Işık Parçacık mı Yoksa Dalga mı?

Işık Nasıl Yayılır?

Işık dalgalar gibi mi yoksa madde parçacıkları gibi mi yayılır? Bu soru bir zamanlar bilim dünyasını ikiye bölmüştü. 

Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde ışığın yapısını çift yarık deneyi ile inceliyoruz.

Bilmekte Fayda Var!

Işığın doğasının ne olduğuna dair çok eski zamanlardan beri farklı görüşler ortaya atılmıştı. Isaac Newton, ışığın atom benzeri çok hızlı hareket eden küçük parçacıklardan oluştuğunu öne sürmüştü. 19. yüzyılın başlarında bir başka fizikçi Thomas Young ise gerçekleştirdiği çift yarık deneyinde ışığın dalga gibi davrandığını gözlemledi.

Deneyler köşesinin bu projesinde Young’ın deneyinin bir benzerini yapacağız. 

Nelere İhtiyacımız Var?

• Siyah karton
• Raptiye ya da iğne
• 3 adet 0,5 mm kalınlıkta kurşun kalem ucu
• Bant
• Makas
• Köpük
• Lazer

Ne Yapıyoruz?

. Siyah kartondan 4 x 6 cm boyutlarında bir dikdörtgen keselim.

. Dikdörtgenin orta üst kısmına raptiye ile yaklaşık 2 mm çapında bir delik açalım.

. Kurşun kalem uçlarını açtığımız deliğin üzerine, aralarında yaklaşık 0,5 mm'den daha az boşluk kalacak şekilde yerleştirelim ve kalem uçlarını bantlayarak kartona sabitleyelim.

. Bir köpük parçasının üzerine lazeri yerleştirelim ve lazeri bantlayarak köpük parçasına sabitleyelim.

. Lazerin yaklaşık 8 cm uzağına siyah kartonu dik bir şekilde yerleştirelim ve kartonun yüksekliğini lazer ışığı kalem uçlarının arasından geçecek şekilde ayarlayalım.

. Bulunduğumuz ortamdaki aydınlatma kaynaklarını kapatıp lazer ışığını açalım. Lazer ışığının 1,5 m uzaklıktaki bir duvarın üzerinde oluşturduğu görüntüyü inceleyelim.

 

Ne Oldu?
Yaptığımız deney sonucunda duvar üzerinde aydınlık ve karanlık bantlar oluştuğunu gözlemledik.
Işık parçacıklardan oluşsaydı, kartona çarpan parçacıklar geri yansırken, kartonun üzerindeki yarıklardan geçen parçacıkların duvarın yüzeyinde aşağıdaki gibi birbirine paralel iki aydınlık şerit oluşturması gerekirdi.

Ancak yaptığımız deneyde böyle bir görüntünün oluşmadığını gözlemledik. Deney sonucunda oluşan görüntünün nedeni yarıklardan geçerken ışığın tıpkı su dalgaları gibi davranmasıdır. Bu hareketi anlamak için öncelikle su dalgalarının nasıl davrandığını anlamaya çalışalım.

Yukarıdaki görüntüde olduğu gibi durgun bir suya iki topla vurulduğunda suyun yüzeyinde oluşan dalgalar birbirleriyle etkileşir. İki dalganın çukur kısımları ya da tümsek kısımları üst üste bindiğinde dalgalar birbirlerini güçlendirir. Dalgaların çukur kısımlarıyla tümsek kısımları üst üste bindiğindeyse dalgalar birbirini sönümlendirir. Bu durumda suyun yüzeyinde düz bölgeler oluşur. Dalgaların üst üste binmesi olayı girişim, oluşan desen de girişim deseni olarak isimlendirilir.
Yaptığımız deneyde lazer ışını iki yarıktan da geçtikten sonra yarıkların her birinden yayılan iki yeni dalga gibi hareket etti. İki yarıktan çıkan ışık dalgalarının tümsek kısımlarıyla çukur kısımları üst üste bindiğinde dalgalar birbirini sönümlendirdi. İki tümsek kısım ya da iki çukur kısım üst üste bindiğindeyse dalgalar birbirini güçlendirdi. Dalgaların birbirini güçlendirdiği ve sönümlendirdiği kısımları duvar yüzeyinde sırasıyla aydınlık ve karanlık şeritler şeklinde gördük.

Bu deneyde ışık dalga gibi davranıyorsa da bu durum ışığın her durumda dalga gibi davrandığı anlamına gelmez. Örneğin bir metalin yüzeyine düşen ışığın metalden elektron koparabilmesi için ışığın dalga boyunun belirli bir değerin altında olması gerekir. Fotoelektrik olay olarak adlandırılan bu olgu ışığın dalga gibi davranmasıyla açıklanamaz. Albert Einstein 1905 yılında fotoelektrik olayı ışığın foton adı verilen parçacıklardan oluştuğunu varsayarak açıklamıştı. Özetle ışık bazı durumlarda dalga bazı durumlarda ise parçacık gibi davranır.

Kaynaklar:

• https://www.scientificamerican.com/article/bring-science-home-light-wave-particle/
• https://chem.libretexts.org/Courses/Oregon_Institute_of_Technology/OIT%3A_CHE_202_-_General_Chemistry_II/Unit_1%3A_The_Quantum_World/1.1%3A_The_Nature_of_Light
• https://phys.org/news/2015-03-particle.html
• https://phys.libretexts.org/Bookshelves/College_Physics/Book%3A_College_Physics_(OpenStax)/27%3A_Wave_Optics/27.04%3A_Young’s_Double_Slit_Experiment