Life of Science

27 Ocak 2014 Pazartesi

Abundant ‘Mini-Neptunes’ Form New Class of Alien Planets

There’s a new kind of planet to add to Kepler’s cornucopia of alien worlds, and you won’t find it in Earth’s own solar system.

Ground-based follow-up observations of planets found by NASA’sKepler spacecraft reveal the masses and densities of 16 new planets ranging between one and four times the size of Earth. Many of the newfound orbs, described at a meeting of the American Astronomical Society, have a rocky core surrounded by a puffed-up envelope of gas, which scientists are calling “sub-Neptunes” or “mini-Neptunes”.

Full Article

Credit: Tanya Lewis, Geoff Marcy/NASA Ames Research Center

After nearly a decade of development, construction, and testing, the Gemini Planet Imager (GPI) is pointing skyward and collecting light from distant worlds with the help of a special starlight-blocking device, called a coronagraph, built at the American Museum of Natural History.

This is Gemini Planet Imager’s first-light image of the light scattered by a disk of dust orbiting the young star HR4796. The narrow ring is thought to be dust from asteroids or comets left behind by planet formation; some scientists have theorized that the sharp edge of the ring is defined by an unseen planet.

Processing by Marshall Perrin, Space Telescope Science Institute

A pair of colossal stars, WR 25 and Tr16-244, located within the open cluster Trumpler 16 of the Carina Nebula.
Image by ESA & NASA’s Hubble Space Telescope

On Jan. 23, 2014, 9:33 p.m. EST, NASA’s Tracking and Data Relay Satellite L (TDRS-L) blasted off aboard a United Launch Alliance Atlas V rocket from Cape Canaveral Air Force Station in Florida.

The 3.8 ton critical communications relay satellite is now safely in orbit and will become part of a network providing high-data-rate communications to the International Space Station (ISS), Hubble Space Telescope, launch vehicles and a host of other research spacecraft that relay absolutely critical flight, telemetry and science data.

Without the TDRS network of relay satellites, the ISS, Hubble, and other spacecraft would not be able to function. The “L” craft is the 12th in this series of communications satellites and is identical to the “K” which was launched in 2013 and marked the first of the third generation of TDRS satellites.

NASA will now conduct a three month in-orbit checkout, and the next spacecraft in this series, TDRS-M, is on track to be ready for launch in late 2015.

Take action. Tell Congress that your support doubling NASA’s funding so that they will never have to worry about the fate of critical missions like this one.

On Jan. 23, 2014, 9:33 p.m. EST, NASA’s Tracking and Data Relay Satellite L (TDRS-L) blasted off aboard a United Launch Alliance Atlas V rocket from Cape Canaveral Air Force Station in Florida.

The Elusive Jellyfish Nebula
Normally faint and elusive, the Jellyfish Nebula is caught in this alluring, false-color, telescopic view. Flanked by two bright stars Mu and Eta Geminorum. The Jellyfish Nebula is the brighter arcing ridge of emission with dangling tentacles below and left of center. In fact, the cosmic jellyfish is seen to be part of bubble-shaped supernova remnant IC 443, the expanding debris cloud from a massive star that exploded. Light from the explosion first reached planet Earth over 30,000 years ago. Like its cousin in astrophysical waters the Crab Nebula supernova remnant, IC 443 is known to harbor a neutron star, the remnant of the collapsed stellar core. Emission nebula Sharpless 249 fills the field at the upper Right. The Jellyfish Nebula is about 5,000 light-years away. At that distance, this image would be about 300 light-years across. The color scheme used in the narrowband composite was made popular in Hubble Space Telescope images, mapping emission from oxygen, hydrogen, and sulfur atoms to blue, green and red colors.

Credit: Bob Franke

Sea Stack Sunset

This photo shows a sunset off the coast of the state of Washington from Olympic National Park.

The rocks before you are known as Sea Stacks. They are created by the interaction between two geologic forces; erosion and tectonics.

The rocks of the Pacific Northwest are being gradually pushed upwards due to subduction. A small piece of oceanic crust known as the Juan de Fuca plate (a small fragment of the ancient Farallon plate) is being subducted offshore. As this plate is pushed down into the mantle, it is pushing back against the rocks of the North American continent, stressing and bending some of the rocks near the shoreline.

The sea stacks are composed of sediments that were once deposited offshore. The rocks are conglomerates and sandstones, many of which were actually turbidites. The rocks were deposited offshore in landslides; giant avalanches beneath the waters carrying rocks from the shore out to sea.

The offshore rocks are being pushed upwards by the stresses of subduction. Eventually some of them reach sea level and beyond. Once they cross sea level, they are exposed to the eroding power of the ocean waves. The waves gradually eat away at the rocks, but places that are strong and resistant to erosion continue to stand tall. Combined with large changes in sea level over the past million years (giving these rocks a break from erosion when the waves retreat), erosion and tectonics have worked to create these features. Today they are occupied by a variety of birds and plants as well.

-JBB

Surprise! Fomalhaut’s kid sister has a debris disk too

The bright star Fomalhaut hosts a spectacular debris disk: a dusty circling plane of small objects where planets form. At a mere 25 light-years away, we’ve been able to pinpoint detailed features: from the warm disk close by to the further disk that is comparable to the Solar System’s Kuiper belt.

But Fomalhaut never ceases to surprise us. At first we discovered a planet, Fomalhaut b, which orbits in the clearing between the two disks. Then we discovered that Fomalhaut was not a single star or a double star, but a triplet. The breaking news today, however, is that we have discovered a mini debris disk around the third star.

Fomalhaut is massive, weighing in at 1.9 times the mass of the Sun. And at such a close distance it’s one of the brightest stars in the southern sky. But its two companions are much smaller. The second star, Fomalhaut B, is 0.7 times the mass of the Sun and the third star, Fomalhaut C, a small red dwarf, is 0.2 times the mass of the Sun.

Fomalhaut C orbits Fomalhaut A at a distance of 2.5 light-years, or roughly half the distance from the Sun to the closest neighboring star. It was only confirmed to be gravitationally bound to Fomalhaut A and Fomalhaut B in October of last year.

“The disk around Fomalhaut C was a complete surprise,” lead researcher Grant Kennedy of the University of Cambridge told Universe Today. “This is only the second system in which disks around two separate stars have been discovered.”

Relatively cool dust and ice particles are much brighter at long wavelengths, allowing telescopes like the Herschel Space Telescope, to pick up the excess infrared light. However, Herschel has a much poorer resolution than an optical telescope so the image of Fomalhaut C’s disk is not spatially resolved — meaning the brightness of the disk could be measured but not its structure.

Kennedy’s team’s best guess is that the disk is quite cold, around 24 degrees Kelvin and pretty small, orbiting to and extent of 10 times the distance from the Earth to the Sun. But it’s likely that it’s similar to Fomalhaut A’s disk in that it’s bright, elliptical, and slightly offset from its host star. All three characteristics suggest that gravitational perturbations may be destabilizing the cometary orbits within the disks.

Image credit: Amanda Smith

What does space sound like?

Literally nothing. Space is a vacuum, sound needs a medium to travel through therefore there is no sound in space

What do you know about Stars/Space

what do you want to know? Bring in the astro questions, people!.

20 Ocak 2014 Pazartesi

Atom Bilimcileri

Atom ve Atomun Yapısı Kimya veya fizikte atom, bir kimyasal elementin özelliklerini koruyan en küçük parçacığıdır.
Sözcük Yunanca ατομος veya atomostan gelir, 'kesilemez' demektir. Eski Yunanistan'da bazı düşünürlere göre atom maddenin bölünemez en küçük parçasıydı. Modern kullanımdaki atomlar ise atomaltı parçacıklardan oluşur:
elektronlar, eksi yüklüdürler ve bu üçünün arasında en hafifidir.
protonlar artı yüklüdür, kütleleri elektronunkinin yaklaşık 1839 katıdır.
nötronlar yüksüzdür, onların da kütlesi elektronunkinin yaklaşık 1839 katıdır.
Proton ve nötronlar beraberce atom çekirdeğini oluştururlar; bu parçacıklara nükleon da denir. Elektronlar çekirdeğin etrafında, ondan çok daha büyük olan elektron bulutunu oluştururlar.
Atomlar, içerdikleri atomaltı parçacıkların sayıları ile birbirlerinden farklılık gösterirler. Aynı elementin atomları aynı sayıda protona sahiptirler, bu sayıya atom numarası denir. Buna karşın, aynı elementin atomları farklı nötron sayılarına sahip olabilir, bu sayılar o elementin izotoplarını belirler. Proton ve nötronlara kıyasla elektronlar atoma daha zayıf güçlerle bağlı olduklarından elektron sayısı kolaylıkla değişebilir. Çekirdekteki proton ve nötron sayısı da nükleer fisyon, nükleer füzyon ve radyoaktif bozunma yoluyla değişebilir, bu durumda atom başka bir elemente dönüşebilir.
Atom kavramı maddenin fiziksel özelliklerini anlatmaya yarayan çeşitli teoriler tarafından kullanılır. Atomlar kimyanın temel yapı taşlarıdır ve kimyasal reaksiyonlarda Maddenin Korunumu Kanunu gereği korunurlar.
Tarihçe
Bugün kullandığımız anlamda atom kavramını ilk kez ortaya atan düşünürler Leukippos ve Demokritos'dur. Bu düşünürler doğada mevcut her maddenin, fiziksel olarak bölünmeyen atomlardan oluştuğunu ifade etmişler, ayrıca atomlar arasında boş uzay bulunduğunu ve devinim halinde olduklarını belirtmişlerdir.
Aristoteles'in (M.Ö. 384-322) maddeye bakışı, kendinden önce yaşamış olan filozoflara olan tepkisini ifade eder. O, Empedocles'in düşüncesine katılmış ve her şeyin dört ana maddeden yapıldığını savunmuştur.
Bu dönemi izleyen çağlarda bu düşüncelere bir ilave yapılmadı, ilk kez 19. yüzyılda John Dalton modern atom kavramını ortaya attı. Dalton, kimyasal reaksiyonlarda maddenin tam sayılarla belirlenen oranlarda tepkimeye girdiğini gösterdi ve maddelerin atom denen sayılabilir ama bölünemez parçalardan yapıldığını ifade etti. Buna ek olarak, atomların ağırlıklarını ortaya koyan bir çizelge hazırladı.
J.J. Thomson 1897 yılında elektronu keşfetti. 1900'lü yılların başlarında Ernest Rutherford günümüz atom modelinin temelini teşkil eden yapıyı ortaya koydu: atomun, kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan bir çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan oluşmaktadır. Rutherford çekirdeği oluşturan pozitif yüklü parçacığa proton adını verdi.
1932 yılında Chadwick nötronu buldu. Daha sonra kuantum teorisi doğrultusunda Niels Bohr Bohr atom modelini ortaya attı ve elektronların belli yörüngelerde bulunabildiğini ve bunun Planck sabiti ile ilgili olduğunu ifade etti.
Yapısı
Bir atomun çapı, elektron bulutu da dahil olmak üzere yaklaşık 10 − 8 cm mertebesindedir. Atom çekirdeğinin çapı ise 10 − 13 cm kadardır. Atomlar, boyutlarının görünür ışığın dalga boyundan çok küçük olması sebebiyle optik mikroskoplarla görüntülenemezler. Atomların pozisyonlarını belirleyebilmek için elektron mikroskobu, x ışını mikroskobu, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi gibi araç ve yöntemler kullanılır.
Yalnız elektronlar çekirdek çevresinde ancak belirli enerji seviyelerine sahip yörüngelerde dönerler, konumları ancak bir olasılık fonksiyonu ile ifade edilebilir. Elektronlar çekirdeğin etrafında bulutsu bir şekilde görünür.
ATOMUN YAPISI
Hava, su, dağlar, hayvanlar, bitkiler, vücudumuz, oturduğunuz koltuk, kısacası en ağırından en hafifine kadar gördüğümüz, dokunduğumuz, hissettiğimiz herşey atomlardan meydana gelmiştir. Elimizde tuttuğumuz kitabın her bir sayfası milyarlarca atomdan oluşur. Atomlar öyle küçük parçacıklardır ki, en güçlü mikroskoplarla dahi bir tanesini görmek mümkün değildir. Bir atomun çapı ancak milimetrenin milyonda biri kadardır.
Her atom, bir çekirdek ve çekirdeğin çok uzağındaki yörüngelerde dönüp-dolaşan elektronlardan oluşmuştur. Çekirdeğin içinde ise proton ve nötron ismi verilen başka parçacıklar vardır.
ÇEKİRDEK

Çekirdek, atomun tam merkezinde bulunmaktadır ve atomun niteliğine göre belirli sayılarda proton ve nötrondan oluşmuştur. Çekirdeğin yarıçapı, atomun yarıçapının onbinde biri kadardır.

Maddenin yapıtaşı olan atom, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafinda durmadan dönen elektronlardan meydana gelir.
Atomun kütlesini oluşturan yoğunluk tüm atoma eşit olarak dağılmamıştır, yani atomun bütün kütlesi atomun çekirdeğinde birikmiştir.
Çekirdekteki protonların hepsi pozitif yüklüdür ve elektromanyetik kuvvet nedeniyle birbirlerini iterler. Fakat güçlü nükleer kuvvet onların itme gücünden 100 kat daha büyük olduğundan, elektromanyetik kuvvet etkisiz hale gelir. Böylece protonlar birarada tutunabilirler.
Kısacası gözle göremeyeceğimiz kadar küçük bir atomun içinde, birbiriyle etkileşim halinde iki büyük kuvvet bulunur. Bu kuvvetlerin değerleri öylesine hassastır ki, birinin biraz daha az veya biraz daha fazla olması atomdaki tüm dengeleri alt üst eder. Dolayısıyla atomun yapısı bozulur, parçalanır ve maddeyi oluşturamaz.
Çekirdeğin İçi: Proton ve Nötronlar

1932 yılına dek, çekirdeğin proton ve elektronlardan oluştuğu sanılıyordu. Çekirdeğin içinde protonla beraber elektronların değil nötronların olduğu ancak o tarihte keşfedilebildi. (Ünlü bilimadamı Chadwick 1932 yılında çekirdeğin içinde nötronun varlığını ispatladı ve bu keşfiyle Nobel ödülü kazandı.)

Evrendeki Çeşitliliğin Kaynağı

Bilimin, şu ana kadar tespit edebildiği 109 tane element vardır. Tüm evren, dünyamız canlı-cansız bütün varlıklar bu 109 elementin çeşitli biçimlerde birleşmeleriyle oluşmuştur. Buraya kadar tüm elementlerin birbirinin benzeri atomlardan oluştuğunu gördük; atomlar da birbirinin aynı parçacıklardan oluşuyordu.
Elementleri temelde birbirlerinden farklı kılan şey, atomlarının çekirdeklerindeki proton sayılarıdır. En hafif element olan hidrojen atomunda bir proton, ikinci en hafif element olan helyum atomunda iki proton, altın atomunda 79 proton, oksijen atomunda 8 proton, demir atomunda 26 proton vardır. İşte altını demirden, demiri oksijenden ayıran özellik, yalnızca atomlarının proton sayılarındaki bu farklılıktır. Soluduğumuz hava, vücudumuz, herhangi bir bitki veya bir hayvan ya da uzaydaki bir gezegen, canlı-cansız, acı-tatlı, katı-sıvı her şey... Bunların hepsi sonuçta aynı proton-nötron-elektronlardan meydana gelmiş

ATOM ARAŞTIRMALARI YAPAN BİLİM ADAMLARI

ABD teknolojisinin belki de en muhteşem –bir o kadar da tartışmalı- başarısı nükleer enerjiyi kullanıma sokmak olmuştur. Atomu parçalamak, pek çok ülkedeki bilim adamları tarafından düşünülmüştü. Ama bunu gerçekleştirmeyi, 1940’lı yıllarda ABD’li bilim adamları başardı.

Alman fizikçileri 1938 yılında uranyum çekirdeğini parçalamayı başardığı zaman, Albert Einstein, Enrico Fermi ve Leo Szilard nükleer zincir reaksiyonunun mümkün olduğuna karar verdiler. Einstein, Başkan Franklin Roosevelt’e mektup yazarak bu keşfin, “olağanüstü güçlü bombalar” imâlinde kullanılabileceği konusunda uyarıda bulundu. Bu uyarı, Manhattan Projesi’ne ilham kaynağı oldu. Projenin amacı, ilk atom bombasını ABD’nin imal etmesini sağlamaktı. Proje başarılı oldu. Ve ilk bomba 16 temmuz 1945’te New Mexico’da patlatıldı.

Atom bombasının geliştirilmesi ve 1945 Ağustos’unda Japonya’ya karşı kullanılması Atom Çağı’nı başlattı. Kitle imha silahları ile ilgili endişeler Soğuk Savaş döneminde de sürdü. Ve bugünkü silahsızlanma çabalarına kadar gelindi. Ancak Atom Çağı, aynı zamanda nükleer enerjinin, nükleer tıp’taki gibi barışçıl alanda da kullanımını simgelemektedir.

İlk ABD nükleer santrali 1956’da Illinois’te faaliyete geçti. O dönemde nükleer enerjinin ülkedeki geleceği parlak görünüyordu. Ama muhalifler, nükleer santrallerin güvenli olmadığını ve nükleer atıkların asla güvenli bir şekilde saklanamayacağını savunuyorlardı. 1979 yılında Pennsylvania’da Three Mile Adası’ndaki kaza çoğu Amerikalının nükleer enerjiye karşı çıkması sonucunu doğurdu. Nükleer santral inşaatının maliyeti giderek artıyordu ve daha ekonomik olan diğer enerji kaynakları çekici gelmeye başlamıştı. 1970’lerde ve 1980’lerde birçok nükleer santral projesi iptal edildi. ABD’de nükleer enerjinin geleceği halen belirsiz durumdadır.

Bu arada Amerikalı bilim adamları, güneş enerjisi dahil olmak üzere başka enerji kaynakları üzerinde deneysel çalışmalar yapmaktadırlar. Güneş enerjisi ülkenin çoğu bölgesi için bugün pek ekonomik olmamakla beraber son gelişmeler, bu durumun değişebileceğini gösteriyor.

1944 yılında Michigan, Troy’da, Birleşik Güneş Sistemleri’nin Kıdemli Başkan Yardımcısı Subhendu Guha, güneş enerjisi kullanmanın yararları hakkında bilgi veriyordu. Dinleyiciler arasında bulunan bir mimar “Çok çirkin. Kimse evinin üzerinde bunu istemez” dedi. Bunun üzerine Guha, çatıda göğe doğru dik konumda duran güneş pillerine çatı görünümü vermenin çaresini aramaya başladı.

2 yıl sonra Guha montaj fabrikasından çıktığında elinde çatıya monte edilebilen güneş kiremitleri vardı. Bunlar, paslanmaz çelik levhalardan yapılmış, 9 kat silikon, yarı iletken tabaka ve koruyucu plastikle kaplanmıştı. Güneş kiremitleri, çatıcılar tarafından, normal kiremit kaplar gibi yerleştiriliyordu. Ancak elektrik bağlantısı için her bir kiremitten çatıya bir delik delmek gerekiyordu. Guha kiremitlerin, enerji verimi artıp, maliyet düştüğünde, ABD’nin bazı bölgeleri için çok ekonomik bir çözüm olacağına inanıyor. Güneş kiremitleri, Mısır, Meksika ve diğer gelişmekte olan ülkelerde halen kullanılmaktadır. 2002 yılında Birleşik Güneş Sistemleri, Michigan’daki tesislerine dünyaca bilinen en büyük güneş pili ünitesini imal eden makineyi yerleştirdi ve imalat kapasitesini arttırdı.

Güneş enerjisinin bir başka kullanımı da, ABD Enerji Bakanlığı’nın, New Mexico, Albuquerque’deki Ulusal Solar Termal Deneme Tesisleri’nde denenmektedir. Bilim adamları, çok uzaktan otomatik olarak devreye giren motorlarla, eşleştirilmiş parabolik çanaklar kullanarak güneş enerjisi topluyorlar. Gelişmiş Çanak Sistemleri (ADDS) ilk olarak, su pompalama ve köyleri aydınlatmada kullanılmıştı. Söz konusu sistem, ABD’nin Güneybatı bölgelerinde ve gelişmekte olan ülkelerde gelecek vaat etmektedir.

Demokritus adlı bir filozof, bir elmayı örnek vererek atomu ve anlamını açıklamış: Bir elma alın ve onu ikiye bölün. Sonra bu yarım elmalardan birini tekrar ikiye bölün ve böylece sürdürün... Demokritus'a göre, bu şekilde yarım parçaları bölmeye devam ederseniz, sonunda öyle bir an gelecek ki, artık bölemeyeceğiniz kadar küçük bir parça elde edeceksiniz (ama bıçağınız kesemediği için değil, bölmek mümkün olmadığı için!). İşte, bölünmesi olanaksız bu parçaya Demokritus Yunanca'da 'bölünemez" anlamına gelen "atomos" adını vermiş.
Demokritus, bu kavramı ortaya atmış atmasına ama bunu o dönemin diğer bilim adamlarına inandıramamış. Özellikle de dönemin en büyük filozofu Aristo'ya. Zaten Aristo reddedince, bir bildiği vardır diye diğerleri de inanmamış. Hatta Demokritus öldükten yüzyıllar sonra bile kimse atomdan bahsetmemiş.

Ta ki, 2000 yıl kadar sonraya, yani 1800'li yılların başına kadar. Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karşılaşmışlar. İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel ögelere ilişkin ilk kanıtları elde etmiş. Ondan sonra da keşifler ardı sıra devam etmiş.
Atomun varlığı kanıtlandıktan sonra da, yapısını anlamaya yönelik bir çok kuram ortaya atılmış. Bunlardan ilki J. J. Thomson adlı bir İngiliz fizikçi'den geliyor.
Thomson, 1897 yılında atomun bir parçası olan eksi yüklü elektronları keşfetmiş. Thomson'a göre atomun içinde eksi yüklü elektronları dengeleyecek artı yüklü parçacıklar olması gerekiyordu. Thomson, atomu bir "üzümlü kek"e benzetmişti: Üzümler eksi yüklü elektronlar, kekin diğer kısımları ise artı yüklü madde.
Bundan daha doğru bir modeli, 1911 yılında atomun içinde artı yüklü bir çekirdeğin olması gerektiğini keşfeden Ernest Rutherford geliştirmiş. Rutherford'un atom modeli, Güneş Sistemi'mizin yapısına benziyor. Ortada Güneş, yani artı yüklü çekirdek ve çevresinde dolanan gezegenler, yani eksi yüklü elektronlar. Rutherford'un bu modeline göre çekirdek atomun çok küçük bir parçası: Örneğin atomun boyutunu Dünya kadar büyütsek bile içindeki çekirdek en fazla bir futbol stadyumu kadar kalıyordu. Rutherford daha da
önemli bir adım atarak, çekirdek içinde artı yüklü parçacıkları yani protonları keşfetmiş ve protonların elektronlardan 1836 kez daha ağır
olduğunu bulmuş.

Fakat bu model de bazı kuramsal sorunlar çıkarmış. 1912 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, bu kuramsal sorunları çözecek bir model oluşturmuş. Bohr'un atom modelinde, yine ortada artı yüklü bir çekirdek, fakat sadece belli yörüngelerde dolanabilen eksi yüklü elektronlar var. Bundan sonraki gelişmeler, Bohr'un atom modelini düzeltmeye yönelik. Bu gelişmelerden biri, çekirdekte artı yüklü proton dışında, yüksüz "nötron" adı verilen parçacıkların da olduğu. Nötronları da 1932 yılında, James Chadwick, kendisinin yaptığı derme çatma bir detektörle keşfetmiş.
Atomun tam bir modelini oluşturmadaki en önemli yöntem, Kuantum Mekaniği adı verilen fizik dalının gelişmesiyle oldu. Bugünkü bilgilerimizin tamamı bu fizik dalının gelişmesiyle elde edildi. Artık bugün atom ve yapısı hakkında epeyce bilgiye sahibiz. Kuantum kuramına göre, atom, artı yüklü bir çekirdek ve etrafında dalga gibi de hareket edebilen elektronların bulutundan oluşan minik bir "nesne"...

23 Aralık 2013 Pazartesi

KUANTUM TEORİSİ

Bu maddenin veya maddenin bir bölümünün gelişebilmesi için konuda uzman kişilere gereksinim duyulmaktadır.
Ayrıntılar için maddenin tartışma sayfasına lütfen bakınız.
Konu hakkında uzman birini bulmaya yardımcı olarak ya da maddeye gerekli bilgileri ekleyerek Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz.

Maddenin bu bölümündeki üslubun, ansiklopedik bir yazıdan beklenen resmî ve ciddi üsluba uygun olmadığı düşünülmektedir.
Konuyla ilgili tartışma için maddenin tartışma sayfasına lütfen bakınız.
Maddeyi geliştirerek ya da konuyla ilgili tartışmaya katılarak Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz.

Belirli enerji seviyelerinde (aşağıya doğru artarak: n=1,2,3,...) ve açısal momentum'lardaki (sağa doğru artarak:s, p, d,...) bir hidrojen atomu elektronunun dalga fonksiyonları. Daha parlak olan bölgeler elektronun pozisyonu için daha yüksek olasılık genliğine işaret ediyor.

Modern fizik
${ i\hbar\frac{\partial}{\partial t} \Psi(\mathbf{r},\,t) = \hat H \Psi(\mathbf{r},\,t)}$ Schrödinger denklemi
Modern fiziğin tarihçesi
Kurucular[göster]
Alt konular[göster]
Bilim insanları[göster]
g t d

Kuantum mekaniği; (sıklıkla Nicem mekaniği veya Dalga mekaniği adlarıyla da anılır), İngilizce'de quantum (Latince: 'quantus', "ne kadar") olarak kullanılan terim, kuramın belirli fiziksel nicelikler için kullandığı kesikli birimlere gönderme yapar. Kuantum mekaniğinin temelleri 20. yüzyılın ilk yarısında Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli gibi bilim adamlarınca atılmıştır. Belirsizlik ilkesi, anti madde, Planck sabiti, kara cisim ışınımı, dalga kuramı, alan teorileri gibi kavram ve kuramlar bu alanda geliştirilmiş ve klasik fiziğin sarsılmasına ve değiştirilmesine sebep olmuştur.

Konu başlıkları

Tarihçe

Klasik mekanik çok başarılı olmasına karşın, 1800'lü yılların sonlarına doğru, kara cisim ışıması (blackbody radiation), tayf çizgileri, fotoelektrik etki gibi bir takım olayları açıklamada yetersiz kalmıştır. Açıklamaların yanlışlığı bilim adamlarının yetersizliğinden değil aksine klasik mekaniğin yetersizliğinden kaynaklanıyordu. En yalın halde klasik mekanik Evren'i bir "süreklilik" olarak modelliyordu. 1900 yılında Max Planck enerji'nin, 1905 yılında ise Albert Einstein ışığın paketçiklerden oluştuğunu, yani süreksizlik gösterdiğini, bazı deneyleri açıklamak için bir varsayım olarak kullanmak zorunda kaldılar. Elbette bu iki darbe klasik mekaniği yıkmadı. Uzunca bir süre bilim adamları bu süreksizliği klasik mekanik kuramlarından türetmek için uğraştı. Yine aynı yıllarda atomun iç yapısı üzerine yapılan deneyler bir gerçeği gözler önüne serdi: Ernest Rutherford yaptığı deneyle atomun küçük bir çekirdeğe sahip olduğunu gösterdi.

Bu dönemde elektronun varlığı biliniyordu. Bu durumda eğer negatif yüklü elektronlar pozitif çekirdeğin etrafında dairesel hareket yapıyorlarsa, çok kısa bir zaman diliminde elektronlar çekirdeğe düşeceklerdi. Bu elektromanyetik teoriye göre açıklanacak olursa, ivmelenen yükler ışıma yapar, dairesel hareket de ivmeli bir hareket olduğu için, elektron bu ışımayla enerji yayacak ve çekirdeğe düşüp sistem çökecekti.

Geçiçi çözüm Niels Bohr'dan geldi. Elektronlar belli kuantizasyon kurallarınca, belli yörüngelerde hareket ediyorlar, enerjileri belli bir değere ulaşmadıkça ışıma yapamıyorlar bu sayede sistem dengede durabiliyordu. Bu geçici çözüm küçük atomlarda işe yaradıysa da daha büyük kütlelerde işe yaramıyordu. Bohr atom modeline, modeli deneylere uydurulmak için birçok yama yapıldı. Ne var ki Bohr'un "yamalı bohça"sı 1920'lere gelindiğinde artık iş görmüyordu, tayf çizgilerinin gözlenen yoğunluğunu yanlış veriyor, çok elektronlu atomlarda salınım ve emilim dalgaboylarını tahmin etmede başarısız oluyor, atomik sistemlerin zamana bağlı hareket denklemini vermedeki başarısızlığı gibi birkaç konuda daha gerçekleri gösteremiyordu.

Kuantum mekaniğini Planck doğurduysa, bebekliğinin sonu da De Broglie ile gelmiştir. Louis de Broglie; birçok elçi, bakan ve Dük yetiştirmiş, aristokrat bir Fransız ailesinin çocuğuydu. Tarih eğitimi gördükten sonra fiziğe geçmiş ve 1923'te verdiği doktora tezinde, ışığın hem dalga hem de parçacık karakteri olmasından esinlenerek, aslında bütün madde çeşitlerinin aynı özelliği gösterebileceğini önerdi. Ortaya koyduğu fikir, Bohr'un "gizemli" yörüngelerini açıklamada başarılı oluyordu.

Işığın girişim, kırınım yaptığı, yani dalga özelliği gösterdiği, Thomas Young'in yaptığı çift yarık deneyi ile gösterilmişti. Ama tüm madde parçacıklarının, su dalgaları ile aynı matematiksel özellikleri göstereceği beklenmiyordu.

Max Planck 1900 yılında kara cisim ışınımı problemini (morötesi facia diye de anılır), çözmek için

$E= h \nu \,$

denklemini kullanmıştı. Bu denklem, foton kavramının başlangıcı oldu; çünkü ν frekansındaki elektron salınımından oluşan ışığın, klasik mekanikle uyuşmayan bir şekilde sadece, h*ν nun tamsayı katlarında enerji taşıyabileceğini göstermişti. 'h', günümüzde Planck sabiti adıyla anılır.

Fotonlar dalga özelliği gösterirse madde de gösterebilir analojisinin yanında önemli bir ipucu da Einstein'in birkaç yıl önce özel görelilik ispatında kullandığı Lorentz Dönüşümleri idi.

Buna göre, serbest bir parçacık, fazı x, zamanı t olan bir dalga ile ifade edilirse, 2*π*(k*x - ν*t) , ve bu faz Lorentz dönüşümlerinde sabit kalacaksa, k vektörü ve ν frekansı, x ve t gibi dönüşmelilerdi. Ya da diğer bir deyişle, p ve E gibi. Bunun mümkün olabilmesi için, k ve ν, p ve E ile aynı hız bağımlılığına sahip olmalılardı, bu yüzden de onlarla doğru orantılı olmalılardı.

Fotonlar icin E=h*ν olduğundan, madde için de

$E = h \nu \ ve \ k=p/h$

varsayımlarını yapmak 'doğal' gözükmüştür.

Herhangi bir kapalı yörüngenin 1/|k| nın tam katı olması varsayımı ile, de Broglie, deneysel olarak gözlenen ve Sommerfeld ve Bohr tarafindan "kuantize olma şartları" olarak anılan şartları matematiksel olarak kolayca türetti. Bu türetme gayet gizemli bir şekilde doğru sonuçlar verince (Davisson ve Germer, 1927 yılında Bell Laboratuvarlarında gerçekleştirdikleri deneyle, elektronların da aynı ışık gibi girişim yaptığını ortaya koydular. Deney 1924'te de Brogli tarafından önerilmişti) insanlar deneysel olarak başka şeyleri tahmin etmesini de beklediler.

Elbette yanıldılar çünkü bu şartlar serbest ışık parçaları için yola çıkan varsayımların, çekirdeğe bağlı elektronlar için uyarlanmasıydı ve çok ileri götürülmemesi gerekiyordu.

Ama doğru çıkış noktası idi.

Enteresan bir şekilde, 1925-1926 yılları arasında Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli ve Pascual Jordan, matris mekanigi ile kuantum mekaniğinin formal tanımını yaptılar. Ama formalizmlerinde dalga mekaniğine yer vermediler. Benimsedikleri felsefe ise, tamamen pozitivist idi. Yani sedece deneysel olarak gözlenebilen değerleri gözönüne alan bir yaklaşım kullandılar.

1926 yılında Erwin Schrödinger bir dizi denklemle dalga mekaniğini yeniden canlandırdı.

Sonunda kendi dalga mekaniğinden Heisenberg'in matriks mekaniğini de türetip iki formalizmin matematiksel olarak denk olduğunu da gösterdi. Son makalelerinden birinde Schrödinger, relativistik bir dalga denklemi de sunar.

Dirac'a göre tarih biraz daha farklı işlemiştir. Ona göre, Schrödinger önce relativistik dalga denklemini geliştirdi, sonra bunu kullanarak hidrojenin spektrumunu hesapladı ve deneylere uymadığını gördü. Ancak bu denklemin, düşük hızlarda geçerli olan versiyonu aslında çalışıyordu!

Daha sonra relativistik dalga denklemini yayınladığında ise, bu Oskar Klein ve Walter Gordon tarafından yayınlanmıştı ve hâlâ Klein-Gordon denklemi olarak anılır.

Bu noktadan sonra Dirac; teoriye çeki düzen vermiş, özel görelilikle uyumlu hale getirmiş ve bazı deneylerin sonuçlarını teorik olarak üretmiştir. Örneğin pozitron'un varlığının tahmini... 1930'lara gelindiğinde ergenlikten çıkmış bir teori halini almıştır kuantum teorisi. Daha sonra 1940'larda Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger ve Richard P. Feynman, Kuantum elektrodinamiği konusunda önemli çalışmalara imza atmış, 1950'li ve 60'lı yıllar Kuantum renk dinamiğinin gelişimine tanık olmuştur.

Gelişmeler[değiştir | kaynağı değiştir]

1897: Pieter Zeeman, ışığın bir atom içindeki yüklü parçacıkların hareketi sonucu yayımlandığını buldu; J.J. Thomson da, elektronu keşfetti.
1900: Max Planck, kara cisim ışımasını kuantumlanmış enerji yayımı ile açıkladı, kuantum kuramı böylece doğmuş oldu.
1905: Albert Einstein dalga özellikleri olan ışığın aynı zamanda, daha sonra foton diye adlandırılacak olan, belirli büyüklükte enerji paketlerinden oluştuğu düşüncesini ortaya attı.
1911-1913: Ernest Rutherford, atomun çekirdek modelini oluşturdu. Bohr ise atomu bir gezegen sistemi gibi betimledi.
1923: Arhur Compton, X - ışınlarının elektronlarla etkileşimlerinde minyatür bilardo topları gibi davrandıklarını gözlemledi. Böylece ışığın parçacık davranışı hakkında yeni kanıtlar ortaya koydu.
1923: [[Louis de Broglie], dalga-parçacık ikiliğini genelleştirdi.
1924: Satyendra Nath Bose-Albert Einstein, kuantum parçacıklarını saymak için, Bose-Einstein istatistiği diye adlandırılan yeni bir yöntem buldular.

Klasik mekanik, kuantum mekaniği ve kuantum mekaniği'nin matematiği

Klasik mekanik, nesnelerin konum ve momentumları bilgilerini kullanarak, çeşitli kuvvet alanları altında nasıl hareket etmeleri gerektiğini bulmaya çalışır. Kökleri çok eskiye dayansa da başlangıcının Newton'un Principia'sı olduğunu kabul etmek yanlış olmaz. Daha sonra Euler, Lagrange, Jacobi, Hamilton, Poisson, Maxwell, Boltzman (İstatiksel mekanik ve klasik elektromanyetik teoriyi de klasik mekaniğe katıyorum) gibi birçok ad tarafından çok çeşitli bakış açıları geliştirilmiş ve birçok alanda başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Klasik mekaniğin tamamlanmasının Einstein'ın görelilik kuramları ile gerçekleştiğini söylemek yanlış olur. Klasik mekanik çok başarılı olmasına karşın, 1800'lü yılların sonlarına doğru, siyah cisim ışıması, tayf çizgileri, fotoelelektrik etki gibi bir takım olayları açıklama da yetersiz kalmıştır. Açıklamaların yanlışlığı bilim adamlarının yetersizliğinden değil aksine klasik mekaniğin yetersizliğinden kaynaklanıyordu. Klasik mekanikteki sorunun ne olduğunu anlatmak aşırı teknik kaçacaktır, ancak en yalın halde klasik mekanik Evren'i sürekli olarak modelliyordu. Bu modelleme yanlıştı çünkü üç konum ve üç momentumla tanımlanan parçacıklar, sonsuz sayıda parametreyle tanımlanmanan alanlarla biraradaydılar. Eş dağılım kuramınca ("equipartition theorem") sistemin enerjisinin denge durumunda sistem bileşenlerine eş biçimde dağılması gerekir. Alanlar sonsuz bileşene sahip olduğundan bütün enerji alanlara kalır. (Daha teknik daha doğru ifade, sistemin bütün özgürlük derecelerine eş olarak dağılır, alanlar sonsuz özgürülük derecesine sahip olduğu için bütün enerji alanlara akar.) Elbette böyle birşey gözlenmez.

Kuantum kuramı ise olayı bambaşka bir şekilde ele alır. Parçacıklar artık doğrudan 3 konum ve 3 momentumla tanımlanmak yerine bir "dalga fonksiyonu" ile tanımlanırlar. Bu dalga fonksiyonu parçacığın bütün bilgisini içinde barındırır ve dalga fonksiyonuna uygun "sorular" sorularak gerekli bilgi alınır. Örneğin konum bilgisi için dalga fonksiyonuna "parçacık nerede?" sorusunu sorarsınız, o ise size parçacığın soruyu sorduğunuz anda nerede olabileceğini söyler. Buradaki kritik nokta olabilirliktir. Bu, dalga fonksiyonunun bir de "olasılık fonksiyonu" olarak anılmasina neden olmaktadir. Daha sonra, bu olasılıksal durumu bilincli olup olmama durumuna baglayan Kopenhag Yorumu ortaya atılmıştır. (Matematik altyapısı yetersiz olanlar denklemleri görmezden gelebilirler.) Matematiksel olarak olayı şöyle tanımlayabiliriz:

$\Psi(x,t)$ parçacığı tanımlayan dalga fonksiyonumuz olsun,
$\langle x \rangle =\int \Psi^*(x,t)x\Psi(x,t)dx$
integrali bize x'in beklenen değerini verir. Yukarıda bahsedilen soru sorma işlemi tam olarak böyle yapılır. Benzer şekilde momentumun beklenen değeri için;
$\langle p \rangle =\int \Psi^*(x,t)\frac{\hbar}{i}\frac{d}{dx}\Psi(x,t)dx$
şeklinde soruyu sorarız. $\Psi^*(x,t)$ dalga fonksiyonumuzun karmaşık eşleniğidir. Karmaşık eşlenik ve dalga fonksiyonu arasında kalan ifadeler gözlemlenebilirlerimizin, yani konum ve momentumun, konum uzayındaki operatörleridir. Operatörler sorunun ta kendisidir.

Konum ve momentum dışında daha birçok gözlemlenebilir ile işlem yapılabilir. Ancak konum ve momentum operatörleri kullanılarak diğer birçok operatörü elde etmek mümkündür. İşin ilginç yanı bu operatörle elde etmek için klasik formüller kullanılır. Örneğin kinetik enerji klasik mekanikte;
$T=\frac{p^2}{2m}$
şeklinde tanımlanırken kuantum fiziğinde kinetik enerji operatörü yine aynı ifadeyle yazılır. Tek fark "p" artık bir sayı değil bir operatördür. Bu bize Ehrenfest teorimince sağlanır ve bütün operatörleri klasik yasaları kullanarak türetebiliriz. Bu noktada "Peki, dalga fonksiyonu nedir?" sorusuna dönmeliyiz. Dalga fonksiyonu bize Schrödinger denklemi tarafından verilen, bir bakıma parçacığın kimlik kartıdır.Bir boyutta Schrödinger denklemi;
$i\hbar \frac{d}{dt}\Psi=-\frac{\hbar^2}{2m}\frac{d^2}{dx^2}\Psi+V(x,t)\Psi$
şeklinde yazılabilir. İfade bir bakıma enerji denklemidir ve bahsi geçen "kimlik" kartını sistemin enerjisine göre verir. (Burada kimlikten kasıt, parçacığın elektron mu yoksa nötron mu olduğu değil, momentumu, konumu, kinetik enerjisi gibi gözlemlenebilirleridir.) Bu "masum" denklem çözüldüğünde parçacığımızın dalga fonksiyonunu elde etmiş oluruz. En basit atom olan hidrojen atomunun zamandan bağımsız analitik olarak çözülmesi bile gerçekten büyük bir meseledir, neyse ki belli formalizmlerle, daha karmaşik sistemleri yaklaşımlar yaparak çözmek mümkün oluyor.

Kuantum mekaniği temelinde bir olasılık teorisidir. Dalga fonksiyonu içinde sistemin bütün olası durumlarını barındırır. Siz soruyu sorduğunuzda size en olası cevabı verir, ancak soru sorma işlemi dalga fonksiyonunu "dağıtır" ve siz bir daha sorduğunuz zaman artık başka bir cevap alırsınız. Bunun yanı sıra kuantum mekaniği yapısı ötürü belirsizlikler barındırır. Bu belirsizlikler bazı gözlemlenebiliri ne kadar iyi bilirseniz diğer bazıları hakkında o kadar az şey bileceğinizi söyler. Örneğin konum ve momentum böyle bir çift oluşturur. Birini ne kadar iyi bilirseniz diğeri hakkında o kadar az bilginiz olur. Bu Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak bilinir. Konum ve momentum için Heisenberg belirsizlik ilkesi şöyle gösterilir:

$\sigma_x\sigma_p\geqslant \frac{\hbar}{2}$
Bu ifade de $\sigma_x$ ve $\sigma_p$ ile verilenler sırasıylayla konum ve momentumdaki belirsizliklerdir.

Yukarıda ele alınan kuantum mekaniği, öklidyen bir uzayda çalışılmış kuantum mekaniğidir, diğer bir deyişle göreceli değildir. Einstein'ın özel görelilik kuramına uyan bir kuantum mekaniği türetmek mümkündür. Hatta ilk bakışta kolay bir uğraştır. Kuantum fikrine ve özel göreliliğe biraz aşina olan biri bile çözüme kolayca ulaşır. Yukarıda değinilen Schrödinger denklemini daha sade bir formda şöyle ele alabiliriz:

$i\hbar \frac{\partial}{\partial t} \Psi = H\Psi$

Burada H olarak verilen Hamiltonian operatörüdür. (Toplam enerji olarak düşünülebilir.) Relativistik olmayan serbest parçacık (potansiyel enerji sıfır) için Hamiltonian:

$H=\frac{p^2}{2m}$

olarak verilir. Relativisitk serbest parçacık içinse Hamiltonian:

$H=\sqrt{m^2c^4+p^2c^2}$

şeklinde yazılabilir. İfade pek yabancı değil, değil mi? Hayır, olaya klâsik mekanik açısından bakarsanız, parçacığın durduğunu kabul edersek, momentum sıfır olacak ve ünlü $E=mc^2$ 'yi elde etmiş olacaksınız. Şimdi relativistik Hamiltonianla Schrödinger denklemini yeniden yazalım:

$\sqrt{(-i\hbar\mathbf{\nabla})^2 c^2 + m^2 c^4} \psi= i \hbar \frac{\partial}{\partial t}\psi.$

Karesi alınırsa

$\mathbf{\nabla}^2\psi-\frac{1}{c^2}\frac{\partial^2}{\partial t^2}\psi = \frac{m^2c^2}{\hbar^2}\psi$

elde edilir. Bu denklem Klein-Gordon denklemi olarak bilinir. Ancak denklem bir takım teknik nedenden ötürü sorunludur. Daha geçerli relativistik çözüm Dirac tarafından keşfedilmiştir ve kendi adıyla anılan denklemle verilir. Ultramikroskobik boyutlarda (Planck Uzunluğu) uzayın küçük dalga boylarında bir kaos olduğu düşünülür. Evrenin milyarda birinin milyarda birinin milyonda biri boyutlarda gözleyecek olursunuz Evren bir kaos olarak görünür.

Kuantum mekaniği tarihi gelişimi boyunca birçok sınavdan alnının akıyla çıkmayı başarmıştır. Olguları büyük bir doğrulukla açıklaması, yeni olgulara ışık tutması bir teoriden beklenen özelliklerdir ve kuantum mekaniği bu işi gerçekten oldukça iyi başarmıştır. Kuantum fikirleri üzerine gelişen kuantum elektrodinamiği (QED) ve kuantum renk dinamiği (QCD) bu güne kadarki hiçbir teorinin ulaşamdığı hassasiyetlerde sonuçlar vermişlerdir. Ne varki geçtiğimiz yüzyılın çok büyük iki teorik açılımı bir biriyle uyuşmamaktadır. Doğada bilinen 4 kuvvetten 3'ü, elektromanyetizma, zayıf ve güçlü kuvvetler,kuantum kuramlarıyla ele alınabilirken kütle çekimin henüz tutarlı bir kuantum kuramı bulunamamıştır. Her ne kadar sicim kuramları kuantum kütle çekime aday gibi görünsede çözülmesi gereken çok büyük sorunlar halen daha bulunmaktadır. Günümüzde yaygın kanı kuantum ve kütle çekimin üstünde, doğrusal olmayan daha genel bir kuramın yer aldığıdır.

Kuantum Mekaniği'nin Uygulamaları

Kimyasal ve fizik bilimlerinin temelleri şu temel araştırma alanları üstüne kuruludur:

Diğer tüm fizik ve kimya dalları, bu temel düzeneklerin uygulamalarıdır. O halde bunlara "saf", diğerlerine "uygulamalı" fizik ve kimya gözü ile bakılabilir. Kuantum mekaniğinin mikro sistemlere uygulanması ile şu uygulamalı fizik ve kimya dalları türetilmiştir:

Anorganik Kimya, Organik Kimya, Biyokimya: Bunlar da temel uygulama dalı olan Kuantum Kimyası'nın özel olarak -sırasıyla- anorganik, organik ve biyomoleküllere olan uygulamasıdır.
Katı Hal Kimyası (Fiziği): Katı halin kuantum mekaniği
Kuantum Kimyası: Atom ve moleküllerin kuantum mekaniği (Fizik'te genelde Atom ve Molekül Fiziği ismi tercih edilir)
Nükleer Kimya (Fizik): Çekirdeğin kuantum mekaniği
Parçacık Kimyası (Fiziği): Atomaltı parçacıkların kuantum mekaniği
Plazma Kimyası (Fiziği): Plazmanın kuantum mekaniği
Sıvı Hal Kimyası (Fiziği): Sıvı halin kuantum mekaniği

Fotokimya ve fotofizik, yüzey kimyası, v.b. pek çok dal da kuantum mekaniğinden uygulamalar içermektedir.

Kuantum mekaniği her ne kadar çok küçüklerin dünyasını modelleyen bir kuram olsada uygulama alanları gerek dolaysız gerek dolaylı yollarla çok geniştir. Kuantum mekaniği biyoloji, malzeme bilimi, elektronik gibi birçok alanın günümüzdeki anlamına kavuşmasını sağlamıştır.

Laser, maser, yarı iletkenler gibi günümüzün olmazsa olmazlarının icatları, kuantum mekaniği sayesinde mümkün olmuştur. Ayrıca elektron mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu, taramalı tünellemeli mikroskop gibi biyoloji ve nanoteknolojik uygulamaların olmazsa olmazları; PET-Scan (Positron Emmission Tomography), MRI (Magnetic Resonance Imaging), Tomografi gibi tıbbi görüntüleme cihazları yine kuantum mekaniğinin bize gösterdiği belli doğa olgularını kullanarak çalışırlar. Yine tıp, nanoteknoloji, elektronik gibi birçok alanda sayısız kullanımı olan fiberler kuantum mekaniğinin doğrudan uygulamasına örnektir. Modern kimya, kuantum fikirleri üzerine inşa edilmiş ve çok karmaşık moleküllerin yapıları bu sayede anlaşılmıştır.

Kuantum mekaniği felsefesi

Yazının önceki bölümlerinde kuantum mekaniğinin bugüne kadar girdiği birçok sınavdan başarıyla çıktığını söyledik. Peki, nasıl olurda bu denli başarılı bir teorinin kritik bir felsefesinden söz edilebilir? Dahası teorinin önemli felsefi sorunlar yarattığını ileri sürebiliriz?

Kuantum mekaniği çok sağlam matematik temelleri üzerine kurulmuştur. Sistemlerin doğası bu matematikle modellenir. Ancak başlı başına bu modelleme kuantum mekaniğinin temel kavramlarının çözümlenmesinde yetersizdir. Örnek verecek olursak, $\Psi(x,t)$ bir dalga fonksiyonudur. Bu dalga fonksiyonunun mutlak karesinin ise olasılık genliği olduğu ise bir yorumdur. Eğer bu yorumu araştırır ve genel bir çerçeveye oturtmak istersek, o zaman, kuantum mekaniği felsefesi yapmış oluruz.

Kuantum mekaniği tamamlanmış bir teori midir?

Kuantum mekaniğinin temelleri; 1927 yılından, yani Heisenberg belirsizlik ilkesinin formule edildiği yıldan bu zamana dek hiçbir değişikliğe uğramamıştır. Kuantum mekaniğinin uzantısı olarak ortaya çıkan teorilerde ortaya çıkan kavramlarda bildiğimiz kadarıyla bu temel ilkelerde değişiklik yapılmasını gerektirmezler. Kuantum mekaniği doğduğu andan itibaren temel ilkelerin anlaşılması bakımından büyük tartışmalara yol açmıştır. Bu tartışmalardan biride halen daha önemini yititmemiş "EPR Paradoksu", A. Einstein, B. Podolsky ve N. Rosen tarafından 1935 yılında ileri sürülmüş; "Doğanın Kuantum Mekaniksel Tasviri Tamamlanmış Kabul Edilebilir mi?" yayınlanmış makalede dile getirildi. EPR makalesi bir fizik teorisinin tamamlanmış kabul edilebilmesi için iki temel koşulu yerine getirmesi gerektiğini söyler. Bunlar;

Teorinin doğruluğu
Teorinin tamamlanmışlığı

EPR makalesine göre teorinin doğru olarak nitlendirilebilmesi için teorinin deney sonuçlarıyla uyumluluğu göz önüne alınmalıdır. Bu bakımdan kuantum mekaniği deneylerle büyük bir uyum gösterdiği için doğru kabul edilir. Teorinin başarısı için gerekli olan diğer koşul olan tamamlanmışlık için ise makalede şu koşul verilmiştir:

"Bir fizik kuramında, her fiziksel gerçekliğe karşılık olan bir öge bulunmalıdır."

Bu ifade ileriki bölümlerde detaylı olarak ele alınacaktır. Makalede fiziksel gerçeklik şu şekilde tanımlanmıştır:

"Bir fiziksel niceliğin değerini, dinamik sistemi herhangi bir biçimde bozmaksızın kesinlikle tahmin edebiliyorsak, o zaman, fiziksel gerçekliğin, bu fiziksel niceliğe karşılık olan bir ögesi vardır."

Fiziksel niceliğin kesin bir değerini, dinamik sistemi bozmadan teoride elde edebiliyorsak, o zaman, teoriden hesap ile elde edilen bu kesin değer fiziksel gerçekliğin bir ögesine karşılık gelecektir. Ancak fiziksel gerçekliğin bütün ögelerinin fizik teorisinde karşılıklarının bulunması gerektiğine dair bir koşul ileri sürülmemiştir. Bu nedenle, "EPR'ye göre doğru olan teorinin aynı zamanda tamamlanmış olması gerekmez.

Fiziksel gerçeklik ölçütünün kuantum mekaniği çerçevesinde nasıl kullanıldığı makalede şu örnekle açıklanmıştır. Elimizdeki parçacık $\Phi(p)$ fonksiyonu ile gösterilsin. Fonksiyonu;

$\Phi(p) = \sum_{j} a_{j}\phi_{j}(p)$

şeklinde gösterelim. Bu parçacığın momentumu ölçülmeden önce şu önerme ileri sürülebilir: Parçacığın momentumunun ölçümden sonra $p_{i}$ değerini alma olasılığı $|a_{i}|^2$ dir. Ayrıca;

$\sum_{j} |a_{j}|^2 = 1$

olduğunu kabul edelim. Eğer alınabilecek birden çok momentum değeri mevcutsa $|a_{i}|^2$ 1'e eşit değildir. Bu sebepten ötürü fiziksel gerçeklik ölçütü bu durumda kullanılamaz.