Etiket: foton

Uzay Denizindeki Dalgalanmalar

21 Temmuz 2020

16:00

Bir yorum yaz on Uzay Denizindeki Dalgalanmalar

Bilim

, , , , , ,

19. yüzyıl başlarında , Rosetta Taşı’nı Fransız Jean François Champollion’dan bağımsız olarak deşifre etmesiyle ün salmış olan İngiliz fizikçi Thomas Young, ışık geçirmez bir perdede birbirine çok yakın iki dikey yarık oluşturarak perdeyi tek renkli bir ışıkla aydınlattı. Şayet ışık bir dalgaysa , her yarığın yeni bir dalga kaynağı gibi davranacağını ve bu ayrı kaynaklardan çıkan iki ışığın perdenin uzak tarafına , küçük bir gölde oluşan iç içe geçmiş dalgalara benzer şekilde yayıla cağını düşündü.

Girişim [interference] dalgaların sergilediği karakteristik bir özelliktir. İki benzer dalga birbirinin içinden geçerken, dalga tepelerinin birbirine denk düştüğü noktalarda kuvvetlenir, birinin dalga tepesi diğerinin dalga çukuruna rastladığında ise birbirlerini sönümlendirirler.

Sağanak yağmur yağarken bir su birikintisine bakarsanız, her bir yağmur damlacığının oluşturduğu dalgalanmaların yayılarak birbirleriyle “yapıcı” ve “yıkıcı” şekilde girişim de bulunduğunu görürsünüz.

Young, açtığı iki yarıktan çıkan ışığın önüne ikinci bir beyaz perde koydu. Ve bunu yaptığı anda, süpermarket barkodlarındaki gibi, ardı sıra dizilmiş karanlık ve aydınlık şeritler gözlemledi. Bu girişim deseni, ışığın dalga olduğunu gösteren inkar edilemez bir kanıttı. İki yarıktan çıkan ışığın dalga tepeleri birbirine ayak uydurduğunda ışığın parlaklığı artıyor; uyduramadıklarında ise ışık sönümleniyordu.

Young “çift yarık” düzeneğini kullanarak ışığın dalga boyunu hesaplamayı başardı. Bu dalga boyu, milimetrenin yalnızca binde birine tekabül eden (insan saçından bile daha ince) bir değerdi. Bu değer, daha önce ışığın dalga olabileceğinin neden tahmin edilemediğini açıklıyordu.

Gelecek iki yüzyıl boyunca, Young’ın ışığın uzay denizindeki dalgalanmalar olduğu görüşü, tüm ışık olaylarını açıklamada geçerli oldu. Fakat 19. yüzyılın sonlarına doğru, bu konuda sorunlar yaşanmaya başladı. Her ne kadar ilk zamanlarda çok az kişi farkına varmış olsa da, ışığın dalga olduğu görüşüyle, atomun maddenin en küçük yapı taşı olduğu fikri uzlaşmıyordu.

Sorun, ışıkla maddenin bir araya geldiği kesişim noktasındaydı.

Atomların Dünyasında Olup Bitenlerin Nedensiz Olduğunu Nasıl Keşfettik

20 Temmuz 2020

16:14

Atomların Dünyasında Olup Bitenlerin Nedensiz Olduğunu Nasıl Keşfettik için bir yorum

Bilim

, , ,

Zamanında bir filozof, “aynı koşulların her zaman aynı sonuçları doğurması bilimin ,Varoluşu için şarttır,” demişti. İyi de, öyle olmuyor ki!
Richard Feynman

Yıl 2025 ve ıssız bir dağın tepesindeki 100 metrelik dev teleskop gece semalarını tarıyor. Teleskop, gözlemlenebilir evrenin sonundaki ilkel bir galaksiye kilitleniyor ve dünyanın doğumunun çok öncesinden beri uzayda yol alan cılız ışık, teleskobun aynası tarafından, aşırı hassas elektronik algılayıcılarda yoğunlaştırılıyor. Teleskobun kubbesinde, yıldız gemisi Enterprise’ın konsolundan çok da farklı olmayan kontrol panelinde oturan gökbilimci Zer, önlerindeki bilgisayar ekranlarında galaksinin belli belirsiz bir görüntüsünün oluşumunu seyretmekte. Biri sesi açıyor ve kontrol odasını kulakları sağır eden bir çatırdama sesi kaplıyor. Ses, makineli tüfek ateşine, sac çatıyı döven yağmur damlalarının sesine benziyor. Fakat bu, uzayın dipsiz derinliklerinden teleskobun algılayıcılarına yağan ışık parçacıklarının sesi.

Kariyerlerini evrenin en zayıf ışık kaynaklarını görmeye çabalayarak geçiren bu gökbilimcilere göre, ışığın küçük kurşunvari taneciklerden (yani fotonlardan) oluşmuş bir akım olduğu apaçık ortadadır. Ne var ki, çok da uzak olmayan bir geçmişte, bilim dünyasının bu fikri kabul etmesi için büyük patırtılar kopması gerekmişti. Aslına bakılacak olursa, ışığın kesikli paketler (ya da kuantalar) olarak bize ulaştığının keşfedilmesinin, bilim tarihindeki en sarsıcı gelişme olduğu söylenebilir. Bu keşif, 20. yüzyılın öncesinde bilimin üzerini örten rahat battaniyeyi kaldırıp atmış ve fizikçileri, uygar sebep-sonuç ilişkilerini tamamen göz ardı eden ve olayların yalnızca gerçekleştiği için gerçekleştiği bir Alice Harikalar Diyarı evreninin haşin gerçekleriyle yüz yüze bırakmıştır.

Işığın fotonlardan oluştuğunu ilk anlayan kişi Einstein olmuştu. Einstein, ışığı küçük parçacıklardan oluşan bir akım olarak ortaya koyduğunda, fotoelektrik etki olarak bilinen olayı da anlamlandırabilmişti. Bir süpermarkete girerken kapıların otomatik olarak açılması, fotoelektrik etki tarafından kontrol edilen bir sistem sayesindedir.

Belli başlı metaller ışığa maruz kaldığında, dışarı elektrik parçacıkları, yani elektron yayar. Bu türden bir metal bir fotosele yerleştirildiğinde, üzerine ışık düştüğü sürece küçük bir elektrik akımı üretir. Markete doğru adım atan birisi, bu ışık akışını keser ve bu sayede elektrik akımı da kesilerek, kapıların açılması için gerekli sinyali verir.

Fotoelektrik etkinin pek çok garip özelliğinden biri de, aşırı zayıf bir ışık kullanılsa bile elektronların metalden anında salınmasıdır. Diğer bir deyişle, bu noktada herhangi bir gecikme yaşanmaz. Işık bir dalgaysa, bu olay açıklanamaz. Bunun nedeni, yayılan dalganın metaldeki çok sayıda elektronla etkileşime girecek olmasıdır. Ve de kaçınılmaz bir şekilde bu elektronlardan bazıları diğerlerinden daha sonra harekete geçecektir. Esasen, bazı elektronlar ışık metale yansıtıldıktan yaklaşık 10 dakika sonra bile yayılıyor olabilirdi.

Öyleyse, elektronlar nasıl oluyor da metalden anında atılabiliyor? Bunun tek bir yolu olabilir. Her bir elektron, metalden, tek bir ışık taneciği tarafından atılmaktadır.

Işığın küçük kurşunvari parçacıklardan oluştuğuna dair daha da güçlü bir kanıt, Compton saçılması denilen olaydan gelmektedir. Elektronlar, yüksek enerjili bir ışık türü olan X-ışınlarına maruz bırakıldığında, bilardo toplarının birbirleriyle çarpışarak dağıldığı gibi dağılmaktadır.

Dışarıdan bakıldığında, ışığın küçük parçacıklardan oluşan bir akım olmasının keşfi çok önemli veya şaşırtıcı görünmeyebilir. Fakat sanıldığından çok daha önemlidir.

Bunun nedeni, ışığın bir parçacık akımından mümkün olan en farklı şey, yani bir dalga olduğunu gösteren çok fazla sağlam kanıtın da bulunmasıdır.

Schrödinger Dalga Denklemi

18 Haziran 2019

15:30

Bir yorum yaz on Schrödinger Dalga Denklemi

Bilim

, , , , , , ,

Eğer parçacıklar da dalga gibi yayılabiliyorsa, nerede olduklarını nasıl söyleyebiliriz? Erwin Schrödinger dalga gibi davranan bir parçacığın bulunabileceği konumu ihtimale bağlı olarak veren çığır açıcı bir denklem buldu. Bu denklem atomlarda elektronların enerji düzeylerini de verdiği için kuantum mekaniğinin yanı sıra modern kimyayı da başlatmıştır.

Işığın da aralarında olduğu elektromanyetik dalgalar, her ikisinin de özelliğini gösterir ve hatta atomaltı parçacıklar ile moleküller bile tıpkı dalgalar gibi kırınabilir ve girişim yapabilir.

Fakat dalgalar sürekliyken parçacıklar değildir. Bu durumda dalga gibi yayılmış haldeki parçacığın nerede bulunduğunu nasıl söyleyebiliriz? Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger’in 1926’da bulduğu denklem, dalga fiziğini ve olasılık kullanarak dalga gibi davranan bir parçacığın belli bir konumda bulunma ihtimalini verir.

Denklem ilk olarak atomlarda elektronların yerlerini belirlemek için kullanıldı. Schrödinger denklemi dalga-parçacık ikiliği fikrinin yalnızca atomlar için değil, tüm maddeler için geçerli olduğunu göstererek fizikte bir devrim yaratmıştır.

Işık Dalga mı Parçacık mı?

5 Mayıs 2017

13:26

Işık Dalga mı Parçacık mı? için 2 yorum

Bilim

, , , , , ,

Fizikçiler hala bu ikilikle boğuşur. Bugün ışığın farklı koşullarda nasıl davranması gerektiğini biliyormuşcasına hareket ettiğini biliyoruz. Işığın dalga özelliklerini gözlemlemek için tasarlamış bir deneyde, örneğin bir kırınım ağından geçirildiğinde, ışık dalga gibi davranır. Parçacık özelliklerinin gözlemlemek için tasarlanmış bir deneyde ise parçacık gibi davranır.

Fizikçiler ışığın gerçek doğasını ortaya çıkarmak için zekice deneyler yapsalar da şimdiye kadar hep başarısız oldular. Bunların çoğu Young’ın çift yarık deneyinin çeşitlemeleriydi. Bir ışık kaynağından çıkıp iki ince yarıktan geçerek bir ekrana düşen ışık ışınlarını düşünün. Her iki yarık da açıkken girişim saçaklarına benzeyen aydınlık-karanlık şeritler görürsünüz. Dolayısıyla ışık, bildiğimiz üzere dalgadır. Işığı kısarak fotonların yarıklardan teker teker geçeceği düzeye kadar düşürdüğümüzde, bir dedektörler her bir fotonun duvara çarpışını saptayabiliriz. Bu durumda bile fotonlar ekran üzerinde şeritlerden oluşan girişim desenleri oluşturacak şekilde yığılır.

Peki tek bir foton, ekranda girişim dalgası oluşturacak şekilde hangi yarıktan geçeceğini nereden bilir? Eğer yeterince hızlı davranırsanız, foton ışık kaynağından çıkar çıkmaz veya yarıklardan geçmiş ama daha ekrana düşmemişken yarıklardan birini kapatabilirsiniz. Fizikçiler test ettikleri her durumda fotonların bir mi yoksa iki mi yarık olduğunu biliyormuş gibi davrandıklarını gördüler. Hatta ortada tek bir foton olmasına rağmen, sanki aynı anda iki yarıktan birden geçiyormuş gibi görünüyordu.

Fotonun hangi yarıktan geçtiğini gözlemlemek için yarıklardan birinin yanına bir dedektör konduğunda, şaşırtıcı bir biçimde ekranda girişim deseni oluşmamaya başlar. Fotonlar ekranda tek bir yığın oluşturur ve girişim saçakları oluşmaz. Yani fotonları iş üstünde yakalamak için ne yaparsanız yapın, sanki tüm yapılanları biliyor gibidirler. Ve aynı anda hem dalga hem de parçacık gibi davranırlar – ikisinden bir tanesi gibi değil.

Fotoelektrik Etki

13 Nisan 2017

09:57

Bir yorum yaz on Fotoelektrik Etki

Bilim

, , , ,

Fotonlar 1905 yılında Albert Einstein fotoelektrik etkiyi açıklayan radikal bir fikir ortaya attı. 1921’de ona Nobel Ödülü’nü kazandıran da görelilik kuramı değil, bu çalışmasıdır. Einstein’ın ışık kuantası sonradan foton adını aldı. Fotonların kütlesi yoktur ve ışık hızında hareket ederler. Einstein metalin dalgalar halindeki ışık tarafından değil, tek tek fotonlarca bombardımana uğratıldığını ileri sürdü. Fotonlar metalteki elektronlara bir mermi gibi çarparak onları harekete geçirip fotoelektrik etkiye yol açıyordu.

Bakır bir levhaya morötesi ışık düştüğünde elektrik üretilir. Bu “fotoelektrik” etki Albert Einstein’a kadar gizemini korumuştu. Max Planck’ın enerji kuantalarından esinlenen Einstein, ışık parçacıkları, yani foton fikrini geliştirdi. Einstein ışığın dalga gibi davranmasının yanında foton parçacıkları gibi davranabildiğini de gösterdi.

Eintein’ın ortaya attığı düşünce, tartışmalı olmasının yanında dalga-parçacık ikiliği denen ve ışığın aynı anda hem dalga hem de parçacık olması gibi rahatsız edici bir düşünceyi de gündeme getirdi.