Particles and waves: The central mystery of quantum mechanics - Chad Orzel

Parçacıklar ve dalgalar: Kuantum mekaniğinin merkezindeki gizem - Chad Orzel

Çeviri: S Uzel Gözden geçirme: Veysel Dağdemir

Fizikteki en ilginç olgulardan biri şudur:

One of the most amazing facts in physics is this:

everything in the universe, from light to electrons to atoms,

Işıktan elektronlara, atomlara kadar evrendeki her şey

behaves like both a particle and a wave at the same time.

aynı anda hem parçacık hem de dalga gibi davranır.

All of the other weird stuff you might have heard about quantum physics,

Kuantum fiziğine ilişkin duymuş olabileceğiniz tüm diğer garip şeyler,

Schrodinger's Cat, God playing dice, spooky action at a distance,

Schrödinger'in Kedisi, zar atan tanrı, uzaktan hayaletimsi etki,

all of it follows directly from the fact

doğrudan doğruya, her şeyin hem parçacık

that everything has both particle and wave nature.

hem de dalga doğası olması gerçeğine dayanır.

This might sound crazy.

Bu kulağa çılgınca gelebilir.

If you look around, you'll see waves in water and particles of rock,

Çevrenize baktığınızda sudaki dalgaları ve kaya parçacıklarını görürsünüz,

and they're nothing alike.

ki bunlar hiç de benzer değildir.

So why would you think to combine them?

Öyleyse neden bunları birleştirmeyi düşünelim ki?

Physicists didn't just decide to mash these things together out of no where.

Fizikçiler bunları bir araya getirmeye durduk yere karar vermediler.

Rather, they were led to the dual nature of the universe

Tersine, küçük adımlar onları

through a process of small steps,

evrenin bu çift yönlü doğasına getirdi.

fitting together lots of bits of evidence, like pieces in a puzzle.

Çok sayıda kanıt parçacığı, tıpkı bir yapbozdaki gibi birbirine uydu.

The first person to seriously suggest the dual nature of light

Işığın çift yönlü doğasını ciddi bir biçimde öne süren

was Albert Einstein in 1905,

ilk kişi 1905'te Albert Einstein oldu.

but he was picking up an earlier idea from Max Planck.

Kendisi bunu, Max Planck'in zaten varolan bir fikrinden çıkarmıştı.

Planck explained the colors of light emitted by hot objects,

Planck, ampüldeki filaman gibi

sıcak nesnelerce yayımlanan ışık renklerini açıklamıştı;

like the filament in a light bulb,

but to do it, he needed a desperate trick:

fakat umutsuz bir kandırmacaya gerek duyarak:

he said the object was made up of oscillators

Nesnenin, ışığı sadece ayrık yığınlar,

that could only emit light in discrete chunks,

ışığın frekansına bağlı enerji birimleri biçiminde

units of energy that depend on the frequency of the light.

yayabilen salınıcılardan oluştuğunu söyleyerek.

Planck was never really happy with this, but Einstein picked it up and ran with it.

Planck bundan asla memnun olmadı ama Einstein bunu alıp kendisi uğraştı.

He applied Planck's idea to light itself, saying that light,

Planck'ın düşüncesini ışığın kendisine uygulayarak şunu öne sürdü:

which everybody knew was a wave, is really a stream of photons,

Herkesin dalga olarak bildiği ışık, gerçekte her biri belli miktarda

each with a discrete amount of energy.

enerji taşıyan fotonların bir akışıdır.

Einstein himself called this the only truly revolutionary thing he did,

Einstein, kendisinin yaptığı tek gerçek devrimsel şeyin bu olduğunu söylemiştir.

but it explains the way light shining on a metal surface knocks loose electrons.

Bu, metal bir yüzeye gelen ışığın nasıl elektron salınımına yol açtığını açıklar.

Even people who hated the idea had to agree that it works brilliantly.

Fikirden nefret eden kişilerin bile zekice olduğunu kabul etmesi gerekiyordu.

The next puzzle piece came from Ernest Rutherford in England.

Bir sonraki yapboz parçası İngiltere'deki Ernest Rutherford'dan geldi.

In 1909, Ernest Marsden and Hans Geiger, working for Rutherford,

1909'da Rutherford'la çalışan Ernest Marsden ve Hans Geiger

shot alpha particles at gold atoms

altın atomlarına alfa parçacıkları gönderdiler ve bazılarının

and were stunned to find that some bounced straight backwards.

gerisin geri sıçradığını gördüklerinde çok şaşırdılar.

This showed that most of the mass of the atom is concentrated in a tiny nucleus.

Böylece atom kütlesinin büyük bölümünün minik çekirdekte yoğunlaştığını gördüler.

The cartoon atom you learn in grade school,

İlkokulda öğretilen atom çizimi,

yani minyatür bir güneş sistemi gibi elektronların yörüngede dolaştığı çizim

with electrons orbiting like a miniature solar system,

that's Rutherford's.

Rutherford'a aittir.

There's one little problem with Rutherford's atom: it can't work.

Rutherford'un atomunun küçük bir sorunu vardır: İşleyemez.

Classical physics tells us that an electron

Klasik fizik bize, bir çember boyunca dönen

whipping around in a circle emits light,

elektronun ışık yayımlayacağını söyler.

and we use this all the time to generate radio waves and X-rays.

Biz de bunu sürekli kullanıp radyo dalgaları ve X-ışınları üretiriz.

Rutherford's atoms should spray X-rays in all directions for a brief instant

Rutherford'un atomları, elektron sarmal çizerek çekirdeğe düşmeden önce,

before the electron spirals in to crash into the nucleus.

kısa bir an için tüm yönlerde X-ışınları yayımlamalıdır.

But Niels Bohr, a Danish theoretical physicist working with Rutherford,

Ancak, Rutherford ile çalışan Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, atomların kesin bir

pointed out that atoms obviously exist,

açıklıkla var olduğuna işaret etmiş,

so maybe the rules of physics needed to change.

dolayısıyla fizik yasalarının değişmesi gerekebileceğini söylemiştir.

Bohr proposed that an electron in certain special orbits

Bohr, belirli özel yörüngelerde

doesn't emit any light at all.

elektronun hiç ışık yayımlamayacağını öne sürdü.

Atoms absorb and emit light only when electrons change orbits,

Atomlar sadece elektronlar yörünge değiştirdiğinde ışık soğurup yayımlar.

and the frequency of the light depends on the energy difference

Işığın frekansı da, Planck ve Einstein'ın dediği gibi

in just the way Planck and Einstein introduced.

enerji farkına bağlıdır.

Bohr's atom fixes Rutherford's problem

Bohr'un atomu Rutherford'un atomunun sorununu çözer ve atomların

and explains why atoms emit only very specific colors of light.

neden sadece belli renkte ışık yayımladığını açıklar.

Each element has its own special orbits,

Her elementin kendi özel yörüngeleri vardır;

and thus its own unique set of frequencies.

dolayısıyla da kendi eşsiz frekanslar kümesi.

The Bohr model has one tiny problem:

Bohr modelinin tek bir ufak sorunu vardır:

there's no reason for those orbits to be special.

Bu yörüngelerin özel olması için herhangi bir neden bulunmamaktadır.

But Louis de Broglie, a French PhD student,

Ancak Fransız doktora öğrencisi Louis de Broglie,

brought everything full circle.

her şeyi yerli yerine oturttu.

He pointed out that if light, which everyone knew is a wave,

Kendisi şuna dikkat çekti: Eğer herkes tarafından

behaves like a particle,

dalga olarak bilinen ışık parçacık gibi davranıyorsa,

maybe the electron, which everyone knew is a particle,

belki herkes tarafından parçacık olarak bilinen elektron da

behaves like a wave.

dalga gibi davranıyordur.

And if electrons are waves,

Eğer ki elektronlar dalga ise,

it's easy to explain Bohr's rule for picking out the special orbits.

Bohr'un özel yörüngeler seçme kuralını açıklamak basittir.

Once you have the idea that electrons behave like waves,

Elektronların dalga gibi davrandığı fikrine bir kez sahip olunca,

you can go look for it.

gidip bunu araştırabilirsiniz.

And within a few years, scientists in the US and UK

Bir kaç yıl içinde de, Amerika ve İngiltere'den bilimciler

had observed wave behavior from electrons.

elektronların dalga davranışlarını gözlemlemişlerdir.

These days we have a wonderfully clear demonstration of this:

Bugün artık bunun son derece açık bir kanıtına sahibiz:

shooting single electrons at a barrier with slits cut in it.

Üzerinde yarıklar bulunan bir engele elektronların tek tek gönderilmesi.

Each electron is detected at a specific place at a specific time,

Her elektron, belli bir anda belli bir yerde görülür,

like a particle.

tıpkı parçacık gibi.

But when you repeat the experiment many times,

Ancak deneyi pek çok kez tekrarladığınızda,

all the individual electrons trace out a pattern of stripes,

elektronların her biri, ortaya bir çizgi deseni çıkaracak biçimde yerleşir,

characteristic of wave behavior.

ki bu da karakteristik dalga davranışıdır.

The idea that particles behave like waves, and vice versa,

Parçacıkların dalga gibi, dalgaların da parçacık gibi davrandığı fikri

is one of the strangest and most powerful in physics.

fizikteki en tuhaf ve en güçlü fikirlerden biridir.

Richard Feynman famously said

Richard Feynman'ın, bunun kuantum mekaniğinin

that this illustrates the central mystery of quantum mechanics.

merkezindeki gizemi gösterdiğini söyleyişi ünlüdür.

Everything else follows from this,

Diğer her şey bundan çıkar,

like pieces of a puzzle falling into place.

tıpkı yerlerine oturan yapboz parçaları gibi.