Featured Video Play Icon

Her Şeyi Unut! – Kuantum Fiziği: Başlangıç

Evren. Galaksi kümelerinden oluşuyor.

Bu kümeler ayrı ayrı galaksilerden. Her galaksi gezegenler, yıldızlar, kara deliklerden oluşuyor. Devasa, uçsuz bucaksız yapılar, aklımızın hayalimizin almayacağı büyüklükler, cisimler.

Daha da küçültelim odağımızı.

Sen. Ben. O. Gördüğümüz her şey.

Bir galaksi kümesindeki bir galakside bulunan bir yıldızın etrafında dönen, nispeten küçücük bir gezegenin üzerinde gezinen minik yaşam formları olan insanoğlu, ortaya çıkardığımız insan yapımı her şey, etrafımızda gördüğümüz, dokunabildiğimiz her şey.

Az önce saydığım ve saymaya zamanımın yetmeyeceği her şey.

Atomdan oluşuyor.

Küçücük bir parça. Tüm evrenin temelinde yatıyor.

Atom.

Her şeyin yapıtaşı.

Şimdi.

Bu zamana kadar Newton’dan, hatta daha öncesinden başladık ve Einstein’a kadar geldik. Klasik Fizikten bahsettik. Newton’ın eksiklerini Einstein düzeltti. Ve bir noktada evreni anladığımızı düşündük. Her şey çok güzeldi.

Galaksilerin, yıldızların, tüm gök cisimlerinin, dünyadaki her şeyin nasıl hareket ettiğini, ne tür kurallara bağlı olarak yaşadığını anladığımızı düşündük. Bir tür “her şeyin teorisini” ortaya çıkarmıştı insanoğlu.

Ama.

Daha fazla yanılamazdık.

Aslında çok çok az şeyi anlamış, çok çok çok az şeyi anlatabilmişiz.

Böyle düşünmemizin sebebi de işte az önce bahsettiğim her şeyin yapıtaşı atomlar.

Çünkü atom dediğimiz varlığın dünyasında yüzyıllar boyunca emek emek oluşturduğumuz tüm kurallar yerlebir olmuştu. Her şeyi açıkladığını düşündüğümüz tüm formüller, tüm denklemler bütün geçerliliğini yitirmişti.

Bildiğimiz her şey.

Yalan olmuştu.

Artık mekanın yeni bir sahibi vardı.

Klasik fiziği çocuk oyuncağı gibi gösterecek yeni bir yasa.

KUANTUM FİZİĞİ!

Diğer adıyla KUANTUM MEKANİĞİ!

Dediğim gibi. Tüm yıldızları, tüm maddeleri oluşturan atomların, atom altı mikroskobik parçacıkların evrenini yöneten kurallar bütünü.

Ve bu dünyaya girmeden, bu evrene adım atmadan da anlamamızın çok mümkün olmadığı kurallar bunlar.

Günlük hayatımızda, kendi gözümüzle tanık olsak büyük ihtimalle aklımızı yitireceğimiz gerçeklere, olaylara gebe bir evren.

O yüzden. Sizden konuya girmeden önce her şeyi. Ama bildiğiniz her şeyi unutmanızı rica edeceğim. Bu zamana kadar öğrendiğiniz tüm fizik bilgilerini, benim önceki videolarda anlattığım her şeyi. Unutun.

Öncelikle şunu belirtelim. Tüm bu çılgınlığın, tahmin edilemezliğin ötesinde, KUANTUM FİZİĞİ tartışmasız bilim tarihinin en başarılı ve en çığır açan gelişmesidir. Bu serinin sonunda neden olduğunu çok daha iyi anlayacaksınız.

Peki.

Bu kadar inanılmaz gelen, bu kadar sıradışı olan, henüz 100 yıl önce hayatımıza girmiş bu yasaların gerçek olduğunu nereden biliyoruz?

Çünkü.

Hiçbir yasanın test edilmediği kadar test edilmiş ve her seferinde istisnasız tüm testlerden geçmiştir kuantum mekaniği.

Ve şunu da unutmamamız gerekiyor.

Her ne kadar klasik fiziği çok sevsek de, Newton’a, Einstein’a hayranlığımızın sınırı olmasa da Kuantum Fiziği temelde atomların evrenini anlatmaktadır.

Ve atomlar ve atom altı parçacıklar da bildiğimiz her şeyin temelinde yattığına göre aslında Kuantum Fiziği bize “asıl gerçekliği”, her şeyin açıklamasını sunuyor. Ve belki de “NEDEN BURADAYIZ” sorusunun cevabına bizi en çok yaklaştıran açıklamayı da KUANTUM sunuyor bize.

Peki. Nasıl bulduk Kuantum Fiziğini?

Hikayesi de bir o kadar ilginç.

Her şey yine IŞIKLA başladı.

KARA CİSİM IŞIMASI ya da RADYASYONU diye bildiğimiz olayla.

İsim sizi korkutmasın.

Basit haliyle şundan bahsediyoruz.

Mutlak Sıfırdan. Duymuşsunuzdur belki. Doğada bir maddenin ulaşabileceği en düşük sıcaklık -273.15 Santigrat derecedir. Ve hiçbir madde de bu sıcaklığa sahip olamaz zira bu sıcaklık bir maddenin enerjisinin de sıfırlanması anlamına gelir. Bilim insanları hala uğraşıyorlar ama bir maddeyi bu seviyeye kadar soğuttuğunuzda çok acayip durumlar ortaya çıkıyor.

İşte bu sıcaklığın üstündeki her şeyin. Evrendeki her şeyin bir sıcaklığı var. Ve sıcaklığı olan her şeyin de bir enerjisi. Ve enerjisi olan her şey. Ama her şey de bir IŞIK kaynağıdır. IŞIK yayar.

Biz de mi ışık yayıyoruz? Evet. Gözle görülebilir skalanın dışında olduğu için göremiyoruz haliyle. Çünkü bizim ısı ve enerji düzeyimiz ile kızılötesi ışık yayıyoruz. Gözlemlenmesi imkansız değil ama. Herhangi bir termal kamera ile çok rahat görebilirsiniz insanın yaydığı ışığı.

Sen bir ışık kaynağısın. Bunu bir dakika bir düşünün istiyorum. Çok güzel değil mi?

Neyse.

İşte her şey ışık yayıyor dedik ya. Ama her şey farklı ışık yayıyor. Her madde ısıtıldığında, farklı sıcaklıklarda, farklı dalga boylarında, gözle görülebilen veya görülemeyen, x-ışınlarına, gama ışınlarına uzanan skalada ışık yayıyor.

Mesela bazı metalleri ısıttığınızda kırmızıdan sarıya, oradan beyaza ve sonra maviye dönen bir renk görürüz.

Hatta bazı gök cisimlerinin sıcaklığını da bu şekilde ölçüyoruz. Mesela bir nötron yıldızı hep mavi olarak resmedilir. Bunun nedeni de yüzey sıcaklığının çok çok yüksek olmasıdır.

İşte soru bu.

Neden. Her madde. Farklı sıcaklıklarda, farklı renklerde ışık yayıyordu.

Çok basit bir soru gibi ama değildi işte.

Çok uzun süre boyunca birçok bilim insanı bunun üzerinde çalıştı. Ama bir türlü bir cevap bulunamıyordu.

Bunun en belirgin göstergesi de ampulün icadından sonra karşımıza çıkacaktı. Bilim insanlarının hiç tahmin edemeyecekleri bir durum.

İşin içinde yine cam prizma var.

Renklerle ilgili videoyu hatırlarsanız orada da bir cam prizma sayesinde Newton renklerin nasıl oluştuğunu bulmuştu.

İşte bilim insanları özellikle ampulün icadından sonra daha verimli ampuller bulmak ümidiyle farklı materyallerle çalışmalar yapıyorlardı ve farklı gazları ısıttıklarında çok garip bir şey fark ettiler.

Gazlar ısıtıldığında ortaya çıkan aleve bir prizmadan bakıldığında renklerin farklı farklı çizgiler halinde, birbirlerinden çok ayrı şekilde durduğunu gördüler.

Kalemle çizilmiş gibi.

Normal şartlarda renklerin kesintisiz, bir gökkuşağı gibi görünmesi gerekiyordu ama bu nasıl olmuştu şimdi?

Kimse ama kimse doğru düzgün bir cevap, bir formül geliştiremiyordu işte bu soruna.

Bir kişi hariç…

Bu soruyla, Termal Radyasyon ile kafayı ciddi ciddi bozmuş bir adam.

Bilim tarihinin en önemli buluşlarından birini, onlarca kez başarısız olsa da, her seferinde çuvallasa da asla vazgeçmeyerek, yıllarca tek bir soru üzerine çalışarak, gecesini gündüzüne katarak tek bir sorunun cevabını bulmaya kendini adamış bir adam.

Ve buluşu ile dünyayı tamamen değiştirecek bir adam.

MAX PLANCK!

Dedim ya. Adam takıntılıydı. Denemediği yol kalmamıştı. Bu durumu açıklamak için kullanmadığı formül kalmamıştı.

Ta ki denkleme bir sabit ekleyene kadar.

Planck Sabiti adını verdiğimiz sabiti ekleyene kadar.

Yıl tam olarak 1900.

Bu sabiti ekler eklemez resmen birden tüm taşlar büyük bir gürültüyle yerine oturmuş ve bir maddeden yayılan ışığın hangi dalga boyunda yayılacağını açıklamıştı.

Bu formülle birlikte söylediği şuydu.

Bir maddenin belli bir dalga boyunda ışık üretebilmesi için bir fedakarlık yapması gerekiyordu.

Bu da enerjiydi.

Ve her dalga boyunda bir maddeden yayılacak enerjinin de belli bir limiti vardı.

Örneğin düşük frekansta ışık yayan bir madde düşük enerji, yüksek frekansta ise yüksek enerji harcaması gerekiyordu.

Ve işte bu sabit, bu limitleri, her dalga boyunda yayılan enerjinin minimum miktarını bize anlatıyordu.

Ve ışığın da dalga değil aslında bir parçacık da olduğunu. Paketler halinde yayıldığını. Bu paketlere de “quanta” adını vermişti. Adet, miktar anlamına gelen kelime. Çoğulu da “QUANTUM”dur. Ve işte KUANTUM TEORİSİNİN başladığı yer de tam olarak burasıydı.

Bu bulgusu o an için pek bir şey ifade etmeyecekti.

Kendisi için bile. Bir başarı elde etmiş ama sonuçlarından çok emin değildi.

Hatta bu bulgusunu yayımlamamayı bile düşündü.

O zaman için ne kendisi, ne çevresindekiler, ne bilim dünyası.

Hiç kimse Max Planck’ın tüm dünyayı kökünden değiştireceğini, klasik fiziğin temellerini sarsacağını, yerle bir edeceğini, tüm insanlık için devasa bir kapıyı sonuna kadar araladığını bilmiyordu. Farkında değildi.

Bir adam hariç.

Tahmin edin kim?

Tabi ki Albert Einstein.

Bu olayın ne kadar önemli bir olay olduğunu ilk fark eden de yine Einstein olacaktı.

Ve bu inanılmaz bulguyu alıp geliştirecekti ve tam 5 yıl sonra, 1905 yılında bir çalışmasını yayımlayacaktı.

Bugün Fotoelektrik Etki olarak bildiğimiz etkiyi açıkladığı çalışmasını.

Daha önce Hertz gibi isimlerin de çalıştığı bu konu bir türlü anlaşılamamıştı çünkü Max Planck ortaya çıkana kadar herkes ışığın dalga olduğunu düşünüyordu.

İşte Planck ışığın foton adını verdiğimiz paketler halinde taşındığını bulduktan sonra bu Fotoelektrik Etki mevzusunu ele alan Einstein özetle şunu söylüyordu.

Bir metal yüzeye belli bir enerji düzeyine sahip bir ışık parçası, yani foton metaldeki atomda bulunan elektronlara çarptığında elektron serbest kalıyordu. Ve metalden elektronun resmen fırlamasına neden olan etkinin foton olması nedeniyle fotoelektrik etki adını verdi.

Bu arada fotoelektrik etkinin neden önemli olduğuna dair birkaç örnek vermek gerekirse günlük hayatta kullandığımız birçok sensör, güneş panelleri ve hatta fiberoptik kabloların icadı da bu etkiye dayanmaktadır.

Ve garip bir bilgi daha size. Albert Einstein Nobel Ödülü aldı biliyorsunuz. Ama herkesin düşündüğü gibi Özel ya da Genel Görelilik Teorileri nedeniyle değil işte bu Fotoelektrik Etkiyi açıkladığı çalışmasıyla almıştır.

Ve çalışması 1905 yılında yayımlanmasına rağmen bu çalışmasıyla Nobel Fizik Ödülünü 1921 yılında almıştır.

Neden 16 yıl sonra?

İşte Max Planck’ın yaşadığı sorun ile aynı sorun.

Kimse bunun ne kadar önemli bir bulgu olduğunu anlamıyordu hala.

Kuantumun ne kadar sıradışı, çağ açacak bir buluş olduğunun kimse farkına varamıyordu bir türlü.

Einstein işte bu çalışmasıyla kuantum fiziğinin yavaş yavaş dikkat çekmeye başlamasına sebep olmuştur.

Fakat.

Asıl en büyük adımı başka bir adam atacaktı.

Şu fotoğrafta solda Einstein’ın yanında gördüğünüz, tırnaklarını yiyen adam.

Niels Bohr.

Einstein’dan bir yıl sonra 1922 yılında Nobel Fizik Ödülünü kazanan isim.

Kimilerine göre KUANTUM DEVRİMİNİ başlatan en önemli isim.

Kendisine Nobel Ödülünü kazandıran çalışması da Max Planck’ın formüllerinden yararlanarak ve Rutherford’un Atom Modelinden esinlenerek bugün ATOM dediğimizde aklımıza gelen, kafamızda canlanan resmi ortaya çıkaran BOHR ATOM MODELİDİR.

Bu model özetle şunu söyler. En başta da bahsettiğimiz ışığın farklı dalgalarda yayılmasının asıl açıklaması ancak atom seviyesinde anlaşılabilirdi. Ve bir atom taneciği tıpkı bir güneş sistemi gibidir.

Çekirdeğin çevresinde elektronlar birer uydu gibi hareket eder. Ve atoma enerji yani ısı verildiğinde bu elektronlar ve atom kararsız hale gelir. Tekrar kararlı hale gelmek içinse kendisine verilen enerji ya da ısı miktarı kadar FOTON yayar, fırlatır. Artık ne derseniz.

Ama işte “bu kararsızlık” hali Kuantum Dünyasının en anlaşılmaz olaylarından birini bize gösterdi.

Çok acayip gerçekten.

Şimdi güneş sistemine benzettik. Mesela dünya çevresinde ayın belli bir yörüngede döndüğünü biliyoruz. Ama birden fazla yörünge bulunduğunu düşünün. Yani ayın dönebileceği alternatif yörüngeler. İşte atom çekirdeğinin çevresinde dönen elektrona enerji verildiğinde ne oluyor biliyor musunuz? Elektron birden, aniden, farklı yörüngelere sıçrıyor. Bir o yörüngeye, bir diğer yörüngeye. Ama bir geçiş yok. Yani bir hareket gözlemlenmiyor. Bir bakıyorsunuz elektron bir yörüngede, bir daha bakıyorsunuz bir başkasında.

Sıçrıyor. Bir anda. Mesela güneş çevresinde dönen gezegenleri düşünün. Marsın birden Jüpiterin yörüngesine geçtiğini. Sıçradığını.

Kuantum Sıçraması.

Duymuşsunuzdur belki. İşte bu tabirin kaynağı da burasıdır. Elektronların sıçraması.

İşte klasik fiziğin de tüm silahlarını bırakıp teslim olduğu yer burası.

Beyler benden bu kadar. Gerisi sizin artık dediği yer.

Ama tabi Einstein öncülüğünde bir grup bilim insanı için bu kabul edilemez bir şeydi.

Ve bu bir savaş haline gelecekti. Büyük bir savaş.

Şu fotoğrafı görmeyen yoktur herhalde. İnsanlık tarihinin en önemli dâhilerinin bir araya geldiği bir tür yıldızlar karması. Einstein, Max Planck, Niels Bohr, Heisenberg, Lorentz, Max Born, Dirac, Compton, Broglie, Shrödinger, Fowler ve Marie Curie. Yok yok neredeyse. İnanılmaz bir ortam.

İşte Kuantum Fiziği ile Klasik Fiziğin en büyük savaşlarından birinin başladığı yer olarak da tarihe geçer. Einstein’ın neredeyse kendisinin başlattığı kuantum dünyasına karşı kılıçları çektiği konferans.

Ve işte tekrar bu fotoğrafa dönersek, bu konferans sonrasında Albert Einstein ve Niels Bohr münazarası olarak bildiğimiz günlerce, aylarca sürecek buluşmaları başlamıştır. Einstein’ın türlü argümanlarla kuantum fiziğine saldırdığı, Niels Bohr’un ise cansiperane savunduğu münazaralar.

Ve bu kuantum sıçraması, olasılıklara dayalı fiziğe karşı Einstein matematikçi Cornelius Lanczos’a  yazdığı mektupta şunu söylemişti:

“Sen benim fiziğe dair tutumumu paylaştığım tek insansın: Gerçekliği basitçe, sade ve birleşik bir şey olarak kavrama inancı… Bu (belirsizlik ilkesi), Tanrı’nın elindeki kartlara çaktırmadan göz atmak gibi gözüküyor. Ama onun zar attığı ve telepatik metotlar kullanması… bir an için bile inanamayacağım bir şey.”

Biz bu konuşmasını şöyle hatırlıyoruz:

“Tanrı Zar Atmaz”

Dinle ilgili bir yorum olduğu düşünülen bu sözler aslında kuantum fiziğinin belirsizlik ilkesine karşı söylenmişti.

Niels Bohr ise bu yorum üzerine şunu söylemişti:

“Albert, Tanrı’ya ne yapacağını söylemeyi bırak.”

Sanırım burada bir soluklanmamız gerekiyor. Tüm bunları bir sindirmemiz.

İnsanın bildiği, inandığı her şeyin yerlebir olmasını hazmetmesi zor olabilir.

Bu da eğitim sisteminin en büyük sorunlarından biridir sanırım. Özellikle bilim söz konusu olduğunda insanlara bir “dogma” gibi öğretiliyor olması, eleştirel düşüncenin sürekli engellenmesi ve “her şeyi olduğu gibi kabul edin, sorgulamak size düşmez” denmesi akademinin en büyük günahıdır sanırım. Bugün kitaplara konu olan tüm bu fizik kanunlarının kaşifleri dahi bu kadar emin olmamıştır. Ki bilimin de güzelliği buradadır. Newton’ın kanunları dogmalaştırılsaydı, Einstein “bir dakka ya” demeseydi… Max Planck “bu da böyle, kabul edeyim işte” deseydi… Niels Bohr “burada bir sıkıntı var, mutlaka bir açıklaması olmalı” demeseydi… Schrödinger ve Heisenberg bir nevi “akıl savaşı” vermeseydi…

Kuantum mekaniği ortaya çıkmasaydı ne olurdu biliyor musunuz? Hala at arabalarına biniyor ve buharlı gemiler ve trenlerle seyahat ediyor olurduk…

Kuantum fiziğinde de aynı şey söz konusu. Herkes “çok anlaşılmaz, hiç kafayı yorma, kafayı üşütürsün” deyip duruyor.

Ama birileri kafa yormasaydı dediğim gibi orta çağda yaşıyor olacaktık. Neden olduğunu serinin devamında anlayacaksınız.

Ama benim sizden tek isteğim, tüm bunlardan çıkarılması gereken ders şudur… Düşünmeyi, sorgulamayı, eleştirmeyi asla bırakmayın… Sorguladığınızda ancak asıl cevaplara ulaşırsınız …

Ve her zaman olduğu gibi…

Tekrar görüşene dek…

İyi ki varsınız!

Sevgiler!

Kaynaklar:

https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/01._Waves_and_Particles/Chapter_1%3A_Atoms_and_Photons%3A_Origin_of_Quantum_Theory

What Is Quantum Mechanics? Quantum Physics Defined, Explained | Live Science

The Origins of Quantum Mechanics – Ask a Spaceman! – YouTube

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir