Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
Fiziğin Diğer Bilim Dallarıyla İlişkisi
Fiziğin diğer bilim dalları arasında bir liderliği yol gostericiliği vardır Cunku evrendeki surecler fizik yasalarına gore işlemektedirBu sebeple fizikteki her onemli gelişme diğer bilim dallarını etkilemiştirSadece bununlada kalmamış modern fizik filozofi bilimsel yontemide hayretle icinde bırakan yeni paradikmalara sebep olmuştur Fizik tarihi aynı zamanda fiziğin alt bilim dallarının birbirini takip eden tarihidirBu sebeple daha iyi anlaşılması icin ayrı ayrı bahsedeceğiz
1)Mekanik
2) Termodinamik
3) Elektrik ve Elektromanyetizma
4) Kuantum
5) Rolativite
Şimdi, tarihsel gelişim cercevesinde bu teorileri inceleyelim
1) MEKANİK
Mekaniğin doğuşu aynı zamanda fizik biliminin başlangıcı olmuşturXVII yy'ın başında bilimsel yontemin, yani onermelerin doğruluğunun deneysel olarak sınanması yolunun ortaya cıkması ve buna bağlı olarak fizik, kimya ve biyoloji gibi temel bilimlerin felsefeden butunuyle ayrılmasına sebep olmuştur
Fiziğin ve mekaniğin temllerini atan Galilei ve Newton'un yapmış olduğu araştırmalar ve kurmuş olduğu kuramlar sonucunda bilimde cok buyuk bir atılım gercekleştirilmiş ve bilim, diğer duşunsel etkinlikleri yonlendiren bir duşunsel etkinlik konumuna yukselmiştir Bu nedenle bu cağ, bilim tarihcileri tarafından Bilimsel Devrimler Cağı olarak adlandırılmıştır
Galilei, araştırmalarına ilk başladığı yıllarda gercekleştirdiği deneylerin sonuclarını yeniden değerlendirdi ve mekaniğin temel ilkeleri uzerine sonradan geliştirdiği goruşlere yer verdi Teleskoptan yararlanarak gercekleştirdiği son buluşu Ay'ın gunluk ve aylık sallantılarını (librasyon) ilk kez gozlemlemesiydi Bu gozlemleri 1637'de gorme gorme yetisini yitirmeden birkac ay once yapan Galilei, daha sonra sarkacın saat mekanizmalarının calışmasını duzenlemekte kullanılabileceğini belirledi Bu buluş 1656'da Felemenkli bilim adamı Christiaan Huygens tarafından uygulamaya kondu
Kepler, Galilei, Huygens ve Hooke'un calışmalarından yararlanan Newton, Principia mathematica philosophiae naturalis (1687) adlı yapıtıyla dinamiği kurdu Eylemsizlik İlkesi'nin formule edilmesi ile birlikte klasik mekaniğin doğal yer, ivme ve kutle gibi temel kavramları matematiksel bir bicimde yeniden ifade edilmiş ve durağanlık, hareket gibi, hareket de durağanlık gibi doğal bir olgu niteliğine kavuşturulmuş ve bu bağlamda hareket bir problem olmaktan cıkarılmıştır Newton, Eylemsizlik İlkesi'nin doğal bir hareket olarak kabul edilmesi sonucunda dongusel hareketin acıklanmasının gerekliliğini vurgulayarak, kinematiksel yaklaşımın yerine dinamiksel yaklaşımla goksel cisimlerin dongusel hareketlerini cekim kavramı cercevesinde cozume kavuşturmuştur
XVIII yy'da cok sayıda bilim adamı, ozellikle Euler, d'Alembert, Lagrange, Laplace akışkanlar mekaniğini oluşturarak, dinamiğin uygulamalarını geliştirdi Hidrostatiğin yasalarını ise XVII yy'da Stevin ve Pascal kesinleştirmişti
2) TERMODİNAMİK
Termodinamik, ısının tanımını ve madde icindeki hareketi ile iletimini konu alan bir fizik dalıdır Bu dal tumuyle XIX yy bilginlerince oluşturulmuştur Bu yuzyıldan once ısının yayılımı, sıcaklıkla ilişkisi gibi birtakım konularda incelemeler yapılmıştı Bir İskocyalı olan J Black ilk defa, maddeler icin belirleyici bir ozellik olan ve onun belli sıcaklıkta enerji tutabilmesi yeteneğini ortaya koyan ozısı kavramını tanımlamıştır Bu, ayni zamanda ısı ile sıcaklık arasındaki farkın tanımını gundeme getirmişti 1798 ’ in başlarında ısının, hareketin bir formu olduğu tezi B Thompson tarafından gosterilir Devrinin sayılan siyasi ve bilimsel kişiliği olan Thompson, bir savaş sırasında topun icine yerleştirilen bir mekanizmayla surtunme enerjisinden yararlanarak su ısıtma işlemini ve buharlaşmayı gercekleştirdi Bir İngiliz fizikcisi olan J P Joule, ısıyı enerjinin korunumu ilkesinden yararlanarak tanımladı Onun bu calışmasıyla, gazların hareketinin tanımlandığı kinetik teori ile beraber ısının da bir enerji ceşidi olduğu fikri resmen kabul edildi Bu calışmalarının coğunu 1840 ile 1850 yılları arasına sığdıran Joule, mekanik duzeneklerle gercekleştirdiği sayısız deneyler sonunda termodinamiğin birinci kanununu elde etti: “ Bir sistem ısı kazanır yada kaybederse ayni oranda mekanik iş ya sistem uzerine veya sistem tarafından yapılır
Isının tanımı uzerine bu calışmalar devam ederken, 1824 ’ te Fransız bir muhendis olan S Carnot ideal bir makine duşunerek, iki farklı ısı kaynağı arasında calışan ısı makinesinin veriminin, aynı kaynaklar arasında calışan Carnot makinesinin veriminden daha buyuk olamayacağını soylemiştir Termodinamiğin diğer bir gelişimi ise mutlak sıcaklık olceğinin, Lord Kelvin tarafından tanımlanmasıdır W Kelvin ’ e gore; soğuk cisimden sıcak cisme kendiliğinden bir ısı akışı olamaz Bu goruş ayni zamanda termodinamiğin ikinci yasasını oluşturur Yine bu yasaya gore, cok onemli bir kavram olan entropi kavramı ortaya atıldı Kısaca acıklamak gerekirse bu kavram; evrendeki yalıtılmış sistemlerin duzensizliğe doğru meyletmesinin bir olcusudur ve evrenin duzensizliği her an artmaktadır O halde, butun doğa olaylarında evrenin entropisi artmaktadır
1906 ’ da termodinamikte onemli gelişmeler yaşandı Bu gelişmeler artan teknolojiyle beraber duşuk sıcaklık altındaki maddelerin dinamiği hakkında meydana geldi W Nerst, mutlak sıfır sıcaklığına hicbir zaman inilemeyeceğini belirtirken maddenin en duzenli halinin mutlak sıcaklıkta ( 273°C ) bulunabileceğini soyler Bu acıklama da termodinamiğin ucuncu yasasını oluşturur
Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
3) ELEKTRİK ve ELEKTROMANYETİZMA
Elektriğin, Thales ’den daha once insanlar tarafından bilindiği bir gercektir Bunu, şu uc nedene dayandırabiliriz:
Bir kumaş parcasına surulen kehribarın saman veya hafif cisimleri cekmesi
Şimşek cakması
Elektrikli torpido balığının varlığı
Yukarıdaki olayların arasındaki ilişki ilk kez, W Gilbert tarafından XVI yy ’da ortaya konuldu O, metalik olmayan maddelerin, birbirini elektriksel cekme ozelliği gosterenlerini listelemiş ve bu maddelere elektrikli ve yuklu nitelemesinde bulunmuştur Gilbert, pek cok kez bu cisimlerin birbirlerini ittiğini deneysel olarak gormesine rağmen, itme olayını acıklayamadığı icin bu etkileşimi gormezlikten gelmiştir Ondan sonra gelen deneyciler, bu itme kuvvetini deneysel olarak incelemiştir Bunların başında Magdeberg Yarımkureleri deneyiyle Otto von Guericke gelir Bu deney, bir eksene gecirilmiş kukurtten topun cevrilmesiyle beraber buna dokunulması halinde elektrik kıvılcımlarının cıktığını gosterir Statik elektriğin elde edilmesi bu deneyle gosterilmiştir
XVIII yy ’ ın başlarında İngiliz deneyci S Gray ; 650 ft (~200 m) ’ den uzun olan nemli bir ip boyunca elektrik yukunun iletimini gercekleştirdi Ayrıca elektriksel cekme kuvvetinin metal bir nesneden diğer bir cisme aktarılabileceğini gosterdi Hemen hemen ayni zamanda; Fransız C Dufay, yalnızca iki tur elektriklenmenin olabileceğini ortaya koydu Buna gore; farklı yukler birbirini cekerken ayni yukler birbirini iterdi Bu, ayni zamanda kapsamlı ilk elektrik teorisiydi Dufay ’ ın teorisini geliştiren B Franklin, farklı iki elektrik turune pozitif ve negatif adlarını verir Elektriğin akıcı nitelikte olduğunu one suren Franklin; teorisinde, yuk hareketinin yonunun pozitiften negatife doğru olduğunu ve bu hareketin, pozitif yuklerin yer değiştirmesiyle meydana geldiğini ortaya koyar Bu teoriler oluşturulurken bir yandan da pil yapımı ve elektriğin depolanması ile ilgili calışmalar ilerler Leyden şişesinin yapılmasıyla ilk kez elektrik depo edilirken bir İtalyan tıpcı olan L Galvani 1786 ’ da değişik metaller kullanarak kurbağanın ic organlarının incelenmesi sırasında; kurbağanın bacak kaslarının kasıldığını gozlemler Galvani ’ nin sonuclarını duyan A Volta, birkac yıl sonra bu olayın iki farklı metalden kaynaklandığı sonucuna ulaşır Yaptığı deneylerde iki adet ceşitli cinste metal alarak bunların arasına değişik sıvılar koyar Elde ettiği sonuclardan hareketle 1800 yılında elektrik pilini icat eder Ote yandan A Coulomb, kendi buluşu olan burulma terazisi‘ ni kullanarak yuklu cisimler arasındaki elektrik kuvvetlerini nicel olarak olcer Sonucta, elektriksel kuvvetin bir ters kare kuvvet olduğunu bulurBu iki elektirksel yuk arasındaki elektriksel kuvveti Coulomb Kuvvet'i olarak adlandırılır
Elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki Danimarkalı bilim adamı H Oersted ’ in, bir gosteri deneyi sırasında uzerinden elektrik akımı gecen telin, yakınındaki pusulayı saptırdığını bulmasıyla 1819 ’ da acığa cıktı Bundan birkac yıl sonra Alman fizikci G S Ohm, bir tele uygulanan gerilim ile o telden gecen akım arasında bir bağıntı olduğunu bulur Gerilimin telden gecen akıma oranına o telin direnci adını verir Bu arada Oersted ’ in gozlemlediği elektromanyetik olay; J B Biot, F Savart ve A M Ampére tarafından matematiksel olarak ifade edilir Yine ayni yıllarda M Faraday ve J Henry, elektrik akımı ile manyetizma arasındaki başka ilişkileri gosterdiler Bir devrenin yakınında bulunan bir mıknatısı hareket ettirerek yada başka bir devredeki akımı değiştirerek o devrede elektrik akımı oluşturdular Bu calışmalar, ilk elektrik motorunun yapımıyla sonuclandı Yine, Faraday manyetik alanın varlığını mıknatıs etrafında toplanan demir tozlarının şekillenimi yardımıyla ispatladı Ancak elektrik ile manyetizma arasındaki nihai ilişki en acık dille J C Maxwell tarafından 1873 ’ te gosterilir Maxwell ’ in ortaya attığı denklemler, ışığın yapısını ve boşluktaki yayılımını acıklarken, ayni zamanda havada elektromanyetik dalgaların nasıl bir yerden bir yere aktarılabileceğini de ortaya koyuyordu Nitekim; R Hertz 1888 ’ de elektromanyetik dalgaları laboratuarda oluşturarak Maxwell ’ in ongorulerini doğruladı Basit bir verici devresinde oluşturulan elektrik kıvılcımları, aralarında hicbir bağlantı olmadan alıcı devrede elde edildi Cok gecmeden, 1890 yılında Markoni, ilk radyoyu yapar ve Hertz ’ in bu buluşunun haberleşmedeki onemi gosterilmiş olur Bugun gunluk yaşantımızdan uzay calışmalarına kadar pek cok alanda buluş kullanılmaktadır
Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
4) KUANTUM
Kuantum, kelime olarak kesikli, parcalı anlamlarına gelir Bu teorinin, akkor hale gelinceye kadar ısıtılan bir cismin, kazandığı enerji ile yaydığı ışığın frekans dağılımı arasındaki ilişkinin ortaya konulması probleminden doğması; ışığın yapısının, teoride vazgecilmez oneme sahip olduğunu gosterir Bunun icin oncelikle ışık teorilerinin tarihsel gelişimine bakmakta fayda vardır
Işık bilgisi ile ilgili koklu gelişmeler XVII yy ’ da başlar Işık uzerine kurulan ilk teori, I Newton ’ nun parcacık teorisidir Newton, bu parcacıkların cok kucuk olduğunu belirtirken, bunların karakteristiklerini tanımlamada başarız olmuştur Onun, parcacığa zıt olan dalga yapısından uzak durmasının sebebi ise; dalga hareketinin temel ozelliği olan kırınım olayını fark etmemiş olmasıdır
Hollandalı bilimadamı C Huygens ise tamamen Newton ’ dan farklı duşundu Ona gore ışık, dalgaydı 1678 ’ de ortaya koyduğu teorisinde Huygens, ışığın katıda yada sıvıda, havada olduğundan daha yavaş hareket edeceğini one surmuştur Newton ’ un teorisine gore ise, ışık tanecikleri yoğun ortamda daha hızlı hareket etmeliydi Fransız fizikci J Foucault; ışığın hızının, az yoğun ortamda daha buyuk olduğunu gosterdi Boylece dalga modelinin doğruluğu kanıtlanmış oluyordu Dalga modeline diğer guclu kanıt ise; birbirini kesen ışık demetlerinin, carpışmadan yoluna devam etmesiydi Dalga modeli icin bu kanıtların bulunmasına rağmen, Newton ’ un otoritesi ile parcacık teorisi XVIII yy ’ da da kabul gordu
1805 yılında; İngiliz T Young ve Fransız A Fresnel, ışığın girişim ve kırınım yaptığını deneysel olarak gosterdiler Bu tur bir davranışı parcacıklar yapamazdı Bu tarihten itibaren dalga kuramının daha itibar gorduğu soylenebilir Ancak her dalganın yayılması icin bir ortam gerekirdi Boyle bir ortamın varlığının ispat edilemeyişi, parcacık tezinin tamamen itilmesine mani oldu
1900 yılına gelindiğinde fizik dunyasının tanımlayamadığı uc temel problem vardı:
Işığın karakteri
Atomun kararlılığı ve yapısı
Kara cisim (uzerine gelen butun ışık dalgalarını yutarak buyuk enerjilere sahip olabilen ideal cisim) ışıması
Gercekte bu uc sorun da birbirine bağlantılı idi Ama klasik fizikten farklı birtakım anlayışlarla acıklanabilirlerdi Cevap ise; 1900 yılında Alman bilgin M Planck ’ tan geldi Yuksek sıcaklıklarda ısıtılan bir metalin yaydığı ışığın spektral dağılımı, o metalin soğurduğu enerji ile bir tek durumda uyuşuyordu: Enerji, parcalı yayılmalıdır Enerji ifadesini Planck; bir h sabitiyle ışımanın f ile gosterilen frekansının carpımı şeklinde ifade eder
n, sadece tamsayı değerler aldığından, ara değerlerde enerji olmadığı sonucuna varılır Boylece karacisim problemine cozum bulunur
Planck ’ ın bulgusundan 5 yıl sonra; A Einstein, ayni yaklaşımı kullanarak ışığın metalden elektron sokme olayı olarak bilinen fotoelektrik etki problemine acıklık getirir Einstein ’ e gore; ışığın, elektrona 10(15) s gibi cok kucuk zaman aralığında enerjisini aktarması ancak ışık parcacıklarının elektronlara carpmasıyla mumkun olabilirdi Boylece, ışığın hf enerjisi taşıyan fotonlardan oluştuğu anlaşıldı Einstein, bununla da kalmayarak girişim ve kırınım olaylarının acıklanabileceği dalga teorisini de kabul etti; ışığın hem dalga ve hem de tanecik olduğunu acıkladı
O tarihlerde bilimadamları, artık mikroskobik boyutta gercekleşen olayların, kuantum duşuncesiyle acıklanabileceğine inandılar Nitekim; E Rutherford ’ un, atomun yapısının Guneş sistemine benzer olduğuna ilişkin mekanik yorumunun yanlışlığı 1913 ’ te kuantum teorisiyle doğrulandı Rutherford ’ un teorisine gore elektronlar, protonların cevresinde dairesel yorungelerde donmeliydi Ancak dairesel hareket yapan bir yuk ivmeleneceğinden, elektromanyetik dalgalar yayarak protonlar tarafından yutulacaktı Bu durumda, atomun var olmaması gerekirdi Danimarkalı fizikci N Bohr; problemi, elektronun acısal momentumunun h ’ nin 2p ’ ye bolumunun tam katları şeklinde olması gerektiğini soyleyerek cozdu Boylece bir yorungede dolanan elektron ışıma yapmayacak, ancak dışarıdan atomun kararlılığını bozacak şekilde etkide bulunulursa belirli yorungelere gecerek iki yorunge enerjisi arasındaki fark kadar enerjili foton salacak veya soğuracaktı Bu ışımalar gorunur bolgede olabileceği gibi morotesi bolgede de oluşabilirdi
Onceleri; hidrojen ve helyum gibi basit atomlara uygulanan teori cok elektronlu atomlarda bu haliyle iyi sonuc vermedi Bu sorun da; 1923 ’ te L de Broglie ’ ın ve 1926 ’ da E Schrodinger ’ in katkılarıyla ortadan kaldırıldı İlkin, de Broglie, her atomik parcacığın dalga gibi ele alınabileceğini gosterdi Bu durumda, elektronlar madde dalgası şeklinde cekirdeğin cevresinde dolanıyordu Buna dayanarak Schrodinger, atomik hareketin, dalga denklemiyle cozuleceğini gosterdi
Kuantum teorisinin en onemli ozelliğinden biri de, 1927 ’ de Alman fizikci W Heissenberg tarafından ortaya konuldu Ona gore; hicbir zaman bir atomik parcacığın, konumuyla hızının ayni anda, ayni kesinlikle bilinmesi imkansızdır Bu ilkeye, belirsizlik ilkesi denir Bir elektronun cekirdek cevresindeki bir yerde bulunup bulunamayacağı olasılıklarla belirlenir Kuantum fiziğinde, kesin yargılara yer yoktur
Mikro dunyada belirsizliğin olması; h, Planck sabitinin cok kucuk mertebelerde (~ 10(34)) olmasından kaynaklanır Klasik mekanikle tanımlı gunumuz makro dunyasında bizler zaten bu mertebeye gore deneylerde buyuk hatalar yapıyoruz Ancak onemli olan, bu hataların buyuk kutlelere sahip cisimlerde olculemeyecek kadar kucuk değişikliklere neden olmasıdır Bu durumda belirsizlik ilkesinin; makro duzeyde, kuantumda ele alındığı gibi etkin olamayacağını soyleriz
Kuantum teorisi XX yy ’ a, gunumuzdeki gelişimini de goz onune alırsak pek cok vazgecilmez yenilikler kazandırmıştır Bilgisayar, lazer, elektron mikroskobu ve transistor bu yeniliklerin teknolojiye yansımasıdır Ayrıca; atom ve cekirdeğin yapısı, elektriğin madde icinde iletimi ve katıların ısısal ozelikleri gibi konulara doyurucu acıklamalar getirmiştir
Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
5) ROLATİVİTE ( GORELİLİK )
Kuantum kuramıyla atomun yapısı aydınlatılmaya calışılırken, 1905 ’ te yeni bir teori ortaya atıldı I Newton tarafından kurulan klasik fiziğin mikro boyutlarda yetersizliği anlaşılmıştı Bunun yanında, cisimlerin ışık hızı mertebesindeki hareketinde de Newton fiziği bekleneni veremedi Newton, hareketin evrende mutlak olduğunu; bulunulan yere ve zamana gore değişmediğini kabul ediyordu Ancak, A Einstein bunun mumkun olamayacağını; bir cismin uzaydaki durumuna gore zaman ve mekan ozelliklerinin değişkenlik gostereceğini one surdu Teori, farklı zamanlarda; Ozel gorecelik ve Genel gorecelik adı altında oluşturulmuştur
* Ozel Gorecelik:
Ozel gorecelik teorisi, 1887 yılında A Michelson ve E Morley tarafından gercekleştirilen bir deneyin sonucunun yorumlanmasıyla elde edilmiştir Deney; temelde uzay boşluğunu doldurduğu duşunulen ve J C Maxwell ’ in, elektromanyetik dalgaların icinde hareket ettiğini one surduğu esir maddesinin varolup olmadığını sınamak uzere gercekleştirildi Deneyde; Dunya ’ nın, Guneş cevresinde donduğu yone gonderilen bir ışık dalgası ile bu yone dik gonderilen ışık dalgası arasındaki faz kaymasının gozlenmesi esas alınıyordu Herhangi bir kaymanın bulunması durumunda esirin haretinden dolayı ışık dalgalarının hızının azaldığı sonucuna varılacaktı Fakat deney bekleneni vermemişti Yuzlerce deneme sonunda, ışık hızının her zaman, her yerde sabit olduğu sonucuna varıldı
A Einstein, bu sonucları anlamlandıran ve doğru olarak acıklayan ilk kişi oldu Aslında asırlar once Turk İslam filozofu Kindi; zaman, mekan ve hareketin goreli; her cisme ve gozlemciye gore değişen yapıda olduğunu vurgulamıştı Einstein bu duşuncelere deneysel kanıtları da katarak şu ilkeleri ortaya koydu:
* Tum fizik yasaları, birbirine gore değişmeyen harekete sahip butun eylemsiz gozlem cercevelerinde ayni yazılmalıdır
* Işığın boşluktaki hızı, kaynak ile gozlemci arasındaki goreli hareketten bağımsız olup daima sabittir
Bu ilkeler; ışık dalgalarının hareketi icin herhangi bir ortamın gerekmediğini, dolayısıyla esirin varlığına ilişkin bir varsayımın gereksiz olduğunu ortaya koydu Boylece yuksek hızlardaki hareket ele alınırken bir tek referans noktası goz onune alınacaktır O da evrendeki tek sabit olan ışık hızıdır Cunku zaman, uzunluk ve kutle bu niceliğe gore değişmektedir Sonuc olarak; goreli bir evrende;
1) Işık hızına yakın hareket eden nesnelerin hareket yonundeki boyları kısalır ve kutleleri artar Işık hızına, bir cismin ulaşması durumunda ise, bu cismin kutlesi sonsuz, uzunluğu da sıfır olur Bu sonuctan hareketle şu soylenebilir: Hicbir cisim ışık ışık hızına ulaştırılamaz
2) Işık hızına yakın bir hızla hareket eden sistemde zaman yavaş işler Tam ışık hızına sahip bir cisim icin ise zaman gecmez Hareketli sistemdeki saat, duran saate gore;
Fiziğin Diğer Bilim Dallarıyla İlişkisi
Fiziğin diğer bilim dalları arasında bir liderliği yol gostericiliği vardır Cunku evrendeki surecler fizik yasalarına gore işlemektedirBu sebeple fizikteki her onemli gelişme diğer bilim dallarını etkilemiştirSadece bununlada kalmamış modern fizik filozofi bilimsel yontemide hayretle icinde bırakan yeni paradikmalara sebep olmuştur Fizik tarihi aynı zamanda fiziğin alt bilim dallarının birbirini takip eden tarihidirBu sebeple daha iyi anlaşılması icin ayrı ayrı bahsedeceğiz
1)Mekanik
2) Termodinamik
3) Elektrik ve Elektromanyetizma
4) Kuantum
5) Rolativite
Şimdi, tarihsel gelişim cercevesinde bu teorileri inceleyelim
1) MEKANİK
Mekaniğin doğuşu aynı zamanda fizik biliminin başlangıcı olmuşturXVII yy'ın başında bilimsel yontemin, yani onermelerin doğruluğunun deneysel olarak sınanması yolunun ortaya cıkması ve buna bağlı olarak fizik, kimya ve biyoloji gibi temel bilimlerin felsefeden butunuyle ayrılmasına sebep olmuştur
Fiziğin ve mekaniğin temllerini atan Galilei ve Newton'un yapmış olduğu araştırmalar ve kurmuş olduğu kuramlar sonucunda bilimde cok buyuk bir atılım gercekleştirilmiş ve bilim, diğer duşunsel etkinlikleri yonlendiren bir duşunsel etkinlik konumuna yukselmiştir Bu nedenle bu cağ, bilim tarihcileri tarafından Bilimsel Devrimler Cağı olarak adlandırılmıştır
Galilei, araştırmalarına ilk başladığı yıllarda gercekleştirdiği deneylerin sonuclarını yeniden değerlendirdi ve mekaniğin temel ilkeleri uzerine sonradan geliştirdiği goruşlere yer verdi Teleskoptan yararlanarak gercekleştirdiği son buluşu Ay'ın gunluk ve aylık sallantılarını (librasyon) ilk kez gozlemlemesiydi Bu gozlemleri 1637'de gorme gorme yetisini yitirmeden birkac ay once yapan Galilei, daha sonra sarkacın saat mekanizmalarının calışmasını duzenlemekte kullanılabileceğini belirledi Bu buluş 1656'da Felemenkli bilim adamı Christiaan Huygens tarafından uygulamaya kondu
Kepler, Galilei, Huygens ve Hooke'un calışmalarından yararlanan Newton, Principia mathematica philosophiae naturalis (1687) adlı yapıtıyla dinamiği kurdu Eylemsizlik İlkesi'nin formule edilmesi ile birlikte klasik mekaniğin doğal yer, ivme ve kutle gibi temel kavramları matematiksel bir bicimde yeniden ifade edilmiş ve durağanlık, hareket gibi, hareket de durağanlık gibi doğal bir olgu niteliğine kavuşturulmuş ve bu bağlamda hareket bir problem olmaktan cıkarılmıştır Newton, Eylemsizlik İlkesi'nin doğal bir hareket olarak kabul edilmesi sonucunda dongusel hareketin acıklanmasının gerekliliğini vurgulayarak, kinematiksel yaklaşımın yerine dinamiksel yaklaşımla goksel cisimlerin dongusel hareketlerini cekim kavramı cercevesinde cozume kavuşturmuştur
XVIII yy'da cok sayıda bilim adamı, ozellikle Euler, d'Alembert, Lagrange, Laplace akışkanlar mekaniğini oluşturarak, dinamiğin uygulamalarını geliştirdi Hidrostatiğin yasalarını ise XVII yy'da Stevin ve Pascal kesinleştirmişti
2) TERMODİNAMİK
Termodinamik, ısının tanımını ve madde icindeki hareketi ile iletimini konu alan bir fizik dalıdır Bu dal tumuyle XIX yy bilginlerince oluşturulmuştur Bu yuzyıldan once ısının yayılımı, sıcaklıkla ilişkisi gibi birtakım konularda incelemeler yapılmıştı Bir İskocyalı olan J Black ilk defa, maddeler icin belirleyici bir ozellik olan ve onun belli sıcaklıkta enerji tutabilmesi yeteneğini ortaya koyan ozısı kavramını tanımlamıştır Bu, ayni zamanda ısı ile sıcaklık arasındaki farkın tanımını gundeme getirmişti 1798 ’ in başlarında ısının, hareketin bir formu olduğu tezi B Thompson tarafından gosterilir Devrinin sayılan siyasi ve bilimsel kişiliği olan Thompson, bir savaş sırasında topun icine yerleştirilen bir mekanizmayla surtunme enerjisinden yararlanarak su ısıtma işlemini ve buharlaşmayı gercekleştirdi Bir İngiliz fizikcisi olan J P Joule, ısıyı enerjinin korunumu ilkesinden yararlanarak tanımladı Onun bu calışmasıyla, gazların hareketinin tanımlandığı kinetik teori ile beraber ısının da bir enerji ceşidi olduğu fikri resmen kabul edildi Bu calışmalarının coğunu 1840 ile 1850 yılları arasına sığdıran Joule, mekanik duzeneklerle gercekleştirdiği sayısız deneyler sonunda termodinamiğin birinci kanununu elde etti: “ Bir sistem ısı kazanır yada kaybederse ayni oranda mekanik iş ya sistem uzerine veya sistem tarafından yapılır
Isının tanımı uzerine bu calışmalar devam ederken, 1824 ’ te Fransız bir muhendis olan S Carnot ideal bir makine duşunerek, iki farklı ısı kaynağı arasında calışan ısı makinesinin veriminin, aynı kaynaklar arasında calışan Carnot makinesinin veriminden daha buyuk olamayacağını soylemiştir Termodinamiğin diğer bir gelişimi ise mutlak sıcaklık olceğinin, Lord Kelvin tarafından tanımlanmasıdır W Kelvin ’ e gore; soğuk cisimden sıcak cisme kendiliğinden bir ısı akışı olamaz Bu goruş ayni zamanda termodinamiğin ikinci yasasını oluşturur Yine bu yasaya gore, cok onemli bir kavram olan entropi kavramı ortaya atıldı Kısaca acıklamak gerekirse bu kavram; evrendeki yalıtılmış sistemlerin duzensizliğe doğru meyletmesinin bir olcusudur ve evrenin duzensizliği her an artmaktadır O halde, butun doğa olaylarında evrenin entropisi artmaktadır
1906 ’ da termodinamikte onemli gelişmeler yaşandı Bu gelişmeler artan teknolojiyle beraber duşuk sıcaklık altındaki maddelerin dinamiği hakkında meydana geldi W Nerst, mutlak sıfır sıcaklığına hicbir zaman inilemeyeceğini belirtirken maddenin en duzenli halinin mutlak sıcaklıkta ( 273°C ) bulunabileceğini soyler Bu acıklama da termodinamiğin ucuncu yasasını oluşturur
Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
3) ELEKTRİK ve ELEKTROMANYETİZMA
Elektriğin, Thales ’den daha once insanlar tarafından bilindiği bir gercektir Bunu, şu uc nedene dayandırabiliriz:
Bir kumaş parcasına surulen kehribarın saman veya hafif cisimleri cekmesi
Şimşek cakması
Elektrikli torpido balığının varlığı
Yukarıdaki olayların arasındaki ilişki ilk kez, W Gilbert tarafından XVI yy ’da ortaya konuldu O, metalik olmayan maddelerin, birbirini elektriksel cekme ozelliği gosterenlerini listelemiş ve bu maddelere elektrikli ve yuklu nitelemesinde bulunmuştur Gilbert, pek cok kez bu cisimlerin birbirlerini ittiğini deneysel olarak gormesine rağmen, itme olayını acıklayamadığı icin bu etkileşimi gormezlikten gelmiştir Ondan sonra gelen deneyciler, bu itme kuvvetini deneysel olarak incelemiştir Bunların başında Magdeberg Yarımkureleri deneyiyle Otto von Guericke gelir Bu deney, bir eksene gecirilmiş kukurtten topun cevrilmesiyle beraber buna dokunulması halinde elektrik kıvılcımlarının cıktığını gosterir Statik elektriğin elde edilmesi bu deneyle gosterilmiştir
XVIII yy ’ ın başlarında İngiliz deneyci S Gray ; 650 ft (~200 m) ’ den uzun olan nemli bir ip boyunca elektrik yukunun iletimini gercekleştirdi Ayrıca elektriksel cekme kuvvetinin metal bir nesneden diğer bir cisme aktarılabileceğini gosterdi Hemen hemen ayni zamanda; Fransız C Dufay, yalnızca iki tur elektriklenmenin olabileceğini ortaya koydu Buna gore; farklı yukler birbirini cekerken ayni yukler birbirini iterdi Bu, ayni zamanda kapsamlı ilk elektrik teorisiydi Dufay ’ ın teorisini geliştiren B Franklin, farklı iki elektrik turune pozitif ve negatif adlarını verir Elektriğin akıcı nitelikte olduğunu one suren Franklin; teorisinde, yuk hareketinin yonunun pozitiften negatife doğru olduğunu ve bu hareketin, pozitif yuklerin yer değiştirmesiyle meydana geldiğini ortaya koyar Bu teoriler oluşturulurken bir yandan da pil yapımı ve elektriğin depolanması ile ilgili calışmalar ilerler Leyden şişesinin yapılmasıyla ilk kez elektrik depo edilirken bir İtalyan tıpcı olan L Galvani 1786 ’ da değişik metaller kullanarak kurbağanın ic organlarının incelenmesi sırasında; kurbağanın bacak kaslarının kasıldığını gozlemler Galvani ’ nin sonuclarını duyan A Volta, birkac yıl sonra bu olayın iki farklı metalden kaynaklandığı sonucuna ulaşır Yaptığı deneylerde iki adet ceşitli cinste metal alarak bunların arasına değişik sıvılar koyar Elde ettiği sonuclardan hareketle 1800 yılında elektrik pilini icat eder Ote yandan A Coulomb, kendi buluşu olan burulma terazisi‘ ni kullanarak yuklu cisimler arasındaki elektrik kuvvetlerini nicel olarak olcer Sonucta, elektriksel kuvvetin bir ters kare kuvvet olduğunu bulurBu iki elektirksel yuk arasındaki elektriksel kuvveti Coulomb Kuvvet'i olarak adlandırılır
Elektrik ve manyetizma arasındaki ilişki Danimarkalı bilim adamı H Oersted ’ in, bir gosteri deneyi sırasında uzerinden elektrik akımı gecen telin, yakınındaki pusulayı saptırdığını bulmasıyla 1819 ’ da acığa cıktı Bundan birkac yıl sonra Alman fizikci G S Ohm, bir tele uygulanan gerilim ile o telden gecen akım arasında bir bağıntı olduğunu bulur Gerilimin telden gecen akıma oranına o telin direnci adını verir Bu arada Oersted ’ in gozlemlediği elektromanyetik olay; J B Biot, F Savart ve A M Ampére tarafından matematiksel olarak ifade edilir Yine ayni yıllarda M Faraday ve J Henry, elektrik akımı ile manyetizma arasındaki başka ilişkileri gosterdiler Bir devrenin yakınında bulunan bir mıknatısı hareket ettirerek yada başka bir devredeki akımı değiştirerek o devrede elektrik akımı oluşturdular Bu calışmalar, ilk elektrik motorunun yapımıyla sonuclandı Yine, Faraday manyetik alanın varlığını mıknatıs etrafında toplanan demir tozlarının şekillenimi yardımıyla ispatladı Ancak elektrik ile manyetizma arasındaki nihai ilişki en acık dille J C Maxwell tarafından 1873 ’ te gosterilir Maxwell ’ in ortaya attığı denklemler, ışığın yapısını ve boşluktaki yayılımını acıklarken, ayni zamanda havada elektromanyetik dalgaların nasıl bir yerden bir yere aktarılabileceğini de ortaya koyuyordu Nitekim; R Hertz 1888 ’ de elektromanyetik dalgaları laboratuarda oluşturarak Maxwell ’ in ongorulerini doğruladı Basit bir verici devresinde oluşturulan elektrik kıvılcımları, aralarında hicbir bağlantı olmadan alıcı devrede elde edildi Cok gecmeden, 1890 yılında Markoni, ilk radyoyu yapar ve Hertz ’ in bu buluşunun haberleşmedeki onemi gosterilmiş olur Bugun gunluk yaşantımızdan uzay calışmalarına kadar pek cok alanda buluş kullanılmaktadır
Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
4) KUANTUM
Kuantum, kelime olarak kesikli, parcalı anlamlarına gelir Bu teorinin, akkor hale gelinceye kadar ısıtılan bir cismin, kazandığı enerji ile yaydığı ışığın frekans dağılımı arasındaki ilişkinin ortaya konulması probleminden doğması; ışığın yapısının, teoride vazgecilmez oneme sahip olduğunu gosterir Bunun icin oncelikle ışık teorilerinin tarihsel gelişimine bakmakta fayda vardır
Işık bilgisi ile ilgili koklu gelişmeler XVII yy ’ da başlar Işık uzerine kurulan ilk teori, I Newton ’ nun parcacık teorisidir Newton, bu parcacıkların cok kucuk olduğunu belirtirken, bunların karakteristiklerini tanımlamada başarız olmuştur Onun, parcacığa zıt olan dalga yapısından uzak durmasının sebebi ise; dalga hareketinin temel ozelliği olan kırınım olayını fark etmemiş olmasıdır
Hollandalı bilimadamı C Huygens ise tamamen Newton ’ dan farklı duşundu Ona gore ışık, dalgaydı 1678 ’ de ortaya koyduğu teorisinde Huygens, ışığın katıda yada sıvıda, havada olduğundan daha yavaş hareket edeceğini one surmuştur Newton ’ un teorisine gore ise, ışık tanecikleri yoğun ortamda daha hızlı hareket etmeliydi Fransız fizikci J Foucault; ışığın hızının, az yoğun ortamda daha buyuk olduğunu gosterdi Boylece dalga modelinin doğruluğu kanıtlanmış oluyordu Dalga modeline diğer guclu kanıt ise; birbirini kesen ışık demetlerinin, carpışmadan yoluna devam etmesiydi Dalga modeli icin bu kanıtların bulunmasına rağmen, Newton ’ un otoritesi ile parcacık teorisi XVIII yy ’ da da kabul gordu
1805 yılında; İngiliz T Young ve Fransız A Fresnel, ışığın girişim ve kırınım yaptığını deneysel olarak gosterdiler Bu tur bir davranışı parcacıklar yapamazdı Bu tarihten itibaren dalga kuramının daha itibar gorduğu soylenebilir Ancak her dalganın yayılması icin bir ortam gerekirdi Boyle bir ortamın varlığının ispat edilemeyişi, parcacık tezinin tamamen itilmesine mani oldu
1900 yılına gelindiğinde fizik dunyasının tanımlayamadığı uc temel problem vardı:
Işığın karakteri
Atomun kararlılığı ve yapısı
Kara cisim (uzerine gelen butun ışık dalgalarını yutarak buyuk enerjilere sahip olabilen ideal cisim) ışıması
Gercekte bu uc sorun da birbirine bağlantılı idi Ama klasik fizikten farklı birtakım anlayışlarla acıklanabilirlerdi Cevap ise; 1900 yılında Alman bilgin M Planck ’ tan geldi Yuksek sıcaklıklarda ısıtılan bir metalin yaydığı ışığın spektral dağılımı, o metalin soğurduğu enerji ile bir tek durumda uyuşuyordu: Enerji, parcalı yayılmalıdır Enerji ifadesini Planck; bir h sabitiyle ışımanın f ile gosterilen frekansının carpımı şeklinde ifade eder
n, sadece tamsayı değerler aldığından, ara değerlerde enerji olmadığı sonucuna varılır Boylece karacisim problemine cozum bulunur
Planck ’ ın bulgusundan 5 yıl sonra; A Einstein, ayni yaklaşımı kullanarak ışığın metalden elektron sokme olayı olarak bilinen fotoelektrik etki problemine acıklık getirir Einstein ’ e gore; ışığın, elektrona 10(15) s gibi cok kucuk zaman aralığında enerjisini aktarması ancak ışık parcacıklarının elektronlara carpmasıyla mumkun olabilirdi Boylece, ışığın hf enerjisi taşıyan fotonlardan oluştuğu anlaşıldı Einstein, bununla da kalmayarak girişim ve kırınım olaylarının acıklanabileceği dalga teorisini de kabul etti; ışığın hem dalga ve hem de tanecik olduğunu acıkladı
O tarihlerde bilimadamları, artık mikroskobik boyutta gercekleşen olayların, kuantum duşuncesiyle acıklanabileceğine inandılar Nitekim; E Rutherford ’ un, atomun yapısının Guneş sistemine benzer olduğuna ilişkin mekanik yorumunun yanlışlığı 1913 ’ te kuantum teorisiyle doğrulandı Rutherford ’ un teorisine gore elektronlar, protonların cevresinde dairesel yorungelerde donmeliydi Ancak dairesel hareket yapan bir yuk ivmeleneceğinden, elektromanyetik dalgalar yayarak protonlar tarafından yutulacaktı Bu durumda, atomun var olmaması gerekirdi Danimarkalı fizikci N Bohr; problemi, elektronun acısal momentumunun h ’ nin 2p ’ ye bolumunun tam katları şeklinde olması gerektiğini soyleyerek cozdu Boylece bir yorungede dolanan elektron ışıma yapmayacak, ancak dışarıdan atomun kararlılığını bozacak şekilde etkide bulunulursa belirli yorungelere gecerek iki yorunge enerjisi arasındaki fark kadar enerjili foton salacak veya soğuracaktı Bu ışımalar gorunur bolgede olabileceği gibi morotesi bolgede de oluşabilirdi
Onceleri; hidrojen ve helyum gibi basit atomlara uygulanan teori cok elektronlu atomlarda bu haliyle iyi sonuc vermedi Bu sorun da; 1923 ’ te L de Broglie ’ ın ve 1926 ’ da E Schrodinger ’ in katkılarıyla ortadan kaldırıldı İlkin, de Broglie, her atomik parcacığın dalga gibi ele alınabileceğini gosterdi Bu durumda, elektronlar madde dalgası şeklinde cekirdeğin cevresinde dolanıyordu Buna dayanarak Schrodinger, atomik hareketin, dalga denklemiyle cozuleceğini gosterdi
Kuantum teorisinin en onemli ozelliğinden biri de, 1927 ’ de Alman fizikci W Heissenberg tarafından ortaya konuldu Ona gore; hicbir zaman bir atomik parcacığın, konumuyla hızının ayni anda, ayni kesinlikle bilinmesi imkansızdır Bu ilkeye, belirsizlik ilkesi denir Bir elektronun cekirdek cevresindeki bir yerde bulunup bulunamayacağı olasılıklarla belirlenir Kuantum fiziğinde, kesin yargılara yer yoktur
Mikro dunyada belirsizliğin olması; h, Planck sabitinin cok kucuk mertebelerde (~ 10(34)) olmasından kaynaklanır Klasik mekanikle tanımlı gunumuz makro dunyasında bizler zaten bu mertebeye gore deneylerde buyuk hatalar yapıyoruz Ancak onemli olan, bu hataların buyuk kutlelere sahip cisimlerde olculemeyecek kadar kucuk değişikliklere neden olmasıdır Bu durumda belirsizlik ilkesinin; makro duzeyde, kuantumda ele alındığı gibi etkin olamayacağını soyleriz
Kuantum teorisi XX yy ’ a, gunumuzdeki gelişimini de goz onune alırsak pek cok vazgecilmez yenilikler kazandırmıştır Bilgisayar, lazer, elektron mikroskobu ve transistor bu yeniliklerin teknolojiye yansımasıdır Ayrıca; atom ve cekirdeğin yapısı, elektriğin madde icinde iletimi ve katıların ısısal ozelikleri gibi konulara doyurucu acıklamalar getirmiştir
Fiziğin diğer bilim dallarındaki uygulamaları nasıldır?
5) ROLATİVİTE ( GORELİLİK )
Kuantum kuramıyla atomun yapısı aydınlatılmaya calışılırken, 1905 ’ te yeni bir teori ortaya atıldı I Newton tarafından kurulan klasik fiziğin mikro boyutlarda yetersizliği anlaşılmıştı Bunun yanında, cisimlerin ışık hızı mertebesindeki hareketinde de Newton fiziği bekleneni veremedi Newton, hareketin evrende mutlak olduğunu; bulunulan yere ve zamana gore değişmediğini kabul ediyordu Ancak, A Einstein bunun mumkun olamayacağını; bir cismin uzaydaki durumuna gore zaman ve mekan ozelliklerinin değişkenlik gostereceğini one surdu Teori, farklı zamanlarda; Ozel gorecelik ve Genel gorecelik adı altında oluşturulmuştur
* Ozel Gorecelik:
Ozel gorecelik teorisi, 1887 yılında A Michelson ve E Morley tarafından gercekleştirilen bir deneyin sonucunun yorumlanmasıyla elde edilmiştir Deney; temelde uzay boşluğunu doldurduğu duşunulen ve J C Maxwell ’ in, elektromanyetik dalgaların icinde hareket ettiğini one surduğu esir maddesinin varolup olmadığını sınamak uzere gercekleştirildi Deneyde; Dunya ’ nın, Guneş cevresinde donduğu yone gonderilen bir ışık dalgası ile bu yone dik gonderilen ışık dalgası arasındaki faz kaymasının gozlenmesi esas alınıyordu Herhangi bir kaymanın bulunması durumunda esirin haretinden dolayı ışık dalgalarının hızının azaldığı sonucuna varılacaktı Fakat deney bekleneni vermemişti Yuzlerce deneme sonunda, ışık hızının her zaman, her yerde sabit olduğu sonucuna varıldı
A Einstein, bu sonucları anlamlandıran ve doğru olarak acıklayan ilk kişi oldu Aslında asırlar once Turk İslam filozofu Kindi; zaman, mekan ve hareketin goreli; her cisme ve gozlemciye gore değişen yapıda olduğunu vurgulamıştı Einstein bu duşuncelere deneysel kanıtları da katarak şu ilkeleri ortaya koydu:
* Tum fizik yasaları, birbirine gore değişmeyen harekete sahip butun eylemsiz gozlem cercevelerinde ayni yazılmalıdır
* Işığın boşluktaki hızı, kaynak ile gozlemci arasındaki goreli hareketten bağımsız olup daima sabittir
Bu ilkeler; ışık dalgalarının hareketi icin herhangi bir ortamın gerekmediğini, dolayısıyla esirin varlığına ilişkin bir varsayımın gereksiz olduğunu ortaya koydu Boylece yuksek hızlardaki hareket ele alınırken bir tek referans noktası goz onune alınacaktır O da evrendeki tek sabit olan ışık hızıdır Cunku zaman, uzunluk ve kutle bu niceliğe gore değişmektedir Sonuc olarak; goreli bir evrende;
1) Işık hızına yakın hareket eden nesnelerin hareket yonundeki boyları kısalır ve kutleleri artar Işık hızına, bir cismin ulaşması durumunda ise, bu cismin kutlesi sonsuz, uzunluğu da sıfır olur Bu sonuctan hareketle şu soylenebilir: Hicbir cisim ışık ışık hızına ulaştırılamaz
2) Işık hızına yakın bir hızla hareket eden sistemde zaman yavaş işler Tam ışık hızına sahip bir cisim icin ise zaman gecmez Hareketli sistemdeki saat, duran saate gore;