Ana Sayfa Fizik Parçaçık Fiziği Dalga mı Parçacık mı? Dalga Parçacık İkilemi

Dalga mı Parçacık mı? Dalga Parçacık İkilemi

0
Dalga mı Parçacık mı? Dalga Parçacık İkilemi
(Image credit: kmls via Shutterstock)

Tüm maddeler hem parçacıklardan hem de dalgalardan mı oluşur?

Dalga mı Parçacık mı? Dalga Parçacık İkilemi

Atom altı parçacıkların hayvanat bahçesini tanımlayan fizik teorisi olan kuantum mekaniğine göre, tüm madde hem parçacıklar hem de dalgalar olarak tanımlanabilir. Ama bu gerçek mi?

Dalga-parçacık ikiliği, atom altı parçacıkların nasıl davrandığına dair modern teorimiz olan kuantum mekaniğinin temel taşlarından biridir. Bu ikilik, tüm parçacıkların (aslında tüm nesnelerin) kendileriyle ilişkili dalga benzeri bir özelliğe sahip olduğunu belirtir. Kuantum mekaniğinin standart yorumlarının çoğu bu dalga benzeri özelliği, bir parçacığın bir yerde ya da başka bir yerde olma olasılığını hesaplamak için düzgün bir matematiksel numara olarak ele alırken, bazı daha radikal yorumlar dalgayı parçacıklar kadar var olan gerçek bir varlığa yükseltir. Pilot dalga teorisi olarak bilinen bu yorumlardan biri, evrendeki her etkileşimin tek bir denklem setiyle tanımlanabileceğini öne sürer – keşke bunları çözebilseydik.

ORIJINAL DALGALAR

1924 yılında Fransız fizik doktora öğrencisi Louis de Broglie, maddenin dalga benzeri bir özelliğe sahip olduğunu öne sürdü. De Broglie, ışıktaki dalga-parçacık ikiliğinin keşfinden ilham almıştı. Yüzyıllar boyunca fizikçiler ışığın küçük parçacıklardan mı yoksa bir tür dalgalardan mı oluştuğunu tartışmışlardı. “Kuantum Mekaniğinin Tarihi “ne (CreateSpace Independent Publishing, 2017) göre, 1800’lerin ortalarında James Clerk Maxwell’in elektromanyetik alanı keşfetmesi ve ışığın elektromanyetik dalgalardan oluştuğunu fark etmesiyle tartışma çözülmüş gibi görünüyordu.

Ancak 1899’da Alman fizikçi Max Planck, kara cisim ışıması (ısıtılmış bir cisimden yayılan ışık spektrumu) olarak bilinen bir tür ışımayı anlamaya çalışıyordu ve ışımanın özelliklerini açıklayabilmesinin tek yolu ışığın ayrık küçük parçalar ya da kuantlar halinde yayılmasına izin vermekti – yani yayılan ışık hem parçacıklar hem de elektromanyetik dalgalar olarak tanımlanabilirdi.

Birkaç yıl sonra Albert Einstein, kuantize olanın sadece ışığın yayılması değil, ışığın kendisi olduğunu öne sürdü. Einstein’a göre ışık küçük parçacıklardan (sonunda foton adını aldı) oluşur ve bir grup foton bir araya geldiğinde bir dalga gibi davranır. Bu dalga-parçacık ikiliği, radikal olmasına rağmen, bir dizi deney ve gözlemi açıklayabilir.

Planck ve Einstein ışığın dalga boyunun momentumuyla ters orantılı olduğunu öne sürmüşlerdir. Yani bir foton ne kadar çok momentuma (enerjiye) sahipse, dalga boyu da o kadar küçük olur. De Broglie bu basit ilişkiyi ele aldı ve çılgınca görünen bir fikre ulaştı. Işığın momentumu ve enerjisi vardır ve dalga benzeri bir özelliğe sahiptir. Maddenin de momentumu ve enerjisi vardır, dolayısıyla belki onun da dalga benzeri bir özelliği vardır.

Sinirlenen de Broglie’nin tez danışmanı bu fikri Einstein’a gönderdi ve o da onayladı.

KUANTUM DALGALARI

Kuantum mekaniğinin gelişimi Planck’ın çalışmalarıyla başlamış olsa da, ilerleme birkaç on yıl boyunca durdu. De Broglie’nin fikri kuantum teorisini modern haline getirmek için gereken katalizör oldu. Erwin Schrödinger’in dönüm noktası niteliğindeki 1926 tarihli makalesine göre (yeni sekmede açılır), dalga-parçacık ikiliğinin fark edilmesiyle Erwin Schrödinger gibi fizikçiler atomların içindeki elektronların davranışını açıklayan tam bir kuantum teorisi geliştirebilirdi.

Ancak soru hala geçerliydi: Maddenin dalgaları tam olarak nedir? Schrödinger, elektronlar gibi atom altı parçacıkların kelimenin tam anlamıyla uzayda yayıldığını savundu, ancak yorumu elektronların nokta benzeri parçacıklar olduğunu gösteren deneylerle uyuşmuyordu. Ardından Alman fizikçi Max Born, sonunda kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumu olarak adlandırılan yorumuna dönüşecek bir fikir öne sürdü: Madde dalgaları, bir sonraki aramada parçacıkların nerede bulunabileceğini gösteren olasılık dalgalarıdır. Dalgaların yüksek değerlere sahip olduğu yerlerde, bir parçacık bulma olasılığı yüksektir.

PİLOT DALGALARI

De Broglie’nin farklı bir fikri vardı. O da dalgaların gerçek olduğuna inanıyordu ama parçacıkların yerine geçtiklerine değil. Bunun yerine, parçacıkların yanında var olduklarına, uzayda yayıldıklarına ve parçacıklara nereye gideceklerini söylediklerine inanıyordu. Hiç kimse parçacık yörüngelerinin gerçek yolunu göremiyordu, bu da parçacıkların kuantum rastgeleliği tarafından yönlendiriliyor gibi göründüğü anlamına geliyordu, ancak de Broglie işin içinde rastgelelik olmadığını savundu. Bunun yerine: “pilot dalgalar” her zaman ne yapacaklarını biliyorlardı.

Çift yarık deneyimi, madde ve enerjinin hem dalga hem de parçacık özellikleri sergileyebileceğini göstermektedir. (Resim kredisi: grayjay, Shutterstock üzerinden)

De Broglie sonunda bu fikri olasılıklar olarak dalgalar yorumu lehine bırakacaktı, ancak onlarca yıl sonra Amerikalı fizikçi David Bohm bu fikri tekrar ele aldı ve kuantum mekaniğinin tam bir yorumuna dönüştürdü. Diğer fizikçiler pilot dalga teorisine ilgi duymaya başladılar çünkü Kopenhag yorumunu rahatsız eden bazı önemli felsefi baş ağrılarını çözdü. Bu yorumda, bir parçacığın yörüngesi matematiğimizde var olan belirsiz bir kuantum süperpozisyonunda mevcuttur – kuantum parçacıklarının gerçekte ne yaptığını gerçekten “bilmiyoruz” ve sadece belirli sonuçların gerçekleşme olasılıklarını tahmin edebiliyoruz.

Buna karşılık pilot dalga teorisi, teorideki her şeyin gerçek ve belirlenmiş olması gibi bir avantaja sahiptir – burada olasılık yoktur. Bunun yerine, pilot dalga teorisinde (Bohmian mekaniği olarak da bilinir), her parçacıkla ilişkili dalga, dalgaların doğal olarak yaptığı şeyleri yaparak (yansıma, girişim, yayılma vb.) uzayda hareket eder. Bir gözlemciye kuantum rastlantısallığı gibi görünen şey, parçacığın gerçek yörüngesinin gizli olduğu gerçeğinin bir yansımasıdır.

Ancak, bu gerçekliğin bir bedeli olmalıdır. İki parçacık etkileşime girdiğinde, pilot dalgaları etkileşime girer ve parçacıkları dolaştırır. Dolanıklık, atom altı parçacıkların kaderlerinin çok uzak mesafelerde bile birbirine bağlı olduğu kuantum mekaniksel bir süreçtir, böylece birinde meydana gelen bir değişiklik anında diğerinde de bir değişikliğe neden olur. Bu, her iki parçacığı aynı anda tanımlamak için tek bir dalga denklemi gerektirir ve birbirlerinden ne kadar uzakta olduklarına bakılmaksızın gizemli bir şekilde diğerinin ne yaptığını “bilmeleri” gerekir. Bu kuantum mekaniğinde standart bir sonuçtur ve çok da şaşırtıcı değildir. Ancak pilot dalga teorisinde bu dolanıklık parçacıkların kendi konumlarına kadar uzanır.

Tüm parçacıklar evrendeki diğer tüm parçacıklarla dolaşık olduğundan, tüm parçacıkları aynı anda tanımlayan ve bir şekilde konumlarını birbirine bağlayan tek bir dalga denklemi vardır. Bu, pilot dalga teorisinde, vücudunuzdaki atomların hareketlerinin tüm evrendeki her bir parçacığın davranışından etkilendiği anlamına gelir. – Ve evrendeki her şeyi birbirine bağlayabilecek tek bir denklem vardır.

Bu çıkarım pilot dalga teorisini dışlamasa da, önerinin uygun bir fizik teorisi olarak kabul edilmesini zorlaştırıyor – sonuçta, bir deneyin içindeki tüm davranışları izole ettiğimizi ve neler olup bittiğini anladığımızı nasıl güvenle iddia edebiliriz?

Parçacıkların hızlarına değil de konumlarına vurgu yapmak, teorinin konum ve hızların eşit düzeyde ele alınması gerektiğini söyleyen görelilikle tam olarak uyumlu hale getirilmesini de zorlaştırmaktadır. Bu uyumluluk olmadan, pilot dalga teorisini kuantum teorisinin uygulandığı tüm fiziksel sistem çeşitlerine (yüksek enerjili parçacık çarpıştırıcıları gibi) genişletmek zordur.

Bir gün bu zorluklara bir cevap bulunabilir ve pilot dalga teorisi son birkaç on yılda artan bir ilgiyle karşılaşmıştır. Ancak soru tam olarak çözülene kadar, dalga-parçacık ikiliğinin gerçekliği bir zevk meselesi olarak kalacaktır.

Bu yazı, kuantum mekaniğinin potansiyel yorumlarını anlatan ve devam etmekte olan bir serinin parçasıdır.

Kaynak: https://www.livescience.com/wave-particle-duality

Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı livescience.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.


Astrafizik sitesinden daha fazla şey keşfedin

Subscribe to get the latest posts sent to your email.

YORUM YOK

Bir Cevap YazınCevabı iptal et

Exit mobile version