Kuantum Fiziğinin Temel Kavramlarından Parçacık ve Dalga

19. yy ın sonunda hemen hemen tüm fizik konularına iki türlü açıklama getirilmekteydi. Maxwell’in elektromanyetizma teorisi ve Newton’un evrensel kütleçekim yasası. Ancak bu iki teori her şeyi açıklamak için yeterli değildi ve sonunda parçacık ve dalga kavramları ortaya çıktı.

Parçacık kavramı gerçek objelerin bir nokta ile temsil edilmesine ve bu noktaya, bir araya toplanmış maddenin miktarına tekabül eden bir kütle atfedilmesine olanak vermekteydi (bir gezegen veya elektron gibi).

Dalga ve alan kavramları ise maddenin kendi hareketine (bir misketin izlediği yol veya yörünge gibi) değil , maddenin içindeki harekete gönderme yapmaktaydı. Örneğin denizlerde birbiri üstüne yığıla yığıla kıyıya doğru gelen dalgaları oluşturan su moleküllerinin yönü kıyıya doğru değildir. Su molekülleri genel anlamda aşağı yukarı hareket ederler (en fazla elipsler çizerler) ve hareketi aktarırlar. Yani kıyıya doğru gelen dalga yığılan su molekülleri değil, hareket enerjisidir. Dalga kavramının üzerinde biraz daha durmakta fayda vardır:

Dalga Nedir?

Dalgayı anlamak için bir örnek üzerinden gidelim. Bir helikopter dalgasız bir gölün üzerinde havada hareketsiz durmaktadır. Helikopter pervanesinden çıkan hava suyu dalgalandırmayacak kadar yeterli yüksekliktedir. Bu yükseklikten çok sık olmayan aralıklarla suya kaldırım taşları atılmaktadır. İlk atılan taş, suyun yüzeyinde gittikçe genişleyen ve genişledikçe gücü azalan çember çeklinde bir su dalgası oluşturacaktır. ( Aslında tam olarak gözlemlenecek olan aynı merkeze sahip büyüklü küçüklü su dalgalarıdır, ancak anlatımı sadeleştirmek için tek dalga varmış gibi varsayıyoruz) Taşların birbiri ardına atılışı, gene birbirinin ardını takip eden dalgacıklar oluşturacak ve taşların suya çarpma noktasına belli mesafede konulmuş şişe mantarını geliş ritmi uyarınca aşağı yukarı hareketlendirecektir.

Dairesel su dalgalarının 4 te birlik kesiti

İşte bu dalgacıkların tümü dairesel dalgalar takımı ismiyle anılır. Ardışık iki dalga arasındaki mesafe dalga uzunluğu, belli bir süre içerisinde yine belli bir noktadan geçen dalga sayısı ise frekans olarak adlandırılır.

Su dalgalarını betimledik, şimdi ses dalgalarını inceleyelim. Noktasal bir ses kaynağımız olsun, bu ses kaynağımız ses dalgaları takımı yaysın. Ses dalgalarını tanımlamak su dalgalarına göre zordur. Çünkü su dalgaları iki boyutlu su yüzeyinde gerçekleşirken, ses dalgaları üç boyutludur. Havada küresel olarak oluşur.

Son olarak yine noktasal ama bu sefer ışık yayan bir kaynak düşünelim. Bu kaynağın dalgalarınında küresel olduğunu söyleyebiliriz. Ancak burada bir zorluk daha vardır. Su yüzeyindeki dalgaların su moleküllerinin hareketine ve ses dalgalarının hava moleküllerinin hareketine tekabül ediyor olmalarına karşılık ışığın maddesel bir desteği yoktur. Bu da ışık dalgalarının betimlenmesini iyice zorlaştırır.