Kuantum Fiziği - Kuantum Mekaniği

Kuantum mekaniği veya Kuantum fiziği atom altı parçacıkları (proton, elektron, kuarklar ve nötron) inceleyen bilim dalıdır.

Kelime anlamı itibari ile "ne kadar, ne büyüklükte" gibi manalara sahip olan ve fiziğin ulaşabilmiş olduğu en son nokta şeklinde bilinen bilim dalına Kuantum fiziği ismi verilmektedir. Kuantum fiziği ya da diğer adı ile Kuantum Mekaniği evrenin işleyişini oldukça yakından inceleyen bir bilim dalıdır. Evreni çok daha iyi bir biçimde anlayabilmek amacı ile atom içerisinde yer alan Proton, elektron, kuarklar ve nötron kuantum fiziğinin kapsama alanına girmektedir.

Kuantum Nedir, Ne İşe Yarar?​

Kuantum evreni en iyi biçimde açıklayan bilim dalı şeklinde tabir edilmektedir. Geleneksel nitelikteki fizik kuralları her ne kadar uygulama aşamasında başarılı olsa da çok küçük parçalar ve yüksek hızda olan cisimlerin hareketlerini doğru bir biçimde açıklayamamaktadır. Neptün bu konuda verilebilecek olan en iyi örnek olarak Isaac Newton’un yaptığı tüm çalışmalarda kendi icat etmiş olduğu fizik kurallarının bahsedilen gezegenin hareketlerini matematiğe dökememektedir.

Albert Einstein ise bu konuda genel görelilik kuramını hayata geçirip esasında Isaac Newton'un hatalı olduğunu ya da yanıldığını ispatlamaktadır. Kuantum fiziğinin genel olan uygulama alanı evreni keşfedebilme, karanlık maddeyi açıklayabilme ve yaratılışı ispatlamadır.

Kuantum Evreni Nasıl Tanımlar?​

Kuantum fiziğinin evrene karşı belirli bir bakış açısı bulunmaktadır. Bu kapsamda kuantum fiziğine göre evrende mevcut halde yer alan her şey, aynı anda hem dalga yapısına hem de tanecik doğasına sahip olmaktadır.

Kuantum Fiziği Neyi İnceler?​

Kuantum fiziği atomik, moleküler ve atom altı düzeyde madde ya da enerjinin doğasını ve davranışını inceleyebilen modern fiziğin oldukça önemli olan bir çalışma alanıdır. 20. yüzyılın başlarından itibaren makroskobik nesnelerin davranışlarını açıklayan yasaların, bu şekilde küçük boyutlarda aynı görevi yapmadığı tespit edilmiştir.

Kuantum Fiziğinin Özellikleri Nelerdir?​

Kuantum mekaniği ya da Kuantum fiziği genel olarak atom altı parçacıkları incelemekte olan bir bilim dalıdır. Bu parçacıklara ise kuanta adı verilmektedir. Elektron, kuark ve foton gibi parçacıklar ise kuantalara örnek olarak verilebilmektedir. "Nicem mekaniği" ya da "dalga mekaniği" isimleri ile de anılmaktadır.

Kuantum fiziği, moleküllerin, atomların veya bunları meydana getiren proton, elektron, kuark, nötron ve gluon gibi parçacıkların niteliklerini açıklamaya çalışmaktadır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleri ile ve ışık, gama ışını, x ışını gibi elektromanyetik radyasyonlar ile olan etkileşimlerini de kapsamaktadır.

Kuantum Fiziğinin Gelişimi​

• 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: Arthur 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.

Kuantum Mekaniğinin Uygulamaları​

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

• Akışkanlar Mekaniği
• Elektromanyetik
• İstatistiksel Mekanik
• Kimyasal Kinetik
• Klâsik Mekanik
• Kuantum Mekaniği
• Optik
• Termodinamik

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 vb. pek çok dal da kuantum mekaniğinden uygulamalar içermektedir.

Kuantum mekaniği her ne kadar çok küçüklerin dünyasını modelleyen bir kuram olsa da 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.