Kulak »
Bir elektrik ampulüne bakınca sürekli olarak parlak bir ışık verdiği görülür. Gerçekte, çıkan ışık, çok sayıda küçük ışık demetlerinden oluşur. Işık, sürekli akan bir akıntıdan çok, birçok damladan oluşan bir püskürme şeklindedir. Her bir ışık demetine “kuantum” adı verilir. Kuantum, çokluk demektir ve Latince bir sözcüktür.
1900 yılına kadar, bilim adamları kuantumun varlığını saptayamamışlardır. Kuantum düşüncesi ilk olarak Alman fizikçisi Max Planck tarafından ortaya atılmış ve birçok problemin çözümünü sağlamıştır. Bunlardan biri, fotoelektrik etki problemidir.Metal veya metale benzer cisimlere ışık gönderilince, elektronlar dışarı kaçarlar. Elektronlar, atomun parçalarıdır ve çok küçüktürler. Bunların elektrik yükü vardır. Elektrik akımı onları harekete geçirir.Fotoelektrik etki: Işık etkisiyle bir cismin elektronları dışarı kaçınca. zayıf bir elektrik akımı oluşur. Bu akım ölçülebilir. Işığın bu etkisine “fotoelektrik etki” denir. Foto, ışık anlamına gelir.
Fotoğrafçıların fotometreleri, fotoelektrik etki ilkesine göre çalışır. Bu fotometreler. bir görüntüye ayarlanır ve görüntünün ne ölçüde parlak olduğunu belirtirler.Bilim adamlarına göre ışık, elektronlara enerji verir. Demek ki, ışığın da enerjisi vardır ve elektron- . ları hareket ettirebilir, üzerine geldiği cisimleri ısıtabiiir.
Dalga teorisi: Fotoelektrik etki bulununca, XIX. yüzyıldan sonra, bilim adamları ışığıda bir dalga hareketi olarak tanımladılar.
Okyanus dalgaları, sudaki hareketlerdir. Ses dalgaları ise, havanın hareketidir. Bilim adamları bütün uzavı dolduran ve esir denilen bir maddenin var olduğunu sanıyorlardı. Işık dalgaları da bu esir denilen cismin titreşimleri oluyordu. Işık dalgaları da, diğer dalgalar gibi enerji taşırlar.
Bu açıklama sonunda fotoelektrik etki de, okvanus dalgalarının kıyıları dövmesine benzetildi. Fırtınalı havalarda, büyük dalgalar, kıyıdaki taşları havaya fırlatırlar. Bu şekilde, okyanus dalgaları, enerjilerinin bir kısmını çakıl taşlarına vererek onları harekete geçirirler. Fotoelektrik etki de buna benzer olarak açıklanıyordu. Işık dalgalarının enerjisinin bir kısmı da elektronları harekete geçirip, metalin dışına fırlatıyor denivordu.
Fakat, fotoelektrik etki üzerinde yapılan çalışmalar ilerledikçe, ışığın dalga teorisinin tam olarak doğru olmadığı görüldü. Havanın güzelolduğu bir günde, deniz kıyısında yürüdüğümüzü düşünelim. Zaman zaman bazıçakıl taşlarının fırladığını görünce şaşınnz. Dalgaların yalnızca az bir enerjisi vardır. O halde, çakıl taşları, kendilerini fırlatan bu enerjiyi nereden almaktadırlar? Aslında bu olay deniz dalgalarının etkisiyle olmamaktadır. Benzer şeyler, ışık ve elektronlar için de söylenebilir. Zayıf ışıkta, ‘dalgalar da kuvvetsizdir. Bilim adamları, zayıf ışığın da elektronları dışarı fırlatacağını ummuyorlardı. Fakat zayıf ışığın da aynı etkiyi yapmakta olduğunu ve zayıf bir fotoelektrik akim oluştuğunu gördüler. Yalnızca birkaç elektron fırlamakta ama bunlar ışığın enerjisinin büyük kısmını almaktaydı.
Foton: 1905 yılında büyük fizikçi Albert Einstein, her elektronun ışıktanbüyük bir enerjiyi nasıl aldığını açıkladı. Einstein’a göre, ışık enerjisi, foto n denilen ayrı parçalardan oluşuyordu. Foton, ışrğın kuantumu anlamında kullanılmaktadır. Fakat fotorı. kuantum un ancak bir çeşididir.
Einstein’ın görüşüne göre, fotonlar, bir bahçe sulayıcı fıskiyeden fırlayan su damlaları gibi, bir ışık kaynağından çok sayıda olarak gönderilirler. Az ışık veren bir lambadan bile, her saniye birçok foton gönderilmektedir.
Fotoelektrik etkide, her elektron, örneğin seIenyum adlı maddeden fırlarken, tek bir foton almaktadır. Foton, enerjisini ancak tüm olarak verir, bir kısmını vermez.
Zayıf bir ışık, selenyum adlı maddeye gönderilirse, her saniye birkaç foton selenyum üzerine gelir. Böylece gelen fotonlar oranında elektronlar, selerıvumdari dışarı fırlar.
Fotonla ilgili görüşler, fotoelektrik etkiyi .ve başka bazı problemleri açıklamayı sağladı. Fakat, bu sefer de, bilim adamları ışığın tam bir tanımını yapamadılar. Fotoelektrik etkide olduğu gibi, bazı durumlarda ışık. taneciklerden oluşan bir akış gibi olur. Fakat ışığın kırılması, karanlık ve aydınIMbandlar şeklinde görünmesi gibi durumlarda ise ışık, dalgalar şeklinde olmaktadır.
Dalgaboyu ve enerji: Işığın dalga şeklinde olduğu durumlardaki dalgaboyları ölçülebilmiştir. Sarı ışığın 16000 dalgasının toplam boyu, yalnızca bir santimetredir. Buna göre, sarı ışığın dalgaboyu santimetrenin 16 OOO’de biri kadardır. Kırmızı ıŞığın dalgaboyu daha fazladır ve santimetrenin 14 OOO’de biri kadardır. Mavi ve mor ışıkların dalgaboyları kısadır ve santimetrenin 24 OOO’de biri kadardır.
Görülmeyen kızılötesi ışınların dalgaboyları, görülebilen ışıklardan daha fazladır. TV ve radyo dalgalarının uzunlukları kilometreleri bulur. Morötesi görülemeyen ışıkların dalgaboyları, görülebilen ışıklardan daha kısadır. X ışınları ve gama ışınlarının dalgaboyları santimetrenin bin milverıda birinden daha küçüktürler.
Bütün bu dalgalata “elektromagnetik dalgalar” adı verilmektedir. Bunların hepsi enerji taşırlar. Enerjileri kuantum şeklindedir.
Fizikçilerin bulgularına göre, dalgaboyu daha uzun olan ışınların, kuantumlarında daha az enerji bulunmaktadır. Örneğin, bir TV vericisinden gönderilen ışınların kuantumundaki enerji, görülebilen ışınların kuantumundaki enerjinin on milyonda biri kadardır.
Kısa dalgaboylu mor ışınlar tarafından fırlatılan elektronların enerjisi, daha uzun dalgaboylu sarı ışınlar tarafından fırlatılan elektronların enerjisinden daha fazladır. Mor ışığın her fotonunun elektrona verdiği enerji, sarı ışığın fotonunun verdiğinden daha fazladır.
Bilim adamlarına göre, ışığın ve diğer elektromagnetik ışınım çeşitlerinin enerjileri, kuantumlaşmıştır, yani kuantum şekline gelir.
Örneğin, atomlardaki elektronların, kuantumtaşmış enerjileri vardır. Her atomda elektronlar vardır. Bunlar Güneş çevresinde gezegenlerin dönmesi gibi, atomun çekirdeği çevresinde dönen tanecikler olarak düşünülebilir. Her yörüngedeki elektronların belli miktarda enerjileri vardır.
Aynı şekilde, Dünya çevresinde dönen bir uzay aracının da belirli bir enerjisi vardır. Araca daha fazla enerji verilirse, daha büyük bir yörüngede hareket eder. Enerjisi azalınca daha küçük bir yörüngede dolaşmaya başlar.
Fakat, uzayaracının enerjisi, kuantumtaşmış değildir. Araca herhangi miktarda enerji verilebilir ve buna uygun yörünge çizer. Atomdaki elektronların yörüngeleri belirli büyüklüktedir ve değişmez. Böylece elektronların enerjileri kuantumlaşmıştır, yani sabittir.
Elektronların yörüngelerinin büyüklüğünün sabit oluşu, elektronların neden atomun merkezine doğru düşmediklerini de açıklar. Elektronların ancak belli bir yörüngede bulunmaları olanağı vardır. Her yörüngede de ancak belirli sayıda elektron bulunabilir. Örneğin, en içteki yörüngede ancak 2 elektron, sonraki yörüngede ancak 8 elektron bulunabilir. iç yörüngenin elektronları tamamlanınca, dış yörüngedeki bir elektron, içteki yörüngeye geçemez. İç yörüngedeki yerler dolmuştur ve dışarıdan tazla bir elektron daha alamaz.
Tanecikler mi, dalgalar Kuantum teorisine göre düşünülürse, ışık ve diğer ışırum çeşitlerinin taneciklerin hareketi mi, yoksa dalga hareketi mi olduğu konusunda kesin karar verilemez. Günümüzde iki olasılığın da tek başına doğru olmadığı düşünülmektedir. Belli durumlarda, örneğin fotoelektrik deneylerde, ışınım kuantum denilen parçacıklardan oluşuyor olarak düşünülebilir. Diğer durumlarda ise, ışınım, dalga hareketi olarak değerlendirilebilir. Önemli olan, hangi durumda hangi kuralın geçerli olduğunu kestirebilmektir.
Yalnız ışırum için değil, aynı zamanda tanecikler için de aynı şeyler düşünülebilir. Elektronlann ve diğer küçük taneciklerin akışı, onların dalga hareketi yaptığı görünümünü vermektedir. Dalgaboyları bile ölçülebilmektedir. Hızlı hareket eden yüksek enerjili elektronların dalgaboylarının yavaş hareket edenlerden daha kısa olduğu görülmüştür. Kısa dalgaboylu olanlar, ışırumdaki yüksek kuantum enerjili tanecikler şeklinde hareket ederler.