Hangi kuvantum? -3-

Hayal meyal anımsamaktayım; çocukluğumun evinde bahçede çamaşır yıkanırken kullanılırdı yarım avuçluk naylon torbaları içinde Solvay Soda. Bkz. https://tr.wikipedia.org/wiki/Solvay_i%C5%9Flemi

Solvay Konferanslarının bilimsel gelişme üstündeki etki ve önemi için bkz. https://tr.wikipedia.org/wiki/Solvay_Konferans%C4%B1

Ağabeyi Maurice de Broglie’in düzenleme kurulunda olduğu bu konferanslar dizisine katılabilmek için Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie’in ne denli büyük çaba gösterdiği E. Segre’nin From X rays to Quarks (Çev. X Işınlarından Kuarklara, Ç. Tuncay) kitabında ayrıntısıyla anlatılmaktadır.

Bilindiği üzre, Louis de Broglie, parçacıkların da dalga özelliğine sahip olabileceğini kuramsal yöntemle ileri süren ilk kişidir.

Kısa geçmiş şöyledir: Max Karl Ernst Ludwig Planck’a Ludwig Eduard Boltzmann’ın fısıldadığı rivayet edilen kuvantum fikri E=enerji, h=Planck sabiti ve f=dalga frekansı olmak üzre ışık enerjisinin E=hf olacak şekilde kuvantalardan oluştuğuna dayalıdır ve 1900’da yayımlanmıştır. Bkz. https://tr.wikipedia.org/wiki/Max_Planck.

Bu fikri benimseyen Albert Einstein, üzerine ışık vurulan bazı metal levhadan çıkan elektronların ortalama enerjisinin ışık yoğunluğuna değil de ışığın frekansına doğru orantı ile bağlı olduğunu kanıtladı. Bkz. https://tr.wikipedia.org/wiki/Fotoelektrik_etkisi Demek ki, ışığın momentumu vardı ve bu değer tıpkı bilardo toplarının çarpışmasına benzer şekilde elektronlara aktarılabilmekteydi. Dalga ile maddenin enerji alışverişi yapamayacağı varsayımı altında dalgasal yapıya sahip olduğu bilinen ışığın tanecik de özelliğine sahip olduğu varsayılmıştı.

İşte bu aşamada De Broglie, taneciklerin de yani maddenin de dalga özelliğine sahip olabileceği tezini ortaya koydu ve bu önerme kısa sürede deneysel yoldan kanıtlanınca ortaya hiç beklenmedik bir sonuç çıktı. Madede dalga, dalga da madde özelliklerine sahip olabilmekteydi.

Bazı kötü/yanlış kuvantum kitaplarında “maddeye eşlik eden dalga”dan bu “maddeye eşlik eden dalganın dalga boyu”ndan falan söz edilir. Bu kavram yanlıştır. Maddeye dalga (ve tersten, dalgaya madde) eşlik etmez.

Pek çok ayrıntıyı atlayıp şunu belirtmek yerinde olacaktır. Madde ve dalga birbirinden ayrık özellikler değildir. Her nesnenin aynı anda hem madde hem dalga özelliği vardır. Yani, her nesnenin aynı anda momentumu ve dalga boyu vardır.

Ama bu nitelik, De Broglie bağıntısında görüleceği üzre küçük kütleli ve küçük enerjili maddi yapılarda belirgin yani bizim saptayabileceğimiz, ölçebileceğimiz dalgaboyları ve frekaslarda ortaya çıkmaktadır. Bbkz. https://tr.wikipedia.org/wiki/Foton#Fotonun_momentumu ve özellikle https://tr.wikipedia.org/wiki/Louis_de_Broglie sayfasındaki çerçeve içindeki eşitlikler. İlerleyen teknoloji ile birlikte daha kısa ve uzun dalgaboylarını ve daha küçük frekanslı dalgaları saptadıkça, daha büyük kütleli maddi yapıların da dalgaboylarını ve frekanslarını ölçebileceğiz.

Hangi kuvantum? -2- başlıklı yazımızdaki ip problemine geri dönecek olursak, biz yani aklımız bizimle kıyaslanabilir nesne ve olgularla haşır neşir olageldiği için çok büyük ve çok küçük nicelikleri yan yana değerlendirirken zorlanmaktadır. Dünya çevresini de, Güneş Sistemi çevresini de, Samanyolu ve hatta Evren gibi koskocaman nesneleri de sıkı sıkıya saracak bir hayali halatın yarıçapını mini minicik 1 metrecik büyütmek için hep aynı miktar yani yaklaşık olarak 6,28 metre eklemek gerekir. Ç=çevre ve R=yarıçap ise, Ç=2pR değerine eşittir. Ç+(DÇ)= 2p(R+(DR)) olacaktır. DR=1 metre için de DÇ=6,28 metre olacaktır. Dikkate değer, DÇ değeri R’den yani yarıçaptan bağımsızdır. Bu sonuca türev yoluyla da ulaşılabilir.

Bir başka ara sonuç da şudur: Bizden çok küçük yani manen uzak olan nesneleri anlamakta zorluk çeker ama öte yandan bulut gibi yakın olanları da özellik çeşitliliği bolluğu nedeniyle kavramakta zorluk çekeriz.

Şimdi gelelim, a) elektronların ve ışığın momentum yani tanecik özelliği göstermelerine; fotoelektrik olayındaki gibi ve b) elektronların ve ışığın dalgaboyu yani dalga özelliği göstermelerine; yarıklardan geçtikten sonra dümdüz gitmeye devam etmeyip dağılım yani girişim özelliği göstermelerine. İşte bu özelliğe kuvantum denir tamı tamına. Fatih Altaylı’nın https://www.youtube.com/watch?v=4RUmkgocmpA&t=2s adresindki vidyosunda sorduğu ilk sorunun yanıtı şudur: “—Nesnelerin aynı anda dalga ve tanecik özelliği gösteriyor olmalarına kuvantum diyoruz.” Ek bilgi, Werner Heisenberg’in belirsizlik ilkesi de tam da bu ikili özelliğe dayalıdır. Bkz. https://tr.wikipedia.org/wiki/Belirsizlik_ilkesi

Bu son husus, hemen her şeyi karıştırmaya hayli eğimli olduğu bilinen insan aklını ziyadesiyle karıştıra gelmiştir. Öyle ya, “—Dalga dalgalığını bilsin, tanecik tanecikliğini bilsin. Karışmasınlar ööle birbirine. Ne gereği var?!”

Aslında konu hayli yalın; de Broglie’nin adlandırdığı biçimiyle ortada ayrı ayrı tanecik ve dalgalar değil de “tanecik ve dalga ikiliği” (wave-particle duality) var.

Biz insanlar da onları yarıktan geçirirken (momentum özelliklerini filtreleyip dışarıda bırakarak) dalga özelliklerini saptamaktayız. Fotoelektrik ve benzeri diğer olaylar sırasında da (dalga özelliklerini filtreleyip dışarıda bırakarak) momentum yani tanecik özelliklerini saptamaktayız.

Derslerimde örneklediğim gibi; tartı aletine çıkarsanız boyunuzu ölçemezsiniz. Metre ile de kaç kilo olduğunuzu ölçemezsiniz. Hülasa, tartıya çıkarsanız kilonuzu, metreyle de boyunuzu ölçersiniz. Gerisi, lâkırdu lukurdu (Ãher ne demekse)…

Bir yanıt yazın