Işık Teorisine Yeni Bakışlar | Kuantum Mekaniğe Giden Yol

Kuantum Mekaniğe Giden Yolun Mimarlarından Bazıları

Işık Teorileri: Louis De Broglie’nin Madde ve Işık Kitabından derlenmiştir.

Işık teorilerinin tarihi fizik tarihinin en çekici ve sürükleyici dallarından biridir.
Fizik tarihinin başka hiçbir yerinde ışığın tanecik ve dalgalı tasarlanışları arasında bir yüzyılda birden fazla meydana gelen mücadele meydana gelmemiştir. Her iki tasarlanışta da deneysel sonuçlardan beslenerek iki zıt hipotezden nasıl her birinin gerçeğin bir kısmını içine aldığı ve bilimin ilerlemesine nasıl çoğu zaman zıt görüşlerin sentezi ile ortaya çıkaracağını daha iyi görmek mümkün değildir.
Ve bu uzun tarih henüz bitmemişti. Çünkü ışık teorisi maddenin yeni dualistik teorilerine büyük ölçekte yardım ediyordu.
Işığın tanecik teorisi hemen hemen ta eskiden beri bilinen bazı basit olaylara doğrusal yayılma ve yansımaya dayanıyordu. Bunları pek kolayca açıklıyor ve ön sıralarda Isaac Newton gibi büyük bilginler bulunuyordu.
Bununla beraber tanecik teorisi Newton zamanından beri büyük engellerle karşılaşıyordu.
Buda interferans ve difraksiyon olayları idi. Newton kendi adını taşıyan renkli halkalar olayını keşfetmiş ve bunu açıklamak için uzun zaman karışık ve melez bir düşünüşle “Girişim Teorisi”ni geliştirmişti.
Bu teori bugün bize daha çok şimdiki doktrinlere açılan bir kapıydı sanki.
Fakat dalgalar teorisinin uzun bir süre için rakibine karşı zafer kazandığını görmek için, geçen yüzyılın başlangıcında Young ve Fresnel tarafından yapılmış olan deneysel araştırmaları ve bunlara ilişkin Agustin Fresnel tarafından yapılmış teorik çebalarını beklemek gerekmişti.
Fresnel daha 17. Yüzyılda dalga teorisinin şampiyonu olan Christian Huygens düşündüklerini tekrar ele almış teoriyi de tamamlamıştı.
Hem doğrusal yayılma, yansıma ve kırılmayı çeşitli şekilleri ile hem de difraksiyon(kırınım) ve interferans (dalgaların girişimi) ile açıklamayı başarmıştı.
Doğrusal yayılma ve yansıma için, dalgalar teorisinin verdiği öngörü madde teorisinin verdiğinden daha az basitti.
Fakat daha kırılma olayında dalga teorisi üstünlüğü almakta ve interferanslar ve difraksiyon için tanecik teorisi ile açıklamak mümkün olunabilmekteydi.
Fakat büyük bir fizikçi olan Agustin Fresnel bize ışığa dair yeni bir değerli bir bilgi vermişti. Işık dalgasının temel bir simetri karakterini açıklayan polarizasyon olayları idi.
Işık dalgası skaler cinsten bir ışık değişkeni ile açıklanmamalı idi.
Boşlukta ya da izotrop(tekdüze) bir ortam içinde bulunan monokromatik bir düzlemde dalgalar halinde yayılmalıydı.
Yayılma doğrultusuna normal bir düzlem içinde bulunan bir titreşen vektör ile karakterize edilmelidir sonucunu çıkarıyordu.
Fresnel ışığın polarizasyonu fikri üzerine iki cismin ayrılık yüzeyinde yansıma şiddetinin teorisini ve ışığın anizotrop (tek düze olmayan) ortamlarda yayılmasının teorisini kurmuştu.
Bunu da fevkalade bir tarzda doğrulamıştı ve hemen hemen hiç değişmemiş olarak bütün modern eserlerde de yer almıştı.
Fresnel dalga teorisini geliştirmek için sadece enine titreşimleri ile iletmesine imkân verecek bir esir kullanmıştı.
Esir ne demek kısaca belirtelim.
1800’lü yıllarda bazı fizikçiler “mutlak gözlem çerçevesi”ni tarihsel nedenlerle “esir” olarak adlandırmıştı. Bu sadece kavramsal bir adlandırmaydı ve antik Yunanda söz edilen esir değildi.

Belirsizlik İlkesi Nedir?

Daha sonraları Albert Einstein’ın özel görelilik kuramı ile mutlak bir gözlem çerçevesinin olmadığı anlaşıldı.
Öncelikle, kurama göre, boş sanılan uzay bir “etkinlikler bölgesi”dir. Alanlar vardır, titreşir, dalgalanır. Boşluğun bu dalgalanmaları, enerji demektir. “Mutlak Sıfır” enerjisinin var olabileceğini, Heisenberg’in ünlü “Belirsizlik” ilkesi öngörmüştü. Richard Feynman ve John Wheeler, bir elektrik ampulünün içindeki boşluğu incelemiş ve böyle bir boşluk enerjisinin gezegenimizin tüm okyanuslarını kaynatıp buharlaştırabilecek bir güce sahip olduğunu göstermişlerdir.
(https://medium.com/@diamondtema/es%C3%AEr-maddesi-ve-mezon-alan-teorisi-kuantum-fizi%C4%9Fi-34d25c85cf3e)
Ayrıca Fresnel’in ışık olaylarını incelemesi ve elektromanyetik olaylar arasında hiçbir bağlılık görünmemesiyle beraber sahneye Faraday çıkıyordu.
Faraday 1850’ye doğru ilk magnetooptik olayın, içinde düzgün bir manyetik alan bulunan bir cisim içinden geçen ışığın polarizasyonu düzleminin döndürdüğünü keşfetti.
Bu müthiş bir buluştu.
Aynı yıllarda Clark Maxwell ışığın elektromanyetik teorisinden ibaret olan bu sentezi yapıyordu.
Clark Maxwell klasik elektromanyetik teorisinde daha önceden birbirleriyle ilişkisiz olarak gözüken elektrik ve manyetizmanın aynı şey olduğunu kendisine ait olan Maxwell Denklemleri ile (4 denklem) ispatlamıştı.
Bu teoride Işık dalgalar vasıtasıyla yayılan periyodik elektrik vektörü ile gösteriliyordu.
Bu vektör ile beraber yine periyodik olan ikinci bir vektör manyetik vektör artık sahnede yerini alıyordu.
Vektörler boşlukta yayılıyor ve bir düzlem içerisinde birbirlerine eşit monokromatik dalgalar halinde idi. Aynı zamanda bu iki vektör eşit ve dikeylerdi.
Her ikisi de yayılma doğrultusuna normal dalga düzlemi içinde bulunuyorlardı.
Dalganın boşluktaki yayılma hızı Maxwell denklemlerindeki C sabitine, yani elektromanyetik ve elektrostatik birim sistemlerindeki oranlarına eşitti.
Ve Maxwell Teorisi ışığa o zamandan beri hesaba katılmaması artık imkânsız olan bir elektromanyetik yapı vermişti.
Fakat enteresan şeyler oluyordu. Bu güzel Maxwell sentezinin karşısına aniden elektromanyetik dalga yapısından tamamen farklı bir yapıyı açığa vuran keşifler başlıyordu.
İlkin Fotoelektrik Olay keşfedilmişti.
Bu olayın esas yapısında belli bir frekansa sahip bir ışığın enerjisini maddeye verirken ancak frekansının değeri ile orantılı ve belli miktarlarda terk edebildiğini görünmesiydi.

Tanecik Teorisi ve Fiziği

Albert Einstein daha 1905’te dahiyane öngörü ile bu deneyde ışığın korpüsküler (Küçük parçacıklar halinde) bir tasarlanışa kadar geri dönmek zorunda olduğunu görüyordu.
Fizikçilerin en çok bildiği deneylerden biri olan Fotoelektrik Olay başrollerde idi artık.
Belli bir Frekansa sahip ışığın W=h.f enerjili taneciklere bölünmüş olduğunu düşünüyordu.
Bu hipotez kendisine fotoelektrik yoldan çıkarılan elektronların kinetik enerjisini uyarıcı radyasyonunun frekansına bağlayan fotoelektrik olayın deneysel kanununa götürüyordu.
Bu yeni tanecik teorisi herhangi bir dalga fikrinden ayrı olarak göz önüne alınırsa ne verebilirdi?
Doğrusal yayılmayı derhal açıklayacağı belli idi.
Fakat eğer fotona rölativistik dinamik tatbik edilirse, ki C hızı ile yer değiştiren bir tanecik için böyle yapmak zorunluydu. Teori biraz daha geliştirilmeye muhtaçtı.
Fotona rölativite dinamiğine uygulayarak radyasyon basıncı ve çeşitli cins Doppler Etkisini tatmin edici bir tarzda izah edilebilirdi.
Sonunda Compton Olayı geldi.
Bilindiği gibi bir X ışınının madde tarafından difüzyonu(saçılması) sırasında frekansın bir alçalmasın ibaret olan bir olaydı.
Gelen fotonun başlangıçta olan bir elektrona karşı çarpmak suretiyle saçılmaya uğradığını kabul etmekle bu frekans değişmesi kolayca açıklanabilirdi.
Çarpışmada fotondan elektrona enerji ve hareket geçmiş, sonunda da fotonun enerjisini yani frekansı alçalmıştı.
Buradan hareketle foton kavramı üzerine kurulan teoride gözlenen olaylar Kantitatif olarak açıklanıyordu.
Kuantum Mekaniğine giden yolların taşları döşeniyordu.



İlk yorum yapan olun

Bir Cevap Yazın