KUANTUM NEDİR?

ATOM-ALTI DÜNYA

Sözlük anlamıyla kuantum bir öbektir. Bizi çevreleyen gündelik yaşamda karşımıza belli büyüklükte''öbekler'' biçiminde çıkan bir çok şey vardır. Ekmek somunları, litrelik sütler, otomobiller gibi.. Ancak bir ekmeğin, bir şişe sütün. bir otomobilin  ne büyüklükte olacağını söyleyen bir doğa yasası yoktur. Ekmek ustası ekmeğini bir dilim, hatta bir kırıntı düzeyinde ekleme ve ya çıkartma yapabilir. Sütçü sütünü yarım litrelik veya bir litrelik  şişelerde satıp satmayacağına kendisi karar verir. Araba şirketi, ürününü bir miktar daha  daha veya daha küçük , daha ağır  yada daha hafifi yapabilir. Kuantum yasalarının hükmettiği küçük ölçekli dünyada işler böyle yürümez..

Bir örnek verelim. Bir hidrojen atomu, belli bir çabaya sahiptir (ve başka bir kuantum etkisi yüzünden hatlar keskin değildir) Hidrojen atomunun çapı yaklaşık olarak nanometrenin ondabiri kadardır. Bundan daha küçük bir hale getirilemez. Bu onun taban durumu dediğimiz büyüklüğüdür. Bu büyüklükle bağlantılı olarakta belli bir enerji, onun taban durum enerjisidir. Bundan daha az bir enerjiye sahip olması sağlanamaz. Bu, temel Hidrojen atomunun öbeğidir. Taban durumundaki her hidrojen atomu tam olarak aynı büyüklükte ve aynı enerjiye sahiptir. ; anlayacağınız bir evrensel hidrojen atomuyla karşı karşıya gelmekteyiz. Atom daha büyük ve daha  enerjik hale getirilebilir, ancak bu da sadece belli kuantum artışları çerçevesinde mümkündür,  Herhangi bir seçili artış uygulanamaz. Böylesi daha büyük boyutlara, daha yüksek enerji durumlarına uyarılmış durumlar denir. Uyarılmış bir Atom , bir ışık fotonu saldığı ve enerjisini daha yüksek bir değerden daha düşük bir değere düşürdüğü zaman, bu kuantum sıçraması yapıyor demektir.

Ortaya çıkan fotonun kendisi de bir kuantumdur, bir ışık 'öbeği' dir. Foton, bir enerji kuantumunu üzerine alır ve enerji kuantumunu soğurulduğunda -örneğin retinanız tarafından- yaşamını sona erdirdiği noktada  teslim eder.

Fotonun bize gösterdiği gibi, sadece nesneler değil, nesnelerin belli özellikleri de kuantum öbekleri biçiminde karşımıza çıkar. Örneğin enerji. Bir diğer örnek, elektrik yüküdür. Elektrik yükü , bir proton (veya onun negatif dengi olan bir elektron) tarafından taşınan miktarın sağlayabileceğinden daha iyi bir yolla ayarlanamaz. Elektrik yükünün 3,7 kuantum birimi gibi bir şeyde mümkün değildir. Evrendeki her elektrik yükü, proton veya elektronun tamsayı katıdır. (Bu kuarlın bir istisnası vardır. Temel parçacıklar içerisinde  kuarklar 1/3 ve 2/3 birim yükler taşırlar, ancak onlar da her zaman öyle bir biçimde birleşirler ki, tüm gözlenen veya ölçümlenmiş yükler proton veya elektronun yüklerinin tamsayısıdır)

'öbekli' özelliğe sahip son bir örnek daha verecek olursak (ileride başka örnekler olacak), her bir parçacığın veya parçacıkların her bir kombinasyonunun spini ya sıfırdır veya en küçük spinin- ki bu elektronun spinidir-tam sayı katıdır. Detaya girmeden açıklarsak spin, dönem hareketinin etkinlik ölçüsüdür. Teknik olarak, açısal momentum, dediğimiz niceliğin ölçümüdür. Bir çocuğun topu döner. Atlıkarınca da aynı şekilde döner. Her gün kendi ekseni etrafında bir kez dönen Dünya'mızda da durum aynıdır. Sıfır hariç en küçük spin miktarı elektronun spinidir. Bu en küçük miktarına proton da sahiptir. Foton, ilginç biçimde, elektron veya protonun iki katı spine sahiptir. Siz veya ben arkamızı dönersek, bunun ne kadar yavaş olduğunun bir önemi yok, bizim spinimiz astronomik derecede büyük sayıda kuantum birimi eder. Bu öyle büyüktür ki bir kişinin spininin  kuantum doğasını sapmada ümidimiz yoktur.

Spin ölçümünde benimsenmiş olan birim, tarihsel nedenlerle fotonun-kiyle aynı olmuştur. Buna bir birim spin denmiştir. Elektonun spini, bu birimle1/2 dir. Böylelikle her parçacığın ve dünyadaki tüm varlıkların o veya1/2 veya 1 veya 3/2 veya 2 veya 5/2, vs, spini olur, ancak asla bu sayıların arasında bir değer olmaz, spin temel birimin tamsayı katı veya tek tamsayı bölü iki katı dışında bir değer almaz.

Yazan : Asrin Şahin
Kaynak: Kenneth W. Ford