Güneş, Nasıl Devasa Büyüklükte Foton Saçarak Aydınlatma Yapabiliyor?
bir foton parçacık kaynağı olarak güneş
diğer bütün temel parçacıklar gibi foton da kuantum mekaniği ile yönetilir ve dalga parçacık ikiliği gösterir. modern foton kuramı, einstein tarafından ortaya konulmuştur. bunun anlamı elektromanyetik dalgaların aynı zamanda parçacık özelliğine sahip oldukları ve parçacıkların da aynı zamanda dalga özelliklerine sahip oldukları anlamına gelir. başka bir deyişle, ışık ve madde aynı anda hem parçacık hem dalga özelliklerine sahiptirler; ne başlı başına bir dalga ne de başlı başına bir parçacıktırlar.
kuantum kuramının gelişmesinden hemen önce j. c. maxwell 'in elektromanyetik kuramı, ışık için çok sağlam bir dalga modeli sunuyordu. aynı zamanda atomların keşfi ile maddenin küçük taneciklerden oluştuğu fikri de netlik kazanmıştı. böylece ışık için dalga modelinin, madde için ise tanecik modelinin geçerli olduğu düşünülüyordu.
kuantum kuramının gelişmesiyle, hem ışığın foton denilen taneciklerden oluştuğu hem de atomu oluşturan parçaçıkların aynı zamanda dalga özelliklerinin olduğu keşfedildi
(tabi bunların hiçbiri aslında "gerçek" olarak yokturlar, ama buna daha sonra değineceğim.)
dalga mekaniğinin temelleri de broglie ve schrödinger tarafından, einstein'ın ünlü formülü ve planck'ın foton enerjisi hesaplamalarını birleştirerek, ortaya konulmuştur. de broglie, bu kuram ile parçacıkların da dalga gibi davranabileceğini göstermiştir.
ancak bu hal ancak dalga boylarının atom ya da çekirdek boyutlarına yakın olması durumunda önem kazanır. örneğin 1*(10^6) m/s'lik bir hızla hareket eden elektronun dalga boyu 0,7274 nm'dir. bu dalga boyu x-ışınlarının bulunduğu bölgeye denk gelir. bunun sebebi ise, bu kabullerin altında e=p*c yani m*vp ve m*c^2e iken v'nin c'ye eşit olması durumudur.
de broglie'nin önerdiği madde dalgalarının ilk deneysel doğrulaması c. davisson, l. h. germer ve george paget thomson'dan gelmiştir.
gel gelelim, bu foton denen parçacık nereden çıkar ve mesele güneş (ve yıldızlar) neden bu kadar çok aydınlatır?
fotonun ortaya çıkması için, uyarılmış atomun, kararsızlıktan kararlı hale geçişi gereklidir. üst orbit'lerden birine çıkmış elektron, geri olması gerektiği yere dönerken, atomun, dışarıya enerji vermesi gerekir. bu enerji parçacığı da fotondur.
malumunuzki güneş, füzyon tepkimeleri ile muazzam bir ısı/enerji açığa çıkması ile, radikal ahlakçıların ıslak rüyalarından daha sıcaktır.
bu füzyon tepkimesini kısaca açıklayacak olursak, şu şekilde gerçekleşir
iki hidrojen atomunun, çekirdekten gelen ısıl enerji ile çekirdek kaynaşması tepkimesine hazır hale gelmesi ile başlar. bunların çekirdeği birleşirken, bir deuterium izotopu ortaya çıkar ve aynı zamanda bir pozitron ışıması ile nötron emisyonu gerçekleşir. önümüzdeki karşılaşmada meydana gelecek bir pozitronun ters beta çözünmesinden iki gama ışıması ve bir miktar enerji açığa çıkacaktır. bu tepkime de bir deuterium'un bir hidrojen atomu ile kaynaşarak bir gama ışıması ve helyum üç izotopu ile bir miktar enerji açığa çıkarması ile gerçekleşir. bir sonraki aşamada ise iki helyum üç izotopunun füzyon tepkimesine girerek, bir helyum atomu, iki hidrojen atomu ve çok daha büyük bir enerji açığa çıkarması ile son bulur.
öyle ki füzyonu başlatmak için fisyon tepkimesinden açığa çıkan ısıl enerji kullanılabilir. (bkz: atom bombası)
bunun, kontrollü olarak gerçekleştirilmesi, tepkimeyi başlatacak birkaç milyon kelvinlik sıcaklığı gerektirdiğinden ve dünyadaki hiçbir madde bunu kaldıramayacağından, mümkün değildir. ne ki tabiki güneşte bu tepkime, çekirdekten gelen muazzam ısıl enerji ile tetiklenir.
esas mevzu tepkimeyi başlatan bu enerjinin, aslında çekirdekleri kararsız hale getirmesini teşkil eder. öyle ki, her bir ışıma ve her bir reaksiyonun sonucunda açığa çıkan enerji, maddeyi daha kararlı hale getirmektedir. bu konuyla ilişkisi olan entropi ve durağanlaşma da başka bir yazının konusu olabilir.
işte bu kararsız durumdan, kararlı duruma geçiş esnasında foton parçacıkları ortaya çıkar.