Işık ve maddenin atom ve atom altı düzeylerdeki hareketlerini inceleyen bilim dalına Kuantum mekaniği denir Kuantum mekaniği dalga mekaniği ya da nicem mekaniği adlarıyla da anılır Bu mekanik, atomların moleküllerin ve bunları oluşturan proton, elektron, kuark, nötron ve bunun gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır Kuantum mekaniğinin çalışma alanı parçacıkların birbirleriyle ve X ışını, ışık gama ışını gibi elektromanyetik radyasyonlarla mevcut olan etkileşimlerini de kapsamaktadır Latince karşılığı quantus, İngilizce karşılığı quantum sözcüğünden gelir ve kuramın belli bir fiziksel nicelikler için kullandığı kesikli birimlere gönderim yapar Bu mekaniğin temelleri yirminci yüzyılın başlarında Albert Einstein, Max Planck, Niels Bohr, Max Born ve Paul Dirac gibi Bilim insanlarınca atılmıştır
Belirsizlik ilkesi, dalga kuramı, kara cisim ışınımı, kuantum alan kuramı gibi kavram ve kuramlar bu alanda ilerlemiş ve klasik fiziğin sarsılarak değiştirilmesine neden olmuştur Klasik mekaniğin oldukça başarılı olmasına karşın kara cisim ışıması, fotoelektrik etki, tayf çizgileri gibi bazı olayları açıklarken yetersiz kalmıştır Bu yetersizlik bilim adamlarından dolayı değil, klasik mekaniğin eksikliğinden kaynaklanıyordu En sade haliyle klasik mekanik, evreni bir süreklilik olarak nitelendirir
Bazı deneysel incelemeleri açıklayabilmek için, 1900 yılında Max Planck enerjinin, 1905'te ise Albert Einstein ışığın paketçiklerden oluştuğunu, başka bir deyişle süreksizlik gösterdiği kuramını kullanmak zorunda kaldılar Tabii ki bu iki darbe klasik mekaniği yıkamadı Bilim insanları uzun yıllar boyunca bu tür varsayımlarını klasik kuramlardan türetmek için çabaladı Yine bu dönemlerde atomun yapısı üzerine gerçekleştirilen incelemeler bir gerçeği daha ortaya çıkarmıştı Ernest Rutherford yapmış olduğu deneyle atomun küçük bir çekirdeğe sahip olduğunu kanıtladı
O dönemlerde elektronun varlığı biliniyordu ve böyle bir durumda şayet negatif yüklü elektronlar pozitif çekirdeğin çevresinde dairesel titreşim yapıyor olsalardı, çok kısa bir zaman içinde elektronlar çekirdeğe düşeceklerdi Bunun nedeni, elektromanyetik Kurama göre anlatılabilir; ivmelenen yükler ışıma yaparlar ve dairesel bir harekette ivmeli olduğu için, elektron ışıma sonucu enerjisini kaybedecek ve çekirdeğe düşecekti Sonuç olarak güneş sistemine benzerlik gösteren klasik model de çökecekti
Kuantum Mekaniği
Kuantum mekaniğinde olaylar çok farklı şekilde ele alınır Parçacıklar doğrudan 3 momentum ve 3 konumla açıklanmak yerine, dalga fonksiyonu ile açıklanırlar Dalga fonksiyonu ise parçacığa ait bütün bilgiyi içinde taşır ve bu fonksiyona uygun sorular sorularak gerekli bilgiler alınır Tarihsel gelişimi süresince kuantum mekaniğinin birçok araştırma ve sınavdan başarıyla çıktığı bir gerçektir Yeni olgulara ışık tutması ve olguları doğrulukla açıklaması gibi, bir teoriden beklenebilecek her türlü özeliği vardır QED (Kuantum elektrodinamiği) ve renk dinamiği, bu zamana kadar hiçbir teorinin erişemediği sonuçlar vermiştir Buna rağmen, geçtiğimiz yüzyılda bu iki teorik açılım birbiriyle uyuşmamıştır
Doğadaki bilinen 4 kuvvetten 3 tanesi, zayıf, güçlü kuvvetler ve elektromanyetizma kuantum teorileriyle ele alınabilirken, henüz kütle çekimi hakkında tutarlı bir kuram bulunamamıştır Sicim kuramları her ne kadar kuantum kütle çekimine adaymış gibi izlenim verse de, halen çözülmesi gereken büyük sorunlar mevcuttur Günümüzde var olan yaygın düşünce, kütle çekim ve kuantumun üstünde doğrusal olmayan, fakat daha genel bir kuramın olduğudur
Heisenberg belirsizlik ilkesinin ön plana çıktığı 1927’den bu zamana kadar, Kuantum mekaniğinin temelleri herhangi bir değişikliğe uğramamıştır Kuantum mekaniğine bağlı olarak meydana gelen diğer kavramlarda, bilinen temel ilkelerde değişiklik yapılmasını gerektirmez Kuantum mekaniği doğduğundan beri, esas ilkelerin anlaşılması açısından birçok tartışmaya neden olmuştur Bunlardan bir tanesi Podolsky, Einstein ve Rosen’in 1935’de atmış oldukları başlıkla ortaya çıkmıştır (EPR Paradoksu) Bu paradoksa göre, fizik kuramının tamamlanmış olarak kabul görmesi için 2 temel şartı yerine getirmesi gerekmektedir Bu şartlar;
Teorinin tamamlanmışlığı
Teorinin doğruluğu
EPR paradoksuna göre bu teorinin doğru olarak kabul edilmesi için, teorinin yapılacak incelemeler sonucunda uyumluluk göstermesi gerekir Kuantum mekaniği, yapılan deneylerle büyük uyum gösterdiği için doğru olarak kabul edilmiştir Paradoks ‘da bulunan fiziksel gerçeklik şöyle açıklanmıştır; “Fiziksel bir niceliğin değerini, dinamik sistemi bozmadan kesin olarak tahmin edebiliyorsak, işte o zaman fiziksel gerçekliğin niceliğe karşılık olan bir öğesi mevcuttur Bu tanımlamaya göre; fiziksel bir niceliğin kesin değerini, dinamik sistem bozulmadan tahmin edebiliyorsak, teoriden hesap sonucu elde edilen bu değer fiziksel gerçekliğin herhangi bir öğesine karşılık gelir Buna rağmen, fiziksel gerçekliğin tüm öğelerinin fizik teorisinde bir karşılığı bulunması gerektiğiyle ilgili koşul aranmamıştır
Kuantum Mekaniği Uygulamaları Nelerdir?
Fizik ve kimya bilimlerinin temelleri esas olarak şu araştırma alanları üstüne kurulmaktadır;
Elektromanyetik
Kimyasal kinetik
Akışkanlar mekaniği
İstatistiksel mekanik
Klasik mekanik
Termodinamik
Optik
Kuantum mekaniği
Kuantum Mekaniği Nedir
Bunların dışındaki diğer tüm kimya ve fizik dalları, bu alanların uygulamaları konumundadır Bu duruma göre, yukarıda belirttiklerimize “saf, diğer dallara ise “uygulamalı kimya ve fizik gözüyle bakabiliriz Kuantum mekaniği mikro sistemlere uygulanınca da şu “uygulamalı kimya ve fizik dalları ortaya çıkmıştır;
Organik kimya, Anorganik kimya ve Biyokimya
Katı Hal Fiziği (Kimyası); Katı halin kuantum mekaniğidir
Kuantum Kimyası; Molekül ve atomun kuantum mekaniğidir
Nükleer Fizik (Kimya); Çekirdeğin kuantum mekaniğidir
Parçacık Fiziği (Kimyası); Atom altı parçacıkların kuantum mekaniğidir
Plazma Fiziği (Kimyası); Plazmanın kuantum mekaniğidir
Sıvı Hal Fiziği (Kimyası); Sıvı halin kuantum mekaniğidir
Kuantum mekaniği, aşırı sağlam matematik esasları üzerine kurulmuş bir mekaniktir Bu matematikle sistemlerin doğası modellenir, fakat bu modelleme kuantum mekaniğinin esas kavramlarını çözümlemeye yetmez Örneğin; dalga bir fonksiyondur Bu fonksiyonun mutlak karesinin olasılık genliği durumu ise sadece bir yorumdur Şayet bu yorumu genel bir çerçeveye oturtmaya kalkarsanız, işte o zaman kuantum mekaniği felsefesi yapmış olursunuz
Belirsizlik ilkesi, dalga kuramı, kara cisim ışınımı, kuantum alan kuramı gibi kavram ve kuramlar bu alanda ilerlemiş ve klasik fiziğin sarsılarak değiştirilmesine neden olmuştur Klasik mekaniğin oldukça başarılı olmasına karşın kara cisim ışıması, fotoelektrik etki, tayf çizgileri gibi bazı olayları açıklarken yetersiz kalmıştır Bu yetersizlik bilim adamlarından dolayı değil, klasik mekaniğin eksikliğinden kaynaklanıyordu En sade haliyle klasik mekanik, evreni bir süreklilik olarak nitelendirir
Bazı deneysel incelemeleri açıklayabilmek için, 1900 yılında Max Planck enerjinin, 1905'te ise Albert Einstein ışığın paketçiklerden oluştuğunu, başka bir deyişle süreksizlik gösterdiği kuramını kullanmak zorunda kaldılar Tabii ki bu iki darbe klasik mekaniği yıkamadı Bilim insanları uzun yıllar boyunca bu tür varsayımlarını klasik kuramlardan türetmek için çabaladı Yine bu dönemlerde atomun yapısı üzerine gerçekleştirilen incelemeler bir gerçeği daha ortaya çıkarmıştı Ernest Rutherford yapmış olduğu deneyle atomun küçük bir çekirdeğe sahip olduğunu kanıtladı
O dönemlerde elektronun varlığı biliniyordu ve böyle bir durumda şayet negatif yüklü elektronlar pozitif çekirdeğin çevresinde dairesel titreşim yapıyor olsalardı, çok kısa bir zaman içinde elektronlar çekirdeğe düşeceklerdi Bunun nedeni, elektromanyetik Kurama göre anlatılabilir; ivmelenen yükler ışıma yaparlar ve dairesel bir harekette ivmeli olduğu için, elektron ışıma sonucu enerjisini kaybedecek ve çekirdeğe düşecekti Sonuç olarak güneş sistemine benzerlik gösteren klasik model de çökecekti
Kuantum Mekaniği
Kuantum mekaniğinde olaylar çok farklı şekilde ele alınır Parçacıklar doğrudan 3 momentum ve 3 konumla açıklanmak yerine, dalga fonksiyonu ile açıklanırlar Dalga fonksiyonu ise parçacığa ait bütün bilgiyi içinde taşır ve bu fonksiyona uygun sorular sorularak gerekli bilgiler alınır Tarihsel gelişimi süresince kuantum mekaniğinin birçok araştırma ve sınavdan başarıyla çıktığı bir gerçektir Yeni olgulara ışık tutması ve olguları doğrulukla açıklaması gibi, bir teoriden beklenebilecek her türlü özeliği vardır QED (Kuantum elektrodinamiği) ve renk dinamiği, bu zamana kadar hiçbir teorinin erişemediği sonuçlar vermiştir Buna rağmen, geçtiğimiz yüzyılda bu iki teorik açılım birbiriyle uyuşmamıştır
Doğadaki bilinen 4 kuvvetten 3 tanesi, zayıf, güçlü kuvvetler ve elektromanyetizma kuantum teorileriyle ele alınabilirken, henüz kütle çekimi hakkında tutarlı bir kuram bulunamamıştır Sicim kuramları her ne kadar kuantum kütle çekimine adaymış gibi izlenim verse de, halen çözülmesi gereken büyük sorunlar mevcuttur Günümüzde var olan yaygın düşünce, kütle çekim ve kuantumun üstünde doğrusal olmayan, fakat daha genel bir kuramın olduğudur
Heisenberg belirsizlik ilkesinin ön plana çıktığı 1927’den bu zamana kadar, Kuantum mekaniğinin temelleri herhangi bir değişikliğe uğramamıştır Kuantum mekaniğine bağlı olarak meydana gelen diğer kavramlarda, bilinen temel ilkelerde değişiklik yapılmasını gerektirmez Kuantum mekaniği doğduğundan beri, esas ilkelerin anlaşılması açısından birçok tartışmaya neden olmuştur Bunlardan bir tanesi Podolsky, Einstein ve Rosen’in 1935’de atmış oldukları başlıkla ortaya çıkmıştır (EPR Paradoksu) Bu paradoksa göre, fizik kuramının tamamlanmış olarak kabul görmesi için 2 temel şartı yerine getirmesi gerekmektedir Bu şartlar;
Teorinin tamamlanmışlığı
Teorinin doğruluğu
EPR paradoksuna göre bu teorinin doğru olarak kabul edilmesi için, teorinin yapılacak incelemeler sonucunda uyumluluk göstermesi gerekir Kuantum mekaniği, yapılan deneylerle büyük uyum gösterdiği için doğru olarak kabul edilmiştir Paradoks ‘da bulunan fiziksel gerçeklik şöyle açıklanmıştır; “Fiziksel bir niceliğin değerini, dinamik sistemi bozmadan kesin olarak tahmin edebiliyorsak, işte o zaman fiziksel gerçekliğin niceliğe karşılık olan bir öğesi mevcuttur Bu tanımlamaya göre; fiziksel bir niceliğin kesin değerini, dinamik sistem bozulmadan tahmin edebiliyorsak, teoriden hesap sonucu elde edilen bu değer fiziksel gerçekliğin herhangi bir öğesine karşılık gelir Buna rağmen, fiziksel gerçekliğin tüm öğelerinin fizik teorisinde bir karşılığı bulunması gerektiğiyle ilgili koşul aranmamıştır
Kuantum Mekaniği Uygulamaları Nelerdir?
Fizik ve kimya bilimlerinin temelleri esas olarak şu araştırma alanları üstüne kurulmaktadır;
Elektromanyetik
Kimyasal kinetik
Akışkanlar mekaniği
İstatistiksel mekanik
Klasik mekanik
Termodinamik
Optik
Kuantum mekaniği
Kuantum Mekaniği Nedir
Bunların dışındaki diğer tüm kimya ve fizik dalları, bu alanların uygulamaları konumundadır Bu duruma göre, yukarıda belirttiklerimize “saf, diğer dallara ise “uygulamalı kimya ve fizik gözüyle bakabiliriz Kuantum mekaniği mikro sistemlere uygulanınca da şu “uygulamalı kimya ve fizik dalları ortaya çıkmıştır;
Organik kimya, Anorganik kimya ve Biyokimya
Katı Hal Fiziği (Kimyası); Katı halin kuantum mekaniğidir
Kuantum Kimyası; Molekül ve atomun kuantum mekaniğidir
Nükleer Fizik (Kimya); Çekirdeğin kuantum mekaniğidir
Parçacık Fiziği (Kimyası); Atom altı parçacıkların kuantum mekaniğidir
Plazma Fiziği (Kimyası); Plazmanın kuantum mekaniğidir
Sıvı Hal Fiziği (Kimyası); Sıvı halin kuantum mekaniğidir
Kuantum mekaniği, aşırı sağlam matematik esasları üzerine kurulmuş bir mekaniktir Bu matematikle sistemlerin doğası modellenir, fakat bu modelleme kuantum mekaniğinin esas kavramlarını çözümlemeye yetmez Örneğin; dalga bir fonksiyondur Bu fonksiyonun mutlak karesinin olasılık genliği durumu ise sadece bir yorumdur Şayet bu yorumu genel bir çerçeveye oturtmaya kalkarsanız, işte o zaman kuantum mekaniği felsefesi yapmış olursunuz
