Bir elementin tüm atomları nasıl oluyor da özdeş olabiliyor? Standart bilim tarihi anlatımlarında kara cisim ışımasının, fotoelektrik olayının ve birkaç daha deneysel bulgunun klâsik fizik için açıklaması olanaksız bilmeceler ortaya koyduğu vurgulanır. Halbuki böyle deneyler yapılmasaydı bile, kimya bilimi bize atomların özdeş olduklarını Dalton’dan beri söylüyordu ve aralarında Niels Bohr’un da bulunduğu bazı fizikçiler, bu özdeşliğin klâsik kavramlarla açıklanamayacağının farkındaydılar.

Açıklamanın ilk adımı J. J. Thomson’un elektronu bulması ve Rutherford’un atomun kütlesinin sadece ikibin ilâ dört-beşbinde birinin elektronlarda, geri kalanınınsa çok yoğun bir çekirdekte toplandığını deneysel olarak göstermesiyle atıldı. Bu yoğun çekirdeğin çapı atomunkinin yüzbinde biri kadardı. Bohr, Heisenberg, Pauli. Schrödinger ve Dirac gibi teorik fizikçiler 1920’lerin sonlarında tamamlayabildikleri kuantum mekaniğiyle bu özdeşliği kısmen açıklayabildiler. Bu kuramın çok genel bir özelliği, çekici bir merkezî kuvvet tarafından bağlanan herhangi bir parçacığın, herhangi bir enerjiye sahip olamayacağı, ancak kesikli ve belirli bir enerji yelpazesindeki enerjilerden birine yerleşmek zorunda olduğu sonucuydu. Bir benzetme yapabiliriz: L uzunluğunda bir tel, iki ucu da sabitlenerek gerilirse, üzerinde meydana gelebilecek titreşimlerin dalga boyları ancak 2L / (tamsayı) olabilir; bu titreşimlere karşılık bulacağımız enerjiler de aynı süreksizliği gösterecektir. Planck’tan beri de frekanslarla enerjilerin orantılı olduğunu biliyoruz, demek burada kesikli bir enerji spektrumu karşımıza çıkıyor.

Açıklamalarımızı olabildiğince basit tutmak amacıyla önce hidrojen atomu örneğine bakalım. Bu atomun çekirdeği, tek bir pozitif yüklü protondan ibaret; bunun etrafında da bir tek negatif yüklü elektron var. Daha önce belirttiğimiz gibi de protonun kütlesi elektronunkinin kabaca 1836 katı, bu yüzden protonun sabit kalıp, sadece elektronun “hareket ettiğini” düşünebiliriz. Bu, tam yukarıda anlatılan “merkezî kuvvetle, bağlı parçacık” durumuna uyuyor ve Schrödinger denklemi çözülürse, deneye uygun bir şekilde elektronun tamsayıların karelerinin tersiyle orantılı kesikli enerji değerleri alabileceği görülüyor; orantı katsayısıysa elektron ve proton kütlelerinin ve elektrik yüklerine ve birkaç evrensel sabite bağlı. Bu katsayıdaki büyüklüklerin hep aynı kaldığını deneysel olarak biliyoruz; çünkü gözlenen tüm elektronlar aynı yüke, kütleye ve öz açısal momentuma sahip, protonlar da her zaman birbirlerinin aynısı. O zaman, evrendeki tüm hidrojen atomlarının aynı kesikli enerji düzeylerinde bulunacaklarını ve kimyasal süreçlerde de aynı şekilde davranacaklarını anlamış oluyoruz; bu doğal olarak diğer tüm atomlar ve onlardan türetilen - ki bunlara başlangıç noktamız olan kedi DNA’sı da dahil - moleküller için de geçerli.

Bilim ve Teknik Ekim 2000



Etiketler (atom, özdeşlik, elektron, karacisim, foton, fotoelektrik, kütle, hacim, merkez, parçacık, proton, dna, planck, thomson, klasik, mekanik, rutherford, bohr, heisenberg, pauli, schrödinger, dirac, )
Tarafımızca yazılan yazıların hakları saklıdır.

Benzer Başlıklar... » Elektronların Özdeşliği ve Relativistik Kuantum Alan Kuramları

Henüz yorum eklenmemiş..2072

Türkçemizi katletmeden harf ve imlâ yapımıza uyacağınızı düşünüyoruz.
Uygunsuz içerikler savcılığa bildirilmek üzere kayıt altına alıyoruz.
21.11.2024, 12:41

Adınız
Yorumunuz

Her hakkı saklıdır.
Görüntüleme 5556