Kuantum Fiziği

Kuantum Fiziği adını taşıyan bu kitap, 1991 yılından bu yana H.Ü. Fizik Mühendisliği Bölümü öğrencilerine üçüncü yıllarının birinci döneminde aynı adla verdiğim Lisans dersi için değişik yıllarda hazırladığım ve öğrenciye ulaştırdığım Ders Notları mn yeniden düzenlenmesiyle ortaya çıkmıştır.

Yirminci yüzyılın başlarındaki buluşlardan birisi, belkide en önemlisi, maddenin parçacık-dalga, ışığın da dalga-parçacık ikililiği gösterelebileceğini ortaya koyan ve o zamana dek bilim insanlannca farkedilmemiş olan bir evrensel değişmezin varlığının farkedilmesidir. Planck değişmezi adı verilen bu evrensel değişmezin farkedilmesi; klasik fiziğin açıklamakta yetersiz kaldığı elektromanyetik dalgaya ve mikroskopik boyutlardaki maddeye ilişkin bazı olayların açıklanmasına olanak sağlayacak kavram, kural ve kuramları içine alan Kuantum Fiziğinin oluşmasına neden olmuştur.

Yukarıda sözü edilen kavram, kural ve kuramlara dayalı Kuantum Fiziğinin temel ilkelerini yalın bir dil ve kolay anlaşılır matematiksel bir biçim kullanarak vermeye çalıştığım bu kitap altı bölümden oluşmaktadır.

Her bölümün sonuna o bölümde türetilen kavram, kural ve kuramlarla ilgili sorular eklenmiştir. Ayrıca, her bölümün içine, bu kavram, kural ve kuramların daha iyi anlaşılması ve uygulanması amacıyla çözümlü sorular serpiştirilmiştir. Kitabın oluşumu süreci içinde yararlandığım ve ayrıca herhangi bir konu üzerine daha fazla bilgi edinmek isteyen okuyucunun da yararlanabileceği kaynaklar her bölümün sonunda yer almıştır. Temel kavramlar adını alan birinci bölümde, klasik fiziğin açıklamakta yetersiz kaldığı olay lara değinildikten sonra olayların açıklanması için gereksinim duyulan kavram ve kurallar verildi.

Bu kitabın bir özelliği, herhangi bir fiziksel nicelik incelenirken, önce o fiziksel niceliği niteleyecek bir dalga fonksiyonu ve o dalga fonksiyonu üzerinde işlem görecek bir işlemci tanımı yapmaya, daha sonra da o işlemcinin o dalga fonksiyonuna etkisinin ne olduğunu bulmaya yönelik bir yöntem izlemiş olmasıdır. Kısaca Schrödinger dalga denklemi ve onun çözümü olarak nitelendirilen bu yöntem; ikinci bölümde ortaya konmuş ve üçüncü bölümde de bazı bağlı ve bağlı olmayan sistemler için çözülmüştür.

Kuantum Kuramında Açısal Momentum ve Spin adını alan dördüncü bölümde; iki ve üç boyutlu uzayda dönme hareketi yapan mikroskopik parçacıkların açısal momentumunun klasik kuramdaki gibi sürekli değer almadığı, yani kesikli değer aldığı, başka bir deyişle. kuantumlandığı gösterildikten sonra açısal momentum işlemcilerinin fiziksel özellikleri incelenmiştir. Bölümün sonunda da elektron, proton gibi mikroskopik boyutlardaki parçacıkların taşıdıkları spin özelliğine karşı gelen spin açısal momentumu kavramı ve spin açısal momentum işlemcilerinin fiziksel özellikleri ele alınmıştır.

Kuantum Kuramına Göre Tek Elektronlu Atom adını taşıyan beşinci bölümde; merkezsel potansiyel içinde hareket eden hidrojen ve benzeri tek elektronlu atomlar inceleme konusu ec;.tniştir. Merkezsel potansiyel içinde hareket eden tek elektronlu atomda, magnetik etkileşme, ince yapı ve aşırı ince yapı etkileşmesi gibi tüm olası etkileşmeler teker teker göz or-nde bulundurularak yazılan Schrödinger denkleminin çözümü spektroskopik bilgilerin :_münü ortaya koymuştur.

Kuantum Kuramına Göre Çok Elektronlu Atom adını alan altıncı bölümde ise birden fazla elektronu olan atomlar ele alındı. Yapılan incelemede, çok elektronlu atoma ilişkin rTektroskopik bilgilere söz konusu atomda olası etkileşmeleri teker teker göz önünde tutarak yazılan Schrödinger denklemini çözmeden ulaşabilecek bir yol izlendi. Çok elektronlu bir at mda yörüngesel harekete ilişkin açısal momentum ile spıne ilişkin açısal momentum arasındaki bağlaşımın göz önünde tutulmasıyla saptanan kuantum sayılarına dayandırılan bu inceleme biçiminde Bağımsız parçacık merkezsel alan yaklaşımı ve bu yaklaşımın : . iliştirilmesi yöntemi esas alındı.Planck değişmezi, dalga-parçacık ikiliği, Heisenberg belirsizlik ilkesi, elektronlarla girişil,'* gibi klasik fizikte yer almayan kavramları ve bunlar arasındaki ilişkileri ifade etme ve irdeleme yeteneği kazandırmak amacıyla kitabın ekler bölümüne Heisenberg Belirsizlik İlkesi, Birbirini Tamamlama İlkesi ve Elektronlarla Girişim, Kuantum Yolları adıyla bir kesim eklendi. Okuyucu, kitabın yalnızca birinci bölümünü okuduktan sonra diğer bölümleri okumadan bu kesime geçebilir. Okuyucunun yararlanabilmesi amacıyla ekler bölümüne; Temel değişmez niceliklerin büyüklükleri. Matematiksel bağıntılar, Hermite polinomlarımn bazı özellikleri ve Tek elektronlu atomda konumun beklenen değerleri gibi bilgiler ayrıca eklendi.

Bu kitabın oluşumunda emeği geçen herkese teşekkür ederim. Özellikle. Kuantum Fiziği dersi için hazırladığım notlan, ilk kez bilgisayar ortamına aktaran ve Ders Notları olarak ilk kez öğrenciye ulaştıran bölümümüz öğrencilerinden Sayın M. Deniz Çalışkan'a teşekkür ederim. Ayrıca her kezinde biraz daha geliştirilerek birkaç kez öğrenciye ulaştırılan ders notlarının yeniden düzenlenmesiyle ortaya çıkan taslağı, temiz titiz ve özverili bir çaba sonucu bilgisayar ortamına aktaran bölümümüz elemanlarından Sayın Beliz Pakdil'in bu çalışmasını her tür övgünün üstünde tutmak isterim. Bilgisayar ortamına aktarılmış taslağı, özverili çalışmasıyla kitap düzenine sokan üniversitemiz elemanlarından Sayın Rafet Yıldırım'a teşekkür etmeden geçmeyeceğim. Kitap içinde geçen şekillerin tümünü bilgisayar ortamında çizme inceliğini gösteren bölümümüz araştırma görevlilerinden Sayın Gökhan Gökoğlu'na teşekkür ediyorum.

Son olarak, Kuantum Fiziği dersi için hazırlanan ders notlarının aynı adlı bir kitap haline gelmesinde ve H.Ü. Yayınlan arasında yer almasında, üniversitemizin Rektörü Sayın Prof Dr. Tunçalp Özgen'in kitap yazmadan yana öğretim elemanlarım cesaretlendirici bir tutum içinde olmasının çok önemli bir payı olduğundan söz etmek isterim.

Bu kitabın Üniversitelerimizdeki Fizik Mühendisliği, Fizik Lisans ve Fizik Öğretmenliği Bölümlerinde Kuantum Fiziği, Modern Fizik ya da Atom Fiziği adı altında okutulan derslerde hem ders sorumlulannın hem de öğrencilerin yararlanabilecekleri bir kitap olacağını umuyorum.