KUANTUM FİZİĞİNİN DOGUŞU

Bu bölümde kısaca özetlenen ve klasik fiziğin yetersiz kaldığı kritik olaylar, kuantum mekaniğinin kurulduğu 1900 ve 1925 yılları arasında keşfedilmiştir. Bu kritik olaylardan birincisi 1900 yılında Max Planck’ın açıkladığı, üzerine düşen her ışınımı soğuran siyah cismin radyasyon spektrumudur. Planck elektromagnetik ışınımın, kesikli ( klasik fizikte yer bulamayan şekilde, sürekli olamayan ) enerji kuantumları E=hų şeklinde yayılıp soğurabileceğini kabul etmiştir. Bu enerji kuantumlarının her birinin enerjisi E=hų şeklindedir. Einstein bu varsayımı 1905 fotoelektrik olayı açıklamakta kullanmıştır.

Böylelikle, ışığın foton( bir ışık kuantası) adı verilen ve enerjisine sahip tanecikler gibi davrandığını anlamıştır. 1923 yılında Compton, E=hų enerjisine sahip bir fotonun E=pc momentumuna sahip olduğunu keşfetmiştir. Momentum vektörünün p, doğrultu ve yönü fotonun yayılma doğrultusu ve yönündedir.

Fotonun dalga boyu ve frekansı arasındaki ilişki λų=C şeklindedir. Louise de broglie 1924 yılında Einstein’ in özel rölativite teorisi ile Max Planck ın kuantum teorisi sonuçlarını birleştirmeyi başardı ve ışınımın doğal olarak dalga tanecik ikilemi içersinde varolabileceğini gösterdi. Bu şartlar altında tanecikler dalga özelliği gösterir ve taneciğe eşlik eden dalga boyu P=h/λ veya λ=h/p şeklindedir.,

Klasik fizik daha genel olarak klasik teorik fizik, evrende olagelen makroskobik alandaki fiziksel olayların çoğunu açıklayabilmektedir. Atom fiziğinde özellikle kuantum mekaniksel parçaların (elektron foton) gibi fiziksel olayların meydana geldiği mikroskobik alanı klasik mekaniğin açıklayabildiği söylenemez. O zaman kuantum ve klasik teorik fiziği genel olarak karşılaştırıp arasındaki farkları söyleyelim

• Klasik teorik fizikte büyük parçaların her zaman küçük taneciklerden oluştuğu düşünülür
• Kuantum fiziğinde Taneciklerin dalga karakterinde hareket ettiği düşünülür. Bu düşüncenin uygulanması birçok matematiksel işleme dayanır
• cisim bir bütün olarak incelenir ve Newton formalizasyonu kullanılır. Cismin ve taneciklerin hareketi değil kütle merkezinin hareketi incelenir.
• Taneciğin enerjisi ve gerekli büyüklükler Schrödinger dalga denkleminde yerine yazılarak bu denklem çözülür. Ψ (pisi ) ruh anlamına gelir.
• Taneciğin gelecekteki durumu ilk durumda verilen enerji, momentum gibi büyüklüklerle tespit edilir. Cismin üzerine etkiyen kuvvet ile de bu belirlenir.
• Taneciğin ilk durumu kesinlik içermediği için gelecekteki durum da kesim bilinmez , tespit edilemez kuantum mekaniğin saptamaya çalıştığı ve arasındaki ilişkilerini araştırdığı büyüklükler OLASILIKLARDIR bu maddelerden yola çıkıldığında, genel olarak klasik teorik fizik geçersiz yaklaşımı yanlıştır. Bunun yerine klasik teorik fizik kuantum fiziğinin bir yaklaşımıdır. Bir özel durumdur ifadesi daha doğrudur.

O halde kuantum ve klasik teorik fiziğin uygulama sınırlarını belirlemeye çalışalım
Einstein rölativite teorisi ile hızda sınırın ışık hızı olduğunu gösterdi. Bundan dolayı ışık hızının diğer bir özelliği, hareketinin ne zaman rölavistik ne zaman klasik teorik fiziğin denklemleriyle çözülmesi gerektiğine karar vermesi açısından önemlidir. Böylelikle klasik teorik fizikteki sınırsız hız kavramına bir sınır getirilir. Klasik teorik fiziğin formülleri düşük hızlarda geçerliliğini korur. Kütlenin ışık hızına yaklaşırsa (0.6c sınır kabul edilir. ) rölavistik mekanik eşitlikleri kullanılır. Şimdi buna benzer kuantum klasik teorik fizik benzeşimine gidelim . çok çok küçük enerjisi olan bir taneciğin dalga fonksiyonu ile ifade eden kuantum mekaniği ile klasik teorik mekanik hangi sınırda ayrılır
Kuantum fiziğini uygulama sınırı PLANCK sabitidir.
Bu sabitin boyut analizi şeklindedir. Açısal momentum boyutuna olan bir etkinin Planck sabitine yakın sayısal değerlere sahip olduğunda ( yada katları ) kuantum mekaniği sınırları içinde incelenmesi gerekir. Etki değeri değerinden yeteri kadar büyük ise bu durumda klasik teorik fizik kanunları uygulanır.

BAKINIZ
Albert Einstein
Werner Heisenberg
Erwin Schrödinger