Kuantum mekaniği
${\displaystyle \hat{H}|\psi (t)⟩=i\hslash \frac{\mathrm{\partial }}{\mathrm{\partial }t}|\psi (t)⟩}$ Schrödinger denklemi
Giriş Terimler dizini Tarih
Evveliyat Klâsik mekanik Eski kuantum teorisi Bra-ket gösterimi Hamiltonian Girişim
Temeller Tamamlayıcılık Uyumsuzluk Dolanıklık Enerji seviyesi Ölçme Yerbilmezlik Kuantum sayısı Durum Süperpozisyon Simetri Tünelleme Belirsizlik Dalga fonksiyonu (çöküş)
Deneyler Afshar Bell eşitsizliği CHSH eşitsizliği Davisson–Germer Çift yarık Elitzur–Vaidman Franck–Hertz Leggett eşitsizliği Leggett-Garg eşitsizliği Mach–Zehnder Popper Kuantum silgisi (geç seçim) Schrödinger'in kedisi Stern–Gerlach Wheeler geç seçim
Formülleştirmeler Genel bakış Heisenberg Etkileşim Matris Faz-uzayı Schrödinger Toplam tarihler (yol integrali)
Denklemler Dirac Klein–Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Yorumlar Genel bakış Bayes savunma Kalıcı tarihleri Kopenhag de Broglie–Bohm Ensemble Saklı değişken Çoklu dünyalar Von Neumann Objektif çöküş Kuantum mantığı İlişkisel Olaslıksal işlem Von Neumann-Wigner yorumu
İleri konular Kuantum kaos Kuantum bilgisayarı Yoğunluk matrisi Kuantum alan kuramı Franksiyonel kuantum mekaniği Kuantum bilgi bilimi Göreli kuantum mekaniği Dağılma teoremi Kuantum istatiksel mekanik
Bilim insanları Bell Blackett Bohm Bohr Born Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fok Fermi Feynman Heisenberg Hilbert Jordan Kramers von Neumann Pauli Lamb Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger
g t d

Kuantum mekaniğinin tarihimodern fizik tarihinin önemli bir parçasıdır.Kuantum kimyası tarihi ile iç içe olan kuantum mekaniği tarihi özünde birkaç farklı bilimsel keşif ile başlar; 1838'deMichael Faraday tarafındanelektron demetlerinin keşfi,Gustav Kirchhoff tarafından 1859-60 kışısiyah cisim ışıması problemi beyanı,Ludwig Boltzmann’ın 1877 yılındaki fiziksel bir sisteminenerji seviyelerininayrıklardan olabileceği önerisi, 1887 yılındaHeinrich Hertz’infotoelektrik etkiyi keşfetmesi veMax Planck’ın 1900 yılında ileri sürdüğü, herhangi bir enerji yayan atomik sisteminin teorik olarak birkaç farklı “enerji elementi”ε (epsilon) ne bölünebilmesi, bu enerji elementlerinden her birininfrekansınaν orantılı olması ve ayrı ayrıenerji üretebilmesi hipotezi, aşağıdaki formülle gösterilmiştir;

${\displaystyle ϵ=h\nu }$

bu formüldehPlanck sabiti isimli sayısal bir değerdir.

Ardından, 1905 yılında,Albert Einstein daha önce 1887 yılındaHeinrich Hertz tarafından raporlananfotoelektrik etkiyi açıklamak için, devamlı olarakMax Planck’ın ışığın kendisinin ayrı kuantum parçacıklarından oluştuğu hipotezini doğru saymıştır ve 1926 yılındaGilbert N. Lewis tarafındanfoton olarak adlandırılmıştır. Fotoelektrik etkisi metal gibi belirli maddelerin üzerinde belirli dalgaboylarının parlayan ışığı şeklinde gözlemlenir ve bu durum sadece ışık kuantum enerjisi metal yüzeyininiş fonksiyonunden daha büyükse elektronların bu maddelerden fırtatılmasına sebep olur.

“Kuantum mekaniği” (Almanca; "quantenmechanik") ifadesiMax Born,Werner Heisenberg veWolfgang Paulil’nin aralarında bulunduğu birkaç fizikçi tarafındanGöttingen Üniversitesinde 1920’lerin başında üretilmiştir ve ilk olarak Born’un 1924 tarihli"Zur Quantenmechanik"makalesinde kullanılmıştır.^[1] İlerleyen yıllarda bu teorik temel yavaş yavaşkimyasal yapı, reaktiflik ve bağlanma üzerinde uygulanmaya başlamıştır.

Ludwig Boltzmann 1877 yılında molekül gibi fiziksel sistemlerinin enerji seviyelerinin farklı olabileceğin önerdi. Kendisi, matematikçilerGustav von Estcherich veEmil Müller ile birlikteAvusturya Matematik Topluluğu’nun kurucusuydu. Boltzmann’ın iyot gazında olduğu gibi moleküllerdeki farklı enerji seviyelerinin varlığına dair gösterdiği gerekçesinin kökleriistatistiksel termodinamik veistatistik mekanik teorilerindedir ve matematiksel argümanlar ve 20 yıl sonraMax Planck tarafından ileri sürülen ilkkuantum teorisiyle desteklenmiştir.

1900 yılında Alman fizikçi Max Planck istemeyerek, daha sonraPlanck Kanunu olarak adlandırılan,Boltzmann dağılımını (klasik limite uygun) kapsayan, birsiyah cisim tarafından yayılan enerjiye bağlı olarak gözlemlenen frekansı tespit etmek için formül çıkartmak adına enerjinin nicelleştiği edildiği fikrini ileri sürdü. Planck Kanunu^[2] şu şekilde belirtilebilir;${\displaystyle I(\nu ,T)=\frac{2h{\nu }^3}{c^2}\frac{1}{e^{\frac{h\nu }{kT}}-1},}$ ;

hPlanck sabiti;

c Uzaydakiışığın hızı;

kBoltzmann sabiti;

ν Elektromanyetik radyasyonunfrekansı; ve

T Maddeninsıcaklığı(kelvin cinsinden)

Önceki Wien yaklaşımı${\displaystyle h\nu \gg kT}$ olduğu kabul edilerek Planck Kanunundan çıkarılabilir.

Dahası, Planck’in kuantum teorisinin elektrona uygulanması 1911-1913'teŞtefan Procopiu’nun ardından 1913'teNiels Bohr’un, daha sonraları “magneton” şeklinde adlandırılan, elektronun manyetik momentini hesaplamasına zemin hazırladı. Benzer fakat sayı olarak oldukça farklı değerlerde olan kuantum hesaplamaları, daha sonraları, manyetiğin elektrondan daha küçük olan 3 parçasıprotonun venötronun manyetik momenti için de mümkün kılındı.

Fotoelektrik etki

Fotoelektrik etki, 1887'de, Heinrich Hertz tarafından yayınlandı, ve, 1905'teAlbert Einstein açıklığa kavuşturdu.

* Düşük- Enerji fenomeni:Fotoelektrik etki

* Orta-Enerji fenomeni:Compton olayı

* Yüksek-Enerji fenomeni:Çift oluşum

1905 yılında,Einstein ışığın ya da daha genel olarak bütünelektromanyetik radyasyonun boşlukta belli bir noktada bulunan sonlu bir enerji miktarına bölünebileceğini varsayarakfotoelektrik etkiyi açıkladı. Mart 1905 kuantum makalesinin giriş bölümünde Einstein;

"Burada üzerinde tartışılacak varsayıma göre, bir ışık ışını belirli bir noktadan yayılırken, enerji devamlı olarak giderek artan boşluklara dağılmıyor, aksine bölünmeden hareket eden, bir bütün halinde absorbe edilebilecek veya oluşturulabilecek, boşlukta belirli bir noktada bulunan sonlu ‘enerji miktarı’ içeriyor."

demiştir.

Bu ifade bir 20. Yüzyıl fizikçisi tarafından yazılan en devrimsel cümle olarak görülmüştür.^[3] Buenerji miktarları daha sonra 1926 yılındaGilbert N. Lewis tarafından "foton" olarak adlandırılmıştır. Her fotonunnicesel olarak enerji barındırması fikri kayda değer bir başarıydı; bu sayede teorik olarak ışığın sadece dalga olarak görülmesi yüzünden ortaya çıkan sonsuz enerjiye erişensiyah cisim radyasyonu problemi çözülmüştür. 1913 yılında Bohr, On the Constitution of Atoms and Molecules makalesinde kuantumlama kullanarak hidrojen atomununtayf çizgilerini açıkladı.

Bu teoriler başarılı olmalarına rağmen oldukçagörüngüseldi. O tarihte,Henri Poincare’in 1912 tarihli Planck’ın teorisini masaya yatırdığı makalesiSur la théorie des quanta^[4][5] dışındanicemlemeyi kanıtlayacak kesin kanıtlar yoktu. Hepsi "eski kuantum teorisi" olarak anılıyordu. “Kuantum fiziği” deyimi ilk olarak Johnston'un ‘’Planck's Universe in Light of Modern Physics’' de kullanıldı (1931).

1924 yılında, Fransız fizikçiLouis de Broglie parçacıkların dalga özellikleri dalgaların da parça özellikleri gösterebileceğini belirterek, madde dalga teorisini ileri sürdü. Bu teori bir parçacık içindi veÖzel görelilik teorisinden geliyordu. Modern kuantum mekaniği 1925 yılında Alman fizikçiWerner Heisenberg,Max Born vePascual Jordan^[6][7]matris mekaniğini geliştirmesiyle ve Avusturyalı fizikçiErwin Schrödingerdalga mekaniğini ve de Broglie'nin teorisini genelleştiren göresiz Schrödinger denklemini keşfetmesiyle Borglie'nin yaklaşımı üzerine kurulmuştur.^[8] Daha sonra Schrödinger iki yaklaşımın da aynı olduğunu göstermiştir.

Heisenberg 1927 yılındabelirsizlik ilkesini formüle etti, aynı zamanda daKopenhag yorumu şekillenmeye başladı. 1927 yılındaPaul Dirac kuantum mekaniğini özel görelilikle birleştirme çalışmalarına, elektron içinDirac denklemini öne sürerek başladı.Dirac denklemi, Schrödinger'in elde edemediği, bir elektronun dalga işlevinin göreli tasvirini elde etmeyi başardı. Bu elektronun dönüşünü hesapladı ve Dirac'ıpozitronun varlığını tahmin etmeye itti. Ayrıcabra-ket gösterimi ile birlikte 1930 tarihli ünlü ders kitabında tarif ettiği operatör teorisine öncülük etti. Aynı tarihlerde, Macar bilginJohn von Neumann 1932 tarihli ünlü ders kitabında tarif ettiği gibi, Hilbert boşlukları üzerine doğrusal operatörler teorisinde kuantum mekaniği için kesin matematiksel temeli formüle etti. Bunlar gibi, kuruluş zamanından beri birçok çalışma hala duruyor ve sıklıkla kullanılıyor.

Kuantum kimyası alanına fizikçiWalter Heitler ve 1927 yılında hidrojen molekülününkovalent bağ ile ilgili bir çalışma yayımlayanFritz London tarafından öncülük edilmektedir. Kuantum kimyası daha sonralarıCaltech’den Amerikan kuramsal kimyacıLinus Pauling veJohn C. Slater’ın molekül orbital kuramı ya da değerlik kuramı gibi çeşitli teorileriyle birçok uzman tarafından geliştirildi.

1927’den itibaren araştırmacılar kuantumu parçacıklar yerine alanlara uygulama girişimlerinde bulundu ve bu dakuantum alanı kuramlarının ortaya çıkmasına sebep oldu.P.A.M. Dirac,W. Pauli,V. Weisskopf veP. Jordan bu alandaki ilk araştırmacılardandır. Bu araştırma alanı kuantum elektrodinamiğininR.P. Feynman,F. Dyson,J. Schwinger veS.I. Tomonaga tarafından 1940’larda formüle edilmesiyle en üst noktasına ulaştı. Kuantum elektrodinamiğielektronların,pozitronların veelektromanyetik alanınKuantum alan teorisini tanımlamıştır^[6][7][9] ve daha sonraki kuantum alan kuramı için model olarak alınmıştır.

Kuantum renk dinamiği teorisi 1960’ların başında formüle edilmeye başlanmıştır. Bugünkü haliyle bildiğimiz teoriPolitzer,Gross veWilczek tarafından 1975 yılında formüle edilmiştir.

Schwinger,Higgs veGoldstone’un öncü çalışması üzerine ekleme yapma kaydı ile, fizikçilerGlashow veSalam zayıf nükleer gücün vekuantum elektrodinamiğinin tek bir elektrozayıf kuvvette birleştirilebileceğini gösterdi ve bu sayede 1979 yılında ]]Nobel Fizik Ödülünü}} aldı.

• Thomas Young'un ışığın dalga doğasını gösterdiğiÇift yarık deneyi. (1805)
• Henri Becquerel radyoaktiviteyi keşfetti. (1896)
• J.J Thomson'unKatot ışın tüpü deneyleri. (elektron ve elektronun negatif elektrik yükünü keşfetti) (1897)
• Kuantum konseptleri olmadan açıklanamayan 1850-1900 arasındakiSiyah cisim radyasyonu çalışmaları.
• Fotoelektrik etki:Einstein bunu 1905 yılında foton konseptini nicemlenmiş enerji ile birlikte ışık parçacıkları kullanarak açıkladı. (ve daha sonra bu sebepleNobel Ödülü aldı)
• Robert Millikan'ın elektrik yükünün nicemsel olarak meydana geldiğini gösterenYağ damlası deneyi. (1909)
• Ernest Rutherford'un, atomun kütle enerjisi ve pozitif enerjisinin neredeyse eşit olarak dağıldığını ileri sürenThomson Atom Modeli'nin aksini kanıtladığıAltın folyo deneyi. (1911)
• James Franck veGustav Hertz'in cıva atomunun enerji soğumasının nicemsel olduğunu gösterdiğiFranck Hertz deneyi. (1914)
• Otto Stern veWalter Gerlach'ınparçacık dönüşünün nicemsel doğasını gösterdiğiStern-Gerlach deneyi. (1920)
• Clinton Davisson veLester Gerner'ın elektronun dalga doğasını gösterdiğiElektron difraksiyon deneyi. (1927)
• Clyde L. Cowan veFrederick Reines [[Nötrino deneyi[[nde nötrinonun varlığını doğruladı. (1955)
• {{Clauss Jönsonn[['un elektronlarla olanÇift yarık deneyi. (1961)
• Klaus von Klitzing tarafından 1980 yılında keşfedilenKuantum Hall Olgusu.Hall Olgusunun nicemselleşmiş hali elektrik ve ince yapı sabitesi için aşırı isabetli bir saptama ortaya çıkardı.
• Alain Aspect tarafındankuantum dolanıklılığının deneysel doğrulaması. (1982)
• Paul Kwiat,Harold Wienfurter,Thomas Herzog,Anton Zeilinger veMark Kasevich tarafından yapılanMach-Zehnder çatışma ölçeği deneyi. Bu deneyle beraberElter Veidman bomba testine deneysel doğrulama sağlamış ve interaksiyonsuz ölçümün mümkün olduğunu göstermiştir. (1994)

• Kuantum mekaniği
• Fizik tarihi