ELEKTROMANYETİK-MİKRO DALGA..DALGA..DALGA BOYU..DALGA PARÇACIK İKİLİĞİ..DALGA DENKLEMİ

https://twitter.com/kanaryamfenerli _/\/\____________/\/\_____________ KANARYAM █▓▒░▒▓█ FENERLİ ¯¯¯¯¯¯\/\/¯¯¯¯¯¯¯¯¯\/\/¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Mikrodalga frekansları genel olarak 300-300.000 MHz frekans aralığını kapsar. Mikrodalgalar elektromanyetik dalga olarak yayılırlar, radarlarda, mikrodalga fırınlarında, cep telefonlarında, kablosuz Internet erişiminde, Bluetooth kulaklıklarda, mağaza güvenlik sistemlerinde, mikrodalga frekansları kullanılır. "Mikrodalga" sözü elektromanyetik dalganın dalga boyunun 1 metreden kısa olduğu frekansları tanımlar. Dalga boyunun 1 cm'den kısa olduğu frekanslara (30-300 GHz aralığı) "milimetrik" dalga ismi de verilir. Dalga boyunun 1 mm'den kısa olduğu frekanslara (300-3000 GHz) "submilimetrik" dalga ismi verilir. Mikro dalgalar da iletken üzerinde ivmelendirirlen yükler tarafından meydana getirilirler. Radyo dalgalarının en kısa dalga boyuna sahip olanlarıdır. Bugün yaygın olarak mikrodalga fırınları kullanılmaktadır. Pişirilecek madde üzerine gönderilen mikrodalgalar su moleküllerinin tabii dönme frekanslarının biriyle rezonansa gelir ve suya enerji aktarır. Böylece yiyecekler içten içe pişerler. Mikro dalgaların dalga boyları 0,01 mm ye kadar inmektedir. Mikrodalga ile çalışan fırın yapılarak yemeklerin pişirilmesinde kullanılır... Dalga, bir fizik terimi olarak, uzay veya uzayzamanda yayılan ve sıklıkla enerjinin taşınmasına yol açan titreşime verilen isimdir. Bununla birlikte günlük dilde farklı anlamlarda kullanılmaktadır. Ayrıca denizlerde oluşan bir su vuruntusudur.Dalgalar bir yerden başka bir yere uzanırlar. Titreşimleri, periyodik (bir kemandaki nota sesi gibi) olabileceği gibi , periyodik olmayadabilir (bir patlama sesi gibi.) Bütün dalgalar şu özelliklere sahiptirler: Salınımın şiddeti genliktir. Salınım ne kadar sıklıkla olduğu frekanstır. Dalganın maksimumları arasında gittiği mesafe dalga boyudur. Dalgalar bir materyalde belirlenmiş bir hızda gittiklerinden, dalga frekansını arttırdığımızda, dalga boyu azalır. Matematiksel olarak, dalga hızı = frekans x dalga boyu, yani sabit dalga hızı için, frekans ve dalga boyu ters orantılıdır. Dalgaların en ilginç özelliklerinden birisi, iki dalganın birbirinin içinden geçerken etkilerinin birleşmesidir. Bu olaya girişim denir. Dalga Boyu:Lamda sembolüyle ifade edilir.İki dalga tepesi veya dalga çukuru arasındaki mesafedir. Periyot:Dalganın bir dalga boyu kadar yol alması için geçen süreye denir. Frekans:Dalganın 1 sn. de aldığı yola denir. Harmonik Dalgalar Dalgaları matematiksel olarak belirtmek istersek bir harmonik dalga fonksiyonuna ulaşırız. Bir sicim de harmonik dalga varsa sicim her an sinüs fonksiyonu şeklindedir. A genliği herhangi bir sicimin denge konumundan itibaren yer değiştirmesidir. Dalga boyu dalganın kendini tekrarlama uzaklığıdır. Örneğin; arka arkaya iki dalga tepesi ya da çukuru arasında ki mesafe gibi. T periyodu, bir sicim elemanının belli bir süre titreşim yapması için geçen süredir. Aynı zamanda bir dalganın yer değiştirmesinin bir dalga boyu ilerlemesi için geçen zamanda denilebilir. Belli bir dalganın T zamanda bir dalga boyu kadar ilerlediği anlamına gelir. Bir harmonik dalga x ekseni üzrinde her iki yöne de gittiği için yani sonsuza uzandığı için bir başka ifadeyle bir başlangıç ve bitişi olmadığı için gerçek bir dalga olarak kabul edilemez. Gerçek bir dalga uzayda belli bir yerde başlayıp bitmelidir. Madde - Enerji - Dalga İlişkisi Doğadaki her şey bir maddedir. Madde ise enerjiden oluşmuştur. Her madde dalgalar ile sürtünerek enerji ortaya çıkarır. Elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın (genellikle EM radyasyon veya EMI olarak kısaltılır) bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ışık hızı ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla (artan frekansa ve azalan dalga boyuna göre) Radyo dalgaları Mikrodalgalar Terahertz ışınımı Kızılötesi ışınım Görünür ışık Morötesi ışınım X-ışınları ve Gama ışınlarıdır Çeşitli organizmaların gözleri bu ışınların sadece küçük bir frekans aralığındaki ışınları algılayabilir. Buna “ışık” ya da “görülebilir tayf” denir. Elektromanyetik dalga kavramı ilk olarak James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmış ardından Heinrich Hertz tarafından doğrulanmıştır. Maxwell elektrik ve manyetik alanların dalga benzeri yapılarını ve simetrilerini açığa çıkaran alan dalga formu denklemleri elde etmiştir. Maxwell, ışığın ölçülen hızının, dalga denklemlerinden çıkan EM dalgaları hızları ile çakışık olmasından dolayı ışığı da bir elektromanyetik dalga olarak kabul etmiştir. Maxwell’in denklemlerine göre, hareketsiz bir elektrik yükü etrafında bir elektrik alan oluşturur.İVMELİ ektrik yüküyse oluşturduğu elektrik alana ek olarak manyetik alan oluşturur. Bu alanlar birbirlerine dik olarak salınırla ve EMI oluşur.. Özellikler EMI fiziğinin adı elektrodinamiktir. Elektromanyetizma, elektrodinamik teorisi ile ilişkili bir fiziksel olaydır. Elektrik ve manyetik alanlar süperpozisyon ilkesine uygun olduklarından, herhangi bir parçacık ya da zamana bağlı elektrik veya manyetik alan aynı yerdeki mevcut alanlara vektör alan oldukları için vektörel olarak toplanırlar. Örneğin bir atom yapısı üzerinde seyahat halindeki bir EM dalgası yapının atomları içinde salınım indükler, böylece kendi EM dalgalarını yaymalarına sebep olur. Bu özelliklerkırılma ve kırınım gibi çeşitli olaylara neden olur. Kırılma, bir dalganın bir ortamdan yoğunluğu farklı başka bir ortama geçerken hızını ve yönünü değiştirmesidir. Ortamınkırılma indisi kırılma derecesini belirler ve Snell yasası ile özetlenmiştir. Işık da bir salınım olduğundan, vakum gibi doğrusal ortamda statik elektrik ya da manyetik alan boyunca seyahat etmekten etkilenmez. Ancak bazı kristaller gibi doğrusal olmayan ortamlarda ışık ve statik elektrik ve manyetik alanlar arasında Faraday etkisi ve Kerr etkisi gibi etkileşimler görülebilir. Elektromanyetik ışımaların ortak özellikleri şunlardır; Birbirine dik elektrik ve manyetik alandan oluşurlar. oşlukta düz bir doğrultuda yayılırlar. Hızları ışık hızına (2,99792458 × 108 m/s) eşittir. Geçtikleri ortama; frekanslarıyla doğru orantılı, dalga boylarıyla ters orantılı olmak üzere enerji aktarırlar Enerjileri; maddeyi geçerken, yutulma ve saçılma nedeniyle azalır, boşlukta ise uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır. Dalga parçacık ikililiği EMI hem dalga hem de parçacık özellikleri taşır . Her iki karakteristik çok sayıda deney ile onaylanmıştır. EM ışınım nispeten geniş zaman ölçeklerinde ve büyük mesafelerde incelendiğinde dalga karakteristiği daha belirgin, küçük zaman ölçeklerinde ve mesafelerde parçacık karakteristiği daha belirgindir. Örneğin EMI madde tarafından emildiğinde ve ilgili dalga boyunun küpü başına 1 den az foton düştüğünde parçacık benzeri özellikler daha açıktır. Işık emilimi durumunda düzensiz enerji birikimini deneysel gözlemlemek zor değildir. Açıkçası bu gözlemler tek başına ışığın parçacık davranışına kanıt değildir, o maddenin kuantum niteliğini yansıtır. Tek fotonun kendi kendine parazitlenmesi gibi, aynı deneyde elektromanyetik dalgaların hem dalga hem de parçacık niteliklerinin ortaya çıktığı durumlar vardır. Gerçek tekil-foton deneyleri (kuantum optik duyarlılıkta) bugün lisans düzeyinde yapılabilmektedir. Bir tek foton girişimölçer üzerinden gönderildiğinde, her iki patikayı da izleyerek, dalgalar gibi kendisi ile etkileşir, karışır ancak ışıl çoğaltıcı ile ya da benzer hassas algılayıcılar ile ancak bir kez tespit edilebilir. Dalga modeli Bileşenlerine ayrışmış beyaz ışıkIşığın doğasının önemli bir yönü frekansıdır. Bir dalganın frekansı salınım hızıdır ve Hertz birimi ile ölçülendirilir. Bir Hertz saniyede bir salınıma eşittir. Işık genelde, toplamı bileşke dalgayı veren frekanslar tayfına sahiptir. Farklı frekanslar farklı kırılma açılarına maruz kalır. Bir dalga peşi sıra tepelerden ve çukurlardan oluşur. İki çukur ya da tepe noktası arası mesafe dalga boyunu verir. Elektromanyetik tayf dalgaları boylarına göre sınıflandırılır, bina büyüklüğündeki radyo dalgalarından atom çekirdeği büyüklüğünde gamma ışınlarına kadar. Frekans şu denkleme göre dalga boyuna ters orantılıdır: Denkleme göre, “v” dalga hızı (vakum ortamda hız “c” olur), “f” frekans, “λ” ise dalga boyudur. Dalgalar değişik ortamlar arasından geçerken hızları değişir ama frekansları aynı kalır. Girişim, iki ya da daha fazla dalganın çakışması sonucu yeni bir dalga şekli oluşmasıdır. Eğer alanlar aynı yönde bileşenler içeriyorsa yapıcı girişim, ayrı yönlerde ise yıkıcı girişim]] yaparlar. Elektromanyetik dalga enerjisi bazen “ışıyan enerji” olarak adlandırılır. Parçacık Modeli Elektromanyetik ışınımın foton denen farklı enerji paketleri (kuanta) olarak parçacık benzeri özellikleri vardır. Dalganın frekansı dalganın enerjisi ile doğru orantılıdır. Çünkü fotonlar enerji taşıyıcıları olarak davranırlar, yüklü parçacıklar tarafından yayılır ve soğurulurlar. Foton başına enerji Planck-Einstein denklemi ile hesaplanır: ' Formül ise şöyledir Burada “E” enerjiyi, “h” Planck sabitini “f” ise frekansı temsil eder. Bu foton-enerji ifadesi ortalama enerjisi Planck yayılım yasasını elde etmek için kullanılan daha genel bir elektromanyetik osilatörün enerji seviyelerinin özel bir durumudur. Bu enerji seviyesinin düşük sıcaklıkta eşdağılım prensibi ile tahmin edilenden kesin bir farkla ayrıldığı gösterilebilir. Bu eşdağılım hatası düşük sıcaklıklardaki kuantum etkisinden dolayıdır. Bir foton bir atom tarafından soğurulduğunda bir elektronunu uyararak onu daha yüksek onu daha yüksek bir enerji seviyesine çıkartır. Eğer enerji yeterince yüksekse yüksek enerji seviyesine zıplayan elektron çekirdeğin pozitif çekiminden kurtulup atomdan kurtulabilir, buna fotoelektrik etki denir. Tersine bir elektron daha düşük enerji seviyesine indiğinde enerji farkı kadar foton yayar. Her element, atomların içindeki elektronların enerji seviyeleri ayrı olduğundan, kendi frekansında yayar ve soğurur. Bütün bu etkiler birlikte yayılım ve soğurma tayfını açıklar. Soğurma tayfında koyu bantlar karışık ortamdaki atomların değişik frekanstaki ışığı soğurmasından kaynaklanmaktadır. Işığın geçtiği ortamın bileşimi soğurma tayfının yapısını belirler. Örneğin uzak bir yıldızın yaydığı ışıktaki koyu bantlar yıldızın atmosferindeki atomlardan kaynaklanır. Bu bantlar atom içinde izin verilen enerji seviyelerine karşılık gelir. Benzer bir durum yayım için de oluşur. Elektronlar daha düşük enerji seviyelerine indiklerinde bu düşüşü temsil eden bir tayf yayılır. Bu durum, bulutsu yayılım tayfında kendini gösterir. Bugün bilim adamları bu durumu yıldızların hangi elementlerden oluştuklarını bulmak için kullanmaktadırlar. Ayrıca aynı durum tayfın kırmızıya kayma(redshift) yönteminde kullanılarak yıldızların uzaklıklarını hesaplamada kullanılır. Yayılma Hızı İvmelenen herhangi bir elektrik yükü ya da herhangi bir değişen manyetik alan EMI üretir. Herhangi bir kablo (ya da anten gibi herhangi bir iletken) alternatif akım ilettiğinde, elektromanyetik ışınım akımla aynı frekansta yayılır. Kuantum seviyesinde ise elektromanyetik ışınım yüklü parçacığın dalga paketi dalgalandığında ya da ivmelendiğinde oluşur. Durağan haldeki yüklü parçacıklar hareket etmez ama bu hallerin birbirleriyle çakışması (süper pozisyonu) yüklü parçacığın kuantum halleri arasında ışınımsal geçiş (radiative transition) durumuna sebep olur. Elektro manyetik ışınım koşullara bağlı olarak dalga ya da parçacık davranışı gösterir. Dalga durumunda ışınım hızı (ışık hızı), dalga boyu ve frekansı ile karakterize edilir. Parçacık olarak ele alındığında (foton), her parçacığın dalganın frekansı ile ilişkili enerjisi vardır. Bu enerji Planck’ın E=hf ilişkisinden bulunur. Burada “E” fotonun enerjisi, h=6.626 x 10-34 Js ise Planck sabitidir, “f” ise dalganın frekansını simgeler. Bir kurala koşullar ne olursa olsun uyulur: vakum içindeki EM ışınım gözlemciye göre, gözlemcinin hızı ne olursa olsun, her zaman ışık hızında yol alır. (Bu gözlem Albert Einstein’ın özel görelilik kuramını geliştirmesini sağlamıştır.) Bir ortamda (vakum dışında), hız faktörü ve kırılma indisi frekansa ve uygulamaya bağlı olarak dikkate alınır. Her ikisi de vakumda hızlanan bir ortamın hız oranıdır. EM dalgalar dalga boylarına göre radyo dalgaları, mikrodalga, kızılötesi, görünür ışık, morötesi, ve Gama ışını olarak ayrılırlar. EMI nın maddeyle etkileşimi üç şekilde olur: yansıma, soğurma ve maddeyi geçebilmeaktarma . Bu etkileşimi EMI nın dalga boyları belirler. Radyo dalgaları, radyo antenleriyle alınabilir. Mikrodalgalar bazı maddeleri ısıtabilmektedir. Görülebilir ışık, görme hücrelerini (çubuk ve koni) etkileyecek boyuttadır. Morötesi ışın ve X ışını ise atom ve atom altı parçacıklarla etkileşir. Görülebilir ışık fotonu maddeye çarptığında madde uyarılır ve foton, maddeninmoleküler yapısına göre değişen diğer bir ışık fotonu şeklinde yansıtılır. Bir madde, günışığında eğer kırmızı görülüyorsa, bu madde gün ışığındaki kırmızı dışında tüm görülebilir ışık fotonlarını soğurur, yalnınca uzun dalga boylu olan kırmızı ışığı yansıtır. Görülebilir ışığı geçiren maddeler saydam (transparent), yarı geçirgen maddeler translusent, geçirmeyen maddeler ise opak olarak adlandırılır. Radyolojide kullanılan tanısal amaçlı X-ışınını fazla geçiren vücut yapıları (akciğerler, yağ dokusu gibi) radyolusent, az geçiren vücut yapıları (kemik, kalsifikasyon gibi) ise radyoopaktır. Dalga boyu, bir dalga örüntüsünün tekrarlanan birimleri arasındaki mesafedir. Yaygın olarak Yunancalamda(λ) harfi ile gösterilmektedir. Dalgaboyu frekans ile ters orantılıdır, dolayısıyla dalgaboyu uzadıkça frekans azalır. Dalga boyu - frekans ilişkisi Bu ilişki aşağıdaki formülle ifade edilebilir; Burada frekans, dalga hızı, ise dalgaboyu`nu sembolize eder. De Broglie Dalgaboyu De Broglie tarafından keşfedilen dalga boyu ile ilgili olarak her hareketli cisme eşlik eden bir dalga boyunun olduğunu da öne sürmüştür. Ayrıca Açısal sıklıkDalga yöneyiFraunhofer çizgileri< MN Genlik< Titreşim sayısı (sıklık veya frekans) Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekhaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standard kuantum yorumlarımı bu paradoxu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan , gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğininin tamamlayılıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebilceğini ama iksininde aynı anda olamayacağını söyleyen Copenhagen yorumunu açıklamayı hedefler. İkililik fikrinin temeli 17. Yüzyılda Christiaan Huygens ve Isaac Newton arasında ışık ve maddenin doğası hakkındaki ışım hem dalgadan(Huygens) hemde parçacıktan(Newton) oluşur tartışmalarına dayanır. Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Neils Bohr ve diğer bir çok bilim adamının çalışmaları sayesinde şuandaki bilimsel teori olan ışığın hem parçacık hemde dalga (ya da tam tersi) olduğu teorisi geçerli. Bu olgu yalnız orta boyuttaki parçacıklar için değil ayrıca atom ve moleküllerin temel bileşenleri içinde geçerlidir. Gözle görülebilir parçacıklar için ise aşırı derecede kısa dalga boylarından dolayı dalga özelliği saptanamıyor. Dalga ve parçacık görüşlerinin kısa tarihi Aristotle ışığın doğası hakkında hipotez kuran ilk kişilerden biriydi ve ışığı havadaki elementlerin ayrışması olarak düşünüyordu (dalga teorisi). Diğer bir yanda ise Democritus ışıkta dahil olmak üzere evrendeki herşeyin daha küçük ayrılamaz parçalardan oluşması yargısına karşı geldi. 11. Yüzyılın başlarında, Arap bilim adamı Alhazen optik üzerine; kırılma, yansıma ve ufak boyuttaki merkecekleri kullanarak ışınların çıkış noktasından göze gelene kadarki yolunu anlatan konular hakkındaki ilk kapsamlı tezi yazdı. Bu ışınlarınların birleşek ışığı oluşturduğu iddasında bulunda. 1630’da René Descartes’ın ışık üzerine yazdığı tezindeki ters dalga tanımı ışığın davranınışının dalga dağılımı modellemesiyle ışığın tekrar yaratılabileceğini gösterdi. 1670’in başlarında ve 30 yıllın üzerindeki çalışmayla Isaac Newton parçacık hipotezini sunarak ışığın yansımasının gösterdiği düz çizgiyle sadece parçacıkların böyle bir düz çizgi üzerinde gidebilceğini savundu. Işığın kırılmasını ise daha yoğun bir ortama geçen ışığın hızlandığını varsayarak açıkladı. Yaklaşık olarak aynı zamanda, Newton’un çağdaşları Robert Hooke ve Christiaan Huyhens ve sonrasında Augustin-Jean Fresnel matematiksel olarak dalga görüşünü farklı ortamlarda farklı hızlarla giden ışığın kırılmasının ortama bağlı olduğunu gösterdi. Huygens_fresnel prensibinin sonuçları ışığın davranışını belirlemede oldukça başarılıydı ve sonradan Thomas Young’un çift gişirim deneyiyle ise ışığın parçacık olduğu görüşüsünün sonu başlamış oldu. Thomas Young'ın çift yarık deneyine dair çizimi, 1803 Parçacık teorisini son darbe James Clerk Maxwell’ın daha önceden bulunmuş olan titreşen elektrik dalgaları ve manyetik alanlarla iligili dört basit denklemi birleştirdiğinde vurulmuş oldu. Titreşen bu elektro manyetik dalgaların yayılma hızı hesaplandığında ışık hızı açığa çıkmış oldu. Görünür ışık, morötesi ışık ve kızıl ötesi ışığın çeşitli dalga boylarındaki elektro manyetik dalgalar olduğu açığa kavuşmuş oldu. Dalga teorisi galip geldi, ya da öyle olduğu düşünüldü.19. yuzyılın başlarındaki dalga teorisinin ışığı tanımlamasındaki başarıları sırasında maddeyi tanımlayan atomic teori ortaya çıkmaya başladı. 1789 yılında Antoine Lavoisier kimyayı simyadan kesin ve tutarlı yöntemlerle ayırarak maddenin korunumunu ve bir çok kimsayal element ve bileşik buldu. Ancak bu temel kimyasal elementlerin doğası bilinmezliğini korudu. 1799 yılında Joseph Louis Proust elementlerin sabit oranlarla birleştiğini göstererek kimyayı atomik düzeyde ilerlemiş oldu. Bu gelişmeler Jhon Dalton’u Democritus’un atom hakkındaki görüşlerini tekrar ortaya çıkardı, elementleri görünmez bileşenler olarak tanımlaması oksijenin neden metal oksitlerin 1:2 oranında başka bir oksijenle birleştiğini açıkladı. Ancak Dalton ve o zamanın diğer kimyacıların göz önünde bulundurmadığı şey bazı elementlerin tek atomlu (Helyum gibi) ve diğerlerinin çift atomlu (Hidrojen gibi) ya da su gibi H2O yerine daha basit ve sezgisel HO bu yüzden atomik ağırlık değişken ve çoğunlukla yanlış olarak gösterildiğiydi. Ek olarak HO oluşumu iki parka hidrojen gası ve bir parça oksijen gazının ikiye bölünmesini gerektirmektedir gerektirmektedir. Bu problem reaksiyona giren gazların hacimlerinin üzerinde sıvı ve katı gibi çalışan Amedeo Avogadro tarafından çözüldü. Eşit hacimde element gazının eşit hacimde atom içerdiğini öne sürerek H2O nun iki parça H2 ve bir parça O2 den meydana geldiğini gösterdi. Çiftatomlu gazları bularak temel atom teorisini tamamlayan Avogadro çokca bilinen bileşiklerin doğru moleküler formüllerini ortaya koyarak daha düzenli bir şekilde olmasını sağladı. Klasik atom terisine son darbe Dimitri Mendeleev’in elementleri gösteren sıralı ve simetrik bir tablo oluşturmasıyla geldi. Ancak Mendeleev’s tablosunda hiç bir elemental doldurulamayacak boşluklarda vardı. Ancak bu boşluklar zamanla yeni elementlerin oluşturulmasıyla giderildi. Periyodik tablodaki başarı atom teorisine karşı olanlara yanıt olmuştu, ancak laboratuarda herhangi bir tek atom gözlemlenmemesine rağmen kimya bir atom bilimiydi.Dalga-parçacık ikililiğinin çift yarıkta girişim deneyiyle ve gözlemcinin etkisiyle animasyon olarak gösterilmesi -Parçaların çarpması görülebilir dalga çizgileri oluşturuyor.Dalga paketiyle gösterilen bir kuantum parçasıKuantum parçacığının kendisiyle girişimi 20.Yüz yılın bitmesiyle birlikte gelen paradigma değişimi Elektrik parçacıkları 19. yüzyılın bitiminde, fizik yoluyla atomun doğasına ve kimyasal reaksiyonların işleyişine karar vermek atom teorisinde indirgemeciliğin atomun kendi içine ilerlemesini sağladı. İlk başta akışkan sanan elektrik daha sonradan elektron ismi verilen parçacıklardan oluştuğu anlaşıldı. İlk defa J. J. Thomson tarafından 1897 yılında katot ışın tüpü kullanarak vakumlu ortamda elektrik yüklerinin hareketi gözlemlendi. Vakum elektrik akışkanına hareket için ortam sağlamadığından dolayı bu buluş sadece negative yüklü parçacığın vakumlu ortamda hareketi sayesinde açıklanabilir. Elektronlar yıllardır elektriği akışkan olarak gören klasik elektrodinamikle karşı karşıya geldi. Dahada önemlisi, elektrik yükü ve elektromanyetizma arasındaki yakın ilişki Michiael Faraday ve James Clerk Maxwell tarafından belgelenmiş oldu. Elektromanyetizmanın değişen bir elektrik veya manyetik alan tarafından oluşturulan bir dalga olarak bilinmesinden beri elektrik ve yükün atomik/parçacık tanımı yersizdi. Dahası, klasik elektrodinamik tamamlanmayan tek klasik teori değildi. Radyasyon niceleme Bir objenin sıcağlığından dolayı kaynaklanan elektro manyatik bir enerji yayılımı olan kara-cisim ışıması klasik yargılar tarafından tek başına açıklanamazdı. Tüm klasik termodinamik teorilerin temeli olan klasik mekaniğin eşbölüşümü teoremi, bir nesnenin enerjisinin nesnenin titreşim modları arasında eşit olarak paylaştırıldığını belirtir. Bu teori titreşim modlarını oluşturan atomların hızları olarak tanımlarken ve hız dağıtımının eşitlikçi olarak dağıtarak deneysel sonuçlarla eşleşti ve işe yaradı. Kinetik enerjinin ikinci dereceden bir denklem olmasından dolayı hız ortalama hızdan daha büyüktür ancak yüksek enerjili atomların sayısı düştüğünde aynı zamanda düşüşte o kadar çok olacaktır ve hız atomlar arasında eşit olarak dağıtılacaktır. Yavaş hız modlarında görünürde hız dağıtımı eşit olacaktır, yavaş hız modları daha az enerji istediğinden 0 hız modu hiç enerji harcamayacaktır ver sonsuz sayıda atoma dağıtılabilir. Ancak bu durum atomlar arasındaki etkileşimin yokluğunda meydana gelebilir; atomlar arası çarpışması olduğunda yavaş hız modu devreye girecektir. Ayrıca denge durumu hızın sıcaklığa oranıylada sağlanabilir. Ama bu durumu elektromanyetik yayılımda olaylar termal nesnelerde olduğu gibi değildir. Termal nesnelerin ışık yayılımı yaptığı uzun süredir bilinmektedir. Sıcak metaller kırmızı renkte parlar ve eğer daha fazla ısı alırlarsa renkleri beyaza döner. Işığın bir elektromanyetik dalga olarak bilinmesinden dolayı fizikçiler bu ışımayı klasik yasalarla açıklamaya çalışmıştır. Bu durum kara-cisim problem olarak bilinmektedir. Eşitdağılım teorisi termal objelerin titreşim modları için kullanıldığından beri bu durumun eşit olarak ışıması varsaymak önemsiz olacaktır. Ancak bu çıkarım ışığın titreşim modları için kullanıldığında çabucak bir sorun ortaya çıktı. Bu sorunu basitleştirmek için olabilecek en uzun dalgaboyu termal nesenin oyukları olarak tanımlandı. Herhangi bir dengedeki elektromanyetik mod yalnızda bu oyuklarının duvarlarını boğum noktası olarak kullanarak var olabilirdi. Böylece dalga boyu oyuğun(L) iki katından büyük bir dalga olamadı. Oyukta duran dalgalar. İlk bir kaç mod uygulanabilir olduğundan dalga boyları 2L, L, 2L/3, L/2 vs. Dalga boyunda kısalma limiti olamamasına rağmen 2L uzunluğunu asla geçememektedir darken kısadalga boyları dağıtımda üstünlük sağladı ve oyuk nerdeyse tamamiyle kısa dalga boylarıyla dolmaya başladı. Eğer her mod eşit enerji dağılımı almış olsaydı kısa dalgaboy modları bu enerjinin hepsini özümserdi. Rayleigh-Jeans yasasından sonra uzun dalgayı boyu ışımalarının yoğunluğu doğru olarak öngörülürken, sonsuz enerjinin sonsuz sayısadaki kısa dalgaboylarıyla mümkün olacağı düşünüldü. Bu durum morötesi felaketi olarak bilinmektedir. Çözüm 1900 yılında Max Planck’ın kara cismin tarafından yapılan ışık yayılımının frekansı bu yayılımı yapan osilatörün frekansına bağlı olduğu ve bu osilatörün enerjisinin ışıkla düz orantılı olarak arttığı hipoteziyle bulunmuştur(E =hv ). Görülebilir osilatörlerin aynı mantıkla çalışıtığı düşünülerek bu hipotezin yanlış olduğu çıkarılamaz ; aynı genlik ve farklı frekanstaki beş farklı harmonik osilatör kullanılarak en fazla frekansa sahip olanın en çok enerjiyede sahip olan olduğu görülmüştür. Buna dayanarak yüksek frekanslı ışık eşit frekanstaki osilatörden yayılmış olmalıdır ve buna dayanarak bu osilatör düşük frekanslılara göre daha fazla enerjiye sahiptir, böylece Plank herhangi bir felakti önlemiş oldu, böylece eşit dağılıma göre yüksek frekanslı osilatörler daha düşük frekanslı osilatörlerin birleşimiyle oluşabilir. Maxwell-Boltzmann dağılımında olduğu gibi yüksek enerjili ve yüksek frekanslı osilatörlerin baskısı altında kalan düşük frekanslı ve düşük enerjili osilatörlerinde frekansı ve enerjisi artar. Planck’ın kara-cisim ile iligili yargısındaki en devrimsel parça termal dengedeki osilatörlerle elektromanyetik alanların doğasının aynı tam sayıya dayanıyor olması. Bu osilatörler tüm enerjilerini elektromanyetik alana verir ve elektromanyetik alan tarafından uyarıldığı kadar bir ışık kuantumu oluşturur ve bu ışık kuantumunun özümseyerek aynı frekansta osilasyona başlar. Planck istemli olarak kara-cisimin atomik teorisini oluşturmasına rağmen oluşturduğu ışığın atomic teorisi istemsizdi Fotoelektrik olay aydınlanması Planck’ın morötesi felaketini atom ve kuantize elektromanyetik alan kullanlarak çözmesinden sonra çoğu fizikçi çabukça Plank’ın ‘’ışık kuantumu’’ teorisinin kaçınılmaz açıkları olduğunu farketti. Kara-cisim ışıması için daha tamamlayıcı bilgi kuantizasyonsuz tamamen sürekli, tamamen dalgasal elektromanyetik alan kullanılarak oluşturuldu. 1905 yılında Albert Einstein Planck’ın kara-cisim modelini kullanarak o zamanın çözülemeyen sorularından biri olan, enerji alan atomların elektron yaymasıyla oluşan fotoelektrik olaya çözüm buldu. 1902 yılında Philipp Lenard atomdan çıkan elektronların enerjisinin ışın yoğunluğu yerine frekansına bağlı olduğunu buldu. Böylece bir atoma düşük frekanslı az parlaklıkta bir ışık tutulmasıyla yine aynı frekanstaki parlak bir ışığın tutalmasında kopan elektronun enerjisi eşik olduğu görüldü. Daha yüksek enerjiye sahip elektronlar için daha yüksek frekanslı ışık tutulmalıdır. Ne kadar fazla ışık olursa o kadar elektron koparılmış olur. Kara-cisim ışımasında olduğu gibi ışıma ve madde arasındaki enerji transferinin başlaması teoride şanstı. Ancak maddenin kuantum mekaniği doğasına rağmen hala ışığın klasilik tanımı kullanılarak açıklanabilir. Planck'ın kuantum enerjisini kullanan ve verilen frekansta elektromanyetik radyasyon isteyen, sadece kuantum hv sinin tam katları kadar enerjiyi maddeye transfer edebilir.Bundan sonra fotoelektrik etki daha kolay açıklanabilir. Düşük frekanstaki ışık yalnızca düşük enerjili elektronları koparır çünkü her bir elektron fotonların emilimiyle uyarılır. Düşük frekanslı ışığın yoğunluğunun arttırılması, enerjileri yerine yalnızca uyarılan atomların sayısını arttırır çünkü her bir fotonun enerjisi yine aynı kalır. Yalnızca ışığın frekansı arttırılarak ve böylece fotonların enerjisini yükselterek daha yüksek enerjili elektron koparılabilir. Planck sabiti h I kullanarak fotonların frekansına bağlı olarak enerjisi bulunabilir, ayrıca koparılan atomun enerjiside frekansa bağlı olarak linear artış gösterir; doğrunun eğimi ise Planck sabitini gösterir. Bu sonuçlar Robert Andrews Milikan’ın 1915’te elektron yükünü Einstein’ın tahminlerinin deneysel sonuçlarını kullanarak bulmasına kadar onaylanmadı. Koparılan elektronun enerjisinin Planck sabitini göstermesine rağmen fotonların varlığı foton antigruplaşması efektinin bulunmasına kadar kesinleşmemişti. Bu fenomen yalnızca fotonlarla açıklanabilirdi. Einstein 1921 yılında Nobel Ödülünü aldığında özel ve genel görelelik teorisi matematiksel olarak zor olmamasına rağmen tamamen devrimci ve ışığın kuantizasyonundan bahsediyordu. Einstein’ın ışık kuantası 1925 yılına kadar foton olarak isimlendirilmedi ancak 1905 te bile mükemmel bir şekilde dalga-parçacık ikililiğini örnekler nitelikteydi. Elektro manyetik ışımı linear dalga denklemleri sağlamaktadır ancak yalnızca soyuk elementler tarafından yayılabilir ya da emilebilir böylece hem dalga hemde parçacık özelliği gösterir. Kilometre taşlarındaki değişim Huygens ve Newton İlk kapsamlı ışık teorilerinden biri ışığın dalga teorisini öne sürüp dalgaların nasıl düzgün bir hat üzerinde girişim yaptığını gösteren Christiaan Huygens’ten gelmişti. Ancak bu teori Isaac Newton’un ışığın parçacık teorisi ile birlikte geride bırakılmış oldu. Newton bu teorisinde ışığın ufak parçacıklardan oluştuğunu öne sürerek yansıma olgusunu kolayca açıklayabilmişti. Oldukça zor olsada ayrıca ışığın lensten kırılmasını ve güneş ışığından gökkuşağı oluşumunuda açıklamıştı. Newton’un parçacı görüşüne yüzyıldan uzun süre kimse meydan okuyamadı. Young, Fresnel ve Maxwell 19.yüzyılın başlarında Young ve Fresnel’in çift yarık deneyi Huygens’in dalga teorisi için kaynak sağlar nitelikteydi. Çift yarık deneyinde sisteme gönderilen ışıktan su dalgalarındakine benzer gibi karakteristik bir girişim kalıbı gözlendi ve dalga boyu bu kalıplar kullanılarak ölçüldü. Dalga görüşü parçacık ve ışın görüşlerinin yerini hemen alamamasına ragman 19.yüzyılın ortalarına doğru polarizasyon olgusuyla birlikte bilimsel düşüncelerde baskınlık kurmaya başladı. 19.yüzyılın sonlarına doğru James Clerk Maxwell, Maxwell denklemlerine göre ışığın elektromanyetik dalga yayılması olduğunu açıkladı. Bu denklemler 1887’de Heinrich Hertz’in denklemleri tarafından doğrulandı ve dalga teorisi Kabul edilmeye başlandı. Planck’ın kara-cisim ışıması formülü 1901 yılında Max Planck parlayan bir cismin yaydığı ışığın gözlemlenen spektrumlarını yeniden oluşturmayı başaran analizini yayınladı. Bunu başarmak için Plank radyasyon yayılımı yapan osilatörün kuantize enerjisini ad hoc matematiksel varsayımını kullanarak buldu. Einstein daha sonradan elektromanyetik radyasyonun kendisinin kuantize olduğunu ve yayılan atomların enerjisi olmadığını öne sürdü. Einstein’in fotoelektrik olay açıklaması Fotoelektrik efekt. Soldan gelen fotonlar metal levhaya vuruyor ve elektron söküyor.1905 yılında Albert Einstein dalga teorisinin eksik yönlerine fotoelektrik efekt deneyiyle açıklık getirdi. Bunu fotonun varlığını ve ışık enerjisinin kuantasının parçacık özelliklerini varsayarak yaptı. Fotoelektrik olayda bir metal üzerine düşürülen parlayan bir ışığın devrede elektrik akımı oluşturduğu gözlemlendi. Bunun sebebinin ışığın elektronları sökerek devrede bir akım oluşturduğundan dolayı olduğu düşüldü. Örnek olarak potasyumu kullanırken loş mavi ışığın yeterli akımı oluşturmasına rağmen en güçlü ve en parlak kırmızı ışığın akım oluşturmadığı gözlemlenmiştir. Işık ve maddenin klasik teorisine bakılarak, bir ışık dalgasının gücü ve büyüklüğü parlaklığıyla orantılıdır: parlak ışık kolaylıkla yeterli akımı oluşturmalıdır. Ancak o bilinenin aksine öyle değildi. Einstein bu karışıklığı elektronların yalnızca elektromanyetik alanlarla enerji alabilceğini var sayarak giderdi: enerjinin miktarı E is ışığın frekansı f ile bağlantılıdır. h Planck sabiti(6.626 × 10−34 J saniye). Yalnızca yeterince yüksek dalgaboyuna sahip fotonlar elektrik koparabilirler. Örnek olarak mavi ışık fotonları elektron koparmak için yeterli enerjiye sahipken kırmızı ışık fotonları bu enerjiye sahip değildir. Gereken dalga boyu eşiğini geçtikten sonra ışık şiddetinin arttırılması koparılan elektron sayısını arttırır. Bu yasayı çürütmek için henüz üretilmemiş yüksek yoğunluklu lazerler gerekli.yoğunluğa bağımlılık fenomeni bu sıralar detaylı bir şekilde araştırılıyor De Broglie’nin dalgaboyu [[File:Propagation of a de broglie wave.svg|290px|"290px"|right|thumb|Propagation of de Broglie waves 1924 yılında, Louis-Victor de Broglie de Broglie hipotezini formülleştirerek sadece ışık değil diğer tüm maddelerin dalga yapısında olduğunu ve bir dalgaboyuyla(λ ile gösterilir), momentum(p şeklinde gösterilir) sahip olduğunu gösterdi. Einstein’ın denkleminin yukarıdaki genellenmiş hali fotonun momentumunu p = ve dalgaboyunu (vakumlu ortamda) λ = , şeklinde vakumlu ortamdaki ışık hızına c diyerek göstermiştir. De Broglie’ in formülü elektronlar için üç yıl sonra elektron kırınımının iki bağımsız deneyde gözlemlenmesiyle onaylanmış oldu. Aberdeen Üniversitesinden George Paget Thomson ince metal film içerisinden elektron geçirerek öngörülen girişim kalıplarını gözlemdi. Bell Laboratuvarında Clinton Joseph Davisson ve Lester Halber Germer ışınlarını kristal bir düzenek bir düzenek boyunca ilerletti. De Broglie 1929 yılında tezinden dolayı Nobel Fizik Ödülünü kazanmıştır. Thomson ve Davisson ise 1937 yılında deneysel çalışmaları sonucunda Nobel Fizik Ödülünü paylaşmışlardır. Heisenberg’ün belirsizlik ilkesi Wener Heisenberg’in kuantum mekaniğini formülleştirmek için varsaydığı belirsizlik prensibinde standard sapmayı, yayılımı yada belirsizliği; x ve p parçacığın konumunu ve lineer momentumunu. düşürülmüş Planck sabiti (Planck sabitinin 2' bölümü) Heisenberg temel olarak konumun ve momentumun aynı anda tutarlı olarak ölçülemeyeceğini savunarak de Broglie hipotezine bağlı örneklerle bu durumu açıklamıştır. De Broglie-Bohm teorisi De Broglie dalga-parçacık ikililiğini gözlemlemek için pilot dalga inşa etmiştir. Böylece her bir parçacık iyi tanımlanmış bir konum ve momentuma sahip olmuştur, ancak Schrödinger’in denkleminden yaptığı çıkarımla doğru sonuca ulaşmıştır. Pilot dalga teorisi ilk başlarda birden çok parçacık içeren sistemlere uygulandığında yersiz sonuçlar ortaya çıkardığından dolayı reddedilmişti. Yersizlik kısa süre sonra kuantum teorisinin integrali kullanılarak giderildi ve Dovid Bohm, de Broglie modelini genişleterek dahil etti. De Broglie-Bohm teorisi ya da Bohmian mekaniği, dalga-parçacık ikililiğini maddenin özelliği olarak değil, parçacığın hareketinden dolayı kuantum potansiyelinden kaynaklandığını göstermiştir. Büyük nesnelerdeki dalga davranışı Foton ve elektronların dalga-parçacık özelliği göstermesi üzerine aynı deneyler nötron ve protonlar üzerinde de uygulandı. Bu deneyler arasında en ünlüleri 1929’da yapılan Estermann ve Otto Stern dir. Birbirine benzer bu iki atom ve molekül kullanılarak yapılan deneylerin yazarları bu büyük parçacıklarında dalga özelliği gösterdiğini tanımlamıştır. Yer çekiminin dalga-parçacık ikililiği üzerindeki etkisinde karar kılmak için nötron girişim sayacı kullanılarak bir dizi deneyler yapılmıştır. Atom çekirdeğinin parçalarından biri olan nötron, çekirdeğin kütlesinin büyük kısmını oluşturduğundan dolayı sıradan madde olarak kullanılmıştır. Nötron girişimölçerde, yerçekimi kuvvetinden etkilenen kuantum mekaniksel dalgalar gibi hareket ederler. Sonuçlar yerçekiminin her şey üzerinde etki ettiği bilindiğinden dolayı şaşırtıcı değildi, Yerçekimsel alandaki büyük çaptaki kuantum mekaniksel ferminyon dalgalarının kendi aralarındaki girişimi daha önceden deneysel olarak onaylanmamıştı. 1999 yılında C60 fullreneleri Vienna Üniversitesinde bulunan araştırmacılar tarafından raporlandı. Oldukça büyük ve ağır bir nesne olan fullreneler yaklaşık 720 u atomik kütlesine sahiptir. 2.5pm olan De Broglie dalga boyu 1nm olan molekülün yarı çapından yaklaşık kat 400 küçüktür. Modern kuantum mekaniğindeki işleyişi Dalga-parçacık ikililiği kuantum mekaniğinin yapı taşlarından birini oluşturur. Teorinin formülleştirilmesinde, parçacık hakkındaki tüm bilgi dalga fonksiyonunda şifrelenmiştir, karmaşık değerli bir fonksiyonun değeri yaklaşık olarak uzaydaki her bir noktadaki dalgaların büyüklüğü kadardır. Bu fonksiyon diferansiyel denklemler sayesinde ortaya çıkar. Kütlesi olan parçacıklar için bu çözüm dalga denklemi kullanılarak yapılabilir. Böyle dalgaların yayılımı dalga fenomenindeki girişim ve kırınımlarla olur. Foton gibi kütlesiz parçacıkların Schrödinger denkleminde çözümü yoktur. Parçacık davranışı kuantum mekaniğindeki ölçümlemelerde en çok karşımıza çıkar. Parçacığın konumunu ölçerken belirsizlik ilkesinden dolayı parçacığın daha kesin bir konumu olmasına zorlar. Kütleli parçalar için parçacığın yerini belirli bir noktada saptamak için dalga fonksiyonunun o noktadaki büyüklüğünün karesinin alınması yeterlidir. Günümüzdeki gelişmeler sayesinde kuantum alan teorisindeki belirsizlikler ortadan kalkmış oldu. Alan dalga fonksiyonlarının dalga denklemleriyle çözülmesine olanak sağlamıştır. Parçacık terimi Lorentz grubunun parçalanamaz oluşunu tanımlamaktadır. Dalga denklemi fizikte çok önemli yere sahip bir kısmi diferansiyel denklemdir. Bu denklemin çözümlerinden, ses, ışık ve su dalgalarının hareketlerini betimleyen fiziksel nicelikler çıkar. Kullanım alanı, akustik, akışkanlar mekaniği ve elektromanyetikte oldukça fazladır. Denklemin dalga hareketinde bulunan herhangi bir u skaler büyüklüğü için gösterimleri Burada c dalganın yayılma veya ilerleme hızıdır. Dalganın dağılması, yani ilerledikçe başka başka frekanslar haline bürünmesi olgusu (dispersion) göz önüne alınırsa denklemde c yerine faz hızı kullanılır. Ayrıca daha gerçekçi sistemlerde hızın, dalganın genliğine bağlı olduğu dikkate alındığından denklem doğrusal olmayan Laplasyen tek boyutta adi türeve dönüşür. tanımları yapılarak zincir kuralı yardımıyla:durumuna indirgenmiş olur. Kısmî diferansiyel denklemin çözümü, tek tek değişkenler için integral alınarakolarak bulunur. Burada f, +x yönünde ilerleyen, g de -x yönünde ilerleyen düzlem dalgayı betimler.Denklem yazılıp iki tarafa da Fourier dönüşümüDenklem yazılıp iki tarafa da Fourier dönüşümüolarak elde edilir. Ancak bu çözüm konum uzayı x de değil, başka bir uzay olan k uzayındaki çözümdür. Çözümün konum uzayında bulunabilmesi için k uzayındaki çözüme ters Fourier dönüşümü uygulanır.Görüldüğü üzere birinci ve ikinci terim sırasıyla f ve g diye iki fonksiyonun Fourier dönüşümleri olarak kabul edilirse x uzayındaki çözümDalga denklemi karışık türevler içermediği için değişkenlere ayırma yöntemi kullanılarak da çözüme gidilebilir.iki taraf da u ya bölünürseiki tane birbirinden bağımsız değişkenin olduğu ifade birbirine ancak bir sabite eşit olmaları durumunda eşit olabileceğinden iki denklem de ayrı ayrı bu sabite eşitlenerek çözümler bulunabilir. Bu sabit pozitif, negatif ve sıfır olması durumlarında incelenerek diferansiyel denklemler çözülebilir ancak fizikte zaman genelde salınım olarak ortaya çıktığından sabit, , k:reel seçilerek fiziksel olarak anlamlı çözüme hızlıca gidilebilir. Böylece denklemin sol tarafından:bulunur. Sinüs ve kosinüs ile elde edilen çözümler sınır koşullarını rahatça sağlayacaklarından genellikle sınır değer problemlerinde kullanılırlar. Dalga boşlukta hareket eden bir elektromanyetik bir ışınsa o zaman çözümleri ve olarak vermek daha rahat olur. Matematiksel olarak iki çözüm de doğru olmasına rağmen fiziksel kaidelerden serbest ve bağlı olarak çözümler böyle sınıflandırılabilir.