19 Ocak 2020

Kuantum sıçramalar

Kuantum sıçramalarda atom enerji alır veya enerji salınımı yapar. Bu enerji miktarı, sıçrama yapılan enerji seviyeleri arasındaki enerji farkı kadar bir enerjidir


Bohr, ''kuantum sıçrama'' kavramını fizik dünyasına kazandırırken onun çok farklı anlamlarda, hatta anlamsız olarak, üstelik atomik yapı adreslenerek kullanılabileceğini öngörmüş müydü?

Muhtemelen hayır!

Kişisel gelişim türü başlıklar altında "yaşamak isteyip de yaşayamadığınız tüm güzellikleri bir anda hayatınızda var edebilmek için isteğinizi güçlendiren, geliştiren ve güzel enerji veren olumlu düşünceler" olarak, biraz da mistik anlam kazandırarak servis ediliyor.

Bu tarz anlam yüklemelerin kuantum fiziği ve kuantum sıçrama olgusu ile bir ilgisi olmadığını söylemek bile bilim çevreleri için ağır bir yük.

Kuantum kuramı her şeyden önce bir fizik kuramı. Kuantum sıçrama ise atomik yapıda gerçekleşen, kuantum dünyasına özgü fiziksel bir olgu.

Rutherford modeli

Biliyoruz ki, atom fikrinin ilk sahibi Demokritos'a göre atom asla bölünemezdi.

Sonraki 2500 yıl böyle bilindi.

1911 yılında, İngiltere'de Cavendish laboratuvarında gerçekleştirilen bir deney, klasik fizik kuralları ile anlaşılamayacak bir atom yapısının doğmasına yol açtı.

Bu deney, bilim tarihine geçen ünlü Rutherford deneyidir.

Rutherford'un daha sonra deneyi açıklarken "ateşlediğiniz bir merminin dönüp sizi vurması gibi bir şey" dediği söylenir.

Rutherford, alfa parçacıkları ile yaklaşık 60 mikron kalınlığında çok ince altın bir folyoyu bombardımana tutmuştur. Gönderilen alfa ışınlarının büyük bölümü hiçbir engele takılmadan geçerken bir bölümü değişik açılarla sapmış ve bazıları da geri sekmiştir.

Rutherford'un geri seken mermi tanecikleri ile kast ettiği şey tam olarak budur.

Alfa parçacıkları artı yüklüdür. Dolayısıyla bu parçacıkları yollarından alıkoyan ve geri saptıran şey de artı yüklü olmalıdır.

Bilim tarihinde ilk kez bir atom çekirdeği fikri oluşur. Bu çekirdek artı yüklü, çok yoğun ve çok minik bir yapı olup atomun neredeyse tüm kütlesi orada toplanmış gibidir.

Ancak atom yüksüzdür, hemen çevredeki elektronlarla sorun çözülür. Artı yük kadar eksi yüklü elektron bir araya gelir ve atom yüksüz hale geçer.

Ve bilim dünyası, modern zamanın atom modelinin ilk versiyonu ile tanışır: Rutherford atom modeli.

Bu model, Güneş sisteminin mikro dünyadaki karşılığı gibidir: Ortada artı yüklü bir atom çekirdeği ve onun etrafında gezegenlere benzer yörüngelerde dönen eksi yüklü elektronlar.

Rutherford, bu kez alfa parçacıklarını nitrojen atomları gibi daha hafif atom çekirdekleri ile çarpıştırır ve çarpışma sonrası pozitif yüklü bir parçacık ortaya çıktığını kanıtlar. Bu, çekirdeğe artı yük veren parçacıktır.

Rutherford, çekirdeğin temel taşı saydığı bu pozitif yüklü parçacığa “proton” adını verir. Ardından 1932 de Chadvick'in nötronu keşfetmesi ile bugün bildiğimiz atom modelinin genel hatları çizilmiş olur.

Kuantum kuramı yahut Bohr atom modeli

Elektronlar ise çok daha önceleri J. J. Thomson tarafından keşfedilmiştir.

Ancak bir sorun vardır. Deneysel verilerle uyumlu olarak oluşturulan Rutherford atom modeli, klasik fizik kurallarına göre uyumsuzluk göstermektedir.

Çekirdek etrafında ivmeli hareket yapmakta olan elektronlar nasıl oluyor da kararlı olabilmektedirler? Neden aynı elementin tayf çizgileri hep aynıdır? Atomlar neden yalnızca ışıma yaptıkları dalga boylarını soğurabilmekteler?

Bu soruların yanıtlarını ise kuantum kuramı verecektir.

Danimarkalı fizikçi Niels Henrik Bohr, klasik fiziğin açıklayamadığı bu sorulara "kuantum sıçrama" açıklaması getirerek modeli revize eder.

Yeni model, yeni adıyla Bohr atom modeli, kuantum kuramının ilk en büyük başarısı, hatta zaferidir.

Bu modele göre, elektronlar atom çekirdeği etrafında belirli enerjilere sahip yörüngelerde belirli kurallara göre yer alırlar. Yörüngeler arası bölge elektronlar için yasaktır ve buralarda bulunmalarına izin yoktur. Komşu yörüngelere ancak "kuantum sıçraması" yaparak geçebilirler.

Kuantum sıçramalarda atom enerji alır veya enerji salınımı yapar. Bu enerji miktarı, sıçrama yapılan enerji seviyeleri arasındaki enerji farkı kadar bir enerjidir. Üst enerji düzeyinde bir elektron düşük enerji düzeyine atlarsa, atom enerji yayınlar. Tersi olarak elektron üst seviyeye atlaması için enerji farkı eşit enerji kazanması gerekir.

 Ve bu kuantize olmuş enerji seviyeleri, her element atomu için farklı ve karakteristiktir. Ve işte bu nedenle aynı elementin tayf çizgileri hep aynıdır ve yine bu nedenle o element hep aynı miktarda enerji soğurur.

Bohr, elektronların çekirdek etrafında farklı yörüngelerde dönen elektron sayısının, atomun özelliklerini belirlediğini ortaya koyan ilk bilim insanıdır.

Bu çalışmaları Bohr’a 1922’de Nobel Ödülü kazandıracaktır.

Niels Henrik Bohr, kuantum kuramını felsefi bir eksene yerleştirmiş efsane bir bilim insanıdır.

Albert Einstein ile aralarında geçen bilimsel nitelikli tartışmaların kuantum fiziğinin yanısıra bilim felsefesine de büyük katkı sağladığını belirtmeliyiz.

Nitekim 1999 yılında, 100 ünlü fizikςiyle gerçekleştirilen milenyum oylamasında Bohr, tüm zamanların en iyi 4. fizikçisi seçilmiştir.

Diğer ilk üç fizikçi sırasıyla Einstein, Newton ve Maxwell.

Niels Henrik Bohr için, Danimarkalıların büyük gurur duyduğu iki tarihi profilden birisi olduğu söylenir.

Diğeri ise Hans Christian Andersen. 

Onlar, farklı şekillerde de olsa yaşamımıza dokundular ve bizler için de unutulmazlar arasında bulunuyorlar!

Yazarın Diğer Yazıları

Dünya "viral çağ"a hazırlıksız mı yakalandı?

Viral derken, tüm yerküreyi etkileyecek olası durumlar kastedilmekte: Ekonomik krizler, sosyal çalkantılar, pandemiler ve viral bir kıtlık

Atalet, ivme ve yap-boz kültürünün ağır bedeli

Bugün yaşanılan küresel ölçekli Koronavirüs olgusu karşısında yaşananlar ve faaliyeti durdurulmuş bir enstitünün yeniden oluşturulma çabası, kaybedilmiş bir bayrak yarışını anımsatmaktadır

Virüs mü dolaşıyor yoksa bizler mi?

Sağlık söz konusu olduğunda ekonomi, çatışma, savaş ve diğer her şeyin detayda kaldığını gördük ve daha önemlisi sağlık dahil tüm sorunların bilim temelli yöntemlerle çözülebileceğini anladık