Madde Boşluktan mı İbaret? – Sorulara Cevaplar-

Rutherford’un atom çekirdeği keşfinde kullandığı düzenek. Kurşun kutunun içerisindeki radon kaynaktan saçılan alfa parçacıkları altın folyoya çarpıyor ve altın folyodan çeşitli yönlere saçılarak folyoyu çevreleyen çinko sulfid dedektör ekranı üzerinde izler bırakıyor.

Madde Boşluktan mı İbaret? yazımdan sonra bana sorular soruldu. Burada onları cevaplamak istedim.

Öncelikle Nazan’ın sorusunu cevaplayayım. Sorduğu şey atomun çekirdeği keşfedilirken kullanılan yöntemin detayları neydi ve elektron ışık hızına yakın hareket ettiğinden dolayı kürenin tüm her yerinde gözükmesi gerekmez miydi?

Deneyi detaylı anlatmak için “Parçacık Fiziği-En Küçüğü Keşfetme Macerası-Sezen Sekmen” kitabından alıntı yapacağım. Nazan kopyala yapıştır yapmıyorum kitaptan kendim yazıyorum değerimi bil.

“Deneyin özü alfa parçacıkları denilen sondaları inceltilmiş bir altın folyoya ateşleyip saçılma yönlerini inceleyerek altın atomlarının iç yapısının nasıl olduğuna dair bir fikir elde etmekti. Burada altının bir element olduğunu, yani moleküllerden değil, tek çeşit altın atomlarından yapıldığını hatırlayalım. Alfa parçacıkları da bugün bildiğimiz halleriyle elektronları alınmış helyum atomu çekirdekleridir. Bu deneyde kullanılan alfa parçacıkları radyoaktif bir kaynak olan radon elementinden kendiliğinden yayılıyordu. Radon kaynak, altın folyoya dönük yüzünde çok küçük bir deliği olan ağır, kurşun bir kutuya yerleştirilmişti. Kurşun kuru alfa parçacıklarının geçmesini engelliyor, parçacıklar sadece kutudaki delikten bir ışın halinde fırlayarak hızla altın folyoya çarpıyor ve altın folyonun içindeki yapılarla etkileşerek bu etkileşimlerin gerektirdiği yönlere saçılıyordu.

Bu deney düzeneğinin çevresi, alfa parçacıkları üzerine çarptığında ışınlar yayan çinkosülfid bir ekranla çevrilmişti. Böylece levhada parlayan ışıklar gözlenerek altın folyoya çarpıp saçılan alfa parçacıklarının hangiyöne gittikleri tespit edilebilecek ve düz yoldan sapma açıları ölçülebilecekti. Eğer altın folyonun içinde boşluklar varsa alfa parçacıkları folyodan karşıya geçecek, eğer folyonun içinde sert, katı yapılar varsa alfa parçacıkları bu yapılara çarparak büyük açılarla gerisin geri saçılacaklardı. Thomson’un erik pudingi modeline göre atomun artı yüklü kısmı atomun tüm hacmine yayılmış olmalıydı. Artı yüklü kısım kütleliydi, ama eğer o kadar büyük hacme dağılmışsa yoğunluğu az olmalıydı. Bu yüzden alfa parçacıkları altın folyoya fırlatıldığında folyoyu delerek ve çok küçük açılarla saparak karşıya geçmeleri bekleniyordu. Tıpkı uçakların bulut yığınlarının içinden rahatça geçebilmeleri gibi.

Ama böyle olmadı. Evet, alfa parçacıklarının çoğu yalnızca biraz saparak karşıya geçtiler, ancak alfaların sekiz binde biri dosdoğru geriye, radon kaynağına doğru saçıldı. Rutherford sonucu şöyle yorumlamıştı: “Tıpkı bir peçeteye 15 inçlik bir mermi sıkmışsınız da mermi gerisin geri size dönmüş gibi!”. Sonra Rutherford böyle bir durumu yaratacak şartları hesapladı ve şu kanıya vardı: Atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı merkezde yoğunlaşmıştı ve geri kalan her yer boşluktu. Bu yoğun öze çekirdek adını verdi. Ve çekirdekte toplanan bu kütle artı elektrik yüklüydü.”

Yani Nazan ben elektron hatırlamışım ama yanlış hatırlamışım. İyonize olmuş yani elektronları olmayan helyum çekirdeği imiş. Bu yüzden ışık hızında hareket ve her yere saçılma söz konusu değil.

Şimdi sıra Dolunay’ın sorularına geldi. Onun sorularını direk kopyala yapıştır yapacağım. Çok soru soruyor ama iyi oluyor = ).

“Peki elektronların yaptıkları dalga hareketini yapma nedenleri nedir? Yapıları böyle mi diyorlar.. Bir de herşeyin boşluk olduğu bir yerde nasıl maddesel bütünlük algılıyoruz.. Normalde elimin eşyaların içinden geçmesi gerekir sanki ya da duvarın ardını görebilmem..”

Şimdi öncelikle elektronların dalga hareketini yapma sebebini açıklayalım. Hiç yormayacağım kendimi direk wikipedia’dan dalga parçacık ikiliği tanımını yapıştıracağım buraya. Evet üşeniyorum = ).

“Dalga parçacık ikiliği, fizikte elektromanyetikdalgaların aynı zamanda parçacık özelliğine sahip oldukları ve parçacıkların da (mesela elektronların) aynı zamanda dalga özelliklerine sahip oldukları anlamına gelir. Başka bir deyişle, ışık ve madde aynı anda hem parçacık hem dalga özelliklerine sahiptirler; ne başlı başına bir dalga ne de başlı başına bir parçacıktırlar.

Klasik olarak dalga ve parçaçık modelleri tahayyül edilebilen iki farklı varoluş tarzıdır. Işığın ve maddenin küçük taneciklerden mi oluştuğu, yoksa uzaya yayılmış bir dalga olarak mı görülmeleri gerektiği sorularının kökeni çok eskiye dayanır. 19. yüzyılın sonunda, kuantum kuramının gelişmesinden hemen önce J. C. Maxwell‘in elektromanyetik kuramıışık için çok sağlam bir dalga modeli sunuyordu. Aynı zamanda atomların keşfi ile maddenin küçük taneciklerden oluştuğu fikri de netlik kazanmıştı. Böylece ışık için dalga modelinin, madde için ise tanecik modelinin geçerli olduğu düşünülüyordu.

Kuantum kuramının gelişmesiyle, hem ışığın foton denilen taneciklerden oluştuğu hem de atomu oluşturan parçaçıkların aynı zamanda dalga özelliklerinin olduğu keşfedildi. Böylece ne ışık için, ne de madde için belli tek bir modelin geçerli olamayacağı görüldü. Her ne kadar insan tahayyülünün dışında da olsa, madde ve ışığın hem parçacık hem de dalga özelliklerinin bulunduğu sonucuna varıldı. Dalga parçacık ikiliği, madde ve ışığın bu ikili doğasına verilen isimdir.

Gerçekte dalga ve tanecik modelleri birbirlerini dışlayan varlık biçimleri olduğundan, bir nesnenin bir anda hem dalga hem de parçacık olarak görünmesi mümkün değildir. Dalga parçacık ikiliğinden kasıt madde veya ışığın belli koşullarda dalga, belli koşullarda ise parçacık özellikleri göstermesidir. Dalga olarak mı yoksa parçacık olarak mı görüneceği ise onun nasıl gözlemlendiğine bağlıdır. Madde parçacıkları, eğer konumunu ortaya çıkaran bir gözlemde bulunulursa parçacık gibi, momentumunu (hızını) ortaya çıkaran bir gözlemde bulunulursa dalga gibi görünmektedirler.

Maddenin bu ikili karakteri yalnızca atom seviyesindeki gözlemlerde (mikroevrende) ortaya çıkmaktadır.”

Gayet açıklayıcı bir alıntı oldu diye düşünüyorum.

Şimdi ise ikinci soruya gelelim. Aslında önceki yazımda bunu açıklayacaktım aklımdaydı ama unutmuşum. İyi ki sordun bu soruyu. Eğer atomun yüzde 99,999’u boşsa neden iç içe geçmiyoruz. Bu elektromanyetik kurallardan dolayı oluşmaz.

Elektromanyetik kurallara göre aynı elektrik yükündeki iki şey birbirini iter. Bunlardan dolayı bir atom bir atomla karşı karşıya geldiğinde elektronları aynı yüke sahip olduğundan birbirlerini iterler ve atomların iç içe geçmesine mani olur. Bu sayede de bildiğimiz madde evren oluşur. Bu kadar basit.

Sorularını varsa arkadaşlar yorum yazabilirsiniz. İyi akşamlar.

Kaynaklar:

Parçacık Fiziği-En Küçüğü Keşfetme Macerası-Sezen Sekmen

Wikipedia-Dalga Parçacık İkiliği