IIIN YAPISI Ik Nedir ok byk bir hzla

IŞIĞIN YAPISI

Işık Nedir? Çok büyük bir hızla yayılan dalga, ya da foton denilen parçacıklar topluluğu. Işığa ilişkin bu ikili özellik dalga mekaniği yardımıyla açıklanmaktadır. Işığın, yayınlanmasının, yayılmasının ve değişimlerinin incelenmesi, fiziğin optik diye adlandırılan önemli bir bölümünü oluşturur.

Işığın Yapısı Işık, etrafımızı saran nesneleri görebilmemizin tek yoludur. 17. yüzyıldan bu yana yolumuzu aydınlatan ışığın yapısı bilim insanları tarafından sürekli tartışılmıştır. Bu tartışma 20. yüzyılda kuantum kuramının geliştirilmesine değin devam etmiştir.

Işığın Yapısı Tartışmanın kökenleri I. Newton ve C. Huygens’ın savlarına dayanır. Huygens ışığın dalgalardan oluştuğunu savunurken Newton ışığın parçacıklı bir yapıda olduğundan emindi. Bu konuda ilk deneysel sonuçlarsa Thomas Young’ın çift yarık deneyiyle elde edildi.

Işığın Dalga Yapısı

1. 1) Dalga ile ilgili Kavramlar Dalga Boyu (λ): Bir dalga örüntüsünün tekrarlanan birimleri arasındaki mesafedir. Yaygın olarak lamda (λ) harfi ile gösterilmektedir. Genlik (A): Dalganın orta noktasından tepesine veya çukuruna olan dik mesafeye genlik denilir. (A) harfi ile gösterilir. Dalga Hızı: Taneciksel dalganın birim zamanda aldığı yola denir ve (v) ile gösterilir.

1. 1) Dalga ile ilgili Kavramlar Frekans (f): Belirli bir noktadan bir saniyede geçen dalga sayısına frekans denir ve (f) ile gösterilir. Dalgaboyu frekans ile ters orantılıdır, dolayısıyla dalgaboyu uzadıkça frekans azalır. Matematiksel ifadeyle çarpmaya göre tersi ise periyot olarak adlandırılır. Işık Hızı: Elektromanyetik dalganın boşlukta dalga boyuna bağlı olmaksızın 1 saniyede aldıkları yola ışık hızı denir. (c) ile gösterilir. Yaklaşık değeri 2, 99 * 108 m/s’dir.

1. 2) Dalga Özelliğinin Açıkladığı Olaylar a) Girişim Olayı Girişim, su dalgalarında da olduğu gibi iki dalganın farklı yöntemlerle (üst üste binerek, çakışarak vs) birbirleriyle etkileşerek enerjilerinin birbirini etkilemesidir. Girişim olayını deney ile açıklayan ilk bilim insanı Thomas Young’dır. Young girişim olayını çift yarık deneyini kullanarak açıklamıştır.

Çift Yarık Deneyi Thomas Young, ışığın yapısını çözebilmek için 1801 yılında bugün “Çift Yarık Deneyi” olarak anılan bir deney gerçekleştirdi. Işık gelen pencerenin önüne ışığı geçirmeyen ve üzerinde nokta büyüklüğünde delik olan bir perde yerleştirdi.

Çift Yarık Deneyi Sonra bu perdenin önüne üzerinde birbirine çok yakın olan iki yarık açılmış başka bir perde daha koydu. Young ikinci perdenin ardında kalan duvardaki örüntüyü gözlemleyerek ışığın yapısına dair kesin bir delil sunabildi.

Çift Yarık Deneyin iki olası sonucu vardı, ya duvarda iki küçük ışık noktası oluşacaktı (bu durumda ışık parçacıklı yapıdadır), ya da duvarda ‘girişim örüntüsü’ adı verilen bir şekil oluşacaktı (bu durumda ise ışık dalgadır). Young deneyi yaptığı zaman duvarda bir girişim görüntüsü elde etti böylece ışığın dalga yapısı bilim dünyasında geçerlilik kazanmaya başladı.

Çift Yarık Deneyi

Çift Yarık Deneyi 1865 yılında ışığın dalga yapısına dair diğer bir delil de Maxwell’ın “Elektromanyetik Dalga Teorisi” ile geldi. 19. yüzyıl fizikçileri ışığın dalga olduğundan tamamen emin olmuşlardı ta ki 1905 yılına kadar.

1. 2) Dalga Özelliğinin Açıkladığı Olaylar b) Kırınım Olayı Işığın kırınıma uğradığını ilk defa Francesca Grimaldi kanıtlamıştır. Yaptığı deney ile ışık kaynağının önündeki cismin gölgesini gözlemlemiş ve gölgenin sınır çizgilerinin keskin olmadığını, parça koyulaştığını gözlemlemiştir. Bunun sebebi olarak gölge sınırındaki ışığın kırınıma uğradığını göstermiş ve bu olayı ışığın dalgasal yapısıyla açıklamıştır.

2) Parçacık Özelliği Işığın parçacık olarak yayıldığı fikrini ilk defa Sir Isaac Newton savunmuştur. Newton’dan sonra Planck ışığın kütlesiz tanecikler tarafından oluştuğunu öne sürerek bunu formülize etmiştir. Planck’ın formüllerini kullanan Einstein bu modeli geliştirmiş ve ışığı oluşturan parçacıkları foton olarak adlandırmıştır.

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar a) Fotoelektrik Olayı 1905’te Albert Einstein Annalen der Physik’in (alman fizik dergisi) tek sayısında üç makale birden yayınladı, bunlardan biri de ışığın parçacıklı yapıda olduğunu gösteren fotoelektrik etki yazısıydı. Fotoelektrik etki, ince metal levhaya tutulan ışığın metal levhadan elektron sökmesi durumudur.

a) Fotoelektrik Olayı Bu olayda şiddeti ne kadar arttırılırsa arttırılsın ışık belli bir frekansın altında elektron sökemiyordu. Einstein ışığın belli bir frekansın altında elektron sökememesini ışığı oluşturan enerji paketçiklerinin yeterli enerjisi olmamasıyla açıklıyordu. Yapılan deneylerden elde edilen verilerde ışığın parçacıklı yapısına işaret ediyordu.

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar b) Compton Olayı Klasik elektromanyetik teoride (Thompson saçılması) saçılan ışınların dalga boylarının başlangıçta sahip oldukları dalga boyu ile aynı olacağı, elektron’un kinetik enerjisinin ise değişmeyeceği öngörülmekteydi ve deneyler de bu sonucu vermekteydiler.

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar b) Compton Olayı Fakat 20. yy’başlarında yapılan bazı yüksek enerjili deneylerde X-ışınlarının ve Gama ışınlarının etkileşimleri sırasında fotonların belirli bir açıyla saçıldıkları ve bu açının ışının dalga boyu ile bir ilişkisinin olduğu, etkileşimin elastik olmadığı, yani enerjinin değiştiği görüldü.

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar b) Compton Olayı 1923 yılında Arthur Holly Compton bu olayı açıklığa kavuşturan deneyi Compton Deneyi olarak adlandırıldı ve makalesi yayınladı. 1927 yılında da A. H. Compton bu çalışmasıyla ilgili olarak Nobel Fizik ödülünün sahibi oldu.

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar b) Compton Olayı

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar c) Siyah Cisim Işıması Siyah cisimler üzerine gelen bütün fotonları soğurur ve hiç bir ışını geri yansıtmaz, ancak bir siyah cisim bile soğurduğu enerjiyi dışarıya vermek zorundadır. Siyah cisim ışıması bir cismin sahip olduğu ısı enerjisinden dolayı etrafa yaydığı ışınımdır.

2. 1) Parçacık Özelliğinin Açıkladığı Olaylar c) Siyah Cisim Işıması Başka bir ifadeyle, siyah cisimler ısıtıldığında dışarı ışınımlar yayar. Yaydığı ışınımların şiddetini ısıtılma miktarı belirler. Yüksek sıcaklıklarda kısa dalga boylu ışınımlar üretilirken düşük sıcaklıklarda uzun boylu ışımalar üretilir.

Işığın Kuantum Yorumu Einstein, bu gelişmelerin bir sonraki evresinde dalga ve parçacık teorilerinin bir tür bileşimi olarak yorumlanabilecek bir ışık teorisinin mümkün olduğunu düşünüyordu. Einstein’ın bu fikirlerinden etkilenen de Broglie doktora tezinde yalnızca ışığın değil maddenin de dalga parçacık doğasına sahip olduğunu söyledi.

Işığın Kuantum Yorumu Bu teori fizikçilere ilk başta gülünç gelmişti onlar için elektron parçacıktı ancak Broglie’nin tezi sadece birkaç yıl içinde deneylerle de kanıtlandı. Işığın(ve maddenin) doğasına dair son sözü Kuantum Fiziğinin kurucusu Niels Bohr söylüyor: ”Kuantum dünyasında nesneler ne dalga nede parçacık olarak ele alınmalıdır.

Işığın Kuantum Yorumu Bazı deneylerde dalga davranışı gözlenirken başka deneylerde parçacık davranışı gözlenebilir. ” Netice itibarıyla ışığın (ve maddenin) doğası gizemini kuantum dünyasının garipliklerinde saklı tutmaya devam ediyor. Bu gizemi çözmek içinse kuantum mekaniğinin ne anlama geldiğine daha çok dikkat etmeliyiz.

“İnsanlar ışığı görmez, ışıkla görür. ” Immanuel KANT