatlandı.
    • De Broglie
    Elektron kırınım desenleri
    • Böylece, dalgaların parçacık özelliği gösterebilmesinin şoku henüz atlatılmamışken parçacıkların da dalga özelliği gösterdikleri görülmüştü.
    • Bahsi geçen dalga özelliği gösteren bu parçacıklar (elektron, daha sonraları proton ve nötronlar ve atomik boyuttaki tüm parçacıklar) kâinatın yapı taşlarıydı ve eğer bu yapı taşı hükmündeki parçacıklar dalga iseler, karşımızda duran kâinattaki tüm maddelerin ‘maddî’ hali nasıl mümkün olabiliyordu?
    • Öyle görünüyordu ki, her şey iç içe geçmiş şekilde hem birer dalga idi hem de parçacık…
  • Schrödinger Dalga Denklemi
    • Newton’un, cisimlerin hareketlerine dair ikinci kanununu incelemiştik. (Kuvvet=kütle x ivme) Bu denklem sayesinde herhangi bir klasik sistemin çözümlemesi, sisteme ait verilerin bilinmesiyle mümkün olmaktaydı.
    • Schrödinger, kuantum sistemleri için benzer anlamda bir denklemi türetmesiyle bilinir. ‘Schrödinger Dalga Denklemi’, bu bağlamda atom altı dünyanın ‘F=ma’sıdır, bu da Schrödinger’i kuantumun Newton’u yapmaktadır.
    • Bu denklemin herhangi bir kuantum sistemine uygulanması durumunda sisteme ait enerji, momentum, açısal momentum vb. fiziksel olarak gözlenebilen nicelikleri hesaplanabilir.
    Schrödinger Dalga Denklemi  
    • Yalnız bu, Bohr’un atom kuramıyla da uyumlu ve öngörüleri deneysel olarak da kanıtlanan denklemde çok ciddi bir sorun vardı. Denklemde yer alan ’nin fiziksel anlamı neydi?
    • Schrödinger’in denkleminden yola çıkarak hesaplanan enerji, momentum vb. fiziksel nicelikler anlamlıydı zira bunlar deneysel olarak da gözlenebilir niceliklerdi ama  için böyle bir şey söz konusu değildi.
    • ‘ in ne olabileceğine dair iki temel açıklama hâkimdi:
    • 1. Schrödinger’in Açıklaması
    • 2. Born ve Heisenberg’in Açıklaması
    • Schrödinger’in Açıklaması: ,maddenin uzay içindeki fiziksel dağılımını veren bir ifadedir. Bu açıklama, örneğin elektronun belli bir anda bir konumda değil, birden fazla konumda aynı anda bulunduğunu kabul etmeye götürür.
    • Born ve Heisenberg’in Açıklaması: dalga fonksiyonunun karesi bize, maddenin uzayın belli bir konumunda bulunma olasılığını verir. Gözlemciler olarak bizler kuantum sistemlerinin durumlarına dair ancak olasılıklar üzerinden konuşabiliriz, kesinlik yoktur.
    • Max Born Heissinberg
    • Einstein’in ‘Tanrı zar atmaz’ meşhur sözünü söylemesi, Born ve Heisenberg’in yukarıda özetlenen görüşleri ötürüyledir. Bu noktada, dönemin tüm ünlü kuantum fizikçilerinin katıldığı (Einstein, Dirac, Bohr, Heisenberg, Born ve Schrödinger vb.) Beşinci Solvay Konferansı, kuantum tarihi bakımından son derece önemlidir.
    • Bu konferansta, Schrödinger’in dalga denklemi üzerine yukarıda belirtilen yaklaşımlar ekseninde çok çetin tartışmalar yaşanmıştır.
    • Meşhur Bohr-Einstein atışmaları da bu konferansta gerçekleşmiştir.
  • Kuantum Fiziğinin Garip Söylemleri
    • A. Belirsizlik ilkesi
    • Kuantum kuramının belirsizlik ilkesi, bir parçacığın bazı farklı özelliklerinin ikisinin de kesin olarak belirlenemiyeceğini söyler. Örneğin bir parçacığın konumuyla momentumu (momentum bir cismin kütlesiyle hızının çarpımıdır) aynı anda tam olarak ölçülemez. Kuantum kuramına göre parçacığın bu iki özelliğindeki belirsizliklerin çarpımı en az Planck sabiti h=6,626x10-34 J.s kadardır.
    • Konumu belli bir anda kesin olarak bilinen bir parçacığın momentumu sonsuz belirsizliktedir ve bu yüzden parçacık kısa sürede o noktadan ayrılır ve uzaya dağılır. Benzer şekilde momentumu kesin olarak bilinen bir parçacığın konumu sonsuz belirsizliktedir, yani böyle bir parçacık uzayın her köşesinde bulunabilir.
    • Bu nedenle doğada rastlanan parçacıkların bulunduğu kuantum durumlarında parçacıkların hem konum hem de momentumu bir miktar belirsiz olmak zorunda.
    • Alman fizikçi Werner Heisenberg, ünlü mikroskop örneğini bu ilkeyi açıklamak için geliştirdi. Bir parçacığın yerini "görerek" ölçmeye çalıştığınızı düşünün. Böyle bir ölçümde parçacığın üzerine ışık göndermek, dolayısıyla parçacıkla etkileşmek gerekir. Bu bile parçacığın konumunu tam olarak belirlemeye yetmez. Bu ölçümde en azından kullanılan ışığın dalgaboyu kadar bir hata yapılır.
    • Heissenberg
    • Parçacığın momentumu ölçümden önce tam olarak bilinse bile, konumun ölçülmesi parçacığın momentumunu h/l kadar değiştirir.
    • Bu nedenle, parçacığın yerini daha iyi belirlemek için daha kısa dalga boylu ışık kullansak bile, ölçümümüz momentumdaki belirsizliği arttıracak, ama her durumda ikisinin belirsizlikleri çarpımı en az h kadar olacaktır.
    Δp. Δx ≥ h  
    • B. ÜST ÜSTE GELME
    • Kuantum kuramının belki de en garip (ve en çok itiraz alan) yönü bir sistemin aynı anda bir kaç farklı durumda bulunabilmesi. Parçacıklar doğal olarak böyle durumlara giriyorlar.
    • Örneğin bir elektron tek bir noktada değil
    • de değişik noktalarda aynı anda bulunabilir.
    • Max Born 1926 yılında de Broglie dalgalarının fiziksel bir dalga olmadığını, bir olasılık dalgası olarak yorumlanması gerektiği düşüncesini ortaya attı.
    • Buna göre parçacıklar de Broglie dalgasının bulunduğu her yerde bulunur, bunlar dalganın güçlü olduğu yerlerde yüksek olasılıkla, zayıf olduğu yerlerde de düşük olasılıkla bulunuyor. Böylece parçacığın konumu doğal bir belirsizlik taşır.
    • Max Born bu çalışmasından ötürü 1954 yılında Nobel ödülünü kazandı.
    • Erwin Schrödinger, üst üste gelme ilkesinin yarattığı gariplikleri en açık biçimde ortaya koyan bir düşünce deneyi tasarladı.
    • Schrödinger’in kedisi olarak bilinen bu deneyde bir kedi aynı anda hem diri hem de ölü olduğu bir duruma sokulabiliyordu.
    • Hem mikroskopik ölçekte hem de bazı makroskopik cisimlerde var olduğu bilinen üst üste gelme olgusunun yorumu sürekli tartışma konusu olagelmiştir.
  • Schrödinger’in Kedisi
    • Dış ortamdan tamamen yalıtılmış -yani ne içerisinin dışarısı hakkında, ne de dışarısının içerisi hakkında görme, işitme, vs. nevinden bir bilgi edinebileceği- kapalı bir kutu düşünelim.
    • Bu kapalı kutunun içine de öyle bir düzenek kurmuş olalım ki, % 50 ihtimalle çalışsın ve eğer çalışırsa harekete geçen bir çekiç, içi zehirli gaz dolu şişeyi kırsın. İşte Schrödinger’in Kedisi, böyle bir kutunun içinde kendi gerçekliğini sürdürmektedir.
    • Soru, kedinin kutunun içinde sürdürdüğü bu gerçekliğin doğası üzerinedir; kapalı kutunun içindeki Schrödinger’in Kedisi ölü müdür, diri midir?
    • Kuantum fiziği, bu düşünce deneyine şöyle bir açıklama getirmektedir: Kutuyu hiç açmadığımız durumda, Schrödinger’in Kedisi hem ölü, hem de diridir.
    • Kedinin ölü olduğu kuantum durumu ile diri olduğu kuantum durumu, zehrin açığa çıkma olasılığı % 50 olarak düzenlendiği için eşit derecede geçerlidir.
    • Kutuyu açmak, bir gözlem yapmak demektir ve kuantum dünyasında gözlem yapmanın karşılığı, gözlenen sistemde gözlem öncesi olası kuantum durumlarından birisinin gerçekleşmesi demektir. Bu da dalga fonksiyonun çökmesi olarak adlandırılır.
    • Schrödinger’in kedisi deneyinde sorun, Schrödinger dalga denkleminde üst üste gelme etkisinin yorumlanma farklılığıdır.
    • Üst üste gelme için, bir sistemin aynı anda birkaç farklı durumda bulunabilmesi diyebiliriz.
    • Schrödinger denkleminde, elektronun konumuna dair görüş ayrılıklarını hatırlayalım.
    • Schrödinger’e göre elektron tek bir noktada değil, birden fazla noktada aynı anda bulunabilmekteydi. Buna göre zaten Kedi de aynı anda hem ölü idi hem de diri. Max Born ve Heisenberg ise, Broglie madde dalgalarının fiziksel bir dalga olmadığını, bir olasılık dalgası olarak yorumlanması gerektiğini savundu.
    • Parçacığın nerede olduğunu söylememiz imkânsızdır, sadece bir yerde bulunma olasılığından bahsedebiliriz. Kedi durumunda, sadece kedinin ölü veya diri olma olasılığından bahsedebiliriz, bunun üstüne fiziksel bir yorum yapmak imkânsızdır.
    • C. TÜNELLEME (Az Enerjiyle Çok Engeller Aşmak...)
    • Klasik fiziğe göre, bir parçacığın herhangi bir enerji engelini aşabilmesi için o engelin potansiyelinden daha fazla enerjiye sahip olması gerekmektedir. Daha az enerjiye sahip olduğu bir durumda engeli aşması, engelin öteki tarafında bulunması imkânsız olmaktadır.
    • Oysa kuantum kuramına göre, dalga denklemi sonuçlarına baktığınızda böyle bir durumda dahi parçacığın engelin öteki tarafında bulunma olasılığı vardır ve yapılan sayısız deney de böyle bir durumda parçacığın engelin öteki tarafında bulunabildiğini göstermiştir.
    • Örneğin radyoaktiviteyi fiziksel olarak tünelleme etkisi ile açıklayabiliyoruz. Alfa bozunmasına uğrayan bir çekirdekte alfa tanecikleri çekirdeğin yoğun potansiyel duvar engeline rağmen o engeli aşabilmekte ve böylece radyoaktif bozunum ve ışıma dediğimiz hadise gerçekleşmektedir.
    • Atom boyutunda yüzeylerin bir anlamda topografyalarını çıkarabilen tarama tünelleme mikroskoplarının çalışma prensibi de tünelleme etkisidir.
    • Newton etki-tepki prensibinde siz bir duvara ne kadar kuvvet uygularsanız o da size aynı şiddette ama zıt yönlü bir kuvvet uygular demiştik. Kuantum etki-tepki prensibi biraz farklı işlemekte. Bir duvarı ittiğinizde kendinizi bir anda duvarın öteki tarafında bulabiliyorsunuz!
    • KUANTUM ALAN KURAMI
    • Kuantum kuramına göre, uyarılmış durumdaki bir atom en düşük enerjili duruma ne zaman olacağı tahmin edilemeyen bir anda dışarıya bir foton atarak geçer. ‘Dışarıya atılan foton o andan önce neredeydi?’ sorusunun yanıtıysa ‘hiçbir yer’dir. Foton geçiş anında yaratılır.
    • Yine önceden bilinemeyen bir anda radyoaktif bir çekirdek beta bozunumuna uğrar; yani bir başka çekirdek, bir elektron ve bir nötrinoya bozunur. ‘Bu andan önce electron ve nötrino neredeydiler?’ sorusunun yanıtı yine ‘hiçbir yer’dir. İkisi de bozunum anında yaratılır.
    • Bir atom bir fotonu soğurur ve uyarılmış bir duruma geçer. ‘Soğurmadan sonra foton nerede?’ sorusunun yanıtı yine ‘hiçbir yer’. Foton artık yok.
    • Peki parçacıkların nasıl yaratılıp nasıl yok olduklarını açıklayan bir kuram var mı?
    • Evet kuantum alan kuramı. Kuantum alan kuramı fotonlar, elektronlar, pozitronlar, protonlar, nötronlar, mezonlar ve diğer her tür parçacığın yaratılışı, yok edilmesi ve şaçınması ile ilgili olasılıkları hesaplamak için kullanılan bir dil, bir tekniktir.
    • Kuantum alan kuramının ortaya çıkmasına yol açan soru atomların uyarılmış durumlardan dışarıya bir foton atarak en düşük enerjili duruma nasıl geçtiği ya da sıçradığıdır. Einstein bunun için 1916 yılında bir mekanizma önerdi fakat nicel bir sonuç bulmak için gerekli yöntemleri geliştiremedi. Daha sonraları bu problemi çözmek için özel görelilik kuramı ile kuantum kuramının bir araya getirilmesinin gerektiği anlaşıldı ve çabalar bu yöne yoğunlaştırıldı. Relativistik (göreli) kuantum kuramını kurma yönünde ilk önemli adım 1926 yılında İngiliz fizikçi Paul Dirac’tan geldi.
    • Dirac, Schrödinger denklemine benzer ve günümüzde Dirac denklemi adıyla anılan relativistik bir denklem geliştirdi.
    • Bu denklem negatif enerjili parçacıklar gibi bir takım anormalliklere yol açtı. Zamanla bütün bu problemlerin çözümünün farklı bir bakış açısı gerektirdiği anlaşıldı.
    • Çözümün, alanların, örneğin Maxwell’in elektromanyetik alanının, kuantum kuramının kurulmasında yattığı ortaya çıktı.
    • O ana kadar alanların ve parçacıkların birbirlerinden farklı ve bağımsız, olgular olduklarına inanılıyordu. Kuantum alan kuramıyla birlikte, alanlarla parçacıkların aynı olgunun iki farklı görünümü olduğu kanıtlandı.
    • Her temel parçacığı bir kuantum alanı temsil eder. Ya da başka bir deyişle her temel parçacık bir kuantum alanının kuantumudur.
    • Örneğin fotonlar elektromanyetik alanın, elektronlar bir Dirac alanının, nötrinolar bir başka Dirac alanının, gluonlar güçlü etkileşimi ileten kuantum alanının, Higgs parçacığı Higgs alanının temel kuantumudur. Ne kadar temel parçacık varsa o kadar da kuantum alanı vardır.
    • Kuantum alan kuramı maddenin doğasıyla ilgili bir çok temel sorunun çözümünü bulmuş olmasından dolayı kendine fizikte çok önemli bir yer edindi.
    • Kuantum alan kuramı Dirac denkleminde ortaya çıkan negatif enerjili parçacıkların aslında negatif enerjili olmadıklarını, onların pozitif enerjili anti parçacıklar olduklarını gösterdi.
    • Neden iki temel parçacık türü (fermiyonlar ve bozonlar) olduğunu, ve bu parçacıkların özellikleriyle spinleri arasındaki ilişkiyi açıklamayı başardı.
    • Bütün temel parçacıkların; örneğin fotonların, elektronların, pozitronların, kuarkların, gluonların ve diğerlerinin nasıl ortaya çıkıp nasıl yok olduklarını açıkladı. Özdeş parçacıkların, örneğin iki elektronun, neden özdeş olduklarını ( aynı kuantum alanının kuantumları oldukları için) gösterdi.
    • Kuantum elektrodinamiği elektrik yüklü temel parçacıkların, örneğin elektronların, etkileşmesinin kuramıdır. Etkileşimi ileten elektromanyetik alandır.
    • Elektrozayıf etkileşimin alan kuramı elektrodinamikle zayıf etkileşimin birleştirilmiş kuramıdır. Bu birleştirilmiş kuramda etkileşimi ileten parçacıklar fotonlar ve W+ W- ve Z0 parçacıklarıdır.
    • Güçlü etkileşimi açıklayan alan kuramı ise kuantum renk dinamiğidir. Bu kuramda temel parçacıklar kuarklar ve gluonlardır.
    • Elektrozayıf etkileşimin kuantum alan kuramıyla kuantum renk dinamiğine birlikte standart model adı verilir.
    • Standart model şu ana kadar yapılmış olan temel parçacıklarla ilgili bütün deneyleri başarıyla açıklamış bulunuyor. Buna rağmen fizikçiler standart modeli yetersiz buluyorlar.
    • Bunun nedeni bu kuramın temel parçacıkların kütlelerinin, yüklerinin ve diğer özelliklerinin neden ölçülen değerler olduğunu, neden bu değerlerin kuantize olduğunu, yani sadece belli değerler ve onların tamsayı katları olduklarını açıklayamıyor.
    • Bir başka sorun ise kütle çekiminin kuantum kuramının hala kurulamamış olması.
  • Klasik Fizik ile Kuantum Fiziği Arasındaki Fark Nedir?
    • Klasik fizikte uzay ve zaman süreklidir. Kuantum Fiziğinde süreksiz ve kesiklidir. Bu bakımdan Klasik fizikte nesnelerin özellikleri sürekli birer değişkendir. Oysa ki Kuantum Fiziğinde tüm bu değişkenler süreksiz olup ani sıçrayışlarla bir durumdan diğerine geçiş olur.
    • - Klasik fizikte determinizm yani “belirlilik” vardır. Oysa ki Kuantum fiziğinde olaylar determinist olarak gelişmezler. Daima belli bir olasılık yüzdesi bulunur.
    • Klasik fizikte bulunan determinizm nesnellikle el ele gider. Yani, nesnelerin birbirlerinden bağımsız oldukları ve her bir nesnenin çevresinden yalıtılarak incelenebileceği inancı ve görüşü vardır. Oysa ki Kuantum Fiziğinde nesneler birer enerji dalgası olarak görüldüğünden klasik anlamda “nesnellik” kaybolmaktadır. Yerine bütünsel bir etkileşim ve evrende sıçramalarla değişim kavramları ileri sürülmektedir.
    • Kuantum Kuramı gözlenen ile gözleyeni ayrı saymaz. Yani, biri diğerini etkileyip değiştirebilir. Bu bakımdan bağımsız nesne kavramı yok olduğu gibi etki edip dönüştürme yeteneğinin sadece canlılara ait olmadığı da söylenebilir.
  • KUANTUM FİZİĞİNİN ÖYKÜSÜ
    • Kuantum bilgisayarlar konusunda çalışma yapan IBM-Almaden araştırma merkezi 2000 yılında 5-qubitlik kuantum bilgisayarı geliştirdi.
    • Geleneksel Aristo mantığı üzerine kurulmuş bilgisayarlarımız saniyede milyarlar düzeyinde işlem yapabilmekteyken bu bilgisayarlar saniyede 10 trilyon kayan noktalı işlem yapabilmektedir.
    • Peki bunun günümüz teknolojisine faydası nedir? Somut olarak bize yansımaları ne yönde olacaktır? Bir oyun tutkunuysanız milyonlarca kat daha hızlı bir işlemci,tasarımcıysanız çok daha fazla detay aklınıza gelebilir.
    • Bunların yanı sıra Kuantum Fiziği’nden faydalanılarak yapılmış bu bilgisayarlar Internet Şifreleme Ve Güvenlik Politikalarının tamamıyla değişmesi anlamına gelmektedir.
    • Kuantum Kriptoloji sistemleri internet sunucularından tutunda orduların şifreleme sistemlerine kadar uzanmaktadır.Yani daha güvenli bir sanal dünya.
    • Kuantum teorisinin varlığıyla lazer, elektron mikroskobu, transistor gibi çok kullanışlı ve insanlığın bilimsel teknolojik ilerlemesine ışık tutabilecek araçlar elde edilebilmiştir. Yine atom ve çekirdek yapısı, elektriğin nakli, katıların mekanik ve ısıma özellikleri gibi fenomenler bir çırpıda açıklanmıştır.
  • KUANTUM FİZİĞİNİ GELİŞTİRENLER
    • 1897: PİETER ZEEMAN & JOSEPH THOMSON; Zeeman ışığın bir atom içindeki yüklü parçacıkların hareketi sonucu yayımlandığını buldu. Thomson'da elektronu keşfetti.
    • 1900: MAX PLANCK; Kara cisim ışımasını kuantumlanmış enerji yayımıyla açıkladı; kuantum kuramı böylece doğmuş oldu.
    • 1905: ALBERT EİNSTEİN ; Dalga özellikleri olan ışığın aynı zamanda daha sonra foton diye adlandırılacak olan belirli büyüklükte enerji paketlerinden oluştuğu düşüncesini ortaya attı.
    • 1911-1913: ERNEST RUTHERFORD& NIELS BOHR ; Rutherford atomun çekirdek modelini oluşturdu . Bohr ise ,atomu bir gezegen sistemi gibi belirledi .Ayrıca durağan enerji durumlar kavramını ortaya attı. Hidrojenin tayfını açıkladı.
    • 1914: JAMES FRANK & GUSTAV HERTZ; Bir elektron saçılım deneyiyle durağan durumların varlığını doğruladılar.
    • 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; Madde parçacıklarının da dalga davranışı yaptığını öne sürerek dalga-parçacık ikiliğini genelleştirdi.
    • 1924: SATYENDRA NATH BOSE &ALBERT EINSTEIN; Kuantum parçacıklarını saymak için, daha sonra BOHR- EINSTEIN diye adlandırılacak olan, yeni bir yöntem buldular. Ayrıca uç derecelerde soğutulmuş atomların tek bir kuantum durumuna yoğuşacaklarını önerdiler. "BOSE- EINSTEIN YOĞUŞMASI" 1990'lı yıllarda deneysel olarak gerçekleştirildi.
    • 1925: WOLFGANG PAULİ; Aynı özelliklere sahip fermiyon türü iki parçacığın aynı enerji düzeyinde bulunamayacağını söyleyen "dışlama ilkesi" ni açıkladı.
    • 1925: WERNER HEISENBERG & MAX BORN & PASCUAL JORDAN; Kuantum mekaniğinin ilk biçimi olan matris mekaniğinin geliştirdiler ve kuantum alan kuramı yolunda ilk adımı attılar.
    • 1926: ERWİN SCHRÖDİNGER; Kuantum fiziğinin "dalga mekaniği" diye adlandırılan yeni bir betimlemesini geliştirdi. Yeni kavram daha sonra "Schrödinger denklemi " diye adlandırılan, bilimin en önemli formüllerinden birini de kapsıyordu.
    • 1926: ENRICO FERMİ &PAUL A.M.DIRAC; İki bilim adamı, kuantum mekaniğinin parçacıkları saymak için yeni bir yola gereksinme duyduğunu belirlediler "Fermi Dirac istatistiği", katı hal fiziğine kapıyı araladı.
    • 1926:DIRAC;Işığın kuantum kuramı üzerine çok önemli bir makale yayımladı.
    • 1927: WERNER HEISENBERG; Bir parçacığın aynı zamanda hem konumunu hem de hızını ölçmenin olanaksız olduğunu gösteren ünlü "belirsizlik ilkesi"ni açıkladı.
    • 1928: DIRAC; Elektronun karşı maddenin varlığını da öngören relativistik bir kuramını ortaya koydu.
    • 1932: CARL DAVID ANDERSON; Karşı maddeyi keşfetti . Bu parçacık ,pozitron adı verilen bir antielektrondu.
    • 1934:HIDEKI YUKAWA; Çekirdek kuvvetlerinin ,mezon denen ağır parçacıklarca iletildiği düşüncesini ortaya attı.Bunların elektromanyetik kuvvete aracılık eden fotonlarla benzer işlev yaptığını öne sürdü.
    • 1946-48:ISIDOR RABI & WILLIS LAMB&POLYKARP KUSCH; Dirac kuramında tutarsızlıklar keşfettiler.
    • 1948: RICHARD FEYNMAN & JULLIAN SCHWINGER & SIN ILTRO TOMONAGA; Kuantum elektro dinamik denen ve fotonlarla elektronların etkileşimini anlatan ilk eksiksiz kuramı geliştirdiler. Kuram, Dirac kuramındaki tutarsızlıkları açıkladı.
    • 1957: JOHN BARDEEN & LEON COOPER & ROBERT SCHRIEFFER; Elektronların,kuantum özellikleri dirençsiz hareket olanağı veren çiftler oluşturabildiklerini gösterdiler. Bu süper iletkenlerin sıfır elektrik direncini açıkladı.
    • 1959: YAKIR AHARONOV & DAVID BOHM; Bir manyetik alanın, elektronun kuantum özelliklerini klasik fiziğin yasakladığı bir biçimde etkilediğini öne sürdüler "Aharov –Bohm etkisi", 1960 yılında gözlendi ve akla gelmedik pek çok makroskopik etkinin gizli işaretlerini verdi.
    • 1960: THEODORE MAİMAN; Charles Townes ,Arthur Schawlow ve diğerlerinin daha önce yapmış oldukları çalışmaları ileri götürerek pratik kullanımlı ilk lazeri geliştirdi.
    • 1964: JOHN S. BELL; "Bell eşitsizlikleri " denen deneysel bir testle , kuantum mekaniğinin bir sistem için en eksiksiz tanımı verip vermediğinin sınanabileceğini söyledi.
    • 1964: MURRAY GELL & MANN; Madde parçacıklarını oluşturan ve kuark adı verilen temel parçacıklarla ilgili bir model geliştirdi.Kuarkların varlığı 1969 yılında deneysel olarak kanıtlandı.
    • 1970'LER: Parçacık fiziğinin maddenin dört temel kuvvet aracılığıyla etkileşen kuark ve leptonlardan oluştuğunu söyleyen Standart Model'in temelleri atıldı. Kuark modeli temelinde şiddetli çekirdek etkileşimlerini betimlemeyen "Kuantum renk dinamiği" kuramı geliştirildi.
    • 1982: ALLAIN ASPECT; Bell eşitsizliklerinin deneysel bir sınavıyla kuantum mekaniğinin eksiksiz bir anlatım olduğunu gösterdi.
    • 1995: ERIC CORNELL & CARL WİEMAN & WOLFGANG KETTERLE; Mutlak sıfırın (-273 C) yalnızca milyonda bir derece üzerine kadar soğutulmuş metalik atom bulutlarını tek bir kuantum durumuna hapsederek, 70 yıl önce kuramsal varlığı öne sürülen BOSE & EİNSTEIN yoğuşmasını oluşturdular. Bu başarı atom lazeri ve süper akışkan gazlar gibi pratik uygulamalar için yolu açtı.
    • KAYNAKLAR
    • Bilim ve Teknik
    • Alice Kuantumlar Diyarında
    • http://www.zamandayolculuk.com
    • http://www.aof.anadolu.edu.tr/kitap/IOLTP/2279/unite03.pdf