quantum fiziği

quantum fiziği
"Ayrıştır* ayrıştır* ayır

Bu işin sonu yok...”

Maurane



Quantun fiziği* müşahhas uygulamaları da olan (bilgisayarlar* laserler* CD’ler* DVD’ler* mikrocerrahi* elektron mikroskobu* MRI-Magnetic Resonance Imaging* Spektroskopi* PET-Positrone Electrone Tomography v.s...) ve günümüz biliminin en önemli mevzularından biridir.

Tabiatı anlama babında da önemli bir “devrim” olarak kabul edilmektedir. Quantum fiziği* üç kanatlı bir kapı veya pencere gibi de ele alınabilir:



Enerjinin quantlaşması

Fizik bilimi yıllarca* enerjinin “devamlı” olduğunu kabul etti. Yani* enerjinin belli bir aralık içinde* bütün değerleri alabileceğine inanılıyordu. Şöyle ki* bir araç tedricî olarak* 0 ilâ 50 km/h hızla ivmelenirken* kinetik (hareket) enerjisi 0 ilâ 15 kJ (kilo-Joule) arasında devamlılık arzedecek bir biçimde değişiyordu. 19. yy’ın başlarından itibaren* bazı araştırmalar bunun her zaman böyle olmadığını gösterdi. Bazı hallerde* enerji yalnızca determine edilmiş (kesinleştirilmiş* belirlenmiş) veya “quantifiye” (nicelenmiş* nicel değer almış) değerler alabiliyordu. İşte* quantum fiziği adını da buradan (Quantifié) aldı.



Tarihî olarak bakıldığında;

1814: Joseph Von Fraunhoffer* güneşin görülebilir spektrumunun (dalgaboyu) devamlılık arzetmediğini ve fakat siyah bandlar teşkil ettiğini tesbit etti. Gerçekte* güneş devamlılık arzeden bir ışın yayıyordu ancak* bazı dalga uzunlukları (renkler) onu çevreleyen gazlar tarafından emiliyordu;

1854: Gustav Kirchoff ışığın* madde tarafından karakteristik bir biçimde yayılmasını ve soğurulmasını (emilmesini) keşfetti. Madde sadece bazı renkleri (belli dalga uzunluklarını) soğuruyordu ve yine sadece bazı renkleri yayıyordu. Bunlara* spektral (dalgaboysal) hatlar veya karakteristik hatlar adı verildi;

1859: G. Kichoff ve Robert Bunsen iki yeni kimyevî elementin varlığını keşfetti: Caesium (55) ve Rubidium (37);

1900: Max Planck* "Kara Madde"nin ışımasını inceleyerek* Elektromanyetik Enerji’nin (Elektron Çekim Enerjisi) değişim yaptığını ve “quantik” (nicel değerler taşıyan) olduğunu saptadı. Değişimler (alışverişler)* parçalar (Enerji Tanecikleri) vasıtasıyla yapılıyordu ve “devamlılık” arzetmiyordu;

Kara Madde (Kara Cisim)* metallerin ısıtılması sonucu neden ışıklı hâle gelmediğinin açıklamasına izin veriyordu: Enerjiyi dışarıdan elektromanyetik biçimde (görünür ışık* IR- Kızılötesi* Kızılaltı UV- Morötesi* Morüstü) alıyordu. Dengeye ulaştığında* yine EM formunda* dışarıdan aldığı kadar enerji yayıyordu (ışıyordu);

Eğer enerji* devamlı bir biçimde değişiyorsa* “kara madde”* hesaplara göre* sonsuz bir enerji içerecekti ki* bu durum* “Ultraviyole-Morötesi Katastrof” (Morötesi Mahvoluş) olarak adlandırılır;

1913: Niels Bohr* elektronların enerji seviyelerinin quantifiye olduğunu (nicel değerler taşıdığı) bir atom modeli önerdi. Buna göre* elektronların total enerjisi sadece belli değerler alabilecekti. Böylece* spektral hatlar* bu belirli yörüngeler arasında* elektron sıçramalarına tekâbül edeceklerdi;

1923: Dirk Coster ve Georg Von Hevesy* Hafnium (72) isimli kimyevî elementi keşfettiler.



Foton’un keşfi ve dalga-parçacık (cisimcik) ikiliği

19. yy. İtibariyle* Fizik iki tip nesne ayırdediyordu:

-Yaygın nesneler ve materyaller ki* onlar* kütleleriyle* hacimleriyle* uzaydaki konumlarıyla* kırılmaları ve yapışmalarıyla ve boşluktan yaratılmalarıyla ve yok olmamalarıyla tanımlanabiliyorlardı.

-Ses gibi* maddi olmayan dalgalar ki* onlar* lokalize edilemiyorlardı (bir yer isnad edilemiyordu. Bir sesin kökeni keskinleştirilemez ama yerde işitilir)* birbirlerine eklenebiliyorlardı (örneğin iki nota bir müzik akordunda birbirlerine eklenebilirler ve buna interference denir)* onlar üretebiliyor ve yokedilebiliyorlardı (örneğin* bir gitar telini bükmek suretiyle).

20. yy.’ın başlarında elektromanyetizm ve ışıkla ilgili olarak keşfedilen bazı olaylar (fenomenler) –Foto-elektrik ve kara madde gibi- fizikçileri* ilkelerini yeniden gözden geçirmeye mecbur etti. Bazı dalgasal fenomenler ancak ve ancak partiküllerle (parçacıklarla) izah edilebilirdi ve “parçacıklar” aynı dalgalar gibi davranıyorlardı. Daha sonraları ortaya felsefî bir problem çıktı: Maddi bir parçacık sözkonusu olduğunda* bu dalgasal kavrama ne anlam yüklenecekti? Born* bu duruma* “Varlığın İhtimali” adını verdi.

1831: Michael Faraday* mıknatısların etrafında hatlar meydana getiren görünmez manyetik kuvvetlerin varolduğu hipotezini ortaya attı;

1861: James Maxwell* elektromanyetizma kanunlarını formüle etti. Buna göre ışık* elektromanyetik bir dalgaydı;

1887: Heinrich Hertz* elektromanyetik dalgaların* ışık ve ısı dalgaları ile aynı özelliklere sahib olduğunu iddia etti ve Maxwell hipotezini ortaya attı. Aynı zamanda fotoelektrik fenomenini keşfetti. Bir oscillator’la (harekete geçirici bir bobin sistemi* titreştirici) elektromanyetik dalgalar üretti. Bu dalgalar bir kıvılcım ortaya çıkardılar. Bu UV ışınlarının kıvılcımın oluşmasına yardımcı olduklarını gösteriyordu;

1900: Philippe Lenard* elektronun foto-elektrik olayındaki rolünü ortaya koydu. (Burada* atomun yitirdiği yükün quantifiye olmasına bile gerek yoktu.);

1905: Albert Einstein* "quantifiye olmuş ışıklı enerji modeli”ni teklif etti: Foton. Bu* kara madde içinde ve foto-elektirik olayında* enerji değişimlerinin quantifikasyonunu izah etmeye izin verdi: Bir ışık dalgasının (huzmesinin* demetinin) enerjisi “uniform” (tekbiçimli) olarak dağılmaz ve fakat* “ışık tanecikleri” içinde yoğunlaşmış (konsantre olmuş) vaziyette dağılır ki* bunlara foton denir. Fotonlar* “belirlenmiş bir miktar enerji” taşırlar. Bir Foton’un enerjisi* dalga boyuna (uzunluğuna) bağlıdır;

1923: Arthur H. Compton X ışınlarının uzunluğunun* hafif atomlar tarafından yayıldıklarında* arttığını belirledi. Bu* X ışınlarının cismî tabiatlerini ortaya koydu.

Heisenberg* Fiziğe farklı bir bakış açısı teklif etti* nesneler ölçülmüş büyüklüklerce (kütle* konum* ısı* v.s.) hiç tarif edilmemeli ve fakat diğer nesnelerle olan etkileşimleri bağlamında tanımlanmalı. (Heisenberg* Kaos teorisinin de babalarındandır.);

1924: Louis de Broglie* bütün maddi parçacıklar bir dalgaya bağlıdır hipotezini ortaya attı;

1926: Erwin Schroedinger (Alev Alatlı’nın kâbusu)* dalganın fonksiyonunun (işlevinin) zaman içinde tekâmülünü tanımladı;

Max Born* dalganın işlevine bir izah getirdi: Bir mekânda* bir parçacığın varlığının ihtimalini temsil eder;

1927: Clinton Davisson ve Lester Germer* elektronların dalgalar gibi davrandığını iddia ettiler;

1929: Estermann ve Otto Stern ağır moleküllerin de dalgalar gibi davrandığını ortaya koydular.

Işığın* parçacık mı* dalgacık mı olduğu uzun süreler tartışıldı. Newton’a göre* ışık parçacık akımıdır* bazılarına göre ise tamamen dalgacıktır. Einstein ise* ışığın hem dalgacık hem de parçacık karakterinde olduğunu ortaya koydu.

Quant (Nicel değeri olan) kavramını ilk olarak Max Planck kullanmıştır. Einstein ise quant kavramını “Foton” (Işık veren* ışık tanecikleri taşıyan parçacık) “Quant” kavramının muadili olarak kullanmıştır. Foton için* “Optik Quant” kavramı da kullanılır. Fotonlar* elektromanyetik kuvvetin interaction (etkileşim) partikülleridir. EM enerjiyi izah etmek için 2 model (teori) ortaya konmuştur: Parçacık (Partikül) Teorisi ve Dalga (Wave) Teorisi. Işık parçacıklardan meydana gelir ancak bazı açılardan da dalga gibi davranır.

Enerjik ve maddi olan ne varsa quantlardan müteşekkildir. Bir fotonun taşıdığı enerji miktarı değişebilir. Kırmızı ışık fotonu* yeşil ışık fotonundan daha az enerji taşır. Bir fotonun taşıdığı enerji miktarını bilirsek* enerji tipini belirleyebiliriz. Örneğin* kızıl ışık fotonu 20x10 üzeri-20 joule* turuncu ışık fotonu 25x10 üzeri eksi 20 joule* sarı ışık fotonu 30x10 üzeri eksi 20 joule* yeşil ışık fotonu 35x10 üzeri eksi 20 joule* mavi ışık fotonu 40x10 üzeri eksi 20 joule* eflatun (leylak) ışık fotonu 45x10 üzeri eksi 20 joule ve mor ışık fotonu 50x10 üzeri eksi 20 joule enerji taşır. Sezgisel olarak* parçacık teorisi bizi* büyük miktarda enerji taşıyan fotonun* (örneğin Mavi Işık) daha az miktarda enerji taşıyan fotonlardan (örneğin Kırmızı Işık) daha hızlı devindiğine inandırır. Ancak vakum ortamında bütün hepsi aynı hızla hareket etmektedirler. Daha fazla enerjisi olan fotonların kütlesi daha büyüktür. Bu mânâda* daha ağırdırlar ve bir bariyere (engele) çarptıklarında daha büyük bir basınca sebeb olurlar.

Matematik olarak* foton kütlesi ile enerjisi arasındaki ilişki aşağıdaki formülle belirlenmiştir:

E= mc². Enerji eşittir* kütle çarpı ışık hızının karesi.

E: Enerji.

M: Kütle.

C: Sabit* yani ışık hızı.

EM enerji* doğru şartlar altında dalga benzeri davranış sergiler. Işığın dalga teorisi* EM enerjiyi taşıyan bir tür iletici vasıtanın olması gerektiği fikrini vermiştir. Dalgalar* tüm boşluk alanında nasıl devinmektedirler? Elektrikî ve manyetik (cezbedici* çekici) kuvvetlerin varlığı sayesinde. Bütün dalgalar osilasyonların (salınım* titreşim) sonucudur. EM dalgalar* elektirik yüklü parçacıkların titreşimine bağlıdır. Dalga hareketinin iki mülkü vardır: Frekans (f) ve dalgaboyu (l ).

C: l f (c sabittir). l * metre* f saniye ve c de* metre/saniye olarak ifade edilir.

Görülebilir ışık dalgaları* milyon metre ile mikron arasındaki değerlerle ifade edilir. EM ışıma her dalgaboyunda gerçekleşebilir.

Değişik EM enerji tiplerinin dalga uzunlukları:

Uzak X ışınları: 10 üzeri eksi 9 metre

Yakın X ışınları: 10 üzeri eksi 8 metre

Ultraviyole (UV-Morötesi): 10 üzeri eksi 7 metre

Kızılötesi (IR-Infrared): 10 üzeri eksi 5 metre

(Görülebilir ışık mesafesi bu ikisi arasıdır.)

Uhf radyo dalgalar: 10 üzeri eksi 1 metre

Mikro dalga: 10 üzeri eksi 2 ile 10 üzeri eksi 1 arası

FM (Frequency Modulation): 10 üzeri 1 ile 10 üzeri 0 arası

Kısa dalga: 10 üzeri 2 ile 10 üzeri bir arası

Uzun dalga: 10 üzeri 3 metre

EM dalgalar* su gibi maddelerin içinden geçerken vakuma göre daha yavaş hareket ederler. Işık hızı da bazı maddelerin içine düşmektedir.

Einstein’in E=mc² denklemi relativite (görelilik* izafiyet) teorisinin en önemli sonuçlarından biridir. Madde ve enerji aslında aynı şeyin ayrı tezahürleridir. Bu bağlamda kolaylıkla ışığın madde olduğu söylenebilir. Madde enerjiye dönüşebilir. Bunun en tipik örneği atom bombasıdır. Fakat henüz* enerjiyi maddeye çevirme yöntemi geliştirilememiştir. Ancak birgün bunun olacağına şüphe yoktur. Kâinat* bütün boşluğa (eter) sürekli enerji gönderir ve bunun sonucu (kaderi) soğuk oluşumudur.

Genel relativite teorisine göre* madde ve enerji birbirine dönüşür* hızlı hareket eden* yavaş hareket edene göre daha konsantredir (yoğundur)* bir nesnenin uzunluğu hareket doğrultusunda kısalır* zaman farklı farklı hızlarla akar* ışık çekim (gravity) alanlarında eğilir ve buna bağlı olarak gecikir* bir enerji aksiyonsuzluk kütlesine impulsif (itici) olarak katıldığında kütle buna cevab verir* büyür. Uzay ve zaman aynı şey değildir ama bir birlik (tevhid) oluştururlar ve birbirlerini sürekli örerler. Enerji çok hızlı bir madde veya madde çok yavaş bir enerjidir. Aradaki fark* “HIZ”dır.

Zaman enerjisi varlıklar tarafından soğurulur* zaman enerjisini yitiren bir varlık ömrünü tamamlamış olur. Zaman enerjisinin değişkenliğe sahib olması* onun hâdiselere ve yüksek frekans ışınlarına enerji kattığını gösterir. Zaman* bir olayın başında ve nihayetinde aynı akmaz. Elektrik akımının bir iletici vasıta (conductive medium) ile iletilmesi gibi* canlılığın iletimi (biologic conduction) için de* genetik (tekvin) birimlerine ihtiyaç vardır. Bu birimler zaman enerjisine uyum sağlamış sarmal (heliks) biçimini almış ve varlığın biyolojik kaderi meydana gelmiştir.

Ay* dünyadan yaklaşık 400.000 km. uzaklıktadır. Işık* bu mesafeyi yaklaşık 1.25 saniyede kateder. Dünya üzerinde bulunan ve adına M (Moon) diyebileceğimiz bir ay saati olsa* bu saat dünya saatine göre 2.5 saniye geç kalır. Dünya ile ayın orta noktasında ise M saati dünya saati E’nin (Earth) 1.25 saniye gerisinde kalır. Ayın dünyayı eliptik olarak çerçevelediğinde ise M ve E saatleri aynı değerleri gösterirler. Hiçbir yerde fark 2.5 saniyeyi geçmez. Bunun nedeni* EM ışımanın en büyük sür’ate sahib olmasıdır.

Uzay-Zaman (Space Time) ölçme sistemi kullanıldığında “Senkronizasyon” (eşzamanlılık) kaybolmaktadır. Yani* aynı olan iki olayı zaman mesafesi ayırır. Bazı varlıkların görünmezliği de bu “Asenkronizasyon”la (zaman bariyeri) izah edilir.

Zaman yüksek hızlarda yavaşlar. Yarı ömürleri çok kısa olan ışınlar* iki gök cismi arasında diğerine ulaşmadan ölmeleri gerekirken* zamanın yavaşlamasına bağlı olarak menzile ulaşabilmektedirler. Burada* ömür değişmemekte fakat uzaydaki zaman akışı değişmektedir.

Çekime (gravitation) bağlı olan geç yaşlanmayla* ışık hızına yakın hızlardaki geç yaşlanma aynıdır. Işık hızının %99’una ulaşıldığı zaman 7 misli hızlanır. Işık hızının % 99.9’u mesabesinde ise çok geç yaşlanılır* zaman adeta durur. Işıktan ne kadar yavaşsak zaman o kadar hızlı akar* ışık hızına ne kadar yaklaşırsak* zaman o kadar yavaşlar ve buna bağlı olarak varlığın yaşlanması geriler. Zaman değişken* mekân ise geçicidir.

Ancak 2000 yılında yapılan bir laboratuar deneyi* Relativite teorisinin koyduğu “Işık Hızı Yasağı”nı (Işık hızının aşılamaz olduğu tezi) kırdı. Daha önceki yıllarda da* teorik olarak ışık hızının %120’sine sıçrayabilen enerjilerin varolduğu saptanmıştı.

Genel relativite teorisine göre kâinat* çekim etkisinin sonucu yassılaşmıştır* eğilip bükülmüştür. Uzay-Zaman boyutunun çekim etkisiyle geometrik olarak bükülmüşür. Kâinat’ta hiçbirşey doğrusal (lineer)* düz ve sonsuz değildir. Madde olmaksızın kâinat düzdür fakat içine madde girdiğinde* bu madde kendi eylemsizlik (durgunluk) kütlesine eşdeğer bir çekim alanı teşkil eder. Bu çekim alanı kâinatı çukurlaştırır. Işık da bu yolu tâkib etmek mecburiyetinde olduğundan* çukurlarda zaman kaybeder.

Çekimin hızı ışık hızına eşittir* o hâlde hızlanan (hızını arttıran) bir cisim* çekime daha az bağımlı olur. Çekime bağlılığı azaldığı nisbette de maddi niteliğini yitirir. Hızlı olan* hareketsiz olanın (ya da az hareketli olanın) “geleceğine sıçrar* ulaşır”.

"Herşey zıddıyla kâimdir” hakikatinin gereği olarak* Madde’nin de bir karşıtı veya simetriği mevcuttur. Anti-madde (Karşıt madde* zıt madde). Madde artı değerlidir* sıfırdan daha ağır* uzun* buna mukabil yavaştır. Enerji* ışık hızında devindiğinden sıfır değerlidir. Madde* kütlesini bu hızda muhafaza edemez* quantlara (boyutsuz* ağırlıksız) varlıklara dönüşerek kütlesini yitirir* sıfırlar. Işık hızına ulaşan bir insanın öz kütlesi 0 grama iner* boyu da 0 cm’dir* maddi varlığı ortadan kalkar. Eğer* ışık hızının ötesine ulaşılırsa bu kez eksi değerden sözedilir. Bu değerler elimizdeki mevcut araçlarla ölçülemez. Dolayısıyla böyle bir varlık ölçülemez ve görülemez. İşte örneğin şuur böyle bir varlıktır* yani uzay-zaman boyutunun dışında beşinci bir boyuttur. Eksi bir uzay-zaman boyutunda Nûr (enerji) olarak mevcuttur. Bu eksi parçacıklara “Takyon” adı verilmektedir. Kelime* Yunanca “Tac h " (Tahi-hızlı) kelimesinden köken alır ve hızlı parçacık anlamına gelir. Enerji maddeye hükmeder* Takyonlar ise (örneğin şuur) enerjiye hükmederler.

Takyonlar Âlemi’nde* varlıklar* 100.000 km. uzunluğunda ve eksi 100.000 kg. Ağırlığında olabilmektedir* bunlara latif varlıklar da denilebilir. Hareket ışıktan daha hızlı* ışık hızını da aştığı için yeni bir kütle kazanır fakat bu kütle eksidir. Buradaki olasılıklar da* maddi âlemdeki olasılıklara göre katbekat fazladır. Herşey ışıktan daha hızlı bir osilasyona (salınım* titreşim) sahib olduğu için maddi âlem tarafından idrak edilemez. Bu âlemin diğer ismi “misâl âlemi”dir. Bu âlemde herşey* madde âleminin tersine davranır* yere düşmez yukarı hareketlenir. İnsan* üç boyut (genişlik–uzunluk-yükselik/derinlik) yani mekân (uzam)+zaman boyutu (soyut bir koordinat). Bunlar maddi âlemin hâkimleridir+Şuur’un (maddi boyutlara hükmeden takyonik boyut) birleşimi olarak karşımıza çıkar. Bu bağlamda şuur* ÜST MÂNÂ buududur. Şuur’un tecelligâhı kuvvetle muhtemel beyindir. Beyin* müşahhas bir varlıktır ancak düşünceler* duygular* rüyâlar v.s. mücerret varlıklardır* ölçülemezler* elle tutulup* gözle görülemezler* ama insanı yönetirler. İşte bu takyonik varlıklar sayesinde bedenimizi terkeder* bilmediğimiz yerlere gider* sayısız fantezi üretiriz* hatıralarla başbaşa kalabiliriz. İşte bu noktada* bütün varlıkların* aşk* duygu* sevgi* düşünce* rüyâ* hayâl* zekâ* idrak* akıl vs. maddi bedenin eşdeyişle beynin bir işlevi olup olmadığı tartışılır hâle gelmekte ve cevab olarak* “değildir” daha kuvvetli görünmektedir.

Son elli yılda quantların alt yapıları incelenmiş ve birçok sub-quantic (Quant-altı) varlığa ulaşılmıştır: Bunlar* Hadron (Yunanca Hadra: Boncuk kelimesinden)* Meson (Yunanca Meso: Orta kelimesinden)* Hiperon (Yunanca İper: Yüksek kelimesinden)* Lepton (Yunanca Leptos: İnce kelimesinden)* Barion (Yunanca Varos: Ağır kelimesinden)* Pion (Latince öncü anlamında)* Nucleon (Latince nucleus: Çekirdek kelimesinden)* Muon gibi isimler alırlar.