Kuantum fiziği nedir?

“Kuantum” sözcüğü Latincede “miktar” anlamına gelmektedir. Kuantum mekaniğinin temelleri 20. yüzyılın ilk yarısında Max Planck, Albert Einstein, Max Born, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli gibi dünyaca ünlü bilim adamları tarafından atılmıştır. Belirsizlik ilkesi, dalga kuramı, anti madde, Planck sabiti, kara cisim ışınımı, alan teorileri gibi kavram ve kuramlar bu alanda geliştirilmiş ve klasik fiziğin sarsılmasına ve değiştirilmesine neden olmuştur.

Kuantum, sürekli olmayan birim nicelik anlamına gelirken kuanta ise bu kelimenin çoğuludur. Fizikte, bir sistemin enerji düzeyleri kuantalar halinde ise bu sistem, kuantum fiziği altında incelenir. Kuantum fiziğinde atom kavramı, klasik fizikte düşünülenden çok farklıdır. Çoğumuz atomu ortada çekirdek ve etrafında dönen noktasal elektronlar olarak öğrenmişizdir, fakat gerçekte durum böyle değildir. Kuantum fiziği, atom etrafındaki elektronlardan artık elektron bulutu olarak bahseder.

Klasik fizik daha genel olarak klasik teorik fizik, evrende olagelen makroskobik alandaki fiziksel olayların birçoğunu açıklayabilmektedir. Atom fiziğinde bilhassa kuantum mekaniksel parçaların (elektron foton) gibi fiziksel olayların meydana geldiği mikroskobik alanı klasik mekaniğin açıklayabildiği söylenemez.

Kuantum Fiziği alanında, bir şeyi gözlemlemek, o şeyin bulunduğu alandaki gidişatına doğrudan etki eder. Gözlenen her şey mutlaka gözlemciden etkilenir ve belli oranlarda belirsizlikler görülür.

Kuantum fiziğinin temel ilkeleri şunlardır:

1. Her parçacık aynı zamanda bir dalgacıktır: Kuantum Teorileri evrende her şeyi parçacık olarak görür.
2. Belirsizlik İlkesi: Kuantum düzeyinde “ışık hızı” yasağı nedeniyle sistemlerin durumları belirlenemediğinden dolayı “Belirsizlik İlkesi” hakimdir.
3. Üst üste gelme İlkesi: Bir sistemdeki durumlar üst üste geldiğinde, başka yeni olasılıklar meydana gelir. Gizli değişkenler gibi.
4. Nesnel Olasılık: Yani her şey rastlantıdır.
5. Kuantum Durumu: Evrene (Kuantum Durumu) ya da (Kuantum Davranışı) olarak bakabiliriz.
6. Correlation: Tıpatıp davranış olgusu.
7. Gecikmeli Seçim: Bu, beş boyutlu uzay-zaman kavramı kapsamındadır. Yalnız fotonlar değil, her parçacık (nötronlar, elektronlar, protonlar) tünel aracılığı ile (Parçacık-Dalgacık) özelliklerinden birini seçip kullanabilirler.
8. Süper İletken Halka: Kuantlar arasındaki bir tünel ucu, parçacığın varlığını belirtir.

Klasik fizik ile kuantum fiziği arasındaki temel farklar ise şunlardır:

1. Klasik teorik fizikte büyük parçaların küçük taneciklerden oluştuğu düşünülür.
2. Kuantum fiziğinde taneciklerin dalga karakterinde hareket ettiğine inanılır. Bu düşüncenin uygulanması birçok matematiksel işleme dayanmaktadır.
3. Cisim bir bütün olarak incelenir ve bunun için newton formalizasyonu kullanılır. Cismin ve taneciklerin hareketi değil kütle merkezinin hareketi incelenir.
4. Taneciğin enerjisi ve gerekli olan büyüklükler Schrödinger dalga denkleminde yerine yazılarak bu denklem çözülür.
5. Taneciğin gelecekteki durumu ilk durumda verilmiş olan enerji, momentum gibi büyüklüklerle tespit edilir.
6. Taneciğin ilk durumu kesinlik içermediğinden dolayı gelecekteki durum da kesin olarak bilinmez , tespit edilemez.
7. Klasik fizikte uzay ve zaman süreklidir. Kuantum fiziğinde süreksiz ve kesiklidir.
8. Klasik fizikte determinizm yani “belirlilik” vardır. Kuantum fiziğinde olaylar determinist olarak gelişmezler. Daima belli bir olasılık yüzdesi söz konusudur.
9. Klasik fizikte bulunan determinizm nesnellikle el ele gider. Kuantum fiziğinde nesneler birer enerji dalgası olarak görüldüğünden dolayı klasik anlamda “nesnellik” kaybolmaktadır.
10. Kuantum Kuramı gözlenen ile gözleyeni ayrı saymaz.

Kuantum fiziği, klasik fizik kurallarının artık geçersiz olduğu anlamına gelmiyor . Örneğin Güneş sistemimiz gibi makro ölçekte bir sistemi klasik fizik ile anlayabiliyoruz. Kuantum fiziği bazen Kuantum mekaniği veya kuantum alan teorisi olarak anılır. Çok çeşitli alt dalları olduğu için bu dalların isimleri bazen kuantum fiziği yerine kullanılabilir ve aslında kuantum fiziği hepsine verilen genel isimdir.