EVRENİN EN BÜYÜK ŞAKASI- IŞIK

       

       
           Işık, görünür evreni algılayabilmemizi sağlayan en önemli unsurlardan birisidir. Işık bir madde midir yoksa değil midir tartışması bir kenara dursun, gelin ışığı her açıdan şöyle bir ele alalım.

           Maddeleri görebilmemizi sağlayan olay, ışığın cisimlerin üzerine düşmesi ve geri yansımasıdır. Geri yansıyan ışık gözümüzden sinirler ve iletim ağları ile beynimize iletilerek orada yorumlanır ve biz de görürüz. Maddelerin renkleri de üzerilerine düştüğü ışığın ne kadarını geri yansıttığı ile alakalıdır. Üzerilerine düşen ışığı hiç geri yansıtmayan cisimler siyahtır. Siyahın bir renk olmaması olayı da tam olarak buradan meydan gelmektedir.

 

Üzerine düşen ışığı hiç bir şekilde geri yansıtmayan cisimler süper soğurucudur ve hiç yansıma olmadığı için de kara cisimler olarak adlandırılırlar. Ayrıca ısı enerjisi ile ışık arasında da ciddi bir ilişki vardır. Isınan her madde ışık yayar. Işık yayan maddeler de ısınır. Aslında hayatımız da çok büyük bir yer tutan ışığın yapısını anlamak ve çözmek, evrene karşı fizik anlayışımızı derinden etkilemektedir. İşleri bu kadar basit anlatmamın arkasında büyük bir kaos yattığı açıkça görülmektedir. Peki, o müthiş soruyu soralım o zaman.

IŞIK NEDİR ? 

Hayatımızın çok önemli bir parçası olan ışık konusunda bilim dünyası bir çok bilgiye sahip olsa da, hala ışık nedir sorusuna kesin bir yanıt verilememektedir. Bunun nedeni ise ışığın, bizim bu zamana kadar görünür evrende hiç rastlamadığımız bir özelliğe sahip olmasıdır.

HEM PARÇACIK, HEM DALGA !

Nasıl yani dediğinizi duyar gibiyim. Ama biraz sabırlı olmanızı tavsiye ederim. Hikayemiz uzun ama şöyle özetlersek; Işığın yapısı ile ilgili ilk fikri Issac Newton ortaya atmıştır ve ışığın parçacıklı yapıda olduğunu ileri sürmüştür. Newton, ışık ile ilgili yapmış olduğu çalışmalara dayanarak ışığın küçük parçacıklar tarafından oluştuğunu ve bir ışık kaynağının etrafına bu parçacıkları yaydığını iddia etmiştir. Ayrıca beyaz ışığı bir prizmadan geçirerek, renkleri ayrıştırmış ve beyaz ışığın aslında bir çok farklı frekanstaki başka ışıkların bir bileşimi olduğunu da ortaya koymuştur. Yani, Newton bu konuda da öncülük yapmış ve 'KLASİK FİZİĞİN BABASI' ünvanını gerçek anlamda hak etmiştir.

O zamanlar ışık üzerine yeteri kadar çalışmalar ve deneyler yapılmamış olduğundan, Newton'un öngörüsü genel olarak kabul görmüş ve ışık ile ilgili yeteri deney ve gözlemler yapılana kadar fizik dünyasında ışığın parçacıklı yapıda olduğu düşüncesi hakim olmuştur. Newton, o dönemin şartlarına göre aslında çok sağlam bir öngörüde bulunmuştur. Bunu şimdi daha iyi anlıyoruz. 1600'lü yılların ikinci yarısında, Huygens, su dalgalarında gözlemlenen girişim ve kırınım olaylarını ışığın doğasında da gözlemleyerek ışığın dalga gibi davrandığını keşfetti. Diğer yandan ışık ile ilgili yapılan çalışmalar ve deneyler de gittikçe artmıştır. Huygens, yaptığı deneyleri sonucunda ışığın dalga şeklinde yayıldığını ortaya koydu.  Aynı zamanda elektromanyetizma üzerine yapılan çalışmalar da ışığın dalga yapısını destekler şekildeydi. Faraday, Tesla gibi ünlü fizikçiler bu alanda çalışmalarını genişletmişti. Bütün bu birikimin sonucunda son noktayı Maxwell koydu ve 1865 yılında Faraday, Gaus ve Amper yasalarını tek bir çatı altında toplayarak Işığın bir elektomanyetik dalga olduğunu açıkça ortaya koyan ünlü MAXWELL DENKLEMLERİ'ni yayımladı.

Fizik dünyasında artık ışığın bir dalga olduğu anlayışı su götürmez bir gerçekti ve Newton'un ışığın parçacıklardan oluştuğu düşüncesi tamamen rafa kaldırılmıştı. Artık yeterli kanıtımız vardı ve ışığın bir dalga olduğunu ispatlamıştık.

Ancak evreni anlamak bu kadar kolay olmayacaktı.

O dönemde Fiziğin temel problemlerinden bir tanesi de kara cisim ışımasıydı. Kara cisim olayını kısaca özetlersek, mutlak sıfır sıcaklıklığının üzerinde olan bütün nesneler elektromanyetik dalga yani ışık yayımlar. Kara cisim ise mükemmel bir soğurucu olan ve üzerine düşen tüm ışığı geri yansıtmamak üzere tamamen soğuran (emen) teorik bir modeldir. Işığı tamamen soğuran bir cisim mükemmel bir elektromanyetik dalga yayımlayıcısıdır. Çünkü tüm enerjiyi soğurduğundan cismin ısısı artar ve yayımladığı elektromanyetik dalga dizisi incelenebilir.

Ancak problem oldukça büyüktü. Cismin yayımladığı elektromanyetik dalga ve enerji dağılımı bilinen klasik fizik yasaları ile açıklanamıyordu. Deney ile elde edilen dağılımla teorik olarak hesaplanan dağılım birbiriyle çelişince işler karışmaya başladı. Planck, bu durumu açıklayamasa da enerji dağılımında önemli bir sabit olduğunu keşfetti. Bu sabiti koyduğumuzda işler biraz yoluna giriyordu.

Planck'ın çalışmalarını yakından takip eden Albert Einstein, Planck sabitini kullanarak çalışmalarını ilerletti ve ışığın parçacıklardan oluştuğunu, bu foton adı verilen parçacıkların enerji paketçikleri olduğunu ve enerjiyi taşıdıklarını ileri sürerek bu enerji paketçiklerinin Planck sabitinin katları olduğunu gösterdi.

                 E=hf  denkleminde E: Enerji, h: Planck sabiti ve f : Işığın frekansı olmak üzere, dalganın yani ışığın enerjisinin her değeri alamayacağını, kesikli değerleri alabileceğini ve bu değerlerin Planck sabitinin katları olduğu gösterilmiştir ve kara cisim olayı tamamen aydınlanmıştır.

İlk başta Einstein'ın ışığın yapısının tanecikli olması konusundaki fikri bilim dünyasında büyük bir tepki uyandırsa da bu durumun Fotoelektrik Olay ile ispatlanması Einstein'a nobel fizik ödülünü kazandırmıştır.

Ve akıllarda daha büyük bir soru oluşturmuştur. 

Işık hem parçacık hem de dalga nasıl olabiliyor ?

Bilimle kalın

Profesör Hanım