Kuantum teorisi nedir ve ne ile ilgilenir?

Günlük yaşantımız da genellikle 'kuantum' ismini çok duymuşuzdur (kuantum teorisinden haberdar olmasak bile) Peki nedir bu kuantum teorisi ve ne ile ilgilenir? Kuantum teorisi atom, molekül vs. gibi yapıların davranışlarını ve sonuçlarını tahmini olarak belirlemeye çalışan bir bilim dalıdır. 17.y.y'a kadar klasik fizik büyük kütleli küçük hızdaki durumları açıklamakta yeterliydi, oysa 19.y.y'ın sonlarına gelince işler değişti, sebebi ise klasik fiziğin maddenin kuantumlu yapısını aydınlatamamasıdır (ki M.Planck bu durumu kuantalar olarak ifade etmiştir ve büyük tartışmayı başlatmıştır.) Işık, madde gibi olguların kuantumlu olma durumu klasik fizikle açıklananamaktadır. Bunun yerine yüksek, düşük ve orta enerjili durumlar önerilmiştir. Örneğin fotoelektrik olayı düşük, Compton saçılması orta, yüksek enerjiler ise çift oluşumlarda meydana gelir (bu olayları da daha önceki yazılarımız da açıklamıştık.)

Madde bilindiği gibi proton, nötron ve elektron (negatron) dan oluşmaktadır. Bunlarda temel parçacılar olan kuarklar, leptonlar vs. gibi parçacıklardan oluşmaktadır. Bugün artık biliyoruz ki 300'e yakın temel parçacık ve bunların antiparçacıkları var. Bu çeşitliliği açıklayacak durum kuantum teorisidir. Örneğin bir proton bir elektronla etkileştiğinde orta kütleli bir parçacık olan pi mezonlar çıkmaktadır (bu mezon ise iki protonon etkileşmesi sonucu ortaya çıkmakta ve durumu ortalamaktadır.) yan kısaca mezonlar orta kütleli parçacıklar olup proton ve elektron gibi parçacıkların orta durumlarını işgal etmektedir ve bu durum elektronun kuantum kimyasınca incelenmesi adına önemli bir yer tutmaktadır, gerçi çekirdeğin bozunması daha çok nükleer olaylarla ilgilidir fakat bu durumda kuantum teorisinin yine içine dahil olduğu bir durumdur.

Peki kuantum mekaniği nedir ve kuantum kimyası nedir? bunlara da kısaca değinelim. Kuantum mekaniği, maddeyi fiziksel ve kimyasal niceliksel olarak değil de bütünsel olarak inceleyen bir bilim dalıdır. Kuantum kimyası ise maddenin enerji ile olan yakın bağını daha çok ele alıp atom, molekül vs. durumlarının oluşturduğu sonuçları incelemektedir. Örneğin madde enerjiye, enerji de maddeye dönüşebilir.
E=mc[SUP]2[/SUP]
bilindik formülüyle, burada madde parçacığı aynı zamanda maddenin kendisidir yani kısaca
Madde=Temel parçacıklar
yazılabilir.

19.y.y. sonlarına doğru artık kuantum teorisi adımları atılmış ve genişletilmiştir. Bunlara en büyük katkı Planck, Einstein, Bohr, Born, Schrödinger, Dirac ve de Broglie gibi bilim insanlarından gelmiştir. Bu yüzden kuantum mekaniği teoriksel olarak kuantum fiziğiyle ve kuantum kimyasıyla aynıdır.

Bu konuda birazda kuantum kimyasının uygulama alanlarına bakmak istiyorum.Kuantum mekaniği esasında bilimin tamamen yapısını oluşturmaktadır, yani kısaca kuantum teorisinin elini atmadığı bir yer hemen hemen yok gibidir, sadece o alanla ilgili yeterince kuantumsal istatistiksel veriler elde edilmemiştir. Örneğin anorganik kimya, burada derslerden hatırlanacağı gibi kompleks oluşumlar bir nevi temel yapılardır. Bunların incelenmesi kuantum teorisiyle ilgilidir. Yine analitik kimyanın bir dalı olan enstrümental analiz dersinde spektrumların dalga aralıkları kuantum niceliksel durumlarıyl açıklanır.Organik kimyanın yine bileşiklerinin davranışları. Fizikokimya'da oluşan bileşiklerin reaksiyon durumları ve biyokimyasal oluşumların yani temelde biyokimya'nın alanına giren kuantum teorisi biyokimyasal olaylarda açıklanmaktadır.

İsmail Çelik

Kaynaklar:
[1]. Prof.Dr.Zekiye Çınar – Kuantum Kimyası (Çağlayan Yayınları)
[2]. Prof.Dr.Fevzi Köksal – Doç.Dr.Rahmi Köseoğlu – Kuantum Kimyası (Bilim Yayınları-2012)
[3]. Prof.Dr.Erol Aygün – Prof.Dr.D.Mehmet Zengin – Kuantum Fiziği (Bilim Yayınları-2009)
[4]. Prof.Dr.Yüksek Sarıkaya – Fizikokimya (Gazi Kitabevi Yayınları-2011)