Kuantum Tünelleme Nedir?
En küçük ölçekte baktığımızda dünya, son derece tuhaftır. İşler bir atomun boyutuna indiğinde, makroskopik dünyamızı yöneten mekanikler artık geçerli değildir.
Kuantum kurallarına göre, elektronlar hem parçacık hem de dalga gibi davranabilir ve nesneler aynı anda farklı durumlarda olabilir. Bu ikilik, kuantum bilgisayarlar gibi sıra dışı teknolojileri mümkün kılmaktadır. Bilim insanlarının kuantum matematiğini incelerken keşfettiği en garip şeylerden biriyse, tünelleme olgusudur.
Kuantum Tünelleme Nedir?
Bir elektron veya proton gibi kuantum mekaniksel bir parçacığı, potansiyel bir enerji tepesindeki bir boşluğa bıraktığınızı hayal edin. Parçacığın kaçamayacağından emin olduğunuzda, yani tepeye tırmanacak kadar enerjiye sahip olmadığından emin olduğunuz zaman, onu kendi haline bırakın. Sürpriz! Eğer parçacığın vaziyetini kontrol etmek için tekrar baktığınızda, parçacık yok olmuş olacaktır. Onun, tepenin diğer tarafına "gizlice" geçtiğini ve orada mutlu bir şekilde durduğunu görürsünüz.
Ama bu nasıl olabilir? İşte tünellenebilir parçacıklar, normalde aşacak enerjiye sahip olmadıkları enerji bariyerlerinden kolayca geçebilirler. Sizin parçacığınız da, normalde aşamayacağı tepeyi, tünelleme yoluyla aşmış ve öteki tarafa geçmiştir.
Bu durum, "fizik kanunları" olarak düşündüğünüz her şeye aykırı mı geliyor? Bunu 1927'de ilk keşfeden bilim insanlarının da düşündüğü şey buydu! Ancak bugün, kuantum dünyasında tünellemenin oldukça yaygın bir olgu olduğunu biliyoruz. Öyle ki; bilgisayarlarımızı ve telefonlarımızı mümkün kılan yarı iletkenler, transistörler ve diyotlar gibi teknolojiler, bu olgu olmasaydı çalışamazdı.
Yaygınlığını biliyor olsak bile tünelleme kavramı, aradan geçen bir asırdan sonra hala bize bazı sürprizler yaşatmaya devam ediyor. Sadece 2016 yılında araştırmacılar, simetrik kümeler içindeki kristal kanal tünellerinde hapsolmuş suyun olduğunu keşfettiler. Bu o kadar tuhaf bir gözlemdi ki araştırmacılar, "suyun yeni durumunu" keşfettiklerini ilan ettiler.
Tünellemenin Gerçek Olduğunu Nasıl Anlarız?
Şöyle diyelim: Tünelleme, Güneş'in parlayabilmesinin asıl nedenidir.
Çoğu yıldız; protonları füzyon denen bir süreç ile helyum çekirdeklerine kaynaştırır ve bu süreçte muazzam miktarda enerji açığa çıkarır. Sorun şu: Evet, bizim Güneş'imiz sıcak sıcak olmasına; ancak Güneş, protonlarının karşılıklı elektrostatik itiminin üstesinden gelebilecek kadar sıcak değil! Ancak ufacık bir tünellenme olasılığı (1028'de 1) bazı parçacıkların bu itici bariyeri aşmasını sağlıyor.
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.Kreosus
Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.Patreon
Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.YouTube
YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.Diğer Platformlar
Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.Giriş yapmayı unutmayın!
Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
Güneş, aşırı miktarda hidrojene sahip olduğu için, bu küçücük olasılık, Dünya'daki yaşamı da mümkün kılabilecek düzeyde ışık ve ısı üreten, saniyede 1038 füzyon olayına karşılık gelir. Unutmayın: Olasılıklar, tek başına anlamsızdır. Önemli olan, o olasılığın ne sıklıkla denendiği ve tekrar edildiğidir. Bir paranın 4 kere üst üste yazı gelme ihtimali 16'da 1'dir; ancak 16.000 tane parayı aynı anda ve üst üste atarsanız, bırakın 4 tanesini, onlarcası üst üste yazı gelebilecektir. Güneş'te olan da budur.
Kuantum Tünelleme Nasıl Çalışır?
Tünelleme, aslında olan biteni anlatmak konusunda berbat bir tercihtir; çünkü bu terim, bir duvardan geçiveren bir parçacığı ima ediyormuş gibi anlaşılabilir (yani kuantum tünelleme, bilim insanlarının kötü isimlendirdiği olgulardan bir diğeridir). Aslında kuantum tünelleme sürecinde; hiçbir delik, tünel veya başka herhangi bir açıklık söz konusu değildir.
Bunun yerine, kuantum mekaniğinin temel kavramını kullanmalıyız: olasılık. Bir parçacık, en nihayetinde "salınan bir dalga" olarak tanımlanabilir ve genliği, onun belirli bir yerde bulma olasılığını temsil eder. Bir engelle karşılaşıldığında, bu dalga aniden bitmez. Bunun yerine, daha küçük bir genlikle de olsa, bariyerin içinde ve uzak tarafında bu dalga devam eder.
Tünelleme, bir engelin uzak tarafında bir parçacık bulma olasılığıdır. Bir parçacık ne kadar hafif ve bariyer ne kadar küçük ve dar olursa, bu ufak olasılık o kadar olası hale gelir.
Tünelleme, Sadece Fizikçileri ve Mühendisleri İlgilendirmez!
Sentetik kimyagerler, tünelleme olgusunu görmezden gelme eğilimindedir. Ancak bu olay, başka türlü gerçekleşemeyecek kimyasal tepkimeleri de tetikleyebilir.
Örneğin yıldızlararası bulutlar o kadar soğuktur ki (sıcaklıkları -250°C'den daha düşük olabilir), bu bulutlarda aslında hiçbir reaksiyon meydana gelmemelidi; ancak bu bulutların içerisinde su ve formaldehit bulunur! Su ve formaldehit, muhtemelen tünelleme reaktivitesiyle oluşan bileşiklerdir.
Bilim insanları doğada daha fazla tünelleme aradıkça, bu olguya daha da fazla rastlıyorlar. Örneğin yapılan bir araştırmada, aslında kuantum olaylarını gözlemek için çok büyük olan triflorometil gruplarının, bir bütün halinde enerji bariyerlerinden geçebildiği keşfedildi.[1] Benzer şekilde, hidrojen atomlarının uzun mesafelerde tünellenebildiği bilinmektedir.[2] Hatta bu olay o kadar yaygındır ki, 2 hidrojen atomunun birbiri ardına tünellendiği durumlar bile keşfedilmiştir.[3]
Bazı araştırmacılar, reaksiyonlar sırasında kinetik ve termodinamik parametrelerin kontrol edildiği şekilde, tünellemeyi de kontrol etmeyi umuyorlar. Eğer bunu başarabilirlerse bu tür bir kontrol, kimyagerler kullanabileceği bir dizi yeni reaktifliği ve seçiciliği mümkün kılabilir.[4]
Ayrıca tünellemenin pratik faydaları da gözden kaçırılmamalı: Eğer tünelleme olmasaydı, kimyagerlerin atomları tek tek görmesine olanak tanıyan taramalı tünelleme mikroskobu gibi araçlar da var olamazdı.[5]
İnsanları Tünelleyebilir miyiz?
Teknik olarak evet, yapabilirsiniz. Ancak tünelleme olasılıkları, bir nesnenin kütlesine bağlı olarak ciddi anlamda değişiklik göstermektedir: Kütle ne kadar büyükse, tünelleme ihtimali de o kadar azalmaktadır. Örneğin bir elektron 9x10-31 kilogram ağırlığındadır; bir insan ise 70 kilogram civarındadır. Oxford Üniversitesi'nden fizik mezunu Jack Fraser, şöyle anlatıyor:
Evrenin başlangıcından bu yana, yani 13,8 milyar yıl öncesinden bugüne dek, 1 trilyon insan, her 1 saniyede 1 trilyon kez duvarların içine doğru yürüseydi, bunlardan sadece 1 tanesinin bile duvarın ötesine tünellenme ihtimali pratik olarak sıfır olurdu.
Ancak bir insan, bir bütün olarak tünellenemeyecek olsa da, aslında vücudumuzun içinde çok sayıda tünel oluşuyor olabilir. Bazı araştırmacılar, özellikle de karbon-hidrojen bağlarını aktive eden enzimlerin, hidrojen atomunun tünellemesini hızlandırabildiğini düşünüyorlar.[6] Örneğin, bu enzimlerden biri alkol dehidrojenaz enzimidir. Bu enzim, etanolü; bir gece gereğinden fazla içki içtiğinizde, ertesi gün baş ağrısı, baş dönmesi ve mide bulantısı yaşamanıza neden olan bileşiğe, yani asetaldehide dönüştürür.
İşte tam da bu nedenle, bir dahaki sefere akşamdan kalma birine yardımcı olurken, onu bu berbat duruma sokan şeyin kuantum tünelleme etkisi olduğunu düşünebilirsiniz.
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.
İlginizi Çekebilecek Sorular
- Çok yakınım olmayan kişilerin yanında heyecanlanıyorum ve geriliyorum bu durumu nasıl aşarım?
- Covıd-19 aşıları anormal kan pıhtılaşmasına (tromboz) neden olur mu?
- Turkovac aşısı güvenilir mi?
- 9
- 6
- 4
- 4
- 3
- 3
- 2
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- K. Krämer. Huge Molecular Fragment Quantum Tunnels In Everyday Lab Reaction. (31 Ekim 2017). Alındığı Tarih: 21 Mart 2021. Alındığı Yer: Chemistry World | Arşiv Bağlantısı
- R. Zadik. Study Confirms Long-Distance Quantum Tunnelling In Thiourea. (30 Mayıs 2018). Alındığı Tarih: 21 Mart 2021. Alındığı Yer: Chemistry World | Arşiv Bağlantısı
- K. Krämer. Hydrogens Caught Tunnelling In Tandem. (13 Eylül 2017). Alındığı Tarih: 21 Mart 2021. Alındığı Yer: Chemistry World | Arşiv Bağlantısı
- K. Krämer. Call For Chemists To Stop Ignoring Quantum Tunnelling. (16 Ocak 2018). Alındığı Tarih: 21 Mart 2021. Alındığı Yer: Chemistry World | Arşiv Bağlantısı
- M. Gunther. Tuning In To Afm. (23 Mart 2017). Alındığı Tarih: 21 Mart 2021. Alındığı Yer: Chemistry World | Arşiv Bağlantısı
- Chemistry World. Deciphering Hydrogen Tunnelling In Enzymes. (14 Nisan 2006). Alındığı Tarih: 21 Mart 2021. Alındığı Yer: Chemistry World | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 31/07/2021 07:44:55 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/10288
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.
- Bilim Ağacı> Doğal Bilimler> Kimya> Fiziksel Kimya> Kuantum Kimya
- Bilim Ağacı> Doğal Bilimler> Fizik> Kuantum Fiziği
- Güneş Enerji Bilim Kuantum Parçacık Kontrol Dalga
This work is an exact translation of the article originally published in Chemistry World. Evrim Ağacı is a popular science organization which seeks to increase scientific awareness and knowledge in Turkey, and this translation is a part of those efforts. If you are the author/owner of this article and if you choose it to be taken down, please contact us and we will immediately remove your content. Thank you for your cooperation and understanding.