Modern Fizik

Modern Fizik

-Özel Görelilik
-Siyah Cisim Işıması
-Fotoelektrik Olayı
-Compton Saçılması ve De Broglie Dalga Boyu

Özel Görelilik


Özel Görelilik Kuramı ya da İzafiyet teorisi, Albert Einstein tarafından 1905’te Annalen der Physik dergisinde, “Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine” adlı 2.
makalesinde açıklanan ve ardından 5. makalesi “Bir cismin atıllığı enerji içeriği ile bağlantılı olabilir mi?” başlıklı makaleyle pekiştirilen fizik kuramıdır. Kurama göre, bütün var­lıklar ve varlığın fizikî olayları izafidir. Zaman, mekan, hareket, birbirlerinden bağımsız değildirler. Aksine bunların hepsi birbirine bağlı izafî olaylardır. Cisim zamanla, zaman cisimle, mekan hare­ketle, hareket mekanla ve dolayısıyla hepsi birbiriyle bağımlıdır.
Einstein’ın teorisi, Galileo’nun Görelilik Prensibi ile doğrusal ve değişmeyen hareketinin durumu ne olursa olsun tüm gözlemcilerin ışığın hızını her zaman aynı büyüklükte ölçeceği önermesini birleştirir.
Bu teorem sezgisel olarak algılanamayacak, ancak deneysel olarak kanıtlanmış birçok ilginç sonuca varmamızı sağlar. Özel görelilik teoremi, uzaklığın ve zamanın gözlemciye bağlı olarak değişebileceğini ifade ederek Newton’ın mutlak uzay zaman kavramını anlamsızlaştırır. Uzay ve zaman gözlemciye bağlı olarak farklı algılanabilir. Bu teorem, madde ile enerjinin ünlü E=mc² formülü ile birbirine bağlı olduğunu da gösterir (c ışık hızıdır). Özel görelilik teoremi, tüm hızların ışık hızına oranla çok küçük olduğu uygulama alanlarında Newton mekaniği ile aynı sonuçları verir.
Teoremin özel ifadesiyle anılmasının nedeni, görelilik ilkesinin yalnızca eylemsiz gözlem çerçevesine uygulanış şekli olmasından kaynaklanır. Einstein tüm gözlem çerçevelerine uygulanan ve yerçekimi kuvvetinin etkisinin de hesaba katıldığı Genel Görelilik Teoremini geliştirmiştir. Özel Görelilik yerçekimi kuvvetini hesaba katmaz ancak ivmeli gözlemcilerin durumunu da inceler.
Özel Görelilik, günlük yaşamımızda mutlak olarak algıladığımız, zaman gibi kavramların göreli olduğunu söylemesinin yanı sıra, sezgisel olarak göreceli olduğunu düşündüğümüz kavramların ise mutlak olduğunu ifade eder. Birbirlerine göre hareketi nasıl olursa olsun tüm gözlemciler için ışığın hızının aynı olduğunu söyler. Özel Görelilik, c katsayısının sadece belli bir doğa olayının -ışık- hızı olmasının çok ötesinde, uzay ile zamanın birbiriyle ilişkisinin temel özelliği olduğunu ortaya çıkarmıştır. Özel Görelilik ayrıca hiçbir maddenin ışığın hızına ulaşacak şekilde hızlandırılamayacağını söyler.

Siyah Cisim Işıması


Siyah cisim ışıması içinde elektromanyetik ışıma, ya da çevresinde termodinamik dengeyi sağlayan ya da siyah cisim (opak ve fiziksel yansıma gerçekleştirmeyen) tarafından yayılan ve sabit tutulan tekdüze sıcaklıktır. Işıma çok özel bir spektruma ve sadece cismin sıcaklığına bağlı olan bir yoğunluğa sahiptir. Termal ışıma, birçok sıradan obje tarafından kendiliğinden yayılan bir siyah cisim ışıması sayılabilecek türden bir ışımadır. Tamamen yalıtılmış bir termal denge ortamı siyah cisim ışımasını kapsar ve bir boşluk boyunca kendi duvarını yaratarak yayılır, boşluğun etkisi göz ardı edilebilecek kadar küçüktür. Siyah cisim oda sıcaklığında siyah görünür, yaydığı enerjinin çoğu kızılötesidir ve insan gözü ile fark edilemez. Daha yüksek sıcaklıklarda, siyah cisimlerin özkütleleri artarken renkleri de soluk kırmızıdan kör edecek şekilde parlaklığı olan mavi-beyaza dönüşür. Gezegenler ve yıldızlar kendi sistemleri ve siyah cisimler ile termal dengede olmamalarına rağmen, yaydıkları enerji siyah cisim ışımasına en yakın olaydır. Kara delikler siyah cisim olarak sayılabilirler, ve kütlelerine bağlı bir sıcaklıkta siyah cisim ışıması yaptıklarına inanılır (Hawking Işıması). Siyah Cisim terimi, ilk olarak Gustav Kirchhoff tarafından 1860 yılında kullanılmıştır.

Fotoelektrik Olayı


Fotoelektrik olay ışığın metalden elektron koparması olarak tanımlanabilir. Kopan elektronlara fotoelektron denir. Fotoelektrik olay ilk olarak 1887 Alman fizikçi yılında Heinrich Hertz tarafından keşfedilmiştir. Hertz elektrik ile yaptığı deneylerde ışığın etkisini fark etmiştir. Elektrotların üzerine ışık düştüğü zaman aralarındaki akımın güçlendiğini keşfetmiştir. 1900 ise Philipp Lenard gazların üzerine morötesi ışık düşürdüğü zaman gazların iyonize olduğunu ve pozitif yüklü iyonların fazla olduğunu görmüştür. Bu olayları klasik elektromanyetizma çerçevesinde açıklamak mümkün değildi. Klasik fizik elektromanyetik radyasyonu dalga olarak kabul ediyordu ama bu olayı dalga perspektifinden açıklamak mümkün değildi.

Compton Saçılması ve De Broglie Dalga Boyu


Compton kendi adıyla anılan deneyinde, X-ışınlarını elektronlar üzerine göndererek saçılmalarını inceledi. Compton Olayı, ışığın tanecikli yapısı hakkında kesin deliller ortaya koymaktadır.
Compton deneyinde yüksek enerjili X-ışınlarını, karbon elementinin serbest elektronuyla çarpıştırmıştır. Foton çarpışma sırasında enerjisinin bir kısmını elektrona aktardığı için enerjisi dolayısıyla frekansı azalır, dalga boyu artar, ancak fotonun hızı değişmez. Işığın doğasındaki dalga-parçacık ikiliği modern fiziğin kurulmasını sağlamıştır.
Louis de Broglie, ışığın dalga ve tanecik doğasının bir arada olabileceğini söyleyerek yeni bir tartışma
başlatmıştır. Heisenberg ve Schrödinger gibi birçok fizikçi ışığın dalga ve tanecik doğasını bir araya getirmek için çalışmalar yapmışlardır. Böylelikle fizikçiler dalga mekaniği adı verilen yeni bir fizik dalının ortaya çıkmasını sağlamışlardır. Parçacığın hızı ile kütlesinin çarpımı, parçacığın momentumuna eşit olduğuna göre eşitlik          “h” / “λ” = p olarak yazılabilir. Bu eşitlikte bir fotonun momentumunun dalga boyuna bağlı olduğu görülmektedir. De Broglie Bağıntısı olarak bilinen bu bağıntıya göre, hareket eden maddesel parçacıklara eşlik eden bu dalgalara madde dalgaları adı verilir. Madde dalgaları mekanik ve elektromanyetik dalgalardan farklıdır.