Modern Fizik Nedir

MODERN FİZİK :

20yüzyılın başlarında ( ilk 30 yıl ) iki yeni gelişme olduBunlar kuantum teorisi ve rölativite teorisiydiBunlar kendilerinden önceki buluşları açıklayabilmelerinin yanı sıra yeni keşiflere de imkan sundularFiziği bugün ki durumuna değiştirip taşıdılar

RÖLATİVİTE

Michelson-Morley deneyi ile ortaya çıkan ''göreceli hız'' olayını biraz daha genişletmek için iki durum karşılaştırılabilir : Birinci durumda , 70 km ile giden bir tren ve bu trenin içinde 3 km ile trenin ilerlediği yöne doğru yürüyen bir A kişisi varDışarıda ki durgun B kişisine göre A kişisi 73 km'lik bir hızla ilerliyor gibi görünürİkinci durumda ise tren durgun ama A kişisi yine aynı yöne , aynı hızla yürüyorDışarıdaki B kişisi de ters yöne doğru 70 km ile koşuyor ( biraz yorulucak )Bu durumda da B , A'yı 73 km'lik bir hızla ilerliyor gibi görürSonuç olarak ; iki referans sistemi birbirine göre sabit hızla hareket ediyorken meydana gelen bir olay , her iki sistemdeki gözlemciler tarafından eşit özellikte ölçülürA , B'ye göre 73 km ile uzaklaşırken , B de aynı hızla A'dan uzaklaşıyor gibi görünür

Michelson-Morley deneyi , ''hızların toplanması'' kavramını doğru olarak saptayamamıştıDolayısı ile biri durgun diğeri ise ışık kaynağına doğru hareket eden iki gözlemcinin ölçeceği ışık hızının aynı , c , olacağını da teyit edemedi

Einstein ise ışık hızının sabitliği ile rölativite teorisini yanyana getirerek birleştirdi Zaman ve mekan hakkındaki sezgisel fikir ve kabullenişlerimizin yanlış olduğunu göstererek , yeniden etraflıca düşünülmesini sağladıEinstein'in bu teorisinin sonuçları olarak ; zamanda , uzunlukta ve kütlede kayma olmalıydıYani , eş iki saat durgun olduklarında aynı ancak birbirlerine göreceli hareket içindeyken farklı zaman ölçecektiEşit uzunluktaki iki çubuk göreceli hareket içindeyken farklı uzunluklarda ölçülecektiYine göreceli hareket halindeki bir cismin kütlesi,durgun olduğu zamankinden farklı ölçülecekti

Zaman ve mekan kavramları , 4-boyutlu bir sistem içinde birbirine yakından bağlıdır 3-boyutlu uzay , karşılıklı ilişki halinde olduğu ''zaman-boyutu'' ile genişlemiştirBu teorinin önemli iki sonucu vardır ; birincisi enerji ve kütlenin eşit olduğunu , yani bibirine dönüştürülebilir olduğunu söylemesidirBu yüzden nükleer fizikte çoğu kez , maddenin kütlesel miktarı belirtilmek istenirken enerjisel miktarı kullanılır , eV yada keV gibiİkinci önemli sonuç ise ışık hızına getirilen sınırlamadır

Daha önce söylendiği gibi fizik iki ayrı şekilde ele alınır ; klasik fizik ve modern fizikBunları rölativistik yada non-rölativistik olarak ta adlandırabilirizRölativistik fizikte ışık hızı ile kıyaslanabilecek derecede yüksek hızlarda hareket eden cisimlerin hareketi ele alınırDiğerinde ise , yani newton mekaniğinde , makroskopik cisimlerin hareketi ele alınırVe bu iki dünyanın yasaları birbirinden farkıdırModern fizikte F=ma direk olarak kullanılamaz çünkü bu noktada m , yani kütle de değişkendirBunun dışında , bu iki hız birbirinden keskin bir çizgi ile ayrılmaz Bazen 0,85c gibi bir hız kendisini rölativistik olarak gösterebilirken , bundan daha büyük olan 0,86c rölativistik olmayabilirBurada son olarak , hiçbir cismin ışık yada daha yüksek hızlarda var olamayacağını söylemek gerekir

Enerji ile kütle arasındaki bağıntı E=mc2' dirIşık hızı çok büyük olduğu için , kütlenin eş değeri olan enerji de dolayısı ile çok büyük olacaktırBu durum nükleer reaksiyonlarda ( reaktör ve nükleer silahlarda olduğu gibi ) ve yıldızlarda kendisini açıkça göstermektedir

Einstein'in 1905'teki ilk teorisi özel-rölativite olarak bilinirBu teori , birbirine göre sabit hızlarla hareket eden referans sistemleri içindirEinstein 1915'te teorisini genelleştirerek genel-rölativiteyi formüle ettiGenel-rölativite teorisi ise birbirlerine göre ivmeli hareketi olan referans sistemleri içindirGenel-rölativite , gravitasyonun , zaman-mekanın bir geometrisi olduğunu ve ışığın büyük kütleli ( yıldız ) cisimlerin yakınından geçerken bükülmesi gerektiğini öngörüyorduBu bükülme ilk olarak ta 1919'da gözlemlendiGenel rölativite , özel rölativiteden daha az biliniyor olsa da aslında evrenin yapısı ve evrimi konularında çok derin öneme sahiptir

KUANTUM TEORİSİ

Katı cisimlerden yayınlanan ışımalar tam anlamı ile açıklanamamıştıYine bir fizikçinin çıkıp bu konuyu da diğer problemlerde olduğu gibi fizik ile ambalajlaması gerekiyordu Açıklamayı ilk getiren kişi Alman fizikçi Max Planck olduKlasik fiziğe göre , katı cisimlerin molekülleri sıcaklıklarıyla orantılı olacak genliklerde titreşebilirdiBu düşünceye göre bütün frekanslar mümkün olmalıydıMalzemeye enerji aktarıldığı sürece termal enerjisi elektromanyetik ışımaya dönüştürülebilirdiPlanck ise , moleküler osilatörün sadece ayrık paketçikler şeklinde elektromanyetik dalga yayınlayacağını farz ettiBugün bunlara kuanta yada foton denmektedirO'na göre herbir foton, kendine has bir karakteristik dalga boyuna ve enerjiye sahip olacaktı ( dalgaboyu=c/f , f=frekans ve c=ışık hızı )Planck bu teorisi ile , ışık teorisine tekrar bir ikilem kazandırmış olduÇünkü parçacık olan bir fotonun dalgaboyundan bahsetmiş oluyorduOysa yüzyıl boyunca ışık, dalga olarak kabul görmekteydi

KUANTUM MEKANİĞİ

Bir kaç yıl içinde özellikle 1924-1930 arasında , atom altı dünyaya açıklık getirmek için , dinamiğe yeni bir teorik yaklaşım kazandırıldıBuna kuantum mekaniği yada dalga mekaniği denildiBu görüş 1923'te Fransız fizikçi Lde Broglie tarafından ortaya atıldıBroglie , elektromanyetik radyasyonda olduğu gibi maddelerin de dalgalara sahip olduğunu düşündüMaddi parçacığa eşlik eden bu dalganın dalga boyu h/mv idiBahsedilen madde dalgası , parçacığın hareketine kılavuzluk eden bir pilot gibi kavrandıBöyle düşünülmesinin nedeni , uygun koşullar altında gözlenen difraksiyonduBu da, 1927 yılında Amerikan fizikçileri CDavisson ve LHGermer ile İngiliz fizikçi PThomson'un yaptıkları elektron kristal etkileşimi deneyleri ile teyit edildiSonradan Alman fizikçiler WHisenberg , MBorn , EPascual Jordan ile ünlü Avusturyalı fizikçi ESchrödinger Broglie'nin fikirlerine matematiksel elbiselerini giydirerek daha ileriye taşıdılarBu teori artık bir çok fiziksel olay ve klasik fiziğin el bile süremediği problemlerle başa çıkabilecek kapasitesine yükselmiştiBohr'un atomik enerji düzeylerinin kuantizasyonunu teyit etmesine ek olarak , şimdi kuantum mekaniği çoğu kompleks atom için açıklamalar getirebiliyor olmasının yanı sıra nükleer fiziğe giden yolun perisi oluyordu

Her ne kadar kuantum mekaniğine genellikle makro değil de mikro dünyada ihtiyaç duyuluyor olsa da bazı makroskopik etkilere sadece kuantum mekaniği başarılı açıklamalar getirebiliyorduDe Broglie'nin dalga-parçacık ikileminin ötesinde, kuantum mekaniksel düşünce ile çok önemli kavramlar bir araya getirilmiştirSonuçta da , bir elektronun daima bir manyetikliğinin ve spin'inin olduğu keşfedilmiştirSpin temel bir özelliktir ve takip eden çalışmalarla diğer bütün temel parçacıklarda da spin görülmüştür1925'te Avusturyalı fizikçi WPauli dışarlama ilkesini ilan ettiBu ilke , aynı kuantum sayısına sahip birden fazla atomik elektronun bulunamayacağını söylüyorduAtomik bir elektronu tam olarak tanımlayabilmek için 4 kuantum sayısına gerek vardırDışarlama ilkesi elementlerin yapısının ve dolayısı ile periyodik tablonun anlaşılabilmesinde hayati önem taşır

Hisenberg 1927 de belirsizlik ilkesini ilan ettiBu ilke , iki fiziksel birimin aynı anda ve kesinlik içinde ölçülebilmesine doğal bir sınırın varlığını ileri sürüyordu Örneğin atomik bir elektronun , belirli bir anda hem enerjisi hem de pozisyonu kesinlik içinde hesaplanamaz

Sonunda kuantum mekaniği ve rölativitenin sentezini 1928'de İngiliz matematiksel fizikçi PA Dirac yaptıBu sentez pozitronun varlığını ön görmesinin yanı sıra gelişmekte olan kuantum mekaniğini doruk noktasına ulaştırdıBüyük oranda Bohr'un fikirlerinin ürünü olarak fizikte , farklı ve istatistik bir yaklaşım geliştirilmiş olduİstatistiksel olasılığın gelecek hakkındaki kehanetleri , Newton mekaniğinin deterministik neden-sonuç ilişkilerinin ayağını kaydırıp onun yerine geçtiÇünkü maddenin dalga özelliği (belirsizlik ilkesine de uygun olarak),tüm kuvvetler biliniyor olsa dahi,parçacıkların hareketinin ne olacağının asla bilinemeyeceğini söylerİstatistik yaklaşımın etki ve sonuçları her ne kadar makroskopik hareketlerde tesbit edilemiyor olsa da , moleküler,atomik ve atom altı dünyadaki rolü büyüktürYani mikro dünyada baskın olan istatistiksel kuantum mekaniğidir