IŞIK; DALGA PARÇACIK ÇİFTİ
Kuantum fiziğinin dalga parçacık çifti ilkesi, maddenin ve ışığın, deneyin koşullarına bağlı olarak, hem dalga hem de parçacık davranışlarını sergilemektedir. Bu karmaşık bir konu, ancak fizikteki en ilgi çekici konular arasındadır.
1600'lerde Christiaan Huygens ve Isaac Newton, ışığın davranışları için birbiriyle yarışan teoriler önermişlerdir. Newton parçacık ışık teorisi olduğu halde ışık dalga teorisini önerdi. Huygensin teorisinin gözlemlerinde bazı sorunları vardı. Newton'un saygınlığı teorisine destek vermesine yardımcı oldu, bu yüzden bir yüzyıldan fazla bir süre Huygens’in teorisi baskın oldu.
On dokuzuncu yüzyılın başlarında, ışığın parçacık teorisi için karışıklıklar ortaya çıktı. Thomas Young'ın çift yarık deneyi, açıkça dalga davranışıyla sonuçlanmıştı ve bu sonuç Newton'un parçacık teorisi üzerindeki ışık dalga teorisini sağlam bir şekilde destekliyor gibiydi.
Dalga yayılması için maddesel ortamına ihtiyaç duyar. Huygens bu maddesel ortam için luminiferous aether’i (veya daha yaygın modern terminoloji, eter) önermiştir. James Clerk Maxwell, elektromanyetik radyasyonu dalgaların yayılımı olarak açıklamak için bir dizi denklem belirlediğinde, yayılma aracı olarak böyle bir eteri varsaydı ve tahminleri deneysel sonuçlarla tutarlıydı.
Dalga teorisindeki problem, böyle bir eterin bulunmadığıydı. Sadece bu kadar değil, 1720'de James Bradley tarafından yapılan yıldız sapmasında astronomik gözlemler eterin hareketli bir Dünya'ya göre durağan olması gerektiğini belirtmişti. 1800'lü yıllar boyunca, eteri veya onun hareketini doğrudan tespit etmek için, ünlü Michelson-Morley deneyiyle sonuçlanan girişimler yapıldı.
Bilim adamları eteri gerçekten tespit edemediler ve yirminci yüzyılın başlamasıyla birlikte ışığın yapısıyla ilgili büyük tartışmalara neden oldu. Işık bir dalga mı, yoksa bir parçacık mıydı?
1905 yılında, Albert Einstein, ışığın ayrı ayrı enerji demetleri (paketleri) halinde ilerlediğini öne süren fotoelektrik etkisini açıklamak için makalesini yayınladı. Bir foton içinde bulunan enerji, ışığın frekansı ile ilişkiliydi. Bu teori, ışığın foton teorisi olarak bilinmeye başlamıştır.
Fotonların yayılması için eter artık yayılma aracı olarak gerekli değildi. Daha da tuhafı, çift yarık deneyinin kuantum varyasyonları ve parçacık yorumunu doğrulayan Compton etkisi de bulunmaktadır.
Deneyler yapıldıkça ve kanıtlar biriktikçe, hızlı bir şekilde ortaya çıkan çıkarımlar endişe verici olmuştur.
Yapılan deneyler sonucu ortaya çıkan durum, ışığın hem parçacık hem de dalga teorisini desteklediği ortaya çıkmıştır.
Bu ikiliğin de maddede ortaya çıkıp çıkmadığı sorusu, Einstein'ın maddenin gözlenen dalga boyunu momentumla ilişkilendirmek için çalışmalarını genişleten cesur de Broglie hipotezi tarafından ele alındı.
Tıpkı ışık gibi, maddenin doğru koşullar altında hem dalga hem de parçacık özelliklerini sergilediği görülüyordu. Açıkça, büyük nesneler çok küçük dalga boyları sergiler, bu yüzden küçük bir dalga şeklinde onları düşünmek oldukça anlamsızdır. Ancak küçük nesneler için, dalga boyu elektronlarla çift yarık deneyi ile kanıtlandığı gibi gözlemlenebilir ve anlamlı olabilir.
Dalga parçacık ikiliğinin temel önemi, ışık ve maddenin tüm davranışlarının, genellikle bir Schrodinger denklemi biçiminde bir dalga fonksiyonunu temsil eden bir diferansiyel denklem kullanılarak açıklanabilir olmasıdır. Gerçekliği dalga biçiminde tanımlayabilme yeteneği kuantum mekaniğinin kalbinde yer alır.
En yaygın yorumlama, dalga fonksiyonunun belirli bir noktada belirli bir parçacığı bulma olasılığını temsil etmesidir. Bu olasılık denklemleri, diğer dalga benzeri özellikleri dağıtabilir, etkileyebilir ve sergileyebilir, bu da bu özellikleri sergileyen bir son olasılıksal dalga fonksiyonuyla sonuçlanabilir. Parçacıklar olasılık yasalarına göre dağıtılırlar ve bu nedenle dalga özelliklerini sergilerler. Başka bir deyişle, bir parçacığın herhangi bir yerde bulunma olasılığı bir dalgadır, ancak bu parçacığın gerçek fiziksel görünüşü değildir.
Matematik, karmaşık olsa da, doğru tahminlerde bulunurken, bu denklemlerin fiziksel anlamını kavramak çok daha zordur. Dalga parçacık ikiliğinin "gerçekte" anlamına geldiği şeyi açıklama girişimi kuantum fiziğinde önemli bir tartışma noktasıdır. Bunu açıklamaya çalışmak için birçok yorum var. Ancak hepsi aynı dalga denklemleri kümesine bağlılar ... ve sonuçta aynı deneysel gözlemleri açıklamalılar.
Hazırlayan: Celal DEMİRTAŞ