Madde Dalgaları
Işığın dalga mı, yoksa parçacık yapısında mı olduğu, fizikçileri yüzyıllardan beri uğraştıran bir konudur. 17.yy’da Newton, yansıma ve kırılma olaylarını açıklayabilmek için ışığın bir parçacık demeti olduğunu kabul etmiş, Huygens ise aynı olayı ışığın bir dalga olduğunu varsayarak anlatma yolunu seçmişti. Newton ısrarla parçacık kuramını savunurken, ışığın düz bir çizgi boyunca ilerlediğini, örneğin bir gölgenin keskin kenar çizgileriyle sınırlandığı ve böyle bir olayı dalga kuramıyla açıklamanın pek kolay olmadığını öne sürüyordu.
Ancak, o yüzyılın sonlarına doğru, kimi olaylarda ışığın düz bir çizgi boyunca yayılmadığı gözlemlendi. Işığın dalgaboyunun kısa (yaklaşık 3,6 ile 7,5 x 105 cm) olması, gözlem araçları geliştirilinceye değin bu olayın görülmesini geciktirmişti. Oysa Young ve Fresnel, ancak dalgalar için söz konusu olan girişim ve kırınım olayını ışıkta da gözlemleyince, ışığın her zaman düz bir çizgi izlemediği deneysel yoldan açıklanmış oluyordu. Ardından Maxwell‘, 1865’te ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu kuramsal yoldan kanıtladı, 1880’de de Hertz elektromanyetik dalgalan laboratuvarda üretmeyi başardı.
20.yy”a ulaşıldığında, ışığın elektromanyetik dalga olduğundan artık hemen hiç kimsenin kuşkusu kalmamıştı. Ne var ki, o yıllarda gözlemlenen fotoelektrik olayı dalga kuramını temelinden sarstı. Einstein bu olayı açıklayabilmek için 1905’te, ışığın, E= hf (h=Planck sabiti— 6,6 x 1034 Joule/sn; f-frekans) enerjisi taşıyan bir parçacık (foton) demeti olduğunu varsaymak zorunda kaldı. Sonradan, maddeye çarparak saçılan X ışınlarının dalgaboyunun değiştiğini gözlemleyen Compton da, kendi adıyla bilinen bu olayı açıklarken Einstein’ın foton varsayımından yararlandı.
Böylece, ışığın kimi olaylarda dalga, kimi olaylarda parçacık gibi davrandığı benimsenmişken, 1925’te de Broglie yeni bir varsayım ortaya attı: kimi zaman dalga, kimi zaman parçacık gibi davranmak yalnız ışığın değil, genelde maddenin özelliğidir.
De Broglie’yi bu varsayıma götüren temel neden görelilik kuramıydı. Einstein’m, fotonun enerjisini veren E=hf formülü ET=h biçiminde de yazılabilir (T =l/f =periyot). Görelilik kuramında, enerji (E) ve moment (p) bir dörtlü vektör, periyot (T) ile dalgaboyu (λ) da gene bir dörtlü vektör oluşturduğundan, E—hf (ET—h) formülüne karşılık p λ =h ya da λ = hp formülüyle, tüm maddeler için bir “de Broglie dalgaboyu” tanımlanabilir.
Gerçekte de Broglie dalgaboyu, klasik fizik kuramlarında ışık için verilen E=cp ve c-fλ formüllerinin E=hf formülüne yerleştirilmesiyle de elde edilebilir (E=hf = pfλ). De Broglie’nin, katkısı, bu formülü tüm madde için genelleştirmesidir.
Bu dalgaboyu, klasik mekaniğe uygun hareket eden cisimlerde gözlemlenemeyecek kadar kısadır. Örneğin, saatte 6 km hızla yol alan 50 kg’lık bir insanın de Broglie dalgaboyu yaklaşık 8 x 1036 m’dir. Oysa bir hidrojen atomundaki elektron için bu değer 3 x 10′10 m’yi ya da 3 Â’ü bulur. Bu nedenle, elektronların hemen hemen X ışınlarıyla aynı dalgaboyunda olması ve X ışını kırınımlarının gözlemlendiği koşullarda elektron kırınımının da gözlemlenebilmesi gerekir. Nitekim 1928’de Davisson ve Germer, düşük enerjili elektronların bir nikel kristalindeki kırınımını gözlemlemeyi başardılar. 1931’de de Estermann, Otto Frisch ve Otto Stem’in helyum çekirdeğinin bir lityum flüorür kristalinde kırınıma uğradığını gözlemlemeleri, dalga özelliği taşıyan tek parçacığın elektron olmadığım ortaya koyuyordu.
De Broglie’nin dalga varsayımı ve bu varsayımdan yola çıkan Schrödinger’in madde dalgalarının hareketini tanımlayan dalga denklemiyle, De Broglie-Schrödinger kuvantum mekaniğinin (dalga mekaniğinin) temelleri atılmıştı.
De Broglie’nin varsayımı, kimi zaman dalga, kimi zaman parçacık gibi davranan maddenin ne zaman hangi özelliğiyle ortaya çıkacağının bilinmemesi nedeniyle, fiziğe doğal bir belirsizlik kavramı getirmişti. Kopenhag Okulu temsilcilerinden Heisenberg’in geliştirdiği bu belirsizlik ilkesini, başta Einstein, de Broglie, Schrödinger ve Planck gibi kuvantum mekaniğinin öncüleri ağır bir biçimde eleştirdiler. Bu yorumun belirlenimcilik (determinizm) ve neden-sonuç ilkeleriyle çeliştiğini vurgulayarak, hareket denklemlerini değiştirmeksizin böyle bir belirsizliği ortadan kaldıracak yeni yorumlar aradılar. Kopenhag Okulu ile de Broglie’nin önderliğindeki Paris Okulu arasında doğan ve çağın felsefe akımlarına yansıyan bu tartışma yıllarca sürmüştür.
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi