101 Soruda Kuantum

Kenneth W. Ford - 101 Soruda Kuantum

 

Kuantum etkileri duyularımız üzerinde doğrudan bir etkide bulunmuyor.

Bir parçacık veya bir parçacık sistemi aynı anda iki veya daha fazla hareket durumunda olabilir.

Fermiyon denen parçacıklar bir dışarlama ilkesine uyarlar. Özdeş iki fermiyon aynı anda aynı hareket durumunda olamazlar. Periyodik tablo dışarlama ilkesi sayesinde var olur.

 

Kuantum nedir?

…spin, dönme hareketinin etkinlik ölçüsüdür. Teknik olarak, açısal momentum dediğimiz niceliğin ölçümüdür.

Foton elektron veya protonun iki katı spine sahiptir.

 

(Kuantum öncesi) Klasik teoriler başarılıdırlar

 

Niels Bohr 1913'te uyumluluk ilkesini öne sürdü.

 

Yüz bin proton eğer sıra halinde dizilebilselerdi ancak ve sadece bir atomun bir yanından diğer yanına geçebilirlerdi. Yüz bin atomun yan yana sıralanması bile ince bir kâğıt parçasının kalınlığına yetişmez.

Atomdaki elektron, parçacıktır / dalgadır…

…dalga/parçacık ikiliğinin görselleştirilmesi zordur,

 

Elektron ilk kez 1897'de Cambridge Üniversitesinde J.J. Thomson'ın laboratuvarında katot ışını tüpü denen bir şey içerisinde görüldü (bu bilinmeyen ışınlara katot ışınlan denirdi)

…elektron olabilecek en küçük büyüklükte… /  temel bir parçacıktır.

…ışığın yayınımını sağlayan elektronların hareketidir.

 

Çekirdeğin içinde protonlar ve nötronlar vardır.

Protonun kütlesi elektronunkinin yaklaşık 1836 katıdır; nötron da elektrona göre 1839 kat daha kütleseldir.

Üç kuark (onlar temeldir) ve birkaç da gluon, her bir proton ve nötronun içinde fırıl fırıl dönmektedir.

 

Bir çekirdeğin hacmi basit bir şekilde içindeki nükleonların sayısına orantılıdır.

…kuarkı görebilmeyi halen başaramadık.

 

…madde ısı derecesine bağlı bir frekans yoğunluğu ve erimiyle ışınım yayar.

 

Foton / Kütlesi olmadığı için hep aynı hızda hareket etmektedir. Diğer parçacıklar yavaşlatılabilir ya da durdurulabilir. Fotonda bu mümkün değildir.

…doğanın hız sınırında, ışık hızında hareket eder.

 

Temel parçacıklar fiziksel uzama sahip değiller ve uzayzaman noktalarında etkileşime girmiyor gibi görünüyorlar. (böyle söyleniyor çünkü kayda değer bilgi oluşmuş değil, belki uyduruyorlar)

Fizikçiler yirmi üç temel parçacık tespit etmişler…

…kaç tane olabilecekleri hakkında bir sınır yok…

 

Protonun bedenini bir bezelye büyüklüğüne yükseltebilseydik, içerisinde yer aldığı atomun genişliği yaklaşık bir mile ulaşırdı.

 

Tüm kuvvetlerin en zayıfı, kütleçekim…

Kütleçekim evrenin bir ucundan diğer ucuna uzanır.

kütleçekimin kuvvet taşıyıcısı veya "takas parçacığı" olan gravitonun kütlesinin sıfır olması... Bu onun -uzaklık arttıkça kuvvet azalmasına karşın sınırsız uzaklıklara erişmesini sağlar.

Elektromanyetizmanın aracısı ise yine kütlesiz bir parçacık olan fotondur.

Kütleçekim kuvveti ve elektromanyetizmanın dışında kütlesiz parçacıkların takasını içeren başka bir kuvvet daha vardır. Bu parçacıklar gluonlar ve sözkonusu kuvvet de yeğin kuvvet veya nükleer kuvvettir.

Kuarklar üzerinde çok sıkı bir kontrol uygular…

 

Atomun içinde elektronlar ışık hızının yüzde biri hızından başlayarak yüzde onu aşan hızlara ulaşacak şekilde hareket ederler.

 

Bir saniyenin onda birinde elektron atomun çekirdeği etrafında 10 milyon kere milyar (10¹⁶) kez dönebilir.

 

Müonun iki mikro-saniyelik (bir saniyenin milyonda birinin iki katı) ortalama yaşamı bile parçacıkların çoğunun yaşamından uzundur.

 

Enerji kütledir. Kütle enerjidir.

…ışığın hızının kütle-enerji denkliğiyle alakası / ışık hızının uzay ve zamanı birbirine bağladığı gerçeği

 

Temel parçacıkların / Dönme "miktarı" açısal momentum denen bir nicelikle ölçülür.

 

Güneş ışığı neredeyse sürekli bir spektrumdur,

1814'de Alman optikçi Joseph von Fraunhofer, bugün Fraunhofer çizgileri dediğimiz bir dizi karanlık çizginin güneş spektrumundaki varlığını keşfetti.

…her elementin kendisine özgü bir spektral çizgi "imzası" olduğu ortaya çıkmıştır.

Bilimdeki büyük ilerlemelerin birçoğu, ayrı olduğuna inanılan şeylerin birleştirilmesinden doğmuştur.

Newton dünyadaki hareketi gökteki hareketle birleştirdi. Einstein zaman ve mekânı, dolayısıyla kütle ve enerjiyi birleştirdi.

 

…tüm periyodik tablo dışarlama ilkesi ve açısal momentumun uyum kuralları tarafından şekillendirilmiştir.

Çekirdekteki protonların toplam sayısı Z ile gösterilir ve atom numarası adını alır

Çekirdekteki nötron sayısı N ile gösterilir

Z+N'nin toplamı, çekirdekteki nükleonların toplam sayısını verir, A ile gösterilir ve kütle numarası adı verilir.

…bir elementin farklı izotopları olabilir, bu çekirdeğindeki nötronların sayısına bağlıdır.

 

Periyodik tablonun sonlanmasının / nedeni tamamen çekirdeklerle ilgilidir…

Nötronlar olmasaydı, hidrojenden başka bir element var olamazdı. Dışarlama ilkesi ve açısal momentumları (momenta) birleştirme kuralları olmasaydı, çok donuk ve hareketsiz bir atomlar dizisi olur, periyodik tablo olmaz, dünya yaşam ve renk taşımazdı. Protonun yükü olmasaydı, elektronların atomlar içerisinde toplaşması sözkonusu olamaz ve çekirdekler hiçbir işe yaramayan sonsuz sayıda olurlardı.

 

Bir çekirdek kararsızsa, kendisini (yarı-ömürlü) daha kararlı bir şeye dönüştürür. Buna radyoaktivite denir.

 

Alfa ışınları helyum çekirdekleridir; iki proton ve iki nötron birbirine bağlıdır, bunlara halen alfa parçacıkları diyoruz. Beta ışınları elektronlardır, kimi durumlarda bunlara da hala beta parçacıkları diyoruz. Gama ışınları ise elektromanyetik ışınımdır, bugün bunların yüksek-enerjili protonlar olduğunu biliyoruz (ve halen de gama ışınları olarak adlandırıyoruz).

 

Kimyasal sembollerin sol altlarındaki rakamlar atom numarasını -bir diğer deyişle çekirdekteki protonların sayısını göstermektedir. Sembollerin sağ altlarındaki rakamlar, nötron sayısını vermektedir. Üstteki rakam kütle numarası, bu ikisinin toplamıdır; bir diğer deyişle çekirdekteki nükleonların toplam sayısıdır.

 

Nötron / Yalnız başına yaklaşık on beş dakikalık bir sürede bozunuma uğrarken, çekirdeğin içerisinde ise sonsuza dek yaşamaktadır.

 

Müon, elektronun kütle hariç tüm özelliklerini taşıyordu.

Elektron, mü on ve tau; leptonun üç çeşnisi olarak adlandırılırlar.

 

2 mikro saniyelik bir ortalama ömür içerisinde bir elektron, bir nötrino ve bir karşı nötrinoya bozunur

 

Leptonlar - Yeğin etkileşime girmeyen, 1/2 spine sahip temel parçacıklar. Altı lepton vardır: Üçü -1 elektrik yüklü (elektron, müon ve tau) ve üçü de yüksüzdür (elektron nötrino, müon nötrino ve tau nötrino).

Kuarklar - Yeğin etkileşime giren, 1/2 spine sahip temel parçacıklar. Altı kuark vardır: Yukarı, aşağı, tılsım, acayip, üst ve alt kuark. Yukarı, tılsım ve üst kuarklar +2/3 elektrik yüküne sahiptirler. Aşağı, acayip ve alt kuarklar -1/3 elektrik yüküne sahiptirler. Kuarklar hiç yalnız biçimde gözlemlenmemiştir. İkisi veya üçü bir araya gelerek hadronları oluşturmak üzere birleşirler.

 

On bir kuvvet taşıyıcısı vardır: W (pozitif ve negatif yüklü) ve Z⁰ (yüksüz) zayıf etkileşime aracılık ederler; foton elektromanyetik etkileşime aracılık eder; sekiz tane gluon da yeğin etkileşime aracılık eder.

 

Çeşni - Çeşitli lepton ve kuarkları sınıflandırmak için kullanılan keyfi isim.

 

Hadronlar - İki veya daha fazla kuarktan oluşan bileşik parçacıklar.

 

Mezonlar - Bir kuark ve bir karşı kuarktan oluşan tamsayı spinli hadronlardır. Mezonlar bozondurlar.

 

Belirsizlik İlkesi nedir?

"Belli bir anda konum ne kadar kesin biçimde belirlenmişse, momentum o kadar az kesinlikte bilinebilir; tersi de geçerlidir." İlke sadece konum ve momentuma değil, zaman ve enerji gibi başka nicelik çiftlerine de uygulanabilir. Esas itibariyle, bir şeyi ne kadar kesin bilirseniz, bir başka şeyi o kadar az kesinlikte bilebileceğinizi söylemektedir. / s. 240

 

Bir müonun kütlesi / elektronun kütlesinin 206.769 katıdır

 

Higgs parçacığı / henüz keşfedilmiş değil.

…doğada sıfır yüke, sıfır spine ve sıfır kütleye sahip bir bozonun var olması gerektiği tahmini…

 

…

Türkçeleştiren: Barış Gönülşen

Alfa Yayınları, 4. Basım, 2016