Cevap : Kuantum Kuramı

Kuantum devriminin ilk evrelerinde üç büyük fizikçinin öne çıktığı görülür
Bunlar ufukta belirmekte olan gözlemlerin ilk kavranışını disiplinli içgüdülerle sunan Max Planck, bu düşünsel serüvene en az görelilik kuramı kadar derin bir bağlılıkla sarılan Albert Einstein, devrimi en kritik dönüm noktasına taşıyan, Neils Bohr’dur Her üç öncü de yeni fiziğin zorunlu kıldığı tuhaf sonuçları klasik fizikle bağdaştırma göreviyle karşı karşıya kaldılar ve kendine özgü biçimde kısmen başarısızlığa uğradılar Bohr ve Einstein yeni fiziğin en çarpıcı özellilerini çabucak benimseyerek fiziksel gerçekliğin daha derinlerine cesaretle daldılar 1900-1925 yılları arasında yapılan bu çalışmaların hiçbiri tam başarıya ulaşamadı ve devrimi tamamlamak bir başka kuantum kuramcıları kuşağına düştü Bu ikinci kuşakta Werner Heisenberg, Ervin Schrödinger, Wolfgong Pauli ve Louis de Broglie yer alır Onlardan kalan miras ise kuantum mekaniğidir Düşünsel düzeyde diğerlerinden daha çetin, hayal etmesi ve gözümüzde canlandırılması daha zor olan bir fizik dalıdır

Kuantum kuramının olağanüstü ön deyici başarıları karşısında şaşırmamak elde değil Bu herkes tarafından kabul edilmiş bir gerçektir Ancak kuramın felsefi ve kavramsal güçlükleri ve yorumu konusunda hala tartışmalar sürdürülmektedir (1) Bu çalışmanın birinci kısmında kuantum kuramının evrimi ve klasik kuantum kuramı, ikinci kısmında modern kuantum kuramı ve temelleri, üçüncü kısımda kuantum kuramının fiziksel yorumları, dördüncü kısımda kuantumlu alanlar kuramı ve fiziksel yorumları, beşinci ve son kısımda da mezoskopik fizik ele alınacaktır

Kuantum Kuramının Evrimi

1859’da Gustav Kirchoff, siyah cisim ışınımı hakkında bir teori ispatlamıştır
Siyah cisim, üzerine düşen bütün enerjiyi soğuran bir nesnedir ve hiç ışık yansıtmadığı için gözlemciye siyah görünür Siyah cisim aynı zamanda mükemmel bir termal ışınım yayıcıdır; ve Kirchoff, yayınlanan E termal enerjinin sadece maddenin T sıcaklığına ve radyasyonun υ frekansına bağlı olduğunu ispatlamıştır: E = J(T, υ) Kirchoff, bu enerji fonksiyonunun açık, analitik bir ifadesini bulmaları için fizikçilere çağrıda bulunur 1879’da Josef Stefan, deneysel bir zeminde, sıcak bir cismin yayınladığı toplam enerjinin, sıcaklığın dördüncü kuvvetine bağlı olduğunu ileri sürmüştür Aynı sonuca 1884’te termodinamik ve elektromanyetik teori kullanarak Ludwig Boltzmann da ulaşmıştır Şimdi Stefan-Boltzmann kanunu olarak bilinen bu sonuç, belli dalga boyları için Kirchoff’un sorusuna tam bir yanıt veremez 1896’da Wilhem Wien, siyah-cisim ışıması için bir çözüm ileri sürmüştür; ancak, dalga boyunun küçük değerleri için Wien’in çözümü deneysel gözlemlere yakın bir uyum sağlamasına karşın, Alman fizikçileri Rubens ve Kurlbaum uzak kızılötesinde bu uyumun bozulduğunu göstermişlerdir

Heiderberg’de olan Kirchoff, Berlin’e taşınmıştır, yerine Planck atanır Rubens, deneysel sonuçlarını alır, Ekim 1900’de Planck’ı ziyaret eder Planck, birkaç saatlik bir çalışma sonunda Kirchoff’un enerji fonksiyonu için doğru formülü tahmin eder Bu deneysel formül, bütün dalga boylarında deneysel verilerle çok iyi uyuşmuştur; fakat Planck bununla yetinmeyerek teorik bir çıkarımını da yapmaya çalışmıştır Bunun için, önceki araştırıcılardan farklı olarak toplam enerjinin sürekli değil de kesikli olduğu gibi bir varsayım yaparak ampirik olarak bulduğu enerji formülünü teorik yoldan da çıkarmayı başarmıştır Bu, klasik fizik kanunlarına tamamen aykırı bir hipotez olup deneyle doğrulanmaya muhtaçtır

Klasik Kuantum Kuramına Doğru

Bu yıl, kuantum düşüncesinin doğuşunun 106 yılındayız Tamı tamına 106 yıl önce, 19 Ekim 1900 tarihinde Berlin’de yapılan Alman Fizik Derneği toplantısında Max Planck, siyah cisim ışımasının frekansa göre dağılımını veren ampirik formülünü açıklayarak kuantum düşüncesine doğru ilk adımı atmıştı
Planck, ampirik formülüne yorum olarak benimsemek zorunda kaldığı enerjinin kuantumlanması hipotezini ve doğru formülü çıkarışını da 14 Aralık 1900’de Alman Fizik Derneği toplantısında sundu Planck, formülünü çıkarırken şöyle bir yol izledi: İdeal bir kara cisim gibi davranan, çeperleri T sıcaklığında ısısal dengede tutulan, iç yüzeyi girintili çıkıntılı ve üzerinde küçük bir delik açılmış bulunan bir kovuğun duvarlarındaki salınıcıların enerjilerinin υ h ’nün tam sayı katları olduğunu ve kovuktaki elektromanyetik dalgalarla enerji alışverişinin υ h birimleriyle yapıldığını ileri sürdü
Burada h , Planck sabiti olarak bilinen, doğanın yeni bir sabitidir

ν salınıcının frekansıdır Planck bu cesur atılımıyla kuantum kuramının perdesini aralamış oldu Planck varsayımı, “belli şartlar altında elektromanyetik dalgaların davranışı; c ışık hızıyla hareket eden ve her biri υ h enerjisi taşıyan ve foton olarak adlandırılan parçacıklar aracılığıyla en iyi anlatılabilir” önerisini Einstein ortaya atmadan önce fazla bir dikkat çekmedi Elektromanyetik enerjinin sürekli değil de kesikli değerler alabileceği olgusu yeni ve önemli gelişmelere yol açtı Bundan yararlanarak Einstein o zamana kadar açıklanamayan katıların ısı sığasının düşük sıcaklıklardaki davranışını yaklaşık olarak ve fotoelektrik olayını mükemmel bir şekilde teorik olarak açıkladı Fotoelektrik olay, elektronların, ışık etkisiyle belirli metallerden veya iletkenlerden sökülmesidir Einstein, yalnız bu çalışmasıyla 1921 Nobel Fizik ödülünü kazandı Daha sonraları Compton olayının ve hidrojen atomu spektrumlarının açıklanmasında da elektromanyetik salınımların kuantumlu olduğunu söyleyen Planck’ın varsayımı esas alındı

__________________