kuantum kuramı - samet sincar

8/9/2019 kuantum kuram - Samet Sincar

1/5

GNMZN belkide en baarl ve ve-rimli fen bilimi olanfiziin artk genel altyapsn oluturduu

(buna Thomas Kuhnun, daha okfen bilimleri iin nerdii ama sos-yal bilimcilerin daha ok sevdii pa-

radigma nitelemesini yapmak belkide yerinde olur) rahatlkla sylene-bilen kuantum kuramnn simgeseltemsilcisi olanh Planck sabiti, nce18 Mays 1899da a adyla ortayakt (yoksa buna "ana rahmine d-t" m demeliyiz?). 19 Ekim 1900ise, Karacisim Enerji Dalmnn"doru" dalgaboyu-scaklk ilikisiniveren formln ileri srld tarih(belki "erken doum?"). Gnmz-de bildiimiz ekil ve anlamyla (=

h

) ilk ortaya k ("kvezden -k?") 14 Aralk 1900. Bunlarn hep-si Planckn, ilgili almalarnn so-nularn Berlinde Alman Fizik

Derneine (Physikalische Ge-sellschaft) sunu tarihleridir.

Son adm atp, son sz syle-yen ve de son noktay koyan Planckolmutu ama, o da, 200 yl kadar n-ce bir dierparadigmay getiren Isa-ac Newtonun szleriyle "devlerinomuzlarnda" idi. Bu devleri sayma-

ya termodinamiin temellerini atanSadie Carnot, Rudolf Clausius, LordKelvin gibilerle balayabiliriz. Sonraistatistik mekaniin temellerini atanLudwig Boltzmann, karacisim -masnn nemini kuramsal ve de-neysel olarak ortaya koyanspektros-kopinin ilk ustas Gstav Kirchhoffve Friedrich Paschen; ilk kuramsalsonular veren Boltzmann ve zel-likle Wilhelm Wieni sayabiliriz. Birbakma en etkilileri olan Josef Ste-

fandan balayarak, Otto Lummer,Ernst Pringsheim, Heinrich Ru-bens, Ferdinand Kurlbaum gibi ustaspektroskopistleri ve bunlara en

nemli l yntemi olarak restst-rahlen/artk nmlaryntemini ve-ren Ernest Nicholsu ve en nemlil aleti olarak bolometreyi sala-yan Samuel Langleyi de unutma-malyz. zellikle 19 Ekim sonu-cunda spektroskopistlerin eitli l-mleriyle uyum ok nemli rol oy-

nadndan, bunu; tpk JohannesKeplerin her yasasna da ustasTycho Brahen zenli gzlemlerineolan inanc sonunda varna benze-tebiliriz.

AklamalKronoloji

(Aadaki bantlarda: T, mut-lak scaklk; S, entropi; U, ortalama

enerji; u, frekans ya da dalgaboyuaral bana birim hacimdekielektromanyetik enerji; , frekans,, dalgaboyu; c, k hz, kR/NA,

34 Bilim ve Teknik

Kuantum Kuram100 YandaArmin Hermann Kuantum Kuramnn Yaratl (1899-1913) adl kitabnda , Martin Klein iseMax Planck ve Kuantum Kuramnn Balay adl makalesinde kuantum kuramnn doum tar-ihini 14 Aralk 1900 olarak belirtirlerken, Lloyd Motz ile Jefferson Weaver, Fiziin yks adlkitaplarnda 19 Ekim 1900 tarihini ne karyor; Hermann ayrca 18 Mays 1899un da byle

dnlebileceini ayrca ekliyor. Bu tarihlerin her birisi zel bir aamaya karlk geliyor.Aada bunlar, gelimelerini ve birbirleriyle ilikilerini zetleyeceim.

Armin Hermann Kuantum Kuramnn Yaratl (1899-1913) adl kitabnda , Martin Klein iseMax Planck ve Kuantum Kuramnn Balay adl makalesinde kuantum kuramnn doum tar-ihini 14 Aralk 1900 olarak belirtirlerken, Lloyd Motz ile Jefferson Weaver, Fiziin yks adl

kitaplarnda 19 Ekim 1900 tarihini ne karyor; Hermann ayrca 18 Mays 1899un da bylednlebileceini ayrca ekliyor. Bu tarihlerin her birisi zel bir aamaya karlk geliyor.Aada bunlar, gelimelerini ve birbirleriyle ilikilerini zetleyeceim.


2/5

Bolzmann sabiti;R, Joule sabiti;NA,

Avogadro says. Karacisim ise zeri-

ne den tm elektromanyetik -

nmlar hi yanstmadan souran, ve

s dengesine vardktan sonrakendi

masn salan ideal bir cisimdir.

Kirchhoff, i duvarlar iyi yanstcolan ii bo bir cismin yani birkovu-

un yzeyindeki kk bir deliin,

ideal karacismin edeeri olarak ger-

ekletirilip incelenebileceini gs-

terdi. Rezonatrler, kovuk duvarla-

rnda bulunduu varsaylan ykl

Lorentz salnclardr.)

1791Pierre Prvost s masnn

ilk kuramn ortaya koydu: "Her ci-

sim srekli s r ve sourur; souk

olu, sourmann madan ok ol-

duunu gsterir. Ima olmamasevreyle denge hali demektir."

1824Sadi Carnot s makineleri-

nin verimliliini anlamaya alrken

termodinamiin temellerini olutu-

ran yasalardan nce ikincisini sonra

da birincisini buldu.

1834Benoit-Pierre Clapeyron

termodinamiin ikinci yasasnn de-

iik bir eklini gelitirdi, entropi-

nin ilk belirtilerini farketti.

1844Ludwig Boltzmann termo-

dinamiin ikinci yasasnn istatistik-

sel yorumunu vererek istatistik me-

kanii gelitirmeye balad.

1847 John Draper her maddenin

525 C scaklkta soluk krmz renk

almaya baladn, ve scaklk art-

tka rengin giderek beyaza vard-

n gsterdi.

1850Rudolf Clausius, ikinci yasa

iin Clapeyronun verdii biimi ge-

litirdi.

1851 William Thomson (Lord

Kelvin) 1848de nerdii mutlak s-

caklk leinin, snn dinamik ku-ram erevesinde tanmlad "ter-

modinamik scaklk" kavramyla ay-

n olduunu gsterdi.

1860 Gstav Kirchhoff, ayn s-

caklkta s mas yapan deiik

maddelerin bu mayla ayrdedile-

meyeceini termodinamiin ikinci

yasasnn bir sonucu olarak gsterdi.

1860 James Maxwell ve John

Waterston enerjinin leimi teore-

mini ortaya koydular.

1865 Clausius, entropikavramngelitirdi ve adn koydu.

1877 Boltzmann istatistik meka-

nii gelitirdi.

Ekim 2000 35

Planckn YaamMax Karl Ernst Ludwig Planck, 23 Nisan

1858de Almanyann Kiel kentinde dodu.Babas sekin bir hukuku ve hukuk profes-r olup Prusyann Yurttalar Yasasn hazr-layanlar arsndayd. Bilim ve kltrde mkem-

mellik, salam karakterlilik, koruyuculuk, l-kclk, gvenilirlik ve cmertlik Plancka ai-lesinden ok derin ilenmi niteliklerdi. Baba-snn Mnih niversitesinde grev almaszerine nl Maximillian Gimnazyumundarenime baald. Orada Hermann Mlleradndaki bir retmeni fizik ve matematiederin ilgi duymasn salad. 17 yanda gim-nazyumu bitirdiinde, klasik filoloji ya da m-zik yerine fizii semesinin sebebi, en bykzgnln fizikte olduu vargsn edinmiolmasdr. Ancak, mzk hep hayatnnnemli bir paras olarak kald. zellikleSchubert, Beethoven ve Brahmsneserlerinde sknet ve keyif bu-luyordu. Ak havada hergn yry yapmaktanholand gibi ileriyalarna kadardalara trman-may srdrd.

1874 ylgz aylarndaMnih ni-versitesinegirdi. wan-derjahr/ge-zinme yln1877-78deBerlin niver-sitesinde ge-

irdi. Ancak,ou nl kim-seler olan hocala-rnn hi birisininderslerinden pek zevkalmad. Gene de kendientellektel yetileriyle, zel-likle hayran olduu Rudolf Clausi-usun termodinamik kitaplarn okudu.1879da Mnihte doktorasn, ertesi yl daHabilitationsschrift /doentlik snavn vererekBerlin niversitesinde Privatdozent/retimgrevlisi oldu. 1885te de Kiel niversitesineProfessor extra ordinarius/doent olarak -retim yesi yapld. 1889da Kirchhoffun l-m zerine Berline arld, 1892de Profes-

sor ordinarius /profesr oldu. Etkin yaambundan sonra hep Berlinde geti.

Planck renimi iin fizii seiini u sz-lerle dile getiriyor, ". . . kendimi bilime adama-ya ilk kararm, insanlarn usavurmalarndakiyasalarn evremizdeki dnyadan edindiimizizlenim dizilerini yneten yasalarla ayn oldu-unu; dolaysyla da salt usavurmayla insann[dnyann ileyiindeki] mekanizmaya ilikinnseziler kazandracan kefetmemin...dorudan bir sonucuydu." Demek ki henzkuramsal fiziin bir disiplin olarak tannmayabalanmad bir dnemde kuramsal fizikiolmaya karar vermiti. Fizik yasalarnn varl-nn ". . . d dnyann, insandan bamsz ola-

rak varolan, mutlak bir ey" ve "bu mutlaklauygulanan yasalarn ardna dmenin . . . ha-yatta peine dlebilecek en ulu ama" ol-duunu varsayyordu.

Onu ilk etkileyen yasa daha gimnazyum-dayken hayranlkla rendii enerji korunumuyasasyd. Bu, termodinamiin birinci yasa-sndan sonra niversitede karlat entropi,yani termodinamiin ikinci yasasnn da do-ann mutlak bir yasas olduuna kans de-rindi. Doktora tezini bu konuda yapt. Eylem

kuantumu adn verecei hya gtren yolunbalangc da bu saylabilir.Planckn 42 yandayken zd kara-

cisim problemi ona 1918 yl Nobel Fizik d-ln ve daha bir ok onur ve dl getirdi. An-cak o kuantum kuramndan hep rahatsz ol-du hatt 1913 ylnda Einsteinn Berlindegrev almas iin yapt giriim srasnda yaz-d tavsiye mektubuna, bu konuda bayrakendisinden alarak epeyce ilerilere gtrenEinsteinn ilgili almalarn ". . . o apta birinsann yapmasna gz yumulacak fantaziler .. ." olarak nitelemiti. (lgintir ki, Einsteina daNobel dl, zel ve genel grelilik zerine

yapt devrimcil almalar deil,bu fantazileri iin verildi.) Yl-

larca direndii Boltzmannkuramn kullanmak

zorunda kalmasnise yle yorumla-

d: . . . yeni birbilimsel doru,ona kar olan-larn ikna edi-lerek gr-meleri sa-lanmakla de-il, daha okkar olanlarnsonunda l-meleri ve yeni

bir kuan bu-na alkn olarakyetimesiyle olur.

Planck 1928 y-lnda emekli oldu. Ye-

rine Schrdinger seildi.Berlindeki parlak fizik al-

ma ortam 1933te Hitler rejimibalayncaya dek srd. Planck sonra-

ki yllarnda felsef, estetik ve teolojik konula-rda yazlar yazd. 1912 ylnda seildii Prus-ya Bilimler Akademisi bakanln 1938 ylnadek srdrd. Ayn zamanda 1930-37 yllararasnda, imdi kendi adn tayan KaiserWilhelm Enstitsnn de bakanln yrt-t. Adil davranlar, kiilik btnl ve bil-

gelii, onun Hitlere giderek ykc rk politi-kalarn deitirmesi iin uyarlarda bulunma-snn ve rejim srasnda Almanyay terketme-yerek Alman fiziinden ne kaldysa koruma-ya almasnn temelindedir. Hayatnda pekok trajediyle karlat. nce 22 yllk karsld, sonra byk olu I. Dnya Savanda,ikiz kzlar ise pe pee doum yaparlarkenldler. Bunlardan da acs, kk olunun20 Mays 1944te Hitlere yaplan suikastlailikisi grlerek Gestapo tarafndan ldrl-mesidir. Kendisine yaplan, "Nazileri destek-leyeceini sylerse olunun affedilecei"nerisini ise Planck reddetti! Bu olaydansonra hayata ksen Planck, savatan sonra

mttefiklerce, yaad sava blgesindenalnarak Gttingene gtrld. Orada 89yanda ld.Ksmen Encyclopaedia Britannicadan derlenmitir.


3/5

1879 Josef Stefan, karacismin

toplam ma iddetini deiik scak-

lklarda lerek bunun mutlak s-

cakln 4. kuvvetiyle orantl odu-

unu gsterdi.

1884 Boltzmann, Stefann de-

neysel bulgusunun termodinamiktemelini gsterdi: Stefan-Boltz-

mann yasas.

1883Wilhelm Wien karacisim

masnn scaklk ve frekansa/dal-

gaboyuna balln verecek fonksi-

yonun genel kstlamalarn veren

yerdeitirme yasasn buldu:

u=3f(T/), u=g()/5

1896 Friedrich Paschen ve Wien

f ve g fonksiyonlarnn "ak" biim-

lerini veren bir enerji dalm yasa-

sn nerdiler:

1897 Paschen, Wien yasasnn k-

sa dalgaboylar/yksek frekanslar

iin geerli olduunu, uzun dalga-

boylarnda uyumun bozulduunu

gsterdi.

1899 18 Mays: Max

Planck, elektromanyetik mann

termodinamiinden

bantlarn buldu, Wien yasasnn

evrensel olduuna dikkat ekerek a

ve a sabitlerinin, belli cisim ve

maddelerden bamsz bir birimler

sistemi uzunluk, ktle, zaman, s-

caklk lekleri- elde edilmesinde

k hz ve ktleekimi sabitleriyle

birlikte kullanlabileceini nerdi.

1900-Haziran Lord Rayleigh

(William Strutt) karacisim mas-

nn enerji dalmn verecek

bantsn, parantez iindeki katsa-

y dnda buldu; bunu, 1905te nce

Albert Einstein bantnn tama-

myla birlikte bamsz olarak bul-

du, sonra Rayleigh 8 says eksik

olarak hesaplad, James Jeans bunu

tamamlad iin bu bant Rayle-

igh-Jeans yasas olarak bilinir

(Planck, eer Maxwell ve Boltz-

mannn salnclar iin geerli

U=kT, leim bantsna inanpkullanm olsayd bunu bir yl nce

bulmu olacakt. Abraham Pais,

Rayleighin daha sonra buna Wien

yasasndakine benzer bir snm ar-

pan eklediini ve asl R-J yasasnn

bu olduunu yazyor.)

1900-19 Ekim: Planck, Rayleigh

bantsndan habersiz olarak ve yal-

nzca Rubensin T /

iin uC Tolarak davrandn sy-lemesi zerine, bunun ve Wien ya-

sasnn termodinamik sonularn

"interpole" ederek

sonucunu elde etti. (Bunun / limiti, Rubensin nerisine ya daRayleigh bantsna, / 0limitiise Wien yasasna uyuyordu.)

-20 Ekim: Rubens bir gece iin-

de bu banty elindeki tm deney-sel verilerle kyaslayarak uyumun

"mkemmel"olduunu bildirdi.

-14 Aralk: Planck, 19 Ekim so-

nucunun mkemmel oluunu sala-

yan interpolasyonun ardndaki fiziksel

anlam ortaya kartmaya urarken

Boltzmannn kuramn uygulayarak,

bulduu sonula (h=6.5510-31Js),elektromanyetik ma ile karacisim

arasndaki enerji alveriininhbi-rimleriyle yaplmak gerektiini orta-

ya koydu. (Planckn 1899 hesab

a=6.8510-31Js deerini vermiti.)

Planck boyutuna bakarakh saysna

eylem kuantumu adn verdi.

(1902 Planck, 1899da dnd-

"mutlak" birimler kavram ere-

vesinde, elektron yk vb. eitli

doa sabitlerini hesaplad. 4.6910-10

esu olarak bulduu elektron yk,

Millikann 1913te dorudan bul-

duu 4.8110-10 esu deerinden n-ceki en doru deerdi, NA Avogad-

ro says iin de ilk salkl deeri

buldu: 6.1251023 Ayrca, bugn

Planck ktlesive Planck uzunluu

dediimiz "elemanter" nicelikleri

hesaplad.)

R. mr Akyz,Boazii niversitesi Fizik Blm.

KaynaklarThe Genesis of Quantum Theory (1899-1913), MIT Press,

Boston, 1971.Max Planck and the Beginnings of the Quantum Theory,

Archive for the History of Exact Sciences 1(1962)459.

The Story Of Physics, Avon Books, NY,1992Rev. Mod. Phys. 51(1979)861.Akyz, R. ., Amer. Jour. Phys. 56(1988)997V. Ulusal Mekanik Simpozyumu Bildirileri, 1992, s.228.

36

Gelmi gemi bilim adamlariinde, sokaktaki adamn tand

yegne kii Albert Einstein'dr (bu-na belki son yllarda salk durumudolaysyla nlenmi olan S. Haw-kingi de ekleyebiliriz). zel ve ge-nel grelilik kuramlarn ortaya atar-ken doaya bakma biimimize dedevrim getiren Einstein, hem mikrohem de makro kozmosu tanyabil-memizde en byk yardmcmzolan kuantum kuramn kusurlu g-rerek, bununla yakndan ilgilenmeyikestii gibi, bulduu kusurlardan e-

likiler tretmee de uramt. Oy-sa kendisi, nceleri kuantum kura-mnn ilk kavramlarn byk ces-ret ve beceriyle kullanan hatt geli-tiren pek az fizikinin en bandagelmekteydi. Nobel dlne lykgrlme gerekesi bile, yaratt g-relilik kuramlaryla deil, kuantumkuramyla (fotoelektrik olay) ilgiliy-di.

Einstein'n kuantum kuramndakusur olarak niteledii balca unsu-run en basit grnm "belirsizlikyahut kesinsizlik (Unbestimmhe-it/uncertainty/incertitude, indeter-minacy)" ilkesidir. Bu ilke, ilk bak-ta doadan belirlenimcilii kaldrd- izlenimi vermektedir. Oysa, birazyakndan baklrsa bunun giderekdoann asl, mikro belirlenimcilii-ni ortaya koyan en temel unsur oldu-u kolaylkla grlebilir.

Bu ilke kabaca, "fiziksel sis-temlerin davranlarn betimle-yen belli zel deiken iftlerine

ait elemanlardan (klsik fiziinkanonik elenikleri) birisinin ke-sinlikle belli olmas durumundadierinin bsbtn belirsiz bir k-la brnmesi" eklinde tanmla-nabilir. Werner Heisenberg bunu,her iki elemann lmlerindekibelirsizliklerin arpmnn bellibir evrensel sabit (Planck sabiti)mertebesinden daha kk ola-mayacan gsteren, nicel bir ifa-deyle sunmutu. "Elenik dei-

kenler iftinin bir eleman, bir"korunum (yni, baka deiiklik-lere ramen deimeme) ilkesi"ile ilgilidir. Dolaysyla belirsizlik

Bilim ve Teknik

Kuantum

sylemesi zerine, bunun ve Wien

yasasnn termodinamik sonularn

"interpole" ederek


4/5

ilkeleri, "ilgili korunum ilkesinin

geici olarak geersiz kalmas" ek-

linde de yorumlanabilirler (bununen iyi bilinen rnei "tnelleme"

olarak bilinen olaydr); hatt bu du-

rum, temel mikroskopik srelerin

oluumunda esastr. Buradaki "gei-

ci"liin lsn Planck sabiti ve il-

kenin nicel biimine bal basit bir

saysal arpan verir ve sonuta -sanki

iin iine bir katalizr girmiesine-

korunmayan hi bir ey kalmaz.

Belirsizlik ilkelerini, znde ie-

ren kuantum kuramnn doal so-

nularndan birisi; bir fiziksel sis-temle ilgili olarak kesinlikle bile-

bileceklerimizin, iinde bu-

lunduu koullar altnda

gsterebilecei kalc

ve kararl durumlar-

dan hangisinde bu-

lunduu deil de,

herhangi birisinde

bulunma olaslk-

lardr. "Doann

en byk anla-

lamazl anla-

labilir oluudur"

demi olan Eins-

tein, bu anlalabi-

lirliin kkenini

"Tanr amanszdr

ama kastl deildir

(Raffiniert ist Der Herr

Gott aber boshaft ist Er

nicht/Cunning is The Lord

but He is not malicious)" szyle

dile getirirken "Tanr"y da Spinoza

dorultusunda- doadaki grkemli

uyumun simgesi olarak kavramlat-ryordu. Gene de klsik fiziin hi

bir zaman kukulanmad kesinlik

olgusunu "Tanrnn davranlarna"

daha ok yaktrarak, kuantum ku-

ramnn temelindeki olaslkl yapy

"Tanrnn mkemmellii" ile hi bir

zaman badatramam ve "Tanr

zar atmaz" diyerek bu kuram nem-

li lde dlamt.

Modern fiziin douuna hayt

katklarda bulunmu, hatt fizikile-

rin doaya bak felsefelerini bile et-kilemi olan Einstein'n, kuantum

kuramn belirlenimcilik d olmaya

yol at kaygsyla dlamas zaman

zaman kimi fizikileri etkiledii hal-

de bunlarn abalar -henz ne ku-

antum kuramn elebilmi ne de fi-zii daha ileriye gtrebilmitir. Bu-

gn ise daha ok, bilim felsefesi ile

uraanlara konu ve esin kayna ol-

maktadr . Einstein, gene de her fi-

zik kuramnn doal olaylar yanstp

aklamak hatt yenilerini n gr-

mek zorunda olduunu kendisi de

ok iyi biliyordu. Dolaysyla hemen

her trl atomik probleme neredey-

se kusursuz olarak zm verebildi-

ini grd kuantum kuramnn ta-

mamlayclar olan Werner Heisen-berg ile Erwin Schrdinger'i

Nobel dlne aday gste-

rirken, bu kurama ili-

kin son sz, bunun

"daha tam ve kesin

bir kuramn kstl

bir grnm ol-

mas" gerektii

olmutu.

Maddeyi -

belki de i yap-

sna ilikin bir

temel dayana

o lmad ndan

hatt buna ihti-

ya bile duymad-

ndan tr- ba-

zan matematiksel

bir nokta, bazan da ri-

jit (bozulmaz) bir ge-

ometrik kalp grnmn-

de kullanmaktan hi kanmayan

klasik fizik, maddenin kuramsal bir

kesinlii olup olmadn sz konusu

bile yapmaz. Klsik fizie atfedilen"kesin belirlenimcilik" -kanmca, bi-

limin emekledii yllarda en bata

felsef, politik ve sosyal erk olan d-

nin dorudan ya da dolayl etkisiyle-

bilim kiilerinin "eynn tabiatnda"

mutlak ve doal olarak grdkleri ve

hi sorgulamadklar bir gedir. Kl-

sik fizik, "gzle grlp, elle tutu-

lan" evrenin, dn ya da bugn yap-

tklarna bakp yarn ne yapacan

bu gelerden kesinlikle karmay

amalarken bunda, yukarda belirtti-im ereve iinde baarl olur. Do-

laysyla klsik fiziin, kendi yap ve

gelimesinde hibir katks bulun-

mayan mikrokozmosun davranna

uymasn beklemek anlamszdr. O

halde, makrokozmosun -ve de "top-lumsal" etmenlerin- benimsettii

belirlenimcilik ile mikrokozmosun

doasna uyacak belirlenimcilik, ta-

bii ki ikinciyi "belirlenimcilik d

olu" eklinde yorumlatabilecek ka-

dar farkl olabilecektir. Zira klasik fi-

zik, elle tutulup gzle grlen evre-

den (makrokozmos) edindiimiz iz-

lenim ve deneyimlerden szd-

mz "saduyu"muza dayanrken,

mikrokozmosun duyularmza hi

bir dorudan etkisi yoktur. unu daeklemek gerekir ki klsik fiziin be-

lirlenimcilii, srf onu kullananlarn

beklentilerinden doarken, kuan-

tum fiziinin belirlenimcilii kendi

yapsndan ileri gelir, hatt ilgili ol-

duu fiziksel sistemlerin biim ve

boyutlarn bile belirleyebilecek ni-

teliktedir. Klsik fizik, varlklar ve

elle tutulup gzle grlen maddenin

temel ta olduklar artk tartma g-

trmeyen "atom"larn ayn element

iin neden hep "zde" yap ve ka-

rakterde olduklarn, aklayamamak

bir yana, bunlarn varlklarn bile

yadsyacak karakterdeyken; kuan-

tum kuram zdelik sorusunun ya-

ntn kendiliinden, hem de belir-

sizlik ilkesi yardmyla vermektedir.

Klsik fiziin, tanmlamad

halde inand (belki de mn etti-

i) kesinlik; makro (yani elle tutu-

lup gzle grlen) nesnelerin tam

e ve zde yaplabilmesini lme

yeteneklerimizle kstlanmasn bi-

le yalnzca teknik bir husus olarakgz ard edecek kadar- ok doal

bulmaktadr. Oysa ayn haddeden

km, gzmze, elimize, en du-

yarl terzimize ya da optik mikros-

kobumuza zde gelecek ekilde

hazrlanm olan iki nesnenin y-

zeyleri, bir de elektron -belki artk

tnelleme- mikroskobuyla incelen-

diinde aralarnda "dalar kadar"

farkl engebeler grlecektir; yani

klsik fiziin ideal geometrik nes-

neleri doada yoktur. Doa ya dainsan, kesinlikle zde fakat mak-

roskopik (yani gzle grlebilen, el-

le tutulabilen) olan -rnein iki hidro-

Ekim 2000 37

Kuram ve Belirlenimcilik


5/5

jen atomu gibi- iki nesne yapama-maktadr. Demek ki doann asl te-mel belirlenimcilii, klsik fiziin il-gilendii yzeysel grnmndedeil, atomik boyutlarda kendinigsteren yeni eklindedir. Bu duru-mu iyice anlatabilmek iin, belirsiz-lik ilkesinin bir hidrojen atomunun"apn" ve iyonlama enerjisini naslbelirleyebildii, ereve iinde gs-terilmekte. Bu anlatmda, kuantum

kuramnn temelinde bulunan belir-sizlik ilkesinin, en basit atom olanhidrojen iin temel yapsal zeliklerinasl kolaylkla verebildiini gryo-ruz. Kuantum kuramnn dier ince-liklerini de kullanarak atomlarn,molekllerin, kristallerin ve benzeridoal sistemlerin hemen hementm fiziksel, dolaysyla da kimyasaldavranlarn bulup hesaplamak ar-tk byk lde, yalnzca matema-tiksel karmaklklar zmeyi ge-

rektirmektedir. Bu noktada rahatlk-la syleyebiliriz ki, modern teknolo-jinin her trl inceliinin gerekle-mesinde atom-molekl-sistem-aygt

(mikrokrmk, lazer vb.) dzeyindebir arac, hatt temel olan kuantumkuram; gelecekte atom-molekl-hcre-mikroorganizma zinciri izle-nerek belki hayatn da gizlerini ay-dnlatabilecektir.

Kuantum kuram, en genel yap-syla yalnz atom ve yakn atomstsistemler iin deil, atomalt ve e-kirdekalt lemlerin incelenmesindede temel kuramdr. (Makrolekte

ise uygun ortalamalarla klsik fizievarr). yle ki atom ekirdeklerinintm davranlar buna uymakta; kimiekirdeklerin belli kuantal zelikle-rinin bulunmas, elementler zinciri-nin, yldzlarn ve gne enerjisininbunlara bal olarak oluumu hepkuantum kuramyla ve artc l-de bir tutarllkla anlalabilmekte-dir. Dahas, ekirdekalt parackla-rn davran ve zeliklerinin incelen-me ve anlalmasnda -mikrokozmo-

sun derinliklerinde elektromanye-tik+zayf (radyoaktif) ve yein (e-kirdek ii/alt) etkilemelerin ktle-ekimi ile birlikte ayn bir kaynaa

balanabileceine ilikin olarak- ku-antum kuram ile bunun kullanlma-sn kolaylatrmak amacyla geliti-rilen yeni matemetiksel yntemlercidd umutlar dourmaktadr. Bu ko-nularda yaplmakta olan kimi aratr-

malar, ktleekiminin kuantum ku-ramyla birletirilmi eklinin yalnzmikrokozmosta deil, makrokoz-mosta da ie yarayacana, belki debelirsizlik ilkesinin gkadalarn bo-yutlarn verebileceine iaret et-mektedir. Bunlar, evrenin oluumu-na ilikin "byk patlama" modeli-nin geliip salamlamasyla ortayakmaktadr. Bir bakma, "balangcanasl gelindi?" sorusu dnda evre-nin evrimini bu modelle en azndan

"hikye etmek" mmkn olabilmek-tedir. Dahas, "balang", belirsizlikilkesinin "geici korunmama" yoru-muna balamak da sz konusu olabi-lir. Bu yorumla, "bo" uzayda bileparack-kart parack iftlerininsrgit kendiliklerinden oluup-yo-kolmalar (vakum alkalanmalar);bununla da atomlarn baz beklen-meyen (!) davranlar (rnein ku-antum elektrodinamii ile) aklana-bilmektedir. Bu bakmdan evrenin(uzay-zamann) bile byk patlama-ya yol aacak kadar byk bir boyu-ta erimi bir vakum alkalanmas ileyaratldnn dnlebilmesi hide yadrganmamaldr.

Btn bunlardan dolay kuantum

kuramn, fizie "belirlenimcilik d"

bir grnm getirdii bahanesiyle

"knamak" deil, yukarda sunulan

gerekler ve yorumlar erevesinde,

bizi doann "gerek" belirlenimcili-

ine yaklatrd iin "vmek" gerek.

Bu olgu, evrenin oluumunu bir

"Yaratc-yaratl" felsefesine olduukadar, eski Yunan mitologyasndakibalang olan "kaos" kavramna ba-lamaya da elvermektedir.

Sonuta, Orwell'ci bir deyile,

"belirsizlik kesinliktir!" diyebilecei-

miz gibi; belki de, Einstein'n "zar at-

maz" dedii Tanr iin "zar tutuyor"

demek zorunda bile kalabileceiz.

R. mr AkyzProf. Dr., Boazii niversitesi, Fizik Blm

Kaynaklar

Akyz, R. ., Cumhuriyet Bilim-Teknik, Say 173, 1990Akyz, R. ., American Journal of Physics, Kasm 1988.R. P. Feynman "QED, the strange theory of light and mat-

ter", Penguin, London 1985. (evirisi; R. . Akyz,"KED", NAR, 2. basm, stanbul 1997).

38 Bilim ve Teknik

Pozitif elektrik yk tayan bir protonlanegatif elektrik yk tayan bir elektron bir-birlerini, klsik fiziin de bir paras olarak d-nlen Coulomb kuvvetinin etkisiyle, yak-

latka byyen bir kuvvetle ekerler. Buekme, kar koyucu bir olgu yoksa ikisi bir-birine yapncaya kadar srecektir. Protonunbilinen boyu santimetrenin trilyondabirindenkk olduuna ve elektronun ise llebil-mi bir boyutu olmadna gre sonucun,hidrojen atomunun bilinen ortalama boyun-dan en az yzbin kat kk olmas beklene-bilir. imdi, yaklamay santimet-renin milyardabei hidrojenatomunun bilinen ortala-ma yarap kadar uzak-lkta durdurabilmek iinakla ilk gelen, elektronatpk gezegenler, uydularvb. gibi bir dolanma ha-reketi vermek olabilir.Bylece Coulomb kuvveti,merkezcil kuvvet grevinistlenerek atoma bir "ap"kazandracaktr. Ancak, klsikfizik; elektromanyetizmayla birlikte;bu uzakln her bir hidrojen atomu iinzde ve tam o kadar olmasnn nasl ger-eklendiine cevap veremedii gibi, dolananelektronun srekli olarak elektromanyetik -mayla enerjisini yitirip yaklak milyardabir sa-niye iinde protona kavumasn ngrr. -te bu durumda yaps klsik fizikle hi bir e-kilde belirlenemeyen atomun; "apn" veiyonlama potansiyelini, hem de belirsizlik il-

kesi, kesinlikle belirler. Nasl m? yle: Elekt-ronun ma yaparak protona yaklatn d-nelim. Bu durumda elektronun uzaydaprotona gre bulunduu blge gittike dara-

laca, yani elektronun atom iindeki yeri git-tike daha byk kesinlik kazanaca iin be-lirsizlik ilkesi uyarnca elektronun hareketlilii(yani fizik diliyle, momentumu) artmaya ba-layacak, bunun verdii ek enerji de maylayitirileni karlayarak uzakln azalmasn en-

gelleyecektir. Aslnda, her iki olu da bir-likte gerekleeceinden ne magrlecek ne de yaklama olacak,

yani mann srekli olarakbolua "aktt" enerji -atomun bu yzden bekle-nen "klmesiyle" belir-

sizlik ilkesinin getireceifazladan enerji eklin-

de- nnda aynen "iadeedilmi" olacaktr. te, bu

etkinin birbirlerinidengeleyerek atomun

toplam enerjisini en dkyaptklar yer atomun "bykl-

n" belirleyecektir. Elektron veprotonun ktle ve yk deerlerinin yan

sra, belirsizlik ilkesinin ie kartracaPlanck sabitinin de deeri kullanlarak hidro-

jen atomunun sadece, "ap"nn santimetre-nin yzmilyonda biri kadar olduu deil; r-nein, fiziksel olarak dorudan llebildiiiin ok daha anlaml olan iyonlama potan-siyelinin 13,6 Volt olduu da artk basit bir-ikihesapla bulunabilir.

Hidrojen Atomunun "ap"

kuantum kuramı - samet sincar

Documents