Modern atom kuramı, tümüyle kuantum kuramı temeli üzerinde yükseliyor. Artık modellenemeyen bir “matematiksel” betimlemenin içinde düşünmemiz gerek. Bu kuram, öncelikle çekirdek çevresindeki elektron “davranışı”nı belirler.

Elektron, bulunduğu zaman tümüyle bir parçacık olarak kavranmıştı. Ama sonraları, onun aynı zamanda bir dalga özelliği taşıdığı anlaşıldı. Elektron nedir? Parçacık mı? Evet. Dalga mı? O da evet! Peki çekirdek çevresindeki elektronların bulunduğu uzay parçalarını blliyor muyuz? Evet. Onlara orbital diyoruz. Orbitaller s,p,d ve f harfleriyle simgeleniyor.Niels Bohr, elektronların her enerjiyi değil,belirli enerjileri alabildiğini benimseyerek yeni atom kuramını geliştirmişti. Bohr, çok elektronlu atomların karmaşık tayf çizgilerini ise açıklayamıyordu.

Bir elektrik alan, bir atomun tayf çizgilerini, değişik frekanslarda,birkaç çizgiye daha ayırır(Stark Olayı)Bu da Bohr kuramı için bir bilmeceydi.

Atomların ışıması bir manyetik alan içinde incelendiği zaman oluşan tayf çizgilerinin herbirinin bir kaç çizgiye ayırılması olayına “yarılma” denir. Çizgilerin ayrıklığı manyetik alanın şiddetine bağlıdır. Bir manyetik alanda tayf çigilerinin yarılması olayını 1896’da Hollandalı fizikçi Pieter Zeeman (1865-1943) keşfetti. Zeeman olayı, uzay kuantumlanmasının etkili bir kanıtıdır.

Modern Atom Kuramının temeli üç büyük adıma dayanır:

 Elektronun yerini ve hızını aynı anda belirlemede sorun var mı? Var. Elektronun yerini belirleme konusunda yüzdeler veriyoruz. Elektron yüzde 90 olasılıkla şu atomik uzayda bulunabilir diye hesaplarımızın sonucunu veriyoruz. Bu olasılık, her ne kadar uzaya dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildir.

Elektronun atom içindeki yerini ışık kullanarak belirleyebiliriz. Belli dalga boyu olan bir ışıkla aydınlattığımız zaman,o dalga boyundan daha küçük ayrıntıları seçemeyiz. Bu iyi bilinen bir olgudur. Gerçekten badana fırçası ile bir İran minyatürü yapılamaz! 

Elektronun yerini “görmek” istediğimizde “gördüğümüz yer” ,onun gerçek yeri değil de “fotonla itildiği yer” olacaktır. Burada kullanılan ışığın dalga boyu düzeyinde bir belirsizlik vardır. Bu belirsizlik, hiçbir zaman sıfıra indirilemeyecektir.

Benzer sorun elektronun hızını ve ona bağlı olan momentumunu belirlemede de karşımıza çıkıyor.

Uzatmayayım. Elektronun yerini ve momentumunu asla tam bir kesinlikle belirleyemeyiz. Bu konuda olasılıklar düzeyinde konuşabiliriz. Evet,elektronun çekirdek çevresinde bulunabileceği olası bölgeleri bilebiliyoruz. Elektronun olası ve ortalama hızını ve dolaysıyla momentumunu bilebiliyoruz. belirsizlik ilkesi Ama bunları tam bir kesinlikle bilemiyoruz. Tam bir kesinlikle bilemediğimiz çok şey var. Bunları sorun etmeyin. Çünkü en yetkin bilim adamları bile bunları kesinlikle bilmiyor! Bu da belki daha alçakgönüllü olmamız için gerekli bilgiler.

Orbital, matematiksel bir fonksiyon olmakla birlikte, ona fiziksel anlam vermeyi deneyebiliriz: Eleketronu tanecik olarak düşünürsek orbital, atom içerisinde elektronun bulunma olasılığı yüksek bir bölgeyi simgeler. Elektronu bir maddesel dalga olarak düşünürsek orbital elektron yük yoğunluğu yüksek olan bölgeyi gösterir. Elektron “tanecik” olarak kabul edildiğinde,elektronun belirli noktalarda bulunma olasılığından ;elektron “dalga” olarak kabul edildiğinde ise, elektron yük yoğunluğundan söz ederiz.

Yani elektronun konumu kuantize değildir,bu bakımdan,elektronun çekirdek çevresinde,birim hacimdeki bulunma olasılığını(dalga genliğinin karesine,yani dalga şiddetini) düşünmemiz gerekiyor. Dalganın şiddeti (genliğin karesi) bir bölgedeki foton sayısına,yani foton yoğunluğuna bağlıdır(atominsan.com)

----------------------------------------------------------------------------

       Bir su molekülü

Yeryüzündeki hayatın temeli olan suyun oluşabilmesi ise aslında son derece zordur. Öncelikle suyun bileşenleri olan hidrojen ve oksijen moleküllerini bir cam kabın içinde düşleyelim. O kabın içinde çok uzun bir süre bırakalım. Bu gazlar kabın içinde yüzlerce yıl bile hiç su oluşturmayabilirler. Oluştursalar da çok yavaş olarak, mesela binlerce yıl sonra kabın dibinde çok az su farkedilebilir.

Böyle bir durumda suyun bu derece yavaş oluşmasının sebebi sıcaklıktır. Oda sıcaklığında oksijenle hidrojen çok yavaş tepkimeye girerler .

Oksijen ve hidrojen, serbest halde iken H₂ ve O₂ molekülleri halinde bulunurlar. Bu moleküllerin su molekülünü oluşturmak için birleşmeleri için çarpışmaları gerekir. Bu çarpışma sonucunda, hidrojen ile oksijen molekülünü oluşturan bağlar zayıflar ve oksijen ile hidrojen atomlarının birleşmesine engel kalmaz. Sıcaklık, bu moleküllerin enerjisini, dolayısıyla hızlarını arttırdığı için çarpışmaların sayısını da büyük ölçüde arttırır. Böylece, tepkimenin hızlı ilerlemesini sağlar. Ancak, şu anda yeryüzünde suyun oluşmasını sağlayacak kadar yüksek ısı yoktur. Suyun oluşması için gerekli olan ısı, dünya oluşurken sağlanmış ve dünyanın dörtte üçlük kısmını oluşturan su o zaman oluşmuştur. Artık bu su kaynakları buharlaşarak atmosfere yükselmekte, orada da soğuyarak yağmur şeklinde yeniden yeryüzüne dönmektedir. Yani mevcut miktara yeni bir ilave olmaz, sadece bir çevrim yaşanır.

Su, kimyasal olarak pekçok olağanüstü özelliğe sahiptir. Her bir su molekülü hidrojen ve oksijen atomlarının birleşmesiyle oluşmuştur. Biri yakıcı, diğeri de yanıcı olan iki gazın birleşerek bir sıvıyı, hem de suyu oluşturuyor olmaları oldukça ilginçtir.

Kimyasal olarak suyun nasıl oluştuğuna gelince; suyun elektrik yükü sıfır yani nötrdür. Ancak oksijen ve hidrojen atomlarının büyüklüklerinden dolayı su molekülünün oksijen tarafı hafifçe eksi, hidrojen tarafı da hafifçe artı yüklüdür. Birden fazla su molekülü biraraya geldiğinde artı ve eksi yükler birbirini çekerek “hidrojen bağı” denilen çok özel bir bağı oluşturur. Hidrojen bağı çok zayıf bir bağdır ve ömrü aklımızın  kavrayamayacağı kadar kısadır. Bir hidrojen bağının ömrü, yaklaşık olarak bir saniyenin yüzmilyarda biri kadardır. Ama bağlardan biri kırıldığında hemen bir diğer bağ oluşur. Böylece su molekülleri birbirlerine yapışırlar ve diğer taraftan zayıf bir bağla birbirlerine bağlandıklarından akışkan olurlar.

Hidrojen bağlarının suya kattığı bir başka özellik de, suyun sıcaklık değişimlerine direnç göstermesidir. Havanın sıcaklığı aniden artsa bile suyun sıcaklığı yavaş yavaş artar, aynı şekilde havanın sıcaklığı aniden düşse bile suyun sıcaklığı yavaş yavaş düşer. Suyun sıcaklığının önemli oranda oynayabilmesi için çok büyük miktarlarda ısı enerjisine ihtiyaç vardır. Suyun ısı enerjisinin bu derece yüksek olmasının canlı hayatına sağladığı çok büyük faydalar vardır. Çok basit bir örnek verecek olursak, vücudumuzda çok büyük oranda su vardır. Su eğer havadaki ani sıcaklık iniş ve çıkışlarına aynı oranda uysaydı aniden ateşimiz çıkardı veya aniden donardık.

Aynı şekilde, suyun buharlaşmak için de çok büyük bir ısı enerjisine ihtiyacı vardır. Su buharlaşırken, çok ısı enerjisi kullandığı için suyun sıcaklığında eksilme olur. Yine insan vücudundan bir örnek verecek olursak; vücudumuzun normal sıcaklığı 36^oC’dir ve dayanabileceğimiz en yüksek sıcaklık 42^oC’dir. Aradaki bu 6^oC’lik aralık çok küçük bir aralıktır ve birkaç saat güneş altında çalışmak vücut sıcaklığını bu kadar arttırabilir. Ancak vücudumuz terleyerek, yani içindeki suyu buharlaştırarak çok büyük miktarda ısı enerjisi harcar ve vücut sıcaklığı düşer. Vücudumuz otomatik olarak çalışan böyle bir mekanizmya sahip olmasaydı, birkaç saat güneş altında çalışmak bile bizler için öldürücü olurdu.
 

Yandaki şemada solda tek bir su molekülü, sağda ise birbirleriyle 'hidrojen bağı' oluşturmuş su molekülleri görülmektedir.

Hidrojen bağlarının suya kazandırdığı bir başka olağanüstü özellik, suyun sıvı iken katı haline oranla daha yoğun olmasıdır. Halbuki, yeryüzündeki maddelerin çoğu katı iken sıvı haline oranla daha yoğundur. Ancak, su diğer maddelerin tersine donarken genleşir. Bunun sebebi hidrojen bağlarının su moleküllerinin birbirlerine sıkı şekilde bağlanmasını engellemesi ve arada birçok boşluğun kalmasıdır. Su sıvı iken hidrojen bağları kırıldığından oksijen atomları birbirine yaklaşır ve daha yoğun bir yapı elde edilir.

Bu durum aynı şekilde buzun sudan daha hafif olmasını da beraberinde getirir. Normalde herhangi bir metali eritip içine aynı metalden birkaç katı parça atsanız, bu parçalar hemen dibe çöker. Ancak suda durum farklıdır. Onbinlerce ton ağırlığındaki buz dağları suyun üzerinde mantar gibi yüzmektedirler. Peki suyun bu özelliğinin ne gibi bir faydası olabilir?

Bu soruyu bir ırmak örneği ile cevaplayalım: Havalar çok soğuduğunda ırmaktaki suyun tamamı değil, sadece üzeri donar. Su, +4^oC’de en ağır halindedir ve bu dereceye ulaşan su hemen dibe çöker. Suyun üzerinde ‘katman halinde buz’ oluşur. Bu katmanın altında su akmaya devam eder ve +4^oC canlıların yaşayabileceği bir sıcaklık olduğu için sudaki canlılar bu sayede hayatlarını sürdürürler.

Kaynakça

1. Beiser,Arthur; Çağdaş Fiziğin Kavramları,Diyarbakır ,2.Baskı (1989)

2.Feynman, Richard P., Kuantum Elektrodinamiği (1985),Nar yayınları(1993),Çev: Ömür Akyüz

3.Gamow,George, Bay Tomkinsin Serüvenleri (1940/1965),Evrim yay,Çev: Tuncay İncesu(1998)

4.Petrucci ve Harwood, Genel Kimya, Çeviri editörü: Tahsin Uyar, Palme yayı,Ankara 1994

Hazırlayan: Ramazan Karakale

Hiçbir yazı/ resim  izinsiz olarak kullanılamaz!!  Telif hakları uyarınca bu bir suçtur..! Tüm hakları Çetin BAL' a aittir. Kaynak gösterilmek şartıyla  siteden alıntı yapılabilir.

The Time Machine Project © 2005 Cetin BAL - GSM:+90  05366063183 -Turkiye/Denizli 

 Ana Sayfa /İndex /Roket bilimi /  E-Mail /CetinBAL /Quantum Teleportation-2   

 Time Travel Technology /Ziyaretçi Defteri / Duyuru / UFO Technology 

 Kuantum Teleportation / Kuantum Fiziği

Time travel, time machine, wormholes and time machines, wormholes and warp drive, warpdrive, ufo, timemachine, solucandeliği, zamanda yolculuk.