Enerji nelerden oluşur? Dr. Esen Ercan Alp yanıtladı
videosundan fısıltılanmıştır. Videoya ulaşmak için Linki kullanabilirsiniz https://www.youtube.com/watch?v=Wd-DwqWgVTo.
Ben ilk canavarcı soruyu sorayım. Quantum nedir hocam? Evet bu soru aşağı yukarı üniversiteyle fizik okuyan her öğrencinin ikinci veya üçüncü sınıfta karşılaştığı bir soru. Ve bu dersi alan öğrencilerin neredeyse %60- %70’i tatminkar bir cevap yaratamadıkları için de başka bir alana yöneliyorlar. Yani quantum fiziğinin dışına çıkıyorlar.
Quantum aslında 1901 yılında başlayıp da 1932 yılında biten bir düşünce silsilesi, bir düşünce zinciri. Bunun özündeki kavramlar daha önceden bizim alışa gelmediğimiz kavramlar olduğu için ilk 30 sene boyunca fizikçiler tarafından da iyi anlaşılmadığı için reddedilen hatta şey yapılan böyle moda bu geçer diyen… Geçer diyen, Einstein olabilir galiba.
Einstein mesela 1905 yılında üç makalesi var işte o mucizeyi de deniyoruz. Bir tanesi foto elektrik olayı. Sonra Nobel kazandıran ona. Kazandıran Nobel üdülü o. Şimdi oradaki ana fikir şu, isterseniz dört temelinden bahsedelim. Bahsedelim. Quantum mekanik bir tanesi enerjinin parçalıklar halinde bulunması.
Bu ne demek? Şu anda gözümüze gelen ışık enerjisi aslında parçacıklar halinde de geliyor olabilir. Fotonlar mı? Evet. Bunun temelinde en küçük parçacığına foton dersek ışığın bütün özelliklerini bu foton özelliklerinden başlayarak inşa edebiliyoruz. Ama aynı zamanda bu gelen ışık dalga gibi de hareket ediyor. Evet, doğru. Dolayısıyla ışığın parçacık gibi hareket ettiğini ve dalga gibi hareket ettiğini insanlar uzunca bir süre kabullenemiyorlar.
Aslında parçacıklardan oluştuğunu ışığın biz çok daha önceden biliyoruz. Yedi numaralı slidede alalım. Yedi arkadaşlar. Pardon. Burada bir herkesin çok yakından bildiği bir resim var. Chicago’da asılı bu resim. Tabi biz şanslıyız kendisini gerçekten görmemiz var. Bu Paris yakınlarında, Sen Nehri’nin ortasındaki bir adada çekilmiş bir pazar pikniği.
Fakat dikkat ederseniz, o suratın meşhur resmidir bu, parçalardan oluşur. Yani tek tek küçük küçük parçalardan oluşur ve bu pointillizm akımının da önde gelen bir resmidir. Şimdi dikkat ederseniz parçacıklardan ışık yaratılmıştır orada. Yani çimenlerin üzerindeki ışıklar aslında parçacıklardan oluşur. Yani insanların kafasında parçacıklardan bir bütün oluşturma fikri 1850’lerde bile vardı.
Yeni bir fikir değil. Fakat bunun bilime yansıması ve epistemolojik bir temeli oturtulması 1900’lü yılların başında. Demek ki kuantum mekanik burda ilk şeyini görüyoruz. Enerjinin parçacıklardan oluştuğu. Peki bu sadece ışık için mi geçerli? Hayır. Atomlara baktığınız zaman kristallere, maddelere, diyelim şu içtiğimiz suya. Her türlü maddeye. İçindeki titreşimler de kuantize olmuş halde.
Buna da fonon diyoruz. Foton gibi fononlar da var. Aradaki fark, fotonlar gerçek çünkü çıkarıp kullanabiliyoruz. Fononlar ise ancak atomlar birbirine bağlı olduğu zaman var olan, düşüncemizde olan bir parçacık ama varmış gibi hareket ediyor. Dolayısıyla metalleri, sememiklerin niye yalıtkan olduğunu, metallerin niye iletken olduğunu anlamak istiyorsak burada fononları bakmamız lazım. Ne farkı var fononların orada? Fononlar belirli enerji seviyelerini alabiliyorlar. Onun dışındaki enerji seviyelerini alamıyorlar. Öyle olunca bunun istatistiği yani termodinamik tarifi bu kavrama uymak zorunda ki biz fononlara bozon diyoruz. Mesela elektronlara fermyon diyoruz. Çünkü tamamen farklı istatistik davranış gösteriyorlar. Bunun dışında temel bazı parçacıklar var. Elektron mesela.
Elektronlar yeri geliyor dalga gibi hareket ediyor, yeri geliyor parçacık gibi hareket ediyor ama elektron üzerinde taşıdığı yükle bize bir kuantize olmuş bir enerji ve biçimini sunuyor. Bu ne demek? Elektronları bir araya getirdiğiniz zaman, örneğin bir gram demir aldık diyelim elimize. İçinde 10 üzeri 23 tane atom var. Bu her atomun 26 tane elektronu var. Demek ki milyar kere milyar kere milyar tane elektron var bu şeyin içinde. Biz bunların hepsini teker teker nasıl takip edeceğiz anlayacağız. Ama anlamadığımız sürece neden demirin iletken ya da bakırın daha iyi iletken olduğunu anlayamıyoruz. O zaman bu elektronların fononlarla olan ilişkisine bakmak zorundayız. Bunu da tabi kuantum mekanik bize mekanik aksamı olarak sunuyor. Dolayısıyla Japonya’daki bir elektron, İtalya’daki bir elektron ya da Türkiye’deki bir elektron hep aynı şeyi yapıyor.
Değişmiyor yani farkı bu bilimin. Bilim nerede yapılırsa yapılsın. Eğer denklemi doğru kullanıyorsanız doğru gözle yapıyorsanız aynı sonuçlara varıyorsunuz. Demek ki burada biz şeyi öğrendik yani enerjinin parçacıklar halinde olması kuantum mekaninin birinci postülası. Yani ilk kabul ettiğimiz birinci şey bu. Bunun böyle olduğunu biz baştan bilmiyoruz. Varsayıyoruz yani bu bir varsayım. İkincisi deminden beri sözünü ediyoruz. Parçacıklar dalga mı yoksa parçacık mı? Yoksa her ikisi mi? Efendim? Yoksa her ikisi mi? Aynı anda her ikisi. Doğru cevap o. İsterseniz 8 numaralı slayla gidersek göreceksiniz ki bu soru aslında millattan önce 500 yılından beri sorulan bir soru.
Parçacık mı dalga mı? Resimde gördüğünüz gri renkli kişiler bunun parçacık olduğuna inanıyorlar. Renkli olan kişiler ise bunun dalga olduğuna inanıyorlar. Bunların içinde mesela Aristo var, Huygens var, Deckard var, Alhazen var. Maxwell’e kadar geliyor bu bilinmezlik. Yani orada 2500 yıllık bir tarih görüyoruz şu anda.
2500 yıldır insanlar dalga mı, parçacık mı bunu tartışıyorlar. Tartışıyorlar. Bunu 1924 yılında bir doktor öğrencisi Paris’te, De Broil, Louis De Broil diye bir doktor öğrencisi tez olarak işliyor. Ve şöyle ilginç bir sonuca var diyor ki bu parçacıklar yani bu elementary parçacıklar, temel parçacıklar aynı anda hem dalga hem de parçacıktır. Bu tez hemen kabul edilmiyor.
Hocalar diyorlar ki böyle şey olmaz ya parçacıktır ya dalgadır bu ikisi de nereden çıktı diye ve reddediyorlar tezi. Bunun üzerine De Broil tezini Einstein’a gönderir ve incelemesini ister. Einstein bir mektup yazar komiteye der ki burada ben hiç yanlış bir şey görmüyorum. Ve 1924 yılında bu parçacık ikilemi bir anlamda çözülmüş oluyor. Yani quantum mekaniğin verdiği cevabı orada kabul ediyoruz.
Ama bunun öncesi var yani çok daha önceden Robert Young diye bir adam bu Rosetta Stone’u çözen İngiliz filozof, deneyici, doktor. Rosetta Stone’da ne olduğunu söyleyeyim de. Evet. Biyrogliflerin çözülmesini sağlayan kişi Türkçe filan da biliyor bu adam çok 13 dile yakın dil konuşan çok polymet dedikleri çok yönlü bir bilim adamı.
Ve bunlar da onun küçük başarıları esas başarıları göz hop diğinde yani astigmatizmi filan bulan adam bir deney yapıyor. Deneyi bakalım hemen çıkartabilecek miyim buradaki önümdeki slidelerden çünkü çok ilginç bir deney. Hocam slideler yanınızda liste olarak da var. Nasıl? Yanınızda liste olarak da var. Evet burada var yanımda ama şuradan önümdeki kompütürden bakmaya çalışıyorum. Hemen birden gözüme çarpma. Tamam buldum.
15 numaralı slide gidersek eğer. Evet şimdi burada gördüğünüz bir deney var buna çift yarık dediğimiz çok meşhur herkes bunu görmüştür bir şekilde yani üniversite okuyan üniversitede fen bilimleri okuyan herkes aşağı yukarı bunu görmüştür. Ama bu deney hiçbir zaman önemini yitirmez. Çünkü burada iki tane yarık var. Bu yarıklardan eğer parçacık olarak geçiyor olsaydı elektronlar. Fotonlar.
Fotonları hadi birazcık anlayabiliyoruz yani hem dalga hem şey ama parçacık elektron yani bu bildiğimiz parçacık bildiğimiz üzerinde yük olan kütlesi olan parçacığın uzağı içinde belli bir mesafe kaplayan küçük de olsa bir mesafe kaplayan tek parçacık. Bu parçacık bu deliklerin içinden geçerken eğer bir tanesinin içinden geçiyorsa parçacık gibi gidiyor paşa paşa geçtiği doğrultudaki ekranda bir isim resim yaratıyor.
Öbüründen geçirirse de öbüründen gidiyor yaratıyor ama ikisini birden açtığınız zaman çok farklı o çizgi çizgi gördüğümüz alt tarafta deneyi görüyoruz. Sonuç görüyoruz. Bu ne demek demek ki bu parçacık aynı zamanda dalga ama bunu gözebildiğiniz zaman ne oluyor bunu eğer yarıklardan tekini kapatırsanız bu şeyi yok oluyor. Dolayısıyla hem aynı anda parçacık gibi hareket ediyor hem de aynı anda dalga gibi hareket ediyor.
Bunu kuantum mekanik’in önemli prensiplerinden birisi olarak algılıyoruz. Yani parçacık dalga ikilemi bize aslında görmediğimiz küçük objelerin protonlar elektronlar bunların farklı hareket etleri gösteriyor. Fakat ilginçtir 1990’larda karbon atomunun 60 tanesinin bir araya gelip bir top olduğunu gördük.
Yani karbon topları var.