ışık

içerisinde milyarlarca foton bulunabilen yapı. yeterince karanlik bir ortamda gözümüzle birkac sayida fotona sahip olan ışığı görebiliriz. yani gozumuz isigi ölcen alet seklindeki dedektorlerden ayri olarak gozlem adina iyi bir organik dedektor sayilir. bir yere kadar tabii.

ışık maxwell denklemlerine göre bir dalgadır. fotoelektrik etkiye göre ise ayrıyeten bir parçacık. newton mekaniği der ki; bu enerji taşıyan bir parçacıktır. belli bir anda belli bir hızı ve konumu vardır. kuantum mekaniğine göre ise ışık paketler halinde ve daha küçüğe bölünemez bir enerjidir. bu en küçük enerji birimi fotondur. foton ne madde ne de parçacıktır. foton bir kuantadır.

kuantum mekaniginin en temel denklemi şudur:

e = hv

yani enerji eşittir planck sabiti çarpı elektromanyetik radyasyon frekansı (ışıma yapan maddenin frekansı, yani ışığın frekansı).

v ise ışığın dalgaboyu (lamda) ile çarpılırsa ışık hızı (c) elde edilir.

klasik mekanige gore eğer ışığı bir polarizöre belli açıda gönderirsek (alfa açısı diyelim):

e(alfa) = e(0) cos(alfa)x + e(0) sin(alfa)y diye bir formul olusur. sonrasında sin(alfa) kısmı formulden gider cunku ısıgın yollandıgı acıyı x ve y vektoru olarak ikiye ayırdık. y kısmından gelen ışık polarizörden geçmez yani absorbe olur. bu yuzden bunu formulden cıkarttık. sonuc:

e(alfa) = e(0) cos(alfa)x yani buna gore alfayı sıfır alıp ışığı lineer sekilde gonderirsek sonuç 1 olur. ışık geçer. alfayı pi/2 alırsak sonuç 0 olur. ışık geçmez. peki nasıl olur?

klasik mekanige gore ışıktaki butun fotonlar aynı ozelliklere sahiptir. yani aynı acıda gonderilen fotonlardan bazıları polarizorden gecip bazıları gecmemezlik yapmaz. ya hepsi geceri ya da hicbiri gecmez.

einstein bunun ucerine cilgina donup fotonların bizim bilmedigimiz gizli bir degiskene sahip oldugunu ileri surmustur. eger bu gizli degisken hakkinda bilgi sahibi olrusak o zaman fotonun polarizörden gecip gecmeyecegi konusunda kesin bir yargiya varabilirdik. olasılıklar bu yuzden ortaya cıkıyor demistir einstein. ısıgın asıl dogasında olasıklara yer yok demistir. ardından john bell çıkıp bell eşitsizliği ile einstein'a kapak yapar. der ki gizli degisken diye bir sey yok. deterministik bir surec yok. ısıgın dogası boyle ve bu sey tamamen olasılıksal.

peki o halde isin icine olasılıklar girdiyse, bir fotonun dalga fonksiyonunu nasıl yazabilirdik? cunku yukarıdaki denklem klasik mekaniksel ve deterministik bir denklem. artik olasılık dalgalarını iceren indeterministik bir gerceklikle karsi karsiyayiz. bunu nasil formulize edebilirdik?

artık fotonların durumlarının veya dalga fonksiyonlarının vektorel bir ozelligi oldu. yani belli bir yondeki vektörü ikiyle üçle dörtle çarpabiliriz. kuantum mekanigindeki denklemlerin lineerlik ozelliginden faydalanarak aynı seyi denklemlere de uygulayabiliriz. şöyle diyebiliriz mesela: x yonunde polarize olmus fotonlar + y yonunde polarize olmus fotonlar. bu da bize kuantum mekaniksel superpozisyonu verir. y kısmını yine atarız ve sonuc su olur:

x yonunde polarize olmus fotonlar. onceki denklemde cos(alfa)x idi bu. simdi cos yok. cunku fotonların hepsi polarizorden geçip gidiyor. bir kısmı gecip bir kısmı gitmiyor.

buradan sonrası artık superpozisyon kısmına giriyor. ışığın superpozisyon halini de süperpozisyon başlığı altında inceleyelim. konu uzayacak cunku. süperpozisyon hem klasik fizikte hem de kuantum mekaniginde gecen bir kavramdir. yani klasik mekanigin gecerli oldugu bir elektrik devresinde de süperpozisyon tanimi gecer, bir elektronun kuantum durumunun aynı anda hem 0 hem 1 degerine sahip oldugu bir kuantum sisteminde de aynı tanım gecer.