Kuantum mekaniği; madde ve ışığın, atom ve atomaltı seviyelerdeki davranışlarını inceleyen bir bilim dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği isimleri ile de anılır.
Kuantum mekaniği; moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik radyasyonlarla olan etkileşimlerini de kapsar.
“Kuantum” kelimesi Latince ‘quantus’ (ne kadar, ne büyüklükte vs.) sözcüğünden gelir. Bu kelimeyle Kuantum fiziğinin uğraş alanına giren, tahmin edilen ve gözlemlenen farklı birimlerdeki madde ve enerjilere gönderme yapılır. Uzay ve zaman dahi görünürde son derece kesintisiz ve sürekli olduğu halde, gerçekte birbiri ardına dizilmiş çok küçük değerlerde boşluklara sahiptir. Uzay, zaman, enerji vb.’nin bu durumu, kavram olarak “kesikli” terimiyle ifade edilir. Kuantum kelimesi de aslında bu kesikli değerleri temsil eder.
İngilizce ‘mechanics’ sözcüğü ise “bir şeyin çalışma prensibi” anlamına gelir. Kuantum mekaniğinin temelleri 20. yüzyılın ilk yarısında Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli gibi bilim adamlarınca atılmıştır.
Belirsizlik ilkesi, anti madde, Planck sabiti, kara cisim ışınımı, dalga kuramı, Kuantum alan kuramı gibi kavram ve kuramlar bu alanda geliştirilmiş ve klasik fiziğin sarsılmasına ve değiştirilmesine sebep olmuştur.
Kuantum mekaniği çok sağlam matematik temelleri üzerine kurulmuştur. Sistemlerin doğası bu matematikle modellenir. Ancak başlı başına bu modelleme kuantum mekaniğinin temel kavramlarının çözümlenmesinde yetersizdir.
Kuantum İlkelerini Şöyle Sıralayabiliriz
Her parçacık aynı zamanda Dalgacıktır: Kuantum Teorileri evrende her şeyi parçacık olarak görür.
Kuantum Durumu: Evrene (Kuantum Durumu) ya da (Kuantum Davranışı) olarak bakabiliriz.
Belirsizlik İlkesi: Kuantum düzeyinde “ışık hızı” yasağı nedeniyle sistemlerin durumları belirlenemediğinden “Belirsizlik İlkesi” hakimdir.
Üst üste gelme İlkesi: Bir sistemdeki durumlar üst üste geldiğinde, başka yeni olasılıklar meydana gelir. Gizli değişkenler gibi.
Nesnel Olasılık: Yani her şey rastlantıdır.
Correlation: Tıpatıp davranış olgusu.
Gecikmeli Seçim: Bu, beş boyutlu uzay-zaman kavramı kapsamındadır. Yalnız fotonlar değil, her parçacık (nötronlar, elektronlar, protonlar) tünel aracılığı ile (Parçacık-Dalgacık) özelliklerinden birini seçip kullanabilirler.
Süper İletken Halka: Kuantlar arasındaki bir tünel ucu, parçacığın varlığını belirtir.
Kuantum Mekaniği Tarihsel Gelişimi
1897: Pieter Zeeman, ışığın bir atom içindeki yüklü parçacıkların hareketi sonucu yayımlandığını buldu; J.J. Thomson da, elektronu keşfetti.
1900: Max Planck, kara cisim ışımasını kuantumlanmış enerji yayımı ile açıkladı, kuantum kuramı böylece doğmuş oldu.
1905: Albert Einstein dalga özellikleri olan ışığın aynı zamanda, daha sonra foton diye adlandırılacak olan, belirli büyüklükte enerji paketlerinden oluştuğu düşüncesini ortaya attı.
1911-1913: Ernest Rutherford, atomun çekirdek modelini oluşturdu. Bohr ise atomu bir gezegen sistemi gibi betimledi.
1923: Arthur Compton, X – ışınlarının elektronlarla etkileşimlerinde minyatür bilardo topları gibi davrandıklarını gözlemledi. Böylece ışığın parçacık davranışı hakkında yeni kanıtlar ortaya koydu.
1923: Louis de Broglie, dalga-parçacık ikiliğini genelleştirdi.
1924: Satyendra Nath Bose-Albert Einstein, kuantum parçacıklarını saymak için, Bose-Einstein istatistiği diye adlandırılan yeni bir yöntem buldular.
Kuantum Mekaniği Uygulamaları
Kimyasal ve fizik bilimlerinin temelleri şu temel araştırma alanları üstüne kuruludur:
- Akışkanlar Mekaniği
- Elektromanyetik
- İstatistiksel Mekanik
- Kimyasal Kinetik
- Klâsik Mekanik
- Kuantum Mekaniği
- Optik
- Termodinamik
Diğer tüm fizik ve kimya dalları, bu temel düzeneklerin uygulamalarıdır. O halde bunlara “saf”, diğerlerine “uygulamalı” fizik ve kimya gözü ile bakılabilir. Kuantum mekaniğinin mikro sistemlere uygulanması ile şu uygulamalı fizik ve kimya dalları türetilmiştir:
Anorganik Kimya, Organik Kimya, Biyokimya: Bunlar da temel uygulama dalı olan Kuantum Kimyası’nın özel olarak -sırasıyla- anorganik, organik ve biyomoleküllere olan uygulamasıdır.
Katı Hal Kimyası (Fiziği): Katı halin kuantum mekaniği
Kuantum Kimyası: Atom ve moleküllerin kuantum mekaniği (Fizik’te genelde Atom ve Molekül Fiziği ismi tercih edilir)
Nükleer Kimya (Fizik): Çekirdeğin kuantum mekaniği
Parçacık Kimyası (Fiziği): Atomaltı parçacıkların kuantum mekaniği
Plazma Kimyası (Fiziği): Plazmanın kuantum mekaniği
Sıvı Hal Kimyası (Fiziği): Sıvı halin kuantum mekaniği
Fotokimya ve fotofizik, yüzey kimyası, vb. pek çok dal da kuantum mekaniğinden uygulamalar içermektedir.
Kuantum mekaniği her ne kadar çok küçüklerin dünyasını modelleyen bir kuram olsa da uygulama alanları gerek dolaysız gerek dolaylı yollarla çok geniştir. Kuantum mekaniği biyoloji, malzeme bilimi, elektronik gibi birçok alanın günümüzdeki anlamına kavuşmasını sağlamıştır.
Laser, maser, yarı iletkenler gibi günümüzün olmazsa olmazlarının icatları, kuantum mekaniği sayesinde mümkün olmuştur. Ayrıca elektron mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu, taramalı tünellemeli mikroskop gibi biyoloji ve nanoteknolojik uygulamaların olmazsa olmazları; PET-Scan (Positron Emmission Tomography), MRI (Magnetic Resonance Imaging), Tomografi gibi tıbbi görüntüleme cihazları yine kuantum mekaniğinin bize gösterdiği belli doğa olgularını kullanarak çalışırlar. Yine tıp, nanoteknoloji, elektronik gibi birçok alanda sayısız kullanımı olan fiberler kuantum mekaniğinin doğrudan uygulamasına örnektir. Modern kimya, kuantum fikirleri üzerine inşa edilmiş ve çok karmaşık moleküllerin yapıları bu sayede anlaşılmıştır.
Kuantum mekaniği tarihi gelişimi boyunca birçok sınavdan alnının akıyla çıkmayı başarmıştır. Olguları büyük bir doğrulukla açıklaması, yeni olgulara ışık tutması bir teoriden beklenen özelliklerdir ve kuantum mekaniği bu işi gerçekten oldukça iyi başarmıştır. Kuantum fikirleri üzerine gelişen kuantum elektrodinamiği (QED) ve kuantum renk dinamiği (QCD) bu güne kadarki hiçbir teorinin ulaşamadığı hassasiyetlerde sonuçlar vermişlerdir. Ne varki geçtiğimiz yüzyılın çok büyük iki teorik açılımı bir biriyle uyuşmamaktadır. Doğada bilinen 4 kuvvetten 3’ü, elektromanyetizma, zayıf ve güçlü kuvvetler,kuantum kuramlarıyla ele alınabilirken kütle çekimin henüz tutarlı bir kuantum kuramı bulunamamıştır. Her ne kadar sicim kuramları kuantum kütle çekime aday gibi görünsede çözülmesi gereken çok büyük sorunlar halen bulunmaktadır. Günümüzde yaygın kanı kuantum ve kütle çekimin üstünde, doğrusal olmayan daha genel bir kuramın yer aldığıdır.
“Gerçek sorunu tanımlayamıyorum, dolayısıyla ortada gerçek bir sorun olduğundan kuşkuluyum. Fakat yine de ortada gerçek bir sorun olmadığından emin değilim.”
Amerikalı Fizikçi Richard Feynman
Kaynak:
- https://gizliilimler.tr.gg/
- https://www.turkcebilgi.com/
- https://tr.wikipedia.org/
- http://www.fizikmakaleleri.com/2012/12/kuantum-fizigi.html
- https://bilimfili.com/kuantum-mekanigi-bilinc-iliskisi/
- https://www.nedir.com/
- http://www.kolektif-kozmos.com/kuantum-mekanigi-bildigimiz-her-seyi-nasil-degistiriyor/
- https://www.muhendisbeyinler.net/kuantum-mekanigi/
