göçmenoğlu
Kayıtlı Üye
Kuantum Fiziği Teorisi Nedir?
Kuantum teorisi, atomik olaylardaki enerjiyi açiklamaya yarayan bir fizik teorisidir. Kuantum kelimesi yalniz basina kullanildiginda bir sistemin degistirebilecegi enerjinin küçük bir kismi anlamina gelir. Mesela foton, elektromanyetik radyasyon kuantumudur. Kuantum teorisi enerjinin devamli olmadigini ve seviyelere sahip oldugunu, bu seviyelerin küçük kademeler halinde degisebilecegini matematik ifadelerle açiklar.
Mesela; bir atomda elektronlarin çekirdek etrafinda kendi yörüngelerindeki hareketleri, siyah cismin küçük miktarlar halinde isi yaymasi(Max Planck'in siyah cismin radyasyonunu bulusu), fotonun elektromanyetik radyasyonu (Bohr teorisi), fotoelektrik olayi, atom spektrumu (tayfi) kuantum teorisi ile izah edilebilir. Kuantum teorisi üzerine yapilan çalismalar sunlardir:
Plank'in radyasyon teorisi:
1901 senesinde Alman fizikçisi bir cismin ufak bir oyugundan yaydigi isi enerjisinin frekans dagilimini (radyasyonunu), isigin elektromanyetik teorisine benzeterek, cisme ait en küçük parçalarinin titresimler yaparak yaydigi enerjisine benzetmis ve matematik olarak bunu ifade etmistir. Yaptigi hesaplardan, bu titresimlerin genliklerinin sinirli olmasi gerektigini anladi. Mesela bir salinimin veya titresimin genligi 1 m veya 2 m olabilmekteydi, arada bir deger alamamaktaydi. Bunun sonucu olarak, sadece belirli genlikteki salinimlara müsaade edildiginden dolayi, enerji artik düzgün bir sekilde alinamamaktaydi veya yayilamamaktaydi. Böylece islem sarsintili olarak, müsaade edilen bir genlikten diger genlige siçrayarak ortaya çikacakti. Böyle bir siçramayi ortaya çikarmak için gerekli olan enerji miktarini bir kuantumluk enerji olarak isimlendirdi. Ayrica bir kuantumluk enerjinin, salinimin frekansi ile, Planck sabiti denen sabit bir sayinin çarpimina esit oldugunu kabul etti. Bu sabite h=6,62·10-27 erg. saniye seklinde çok küçük bir deger oldugu için siçramalar da çok düsüktür.
Bu kabuller o kadar degi++++++ ki, Planck bile geçerliliginden süpheye düstü. Ancak 1905'te Albert Einstein, önemli bir adim atarak, bunlari ciddi bir sekilde inceledi. Isigin kendisinin kuantumlarin birlesmesinden meydana gelen taneciklerden ibaret oldugunun kabul edilmesi gerektigine isaret etti. Yoksa, teoride bir dengesizlik ortaya çikmaktaydi. Simdi bu taneciklere foton denilmektedir ve bunlarin enerjileri, frekanslari ile Planck sabitinin çarpimina esittir. E=h·f. Bu kabul, metalik bir yüzeye isigin çarpmasiyla bu yüzeyden elektronlarin koparilmasi olayini açiklayarak pekistirdi. Buna fotoelektrik olayi denilir.
Dalga ve parçacik teorisi:
On yedinci yüzyilda Isaac Newton, isigin parçaciklardan meydana geldigini kabul etmis ve bir geometrik optik gelistirmisti. Ancak daha sonra meydana gelen gelismeler ve isigin hizinin diger seffaf cisimlerde ölçülmesi, James Clerk Maxwell'in gelistirdigi elektromagnetik dalga teorisinin kabulünü zorlamisti. Ancak Einstein'in çalismasiyla parçacik teorisi canlanmis ve dalga teorisiyle rekabet eder duruma gelmis oldu.
Atom spektrumu (tayfi)
1993'te Danimarkali Niels Bohr kuantum fikrini, klasik teorilerin o zamana kadar açiklayamadigi, atom spektrumu teorisine tatbik ederek önemli bir adim atti. Ingiliz Ernest Rutherford'un yaptigi deneylerden, atomun minyatür günes sistemi gibi, ortasinda pozitif yüklü bir çekirdek etrafindan dönen elektronlardan ibaret oldugu kabulünü getirdi. Ancak atomu tutan elektriksel kuvvetlerin, kütle çekim kuvvetlerinden farkli oldugunu iddia eden Maxwell, elektronlarin yörüngelerinde kararli olmayacagini bildirdi. Buna göre elektronlar enerjilerini sürekli frekansa sahib olan isik seklinde yayacaklardi. Bu ise atom spektrumunda görülen ayrik frekanslari açiklamaktan uzakti. Hatta atomlarin kararli durumu bile açiklanamiyordu.
Bohr klasik teorinin kabullerinden ayrilarak bazan eskiye taban tabana zit yeni kabuller yaparak ise basladi:
Elektronlar kararli yörüngeye sahiptirler.
Yörüngelerinde bulundukça enerji yaymamaktaydilar.
Sadece belirli yörüngeler mümkündür. (Aynen Planek belirli salinim genliklerine izin verdigi gibi.)
Elektronlar bir yörüngeden diger yörüngeye siçrayabilmektedirler. Ancak bu halde meydana gelen enerji farki, foton yaymak veya almakla karsilanacaktir. Bu fotonun f frekansi da E enerji farkinin h Planck sabitine bölünmesiyle elde edilecekti: f = E / h
Bu kabuller sasirtici sonuçlar çikardi. Bohr, yüksek bir yaklasimla hidrojen atomunun spektrum frekanslarini hesapladi. Eski ve yeni kabullerin karisimi olan bu teorinin sonuçlari artik herkesin dikkatini çekmekteydi.
Bir elektronun hareketinin kuantum sayilari denilen belirli sayilara bagli oldugu anlasilmisti. Kuantum sayilari tam sayilar veya tek sayilarin yarilarindan ibaretti. Bu sayilar Bohr teorisindeki müsaade edilen yörüngelerle ilgiliydi. Bohr'un teorisiyle atomun içine nüfuz edilmekte oldugu için, bu teorinin önemi büyüktür. Ancak seneler sonra bilim adamlari, bunun da açiklayamayacagi olaylarla karsilastilar. Bunun sonucu olarak iki farkli yönden gelinerek bir modern teori gelistirildi.
Dalga mekanigi:
1923'te Fransiz Louis de Broglie, isigin dalgalar tarafindan iletilen fotonlardan ibaret oldugunu iddia etti. Ona göre elektron ve diger atomik parçaciklar da dalgalarla hareket etmekteydi. Ayrica iddiasinin Bohr'un müsaade edilen yörüngeler kabulüyle de uyustugunu gösterdiyse de pek dikkati çekmedi.
Erwin Schrödinger 1925'de bu iddianin dalga kismini alarak, Newton'un mekanigine tatbik etti. Bu yeni ortaya çikan Dalga mekanigi'ne göre elektronlar parçaciklar olarak degil, farazi bir matematiksel uzayda yayili dalgalar olarak belirmekteydi. Bu kabuller, Planck'in salinimlarinin kuantum davranislarini, hidrojen atomunun spektrumunu açiklamasi ve çok önemli kuantum sayilarini dogrudan dogruya ortaya çikarmasi yönünden, ciddiye alindi. Daha sonra yapilan deneyler De Broglie'nin madde dalgalarinin mevcudiyetini de göstermistir
Matris mekanigi:
Werner Heisenberg de 1925'de tamamen farkli bir yol takip ederek, temel fiziksel büyüklükleri düzenli bir sekilde tablolar halinde yazdi. Bunlara matris denildigi için, teorisi de Matris Mekanigi olarak isimlendirildi. Bir parçacigin koordinatini ve momentumunu (kütlesiyle hizinin çarpimi) q ve p ile gösterdiginde p kere q'nün, q kere p olmadigini ve aradaki farkinin Planck sabitiyle ilgili oldugunu kesfetti. Bu, günümüzde modern atom teorisinin temel taslarindan birini teskil etmektedir. Heisenberg'in teorisi görünüste çok farkli zannedilen Schrödinger'inkiyle ayni sonuçlari vermekteydi. Paul Dirac ise, her ikisinin klasik mekanige çok benzeyen kuantum mekaniginin özel bir sekli oldugunu gösterdi.
Belirsizlik prensibi:
Yukaridaki gelismeleri anlatan kuantum teorisi bir basaridan digerine gitmekteydi. Ancak temelinin fiziksel bakimdan tutarli oldugunda hala süpheler mevcuttur. Mesela p momentum ile q koordinatlarinin çarpiminda eger q·p çarpimi, p·q çarpimina esit degilse bu büyüklükler alisilagelen degerler alamamaktaydilar. 1927'de Heisenberg, belirsizlik prensibini ortaya koyarak bu konuda rahatlik sagladi.
''Alıntıdır''
Kuantum teorisi, atomik olaylardaki enerjiyi açiklamaya yarayan bir fizik teorisidir. Kuantum kelimesi yalniz basina kullanildiginda bir sistemin degistirebilecegi enerjinin küçük bir kismi anlamina gelir. Mesela foton, elektromanyetik radyasyon kuantumudur. Kuantum teorisi enerjinin devamli olmadigini ve seviyelere sahip oldugunu, bu seviyelerin küçük kademeler halinde degisebilecegini matematik ifadelerle açiklar.
Mesela; bir atomda elektronlarin çekirdek etrafinda kendi yörüngelerindeki hareketleri, siyah cismin küçük miktarlar halinde isi yaymasi(Max Planck'in siyah cismin radyasyonunu bulusu), fotonun elektromanyetik radyasyonu (Bohr teorisi), fotoelektrik olayi, atom spektrumu (tayfi) kuantum teorisi ile izah edilebilir. Kuantum teorisi üzerine yapilan çalismalar sunlardir:
Plank'in radyasyon teorisi:
1901 senesinde Alman fizikçisi bir cismin ufak bir oyugundan yaydigi isi enerjisinin frekans dagilimini (radyasyonunu), isigin elektromanyetik teorisine benzeterek, cisme ait en küçük parçalarinin titresimler yaparak yaydigi enerjisine benzetmis ve matematik olarak bunu ifade etmistir. Yaptigi hesaplardan, bu titresimlerin genliklerinin sinirli olmasi gerektigini anladi. Mesela bir salinimin veya titresimin genligi 1 m veya 2 m olabilmekteydi, arada bir deger alamamaktaydi. Bunun sonucu olarak, sadece belirli genlikteki salinimlara müsaade edildiginden dolayi, enerji artik düzgün bir sekilde alinamamaktaydi veya yayilamamaktaydi. Böylece islem sarsintili olarak, müsaade edilen bir genlikten diger genlige siçrayarak ortaya çikacakti. Böyle bir siçramayi ortaya çikarmak için gerekli olan enerji miktarini bir kuantumluk enerji olarak isimlendirdi. Ayrica bir kuantumluk enerjinin, salinimin frekansi ile, Planck sabiti denen sabit bir sayinin çarpimina esit oldugunu kabul etti. Bu sabite h=6,62·10-27 erg. saniye seklinde çok küçük bir deger oldugu için siçramalar da çok düsüktür.
Bu kabuller o kadar degi++++++ ki, Planck bile geçerliliginden süpheye düstü. Ancak 1905'te Albert Einstein, önemli bir adim atarak, bunlari ciddi bir sekilde inceledi. Isigin kendisinin kuantumlarin birlesmesinden meydana gelen taneciklerden ibaret oldugunun kabul edilmesi gerektigine isaret etti. Yoksa, teoride bir dengesizlik ortaya çikmaktaydi. Simdi bu taneciklere foton denilmektedir ve bunlarin enerjileri, frekanslari ile Planck sabitinin çarpimina esittir. E=h·f. Bu kabul, metalik bir yüzeye isigin çarpmasiyla bu yüzeyden elektronlarin koparilmasi olayini açiklayarak pekistirdi. Buna fotoelektrik olayi denilir.
Dalga ve parçacik teorisi:
On yedinci yüzyilda Isaac Newton, isigin parçaciklardan meydana geldigini kabul etmis ve bir geometrik optik gelistirmisti. Ancak daha sonra meydana gelen gelismeler ve isigin hizinin diger seffaf cisimlerde ölçülmesi, James Clerk Maxwell'in gelistirdigi elektromagnetik dalga teorisinin kabulünü zorlamisti. Ancak Einstein'in çalismasiyla parçacik teorisi canlanmis ve dalga teorisiyle rekabet eder duruma gelmis oldu.
Atom spektrumu (tayfi)
1993'te Danimarkali Niels Bohr kuantum fikrini, klasik teorilerin o zamana kadar açiklayamadigi, atom spektrumu teorisine tatbik ederek önemli bir adim atti. Ingiliz Ernest Rutherford'un yaptigi deneylerden, atomun minyatür günes sistemi gibi, ortasinda pozitif yüklü bir çekirdek etrafindan dönen elektronlardan ibaret oldugu kabulünü getirdi. Ancak atomu tutan elektriksel kuvvetlerin, kütle çekim kuvvetlerinden farkli oldugunu iddia eden Maxwell, elektronlarin yörüngelerinde kararli olmayacagini bildirdi. Buna göre elektronlar enerjilerini sürekli frekansa sahib olan isik seklinde yayacaklardi. Bu ise atom spektrumunda görülen ayrik frekanslari açiklamaktan uzakti. Hatta atomlarin kararli durumu bile açiklanamiyordu.
Bohr klasik teorinin kabullerinden ayrilarak bazan eskiye taban tabana zit yeni kabuller yaparak ise basladi:
Elektronlar kararli yörüngeye sahiptirler.
Yörüngelerinde bulundukça enerji yaymamaktaydilar.
Sadece belirli yörüngeler mümkündür. (Aynen Planek belirli salinim genliklerine izin verdigi gibi.)
Elektronlar bir yörüngeden diger yörüngeye siçrayabilmektedirler. Ancak bu halde meydana gelen enerji farki, foton yaymak veya almakla karsilanacaktir. Bu fotonun f frekansi da E enerji farkinin h Planck sabitine bölünmesiyle elde edilecekti: f = E / h
Bu kabuller sasirtici sonuçlar çikardi. Bohr, yüksek bir yaklasimla hidrojen atomunun spektrum frekanslarini hesapladi. Eski ve yeni kabullerin karisimi olan bu teorinin sonuçlari artik herkesin dikkatini çekmekteydi.
Bir elektronun hareketinin kuantum sayilari denilen belirli sayilara bagli oldugu anlasilmisti. Kuantum sayilari tam sayilar veya tek sayilarin yarilarindan ibaretti. Bu sayilar Bohr teorisindeki müsaade edilen yörüngelerle ilgiliydi. Bohr'un teorisiyle atomun içine nüfuz edilmekte oldugu için, bu teorinin önemi büyüktür. Ancak seneler sonra bilim adamlari, bunun da açiklayamayacagi olaylarla karsilastilar. Bunun sonucu olarak iki farkli yönden gelinerek bir modern teori gelistirildi.
Dalga mekanigi:
1923'te Fransiz Louis de Broglie, isigin dalgalar tarafindan iletilen fotonlardan ibaret oldugunu iddia etti. Ona göre elektron ve diger atomik parçaciklar da dalgalarla hareket etmekteydi. Ayrica iddiasinin Bohr'un müsaade edilen yörüngeler kabulüyle de uyustugunu gösterdiyse de pek dikkati çekmedi.
Erwin Schrödinger 1925'de bu iddianin dalga kismini alarak, Newton'un mekanigine tatbik etti. Bu yeni ortaya çikan Dalga mekanigi'ne göre elektronlar parçaciklar olarak degil, farazi bir matematiksel uzayda yayili dalgalar olarak belirmekteydi. Bu kabuller, Planck'in salinimlarinin kuantum davranislarini, hidrojen atomunun spektrumunu açiklamasi ve çok önemli kuantum sayilarini dogrudan dogruya ortaya çikarmasi yönünden, ciddiye alindi. Daha sonra yapilan deneyler De Broglie'nin madde dalgalarinin mevcudiyetini de göstermistir
Matris mekanigi:
Werner Heisenberg de 1925'de tamamen farkli bir yol takip ederek, temel fiziksel büyüklükleri düzenli bir sekilde tablolar halinde yazdi. Bunlara matris denildigi için, teorisi de Matris Mekanigi olarak isimlendirildi. Bir parçacigin koordinatini ve momentumunu (kütlesiyle hizinin çarpimi) q ve p ile gösterdiginde p kere q'nün, q kere p olmadigini ve aradaki farkinin Planck sabitiyle ilgili oldugunu kesfetti. Bu, günümüzde modern atom teorisinin temel taslarindan birini teskil etmektedir. Heisenberg'in teorisi görünüste çok farkli zannedilen Schrödinger'inkiyle ayni sonuçlari vermekteydi. Paul Dirac ise, her ikisinin klasik mekanige çok benzeyen kuantum mekaniginin özel bir sekli oldugunu gösterdi.
Belirsizlik prensibi:
Yukaridaki gelismeleri anlatan kuantum teorisi bir basaridan digerine gitmekteydi. Ancak temelinin fiziksel bakimdan tutarli oldugunda hala süpheler mevcuttur. Mesela p momentum ile q koordinatlarinin çarpiminda eger q·p çarpimi, p·q çarpimina esit degilse bu büyüklükler alisilagelen degerler alamamaktaydilar. 1927'de Heisenberg, belirsizlik prensibini ortaya koyarak bu konuda rahatlik sagladi.
''Alıntıdır''
