MODERN FİZİK(okuldaki derslerle alakası olmayan fizik)

MODERN FİZİK :
20.yüzyılın başlarında ( ilk 30 yıl ) iki yeni gelişme oldu.Bunlar kuantum teorisi ve rölativite teorisiydi.Bunlar kendilerinden önceki buluşları açıklayabilmelerinin yanı sıra yeni keşiflere de imkan sundular.Fiziği bugün ki durumuna değiştirip taşıdılar.
RÖLATİVİTE
Michelson-Morley deneyi ile ortaya çıkan ''göreceli hız'' olayını biraz daha genişletmek için iki durum karşılaştırılabilir : Birinci durumda , 70 km ile giden bir tren ve bu trenin içinde 3 km ile trenin ilerlediği yöne doğru yürüyen bir A kişisi var.Dışarıda ki durgun B kişisine göre A kişisi 73 km'lik bir hızla ilerliyor gibi görünür.İkinci durumda ise tren durgun ama A kişisi yine aynı yöne , aynı hızla yürüyor.Dışarıdaki B kişisi de ters yöne doğru 70 km ile koşuyor ( biraz yorulucak... ).Bu durumda da B , A'yı 73 km'lik bir hızla ilerliyor gibi görür.Sonuç olarak ; iki referans sistemi birbirine göre sabit hızla hareket ediyorken meydana gelen bir olay , her iki sistemdeki gözlemciler tarafından eşit özellikte ölçülür.A , B'ye göre 73 km ile uzaklaşırken , B de aynı hızla A'dan uzaklaşıyor gibi görünür.
Michelson-Morley deneyi , ''hızların toplanması'' kavramını doğru olarak saptayamamıştı.Dolayısı ile biri durgun diğeri ise ışık kaynağına doğru hareket eden iki gözlemcinin ölçeceği ışık hızının aynı , c , olacağını da teyit edemedi.
Einstein ise ışık hızının sabitliği ile rölativite teorisini yanyana getirerek birleştirdi. Zaman ve mekan hakkındaki sezgisel fikir ve kabullenişlerimizin yanlış olduğunu göstererek , yeniden etraflıca düşünülmesini sağladı.Einstein'in bu teorisinin sonuçları olarak ; zamanda , uzunlukta ve kütlede kayma olmalıydı.Yani , eş iki saat durgun olduklarında aynı ancak birbirlerine göreceli hareket içindeyken farklı zaman ölçecekti.Eşit uzunluktaki iki çubuk göreceli hareket içindeyken farklı uzunluklarda ölçülecekti.Yine göreceli hareket halindeki bir cismin kütlesi,durgun olduğu zamankinden farklı ölçülecekti.
Zaman ve mekan kavramları , 4-boyutlu bir sistem içinde birbirine yakından bağlıdır. 3-boyutlu uzay , karşılıklı ilişki halinde olduğu ''zaman-boyutu'' ile genişlemiştir.Bu teorinin önemli iki sonucu vardır ; birincisi enerji ve kütlenin eşit olduğunu , yani bibirine dönüştürülebilir olduğunu söylemesidir.Bu yüzden nükleer fizikte çoğu kez , maddenin kütlesel miktarı belirtilmek istenirken enerjisel miktarı kullanılır , eV yada keV gibi.İkinci önemli sonuç ise ışık hızına getirilen sınırlamadır.
Daha önce söylendiği gibi fizik iki ayrı şekilde ele alınır ; klasik fizik ve modern fizik.Bunları rölativistik yada non-rölativistik olarak ta adlandırabiliriz.Rölativistik fizikte ışık hızı ile kıyaslanabilecek derecede yüksek hızlarda hareket eden cisimlerin hareketi ele alınır.Diğerinde ise , yani newton mekaniğinde , makroskopik cisimlerin hareketi ele alınır.Ve bu iki dünyanın yasaları birbirinden farkıdır.Modern fizikte F=ma direk olarak kullanılamaz çünkü bu noktada m , yani kütle de değişkendir.Bunun dışında , bu iki hız birbirinden keskin bir çizgi ile ayrılmaz. Bazen 0,85c gibi bir hız kendisini rölativistik olarak gösterebilirken , bundan daha büyük olan 0,86c rölativistik olmayabilir.Burada son olarak , hiçbir cismin ışık yada daha yüksek hızlarda var olamayacağını söylemek gerekir.
Enerji ile kütle arasındaki bağıntı E=mc2' dir.Işık hızı çok büyük olduğu için , kütlenin eş değeri olan enerji de dolayısı ile çok büyük olacaktır.Bu durum nükleer reaksiyonlarda ( reaktör ve nükleer silahlarda olduğu gibi ) ve yıldızlarda kendisini açıkça göstermektedir.
Einstein'in 1905'teki ilk teorisi özel-rölativite olarak bilinir.Bu teori , birbirine göre sabit hızlarla hareket eden referans sistemleri içindir.Einstein 1915'te teorisini genelleştirerek genel-rölativiteyi formüle etti.Genel-rölativite teorisi ise birbirlerine göre ivmeli hareketi olan referans sistemleri içindir.Genel-rölativite , gravitasyonun , zaman-mekanın bir geometrisi olduğunu ve ışığın büyük kütleli ( yıldız ) cisimlerin yakınından geçerken bükülmesi gerektiğini öngörüyordu.Bu bükülme ilk olarak ta 1919'da gözlemlendi.Genel rölativite , özel rölativiteden daha az biliniyor olsa da aslında evrenin yapısı ve evrimi konularında çok derin öneme sahiptir.
KUANTUM TEORİSİ
Katı cisimlerden yayınlanan ışımalar tam anlamı ile açıklanamamıştı.Yine bir fizikçinin çıkıp bu konuyu da diğer problemlerde olduğu gibi fizik ile ambalajlaması gerekiyordu. Açıklamayı ilk getiren kişi Alman fizikçi Max Planck oldu.Klasik fiziğe göre , katı cisimlerin molekülleri sıcaklıklarıyla orantılı olacak genliklerde titreşebilirdi.Bu düşünceye göre bütün frekanslar mümkün olmalıydı.Malzemeye enerji aktarıldığı sürece termal enerjisi elektromanyetik ışımaya dönüştürülebilirdi.Planck ise , moleküler osilatörün sadece ayrık paketçikler şeklinde elektromanyetik dalga yayınlayacağını farz etti.Bugün bunlara kuanta yada foton denmektedir.O'na göre herbir foton, kendine has bir karakteristik dalga boyuna ve enerjiye sahip olacaktı ( dalgaboyu=c/f , f=frekans ve c=ışık hızı ).Planck bu teorisi ile , ışık teorisine tekrar bir ikilem kazandırmış oldu.Çünkü parçacık olan bir fotonun dalgaboyundan bahsetmiş oluyordu.Oysa yüzyıl boyunca ışık, dalga olarak kabul görmekteydi.

KUANTUM MEKANİĞİ
Bir kaç yıl içinde özellikle 1924-1930 arasında , atom altı dünyaya açıklık getirmek için , dinamiğe yeni bir teorik yaklaşım kazandırıldı.Buna kuantum mekaniği yada dalga mekaniği denildi.Bu görüş 1923'te Fransız fizikçi L.de Broglie tarafından ortaya atıldı.Broglie , elektromanyetik radyasyonda olduğu gibi maddelerin de dalgalara sahip olduğunu düşündü.Maddi parçacığa eşlik eden bu dalganın dalga boyu h/mv idi.Bahsedilen madde dalgası , parçacığın hareketine kılavuzluk eden bir pilot gibi kavrandı.Böyle düşünülmesinin nedeni , uygun koşullar altında gözlenen difraksiyondu.Bu da, 1927 yılında Amerikan fizikçileri C.Davisson ve L.H.Germer ile İngiliz fizikçi P.Thomson'un yaptıkları elektron kristal etkileşimi deneyleri ile teyit edildi.Sonradan Alman fizikçiler W.Hisenberg , M.Born , E.Pascual Jordan ile ünlü Avusturyalı fizikçi E.Schrödinger Broglie'nin fikirlerine matematiksel elbiselerini giydirerek daha ileriye taşıdılar.Bu teori artık bir çok fiziksel olay ve klasik fiziğin el bile süremediği problemlerle başa çıkabilecek kapasitesine yükselmişti.Bohr'un atomik enerji düzeylerinin kuantizasyonunu teyit etmesine ek olarak , şimdi kuantum mekaniği çoğu kompleks atom için açıklamalar getirebiliyor olmasının yanı sıra nükleer fiziğe giden yolun perisi oluyordu.
Her ne kadar kuantum mekaniğine genellikle makro değil de mikro dünyada ihtiyaç duyuluyor olsa da bazı makroskopik etkilere sadece kuantum mekaniği başarılı açıklamalar getirebiliyordu.De Broglie'nin dalga-parçacık ikileminin ötesinde, kuantum mekaniksel düşünce ile çok önemli kavramlar bir araya getirilmiştir.Sonuçta da , bir elektronun daima bir manyetikliğinin ve spin'inin olduğu keşfedilmiştir.Spin temel bir özelliktir ve takip eden çalışmalarla diğer bütün temel parçacıklarda da spin görülmüştür.1925'te Avusturyalı fizikçi W.Pauli dışarlama ilkesini ilan etti.Bu ilke , aynı kuantum sayısına sahip birden fazla atomik elektronun bulunamayacağını söylüyordu.Atomik bir elektronu tam olarak tanımlayabilmek için 4 kuantum sayısına gerek vardır.Dışarlama ilkesi elementlerin yapısının ve dolayısı ile periyodik tablonun anlaşılabilmesinde hayati önem taşır.
Hisenberg 1927 de belirsizlik ilkesini ilan etti.Bu ilke , iki fiziksel birimin aynı anda ve kesinlik içinde ölçülebilmesine doğal bir sınırın varlığını ileri sürüyordu. Örneğin atomik bir elektronun , belirli bir anda hem enerjisi hem de pozisyonu kesinlik içinde hesaplanamaz.
Sonunda kuantum mekaniği ve rölativitenin sentezini 1928'de İngiliz matematiksel fizikçi P.A. Dirac yaptı.Bu sentez pozitronun varlığını ön görmesinin yanı sıra gelişmekte olan kuantum mekaniğini doruk noktasına ulaştırdı.Büyük oranda Bohr'un fikirlerinin ürünü olarak fizikte , farklı ve istatistik bir yaklaşım geliştirilmiş oldu.İstatistiksel olasılığın gelecek hakkındaki kehanetleri , Newton mekaniğinin deterministik neden-sonuç ilişkilerinin ayağını kaydırıp onun yerine geçti.Çünkü maddenin dalga özelliği (belirsizlik ilkesine de uygun olarak),tüm kuvvetler biliniyor olsa dahi,parçacıkların hareketinin ne olacağının asla bilinemeyeceğini söyler.İstatistik yaklaşımın etki ve sonuçları her ne kadar makroskopik hareketlerde tesbit edilemiyor olsa da , moleküler,atomik ve atom altı dünyadaki rolü büyüktür.Yani mikro dünyada baskın olan istatistiksel kuantum mekaniğidir.