Işığın Kırılması

Bir ışık ışını saydam bir ortamda ilerlerken başka bir saydam ortamın sınırına çarpınca, ışının bir kısmı yansır, bir kısmıda ikinci ortama girer. İkinci ortama giren ışın sınırda bükülür ve kırılmış olduğu söylenir. Gelen ışın, yansıyan ışın ve kırılan ışının tümü aynı düzlemdedir. , kırılma açısı, her iki ortamın özelliklerine ve sin X bağıntısı ile geliş açısına bağlıdır. Burada V1 ışığın birinci ortamdaki, V2 ise ikinci ortamdaki hızlarıdır. Bu bağıntı Snell yasası olarak bilinir.

Geliş ,yansıma ve kırılma açılarının tümü yüzeyin kendisinden ziyade yüzeyin normalinden itibaren ölçülürler. Ölçümün, bu şekilde yapılmasının nedeni , üç boyutlu bir cismin yüzeyi ile bir ışık ışınının yaptığı açının tek olmamasıdır. Kırıcı yüzeye doğru geçen bir ışık ışının izlediği yolun tersinir olduğu bulunmuştur. Örneğin şekil 1′deki ışın, A noktasından B noktasına ilerlemektedir. Şayet ışın B noktasından çıksaydı, A noktasına ulaşmak için aynı yolu izleyecekti. Fakat son durumda yansıyan ışın cam ortamında olacaktı.

Işık hızının yüksek olduğu bir maddesel ortamdan, daha düşük hızda olduğu bir ortama geçtiğinde X kırılma acısı geliş açısından daha küçük olur. Işık, yavaş ilerlediği bir maddesel ortamdan daha hızlı ilerlediği bir maddesel ortama geçerse normalden uzaklaşacak şekilde kırılır.

Kırılma Kanunu

Işık bir ortamdan diğerine geçerken, hızı her iki ortamda farklı olduğu için kırılır. Herhangi bir maddesel ortamdaki ışığın hızı boşluktakinden daha azdır. Gerçekte, boşlukta ışık maksimum hızda ilerler. Bir ortamın ” n” kırılma indisini

Bu tanımdan anlıyoruz ki kırılma indisi ( 1)’ den büyük ve boyutsuz bir sayıdır; çünkü V daima c ‘den küçüktür.

Işık bir ortamdan diğerine ilerlerken frekansı değişmez. Bunun niçin böyle olduğunu şekil-2′de inceleyelim. Dalga cepheleri birinci ortamdaki A noktasında bulunan gözlemciyi belirli bir frekans ile geçip 1. ve 2 ortamlar arasındaki sınıra gelmektedirler. İkinci ortamdaki B noktasında bulunan gözlemciyi geçen dalga cephelerinin frekansı, birinci ortamdaki A noktasına ulaşan dalga cephelerinin frekansına eşit olmalıdır. Şayet bu olmasaydı, ya dalga cepheleri sınırda bulunacaklar ve ya sınırda olacaklardır. Bunun böyle olması için ışık ışını bir ortamdan, diğerine geçerken frekans sabit olmalıdır. Bundan dolayı V=f* bağıntısının her iki ortamda geçerli olması ve f1=f2=f olması nedeniyle V1=f ve V2=f olduğunu görürüz . Kırılma indisi ve dalga boyu arasındakı ilişki, bu iki denklemi birbirine oranlayalarak Buradan elde edilir.

Şayet birinci ortam boşluk veya hava ise n1=1′dir. Böylece herhangi bir ortamın kırılma indisi oranı ile ifade edilebilir. Burada, ışığın boşluktaki dalga boyu ve ise kırılma indisi n olan ortamdaki dalga boyudur. Değişik bir biçimde Snell yasasını (denklem 1) ifade edebilecek durumdayız. Eşitlik 3 ü eşitlik 1 e yerleştirirsek n1= elde ederiz. Bu, Snell yasasının en yaygın olarak kullanılan pratik biçimidir.

Renk Modelleri

Renk modelleri toplamsal ve çıkarımsal renk sistemleri olarak iki ayrı prensibe dayanır. Toplamsal ile kastedilen değişik ışık frekanslarının birleşerek gözümüze ulaşmasıdır. Doğada ışığı sadece nesnelerden yansıdığı şekliyle gördüğümüzden pratik olarak gözlenmesi güçtür, ancak değişik renkteki ışık kaynaklarını bir duvar üzerine yansıtarak veya bilgisayar monitörlerinde olduğu gibi aynı noktadan değişik frekansta ayrı ışıklar yayarak gözlemlenebilir. Çıkarımsal sistemler ise ışık frekanslarının aynı anda toplanarak değil, birbirlerini engellemesi, filtre ettiği olaylarda gözlemlenir. Boya veya mürekkepleri karıştırmak için kullanılır.

• RGB (Toplamsal – ışık karışımı)

RGB modelinde harfler R:’Red’ (Kırmızı), G:’Green’ (Yeşil), B:’Blue’ (Mavi) anlamına gelir. Bu modelin temeli insanın göz retinasında bu renklere rastgelen ışık dalgaboyu sensörleridir. Bunların arasında kalan dalgaboylarında da bu üç sensörün herbiri değişik seviyelerde tepki verir ve bu tepki beyinde renk algısını yaratır. Örneğin gökkuşağının sarı olarak adlandırdığımız dalgaboyunda bir ışık gözümüze düştüğünde ağırlıklı olarak ‘kırmızı’ ve ‘yeşil’ sensörler uyarılır. Beynimizde bu kombinasyon ’sarı’ya dönüşür. Kırmızı ışık geldiğinde ise sadece ‘kırmızı’ sensörler uyarılır. Hem kırmızı hem yeşil hem de mavi ışığın aynı anda gelmesi ile tüm dalgaboylarının aynı anda gelmesi aynı etkiyi yaratır: beyaz ışık. Bu sebepten, bu üç renkte ışık kaynaklarımız varsa ve şiddetlerini de sönük ve parlak olarak ayarlayabiliyorsak, tüm renkleri elde etmemiz mümkündür.

• Geleneksel (Çıkarımsal – boya karışımı)

Geleneksel olarak üç temel renkten söz edilir: Kırmızı, sarı ve mavi. Bunlar ressamların boyaları karıştırarak diğer renkleri elde etmekte kullandıkları boyaların renkleridir. Aslında bu, daha kesin bir yöntem olan ve bugün renkli baskıda yaygın olarak kullanılan CMY modelinin bir yaklaştırmasıdır.

• CMY/CMYK (Çıkarımsal – boya karışımı)

CMY modelinde harfler C:’Cyan’ (Camgöbeği, siyan), M:’Magenta’ (Eflatun, macenta), Y:’Yellow’ (Sarı) anlamına gelir ve bunların üçü boya veya mürekkep olarak karıştırıldığında siyah oluşur. CMY (veya temelde renkli mürekkeplerin daha pahalı olması ve üç renk karışımının pratikte tam siyahtan biraz daha soluk bir renk oluşturması nedenleriyle kullanılan siyah mürekkepli versiyonuyla CMYK) baskı tekniğinde beyaz elde etmek için boş kağıdın rengi kullanılır. Geleneksel boyalarda kullanılan kırmızı, magenta için; mavi de cyan için bir yaklaştırmadır.

• CMY ile RGB’nin bağlantısı

Boyaları karıştırarak elde edilen renkler bir filtreleme işlemi olarak da görülebilir. Örneğin, sarı boya dediğimiz şey aslında tüm dalga boylarıyla yani beyaz ışıkla aydınlanan bir ortamda mavi ışığın filtrelenmesi, dolayısıyla kırmızı ve yeşil ışığın gözümüze aynı anda ulaşmasıdır. Kırmızıyı da filtre edip sadece yeşil ışığın gözümüze ulaşmasını istersek sarı boyayı cyan ile karıştırır, hem mavi hem kırmızı ışığı filtre eder, dolayısıyla yeşil renkte bir boya algılarız. RGB ve CMY arasındaki bağlantı şu şekilde özetlenebilir:

• R (kırmızı ışık) + G (yeşil ışık) Y (sarı)

• R (kırmızı ışık) + B (mavi ışık) M (macenta)

• G (yeşil ışık) + B (mavi ışık) C (camgöbeği)

• C (camgöbeği boya) + M (macenta boya) R+G+B (Beyaz Işık) – R (cam göbeği boyanın kırmızıyı filtre etmesi) – G (macenta boyanın yeşili filtre etmesi) B (mavi)

• C (camgöbeği boya) + Y (sarı boya) R+G+B (Beyaz Işık) – R (cam göbeği boyanın kırmızıyı filtre etmesi) – B (sarı boyanın maviyi filtre etmesi) G (yeşil)

• M (macenta boya) + Y (sarı boya) R+G+B (Beyaz Işık) – G (macenta boyanın yeşili filtre etmesi) – B (sarı boyanın maviyi filtre etmesi) R (kırmızı)

Renklerin Algıya Etkisi

İki ana rengin karışımıyla ortaya çıkan ara renk, karışıma katılmayan ana rengin tamamlayıcı olur. Kırmızı için yeşil, mavi için turuncu, sarı içinse mor tamamlayıcı renk işlevi yapar. Aynı zamanda birbirlerine karşıt olan bu renkler birlikte kullanıldıklarında da denge oluştururlar..^[1]

Sarı: En parlak renk. Dikkat çekmek için çığlık atar; bu yüzden uyarı ışıklarında sarı tercih edilir. Sonbaharın da baskın renkleri sarı ve sarı-turuncu, duygularımızı yakalayan, güçlü bir çekiciliğe sahip. Neşeyi anlatır.^[2]

Kırmızı: En uzun dalga boyuna sahip olan kırmızı, özellikle de koyu bir arka fonla birlikte kullanıldığında öyle şiddetlidir ki, bir görüntüde yer alan küçücük kırmızı bir leke bile görüntünün her yerini etkiler.^[3]

Mavi: Dünyanın hakim rengi olan mavi çekingen bir renk; dinlendiriciliği ve edilgenliği anlatır. Koyu tonlarda ya da yoğun olarak kullanıldığında moral bozan, kasvet veren, açık tonlarda ya da beyazla karışık kullanıldığında, yatıştırıcı ve güven veren bir etki yaratır.^[4]

Yeşil: Sessizliği anlatır.^[5]

Mor: En kısa dalga boyuna sahip olan mor, geleneksel olarak asaletle ilişkilendirilir. Yakınlık ve güzelliğe de işaret eder.

Lazerin temeli atom veya molekül enerji düzeyleri arasındaki elektron geçişlerine dayanır. Bir atomun iki enerji düzeyi E₂ ve E₃ olsun ve E₃ > E₂ farzedelim. Minimum enerji ilkesine göre atom veya moleküller düşük enerji seviyesinde olmak istediklerinden E₃ seviyesindeki atom kendiliğinden E₂ seviyesine inecektir. Ama bu sırada enerjisi E₃ ? E₂ = h? olan bir foton salar. Burada ? fotonun frekansıdır. Eğer atom bu salınımı kendiliğinden yaparsa salınan fotonun yönü tamamen rasgeledir. Ancak eğer E₃ düzeyinde ki atom E₃ ? E₂ enerjisindeki başka bir fotonla etkileşerek E₂ düzeyine inerse bu şekilde salınan atomun yönü ve fazı geçişe etki eden fotonla aynı olacaktır. Bu ikinci geçiş biçimine uyarılmış salınım (stimulated emmision) denir ve lazerin çalışmasının ana ilkesidir. Şimdi çok sayıda atomdan oluşan bir sistem ele alalım. Başlangıçta atomlar en alt enerji düzeyinde bulunduklarından bir şekilde atomların E₃ düzeyine çıkarılması gerekir. Bu pompalama(population inversion) olarak adlandırılır. Ayrıca E₃ ve E₂ arasındaki geçişten lazer ışığı elde edebilmek için atomların E₃ düzeyinde kalma süreleri E₂ düzeyinde kalma sürelerinden uzun olmalıdır. Ancak bu şekilde E₃ düzeyinde bulunan atomların sayısı daima artacaktır..

Kaynak: Tübitak Bilim Teknik Dergisi Tem. 1984 sf.2 // Sn. Satılmış ATAĞ tarafından yazılan “Laser Nedir” makalesi.

Lazerler, günlük yaşamda sıklıkla kullanılmaktadırlar. Örneğin, süper marketlerde ürün fiyatlarını, CD’lerden müziği, DVD’lerden de filmleri okumakta lazerlerden faydalanılmaktadır. Lazer Işını Nasıl Oluşur?

Bir atom, alabileceği enerjiyle tamamen dolunca bünyesine daha fazla enerji alamaz. Böyle bir atom kendi enerjisine eşit enerjide bir ışık dalgasıyla çarpışınca, zorunlu olarak enerjisini ışık dalgası olarak verir ve çarpıştığı dalga ile aynı frekans ve seviyede iki ışık dalgası yayar.

Çarpışmaların sayısını yükseltebilmek için, yani daha çok ışık kazanabilmek için, lazerin karşılıklı iki kenarına paralel iki ayna yerleştirilir. Bu aynalardan birine rastlantısal olarak dik bir açıyla çarpan ışık dalgası, karşıdaki aynaya yansıtılır ve ardından ışık sürekli iki ayna arasında gidip gelir, dışarıya çıkamaz.

Işık parçacıkları, lazerin yapımında kullanılan malzemenin içinden geçerken, yolunun üzerinde enerji dolu diğer atomlarla karşılaşırlar ve onları da, depolamış oldukları enerjiyi ışık olarak açığa çıkarmaları için zorlarlar.

Böylece “parlayan” (ışıldayan) atomların sayısı ve bununla birlikte ışığn miktarı sürekli artar. Lazere ismini de işte bu süreç verir. Çünkü “lazer”, İngilizce “light amplication by stimulated emission of radiation” tanımlamasının, yani “uyarılmış salma ile ışığn güçlendirilmesi” tanımlamasının kısaltılmış halidir.

İki ayna arasında tutsak olduğu sürece giderek yoğunlaşan ışınla bir şey yapmaksa mümkün değildir. O nedenle, bu iki yansıtıcıdan biri yarı geçirgen özelliğe sahiptir. Işığın bir bölümü onun aracılığıyla dışarıya çıkar, işte buna lazer ışığ denir.

Lazer Işınının Normal Işıktan Farkı Nedir?

Lazer ışınını oluşturan dalgalar tamamen birbirlerine paralel ilerlerler. Yani bir el feneri ve bir “laserpointer” (lazer feneri) ile bir duvar aydınlatılıp sonra yavaş yavaş arkaya doğru gidildiğinde, lazer ışınının normal ışıktan farkı kolayca seçilebilir. El fenerinin duvarda bıraktığı ışk lekesi, duvardan uzaklaştıkça büyür, lazerin aydınlattığı nokta ise hep aynı büyüklükte kalır. Lazer ışığ dağılmadığı için çok hassas işlemlerde rahatlıkla kullanılabilir. Cerrahlar, lazerle beyin ameliyatlarında küçücük hücreleri dokulardan ayırabilirler. Allah’ın normal ışıktan farklı olarak dağılmayan bir ışın olan lazeri yaratmış olması şüphesiz çok büyük bir nimettir.

Lazer Işınının Özellikleri:

Lazer ışınının en büyük özelliği dağılmaz olması ve yön verilebilmesidir. Bu özelliğinden faydalanılarak mesafe ölçme ve fiber optik teknolojisi geliştirilmiştir.

Dalga boyunun küçük olması dağılmayı büyük ölçüde azaltır. Uyarılan atomlar her yön yerine belli yönlerde hareket ederler. Bu, lazerin çok parlak olmasını sağlar.

Lazer ışınının tek bir ışın olarak dağılmadan yol alabilmesiyle haberleşmede iyi bir sinyal jeneratörü elde edilmiş olur ve aynı anda birçok bilgi bir yerden başka bir yere gönderilebilir.

Lazer ışını dağılmaz olduğundan kısa darbeler halinde yayınlanabilmesi mümkündür. Kayıpsız yüksek enerji nakli yapılması bu özelliği ile sağlanabilir.

Lazer ışını tek dalga boyuna sahip olduğu için lazer cinsine göre çeşitli renkte ışınlar elde etmek mümkündür.

Lazerin Kullanım Alanları

Elektronik Malzemeler ve İletişim

Optik fiberler aracılığıyla transmiter (nakledici cihaz) olarak kullanılır.

Kompakt disklere ve DVD’lere bilgi yüklemenin yanı sıra müzik konserlerinde de lazerden faydalanılır.

Bilim

Işık tayflarının araştırılmasında,

Atmosferik uzaklıkları ölçmede,

Optik (görmeyle ilgili) olayların araştırılmasında,

Jeoloji, sismoloji alanlarında kullanılmaktadır.

Tıp

Kansız ameliyat gerçekleştirmede,

Yırtılmış göz retinasının acısız ve süratle dikilmesinde,

Vücudun çeşitli bölgelerindeki tümörlerin bıçakla açılmadan yerinde kesilerek tedavisinde,

Damardaki dokuların, lazer ışını ile kanama olmadan kaynamasının sağlanmasında,

Dermatolojik prosedürlerde, dövmelerin ya da doğum izlerinin deriden silinmesinde, saç ekiminde, diş beyazlatmada,

Çürük diş çukurlarını dolgu yapılmak üzere acısız delme işleminde,

Hücre yenilemede,

Kan dolaşımı ve aktivasyonunun artırılmasında,

Vücudun mikrop yok etme (fagositoz) yeteneğinin artırılmasında,

Vücut savunmasında etkili olan hücrelerin sentezinin artırılmasında,

Kaslarımız üzerinde oluşan spazmlarda çözücü etki sağlanmasında,

Kan yapımının çoğaltılmasında,

Vücudumuzdaki çeşitli kırık tedavilerinde,

Sinirlerin yenilenmesi ve sinir iletişimini artırmada,

Virüslerin yok edilmesinde,

Akupunktur uygulamalarında kullanılır.

Endüstri

Metal ya da diğer maddeleri kesmede,

Uçaklara iniş ve kalkışlarında yol göstermede kullanılır.

Lazer yazıcılar ise yüksek çözünürlükte dokümanların baskısını almada kullanılan cihazlardır.

Yol güvenliği

Lazer sinyallerinden radar olarak yol güvenliğini sağlamada faydalanılır.

Askeriye

Askeriyede lazerden silahlara hedef göstermede faydalanılır.

Lazer silahları yapımı ise üzerinde halen çalışılmakta olan bir konudur.

Lazer Hakkında Kısa Kısa…

Lazer ışığının gücü kilometrelerce uzağa hiç kaybolmadan gidebilir. Örneğin lazer ışığı Dünya’dan Ay’a kadar ulaştırılabilir. Dünya ile Ay arasındaki mesafenin 384.400 km olduğu düşünülürse lazer ışınının kuvveti daha iyi kavranacaktır.

Dünyanın En İnce Lazer Işını:

Bilim adamları, insanın saç telinin binde biri kalınlığında, dünyanın en ince lazer ışınını laboratuvar ortamında geliştirdi. California Üniversitesi bilim adamlarının Science dergisinde yayımlanan araştırmasına göre, dünyanın en ince lazer ışını, epitaxy olarak adlandırılan standart bir teknik kullanılarak, saf çinko kristallerinden elde edildi. Mini lazerlerin, kimyasalları tanımlayan aletlerle bilgisayar disklerindeki bilgi yükünü artırmada kullanılabileceği belirtildi.

Lazer Kalp Ağrısını Geçiriyor

Amerikalı doktorlar, kalbe lazerle kılcal delikler açarak by-pass görevi görmelerini sağlıyor. Böylece yeni damarlar oluşuyor ve hasta iyileşiyor. Lazer ışını, hastanın bacağındaki bir atardamara kan dolaşımı yönünde karnın sol kısmına doğru çıkarak uygulanıyor. Kalbe gelindiğinde, uygulanan lazer ışını, kaslara doğru on veya daha fazla kılcal delikler açıyor. Kalpte by-pass ameliyatı etkisi yaratan bu kılcal delikler, yeni damarlar oluşmasını sağlayarak yanma ve ağrılar ortadan kaldırılıyor. Murat Erdem TURAN tarafından düzenlenmistir.

Kırınım (difraksiyon), dalganın yatay veya ileri doğru yayılımı engelenmesi veya sınırlanması olduğu için, fizikte enterferansın bir cinsi olarak sayılır. Örneğin iki oparlörden çıkan ses dalgaları aynı frekansta iseler ve ses dalgaları arasında sabit bir faz farkı varsa enterferans olur ama kırınım olmaz.

Kırılmada görülen yön değiştirme kırınımdakinden farklıdır; dalga, yayılma hızının farklı olduğu bir ortama açılı olarak girerse kırılma olur.

Kırınım olması için engelin boyutunun dalganın dalgaboyuna yakın veya ondan küçük olması gerekir. Ayrıca kırınım olması için dalgaların eş fazlı ve aynı yönlü olması gerekir. Birden fazla kırınım noktası olması halinde bu noktalardan yayılan dalgaların birbirini yoketmesi veya pekiştirmesinden bir kırınım dokusu oluşur. İki dalga tepesinin üstüste geldiği yerde dalga salınımı iki katı olur, bir dalga tepesi ile bir dalga çukurunun üstüste geldiği yerde ise iki dalga yok olur. Işığın dalga özelliği Thomas Young’ın bir çift yarıktan ışık geçirerek bir kırınım dokusu oluştuğunu göstermesi ile ıspatlanmıştır.

Maddenin dalga özelliğinden dolayı ışığın yanısıra çeşitli atom altı parçacıklar da kırınabilir.

Kırınım kristalleştirilmiş moleküllerin atom düzeyindeki ayrıntılarını çözümlemek için kullanılanabilir. Elektron kırınımı, nötron kırınımı veya X-ışını kırınımı teknikleriyle protein, DNA gibi karmaşık moleküllerin üç boyutlu şekilleri anlaşılabilir.

Işığın kırınımı

Bir ışık demeti, daracık bir yarıktan, keskin bir kenardan geçip ya da ufak bir bir cismi dolanıp bir yüzeye düştüğünde gerçekleşen olay. Bu durumda ışık demetinin kenarında keskin gölgeler değil, birbiri ardına sıralanmış aydınlık – karanlık çizgiler görülür. Kırınma özellikle (Teleskop, Kamera ve fotoğraf makinelerinde) diyaframın kısık olduğu durumlarda belirginleşerek önem kazanır.

Işığın, ve tüm diğer elektromanyetik dalgaların temel olarak üç özelliği vardır:

• Frekans: Dalgaboyu ile ters orantılıdır, insan gözü bu özelliği renk olarak algılar.

• Şiddet: Genlik olarak da geçer, insan gözü tarafından parlaklık olarak algılanır.

• Polarite: Titreşim açısıdır, normal şartlarda insan gözü tarafından algılanmaz.

Dalga-parçacık ikiliğine (düalitesine) göre ışık ölçüm yöntemine göre hem dalga hem parçacık özellikleri gösterebilir. Işığın doğası halen modern fiziğin araştırma konularındandır.

Bir cisim, belli bir derece ısıtıldığında, ya da gazlar bir enerji yardımı ile uyarıldığında, ısıtılmaya bağlı olarak, çeşitli uzunluklarda ışın saçar. Güneş de bu tür enerji kaynaklarından biridir ve dalgalar halinde ışın yayar.

Algılama

İnsan tarafından renklerin algılanması, ışığa, ışığın cisimler tarafından yansıtılışına ve nesnenin göz yardımıyla beyne iletilmesi sayesinde gerçekleşir.

Göz tarafından algılanan ışık, retinada sinirsel sinyallere dönüştürülüp, buradan optik sinir olan Nervus opticus aracılığıyla beyine iletilir. Göz, üç temel birleştirici renk olan; kırmızı, yeşil ve maviye tepki verir ve beyin, diğer renkleri bu üç rengin farklı kombinasyonları olarak algılar. Renklerin algılanışı dış koşullara bağlı olarak değişir. Aynı renk güneş ışığında ve mum ışığında farklı algılanacaktır. Fakat, insanın görme duyusu ışığın kaynağına uyum sağlayarak, bizim her iki koşuldakinin de aynı renk olduğunu algılamamızı sağlar.

Tat alma, duyma, dokunma ve diğer duyularımızda da olduğu gibi, renklerin algılanışı da kişiden kişiye değişir. Bir rengi sıcak, soğuk, ağır, hafif, yumuşak, kuvvetli, heyecan verici, rahatlatıcı, parlak veya sakin olarak algılayabiliriz. Ancak bu tanımlama, kişinin, kültür, dil, cinsiyet, yaş, ortam veya deneyimlerinden kaynaklanır. Kısacası diyebiliriz ki herhangi bir renk, iki ayrı insanda asla aynı duyguları uyandırmayacaktır. İnsanların gamma ışınına duyarlılıklarıyla da birbirlerinden ayırmak mümkündür.

Bir nesnenin şekli de bu farklılıklardan birini oluşturmaktadır. Büyük bir ihtimalle, katalogtan seçtiği bir ürünün rengi, asıl rengi ile katalogdaki rengi arasında hiçbir ilgisi olmadığını farkeden kişi sayısı hiç de az değildir.

Klasik olarak madde ve parçaçık modelleri tahayyül edilebilen iki farklı varoluş tarzıdır. Işığın ve maddenin küçük taneciklerden mi oluştuğu, yoksa uzaya yayılmış bir dalga olarak mı görülmeleri gerektiği sorularının kökeni çok eskiye dayanır. 19. yüzyılın sonunda, kuantum kuramının gelişmesinden hemen önce J. C. Maxwell’in electromanyetik 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. Böylece ne ışık için, ne de madde için belli tek bir modelin geçerli olamayacağı görüldü. Her ne kadar insan tahayyülünün dışında da olsa, madde ve ışığın hem parçacık hem de dalga özelliklerinin bulunduğu sonucuna varıldı. Dalga parçacık ikiliği, madde ve ışığın bu ikili doğasına verilen isimdir.

Gerçekte dalga ve tanecik modelleri birbirlerini dışlayan varlık biçimleri olduğundan, bir nesnenin bir anda hem dalga hem de parçacık olarak görünmesi mümkün değildir. Dalga parçacık ikiliğinden kasıt madde veya ışığın belli koşullarda dalga, belli koşullarda ise parçacık özellikleri göstermesidir. Dalga olarak mı yoksa parçacık olarak mı görüneceği ise bizim onu nasıl gözlediğimize bağlıdır. Madde parçacıkları, eğer konumunu ortaya çıkaran bir gözlem de bulunursak parçacık gibi, momentumunu (hızını) ortaya çıkaran bir gözlem de bulunursak dalga gibi görünmektedirler.

Maddenin bu ikili karakteri yalnızca atom seviyesindeki gözlemlerde (mikroevren de) ortaya çıkmaktadır.

2. Fizik optik:Işığın dalga yapısında olduğunu temel kabul ederek; girişim, kırınım ve kutuplanma olaylarını inceleyen optik kısmıdır. Newton?la aynı çağda yaşayan Huygens, Newton?un yanıldığını ve ışığın dalga şeklinde düşünülmesi gerektiğini ortaya attı. Dalga modeli, geometrik optikle açıklanamayan girişim, kırınım, polarma (kutuplanma) olaylarını açıklayabiliyordu.

Girişim: Young deneyi: Paralel demet haline getirilmiş akkor lamba ışığı önce dar bir yarıktan geçirilir, yarıktan geçirilen ışık tekrar birbirlerinden yaklaşık 1 mm mesafede bulunan iki dar yarıktan geçirilirse, yarıktan çıkan dalgalar aynı fazlı dalgalar haline gelir. Yani iki yarık, aynı fazlı iki kaynak haline gelmiş olur. Bu iki kaynağa takriben 1 m uzaktaki perdede karanlık ve aydınlık şeritler görülür. Bu şeritlere, girişim saçakları denir. Bu olay, Newton?un ışık hakkındaki düşüncesiyle açıklanamaz. Çünkü siyah şerit noktalarında, iki kaynağın ışıklarına ait yol farkı, dalga boyunun tek katları şeklindedir ve yokedici girişimle siyah görünürler.

Aydınlık şerit noktalarında ise iki kaynaktan çıkan dalgaların girişimi, aralarındaki yol farkı dalga boyunun tam katları olduğundan birbirini kuvvetlendirici girişim olmuştur.

İnce zarların, mesela sabun köpüğünün rengarenk görünmesi de, alt ve üst yüzeyden yansımış dalgaların girişimleriyle meydana gelir. Yol farklarının geometrik yeri kürevî bir yüzey olursa meydana gelen girişim deseni, aynı merkezli içiçe halkalar şeklindedir, bunlara ?Newton halkaları? denir.

İnterferometre: Girişim özelliğinden faydalanılarak kullanılan cihazdır. Araştırma sahalarında çok kullanılır. En yaygın kullanma sahası çok küçük mesafelerin ölçülmesidir. Kırılma indislerinin ölçümünde, saydam cisimlerin yüzlerinin düzgünlüğünün kontrolünde kullanılır.

İnterferometrelerin çalışma prensipleri şöyledir; Monokromatik (tek renkli) bir ışık kaynağından çıkan ışınlar, paralel demet haline getirilerek kısmî geçirgen bir levha üzerine düşürülürler. Bu levha, ışığı iki demete ayırır. Birinci demeti geçirerek bir paralel kaydırıcı lama gönderir. Kaydırıcıdan çıkan ışınlar, bir aynadan yansıtılarak tekrar kaydırıcıya düşürülür. Bu ışınlar kaydırıcıdan geçip tekrar kısmî yansıtıcı üzerine dönerler. Kısmî yansıtıcı bu sefer bu ışınları bir dürbüne gönderir. Kısmî geçirgen levhadan yansıtılan ikinci demet halindeki ışınlar ise, geçen ışınların yansıdıkları aynaya dik olan başka bir aynadan yansıyarak tekrar levhaya dönerler. Levhaya geçen ışınlar da dürbüne ulaşırlar. Aynaların levhaya uzaklıkları eşit alınarak, iki demet arasındaki yol farkı sıfır olacak şekilde ayarlanır. İkinci demetin yansıdığı ayna, levhaya dalga boyunun yarısı kadar yaklaştırılırsa yol farkı yine dalga boyu kadar olur ve yine yapıcı girişim yani dürbünde ışık gözlenir. Ayna, levhaya dalga boyunun dörtte biri kadar yaklaştırılırsa yol farkı dalga boyunun yarısına eşit olduğundan yok edici girişim olur ve dürbün içi karanlık olur. Ayna sürekli yaklaştırılırsa karanlık ve aydınlık görünüm birbirini takip eder. Kararma sayısı, aynanın yaklaşma miktarını, dalga boyuna bağlı olarak verir. Bu durumda ayna, mikrometre olarak kullanılır. İnterferometrelerde laser ışınları kullanılarak ölçümler daha da hassaslaştırılmıştır.
Kırınım:
Işığın bir engel arkasındaki gölge bölgesinde bulunmasıdır. Gölge bölgesi, tanecik modeline göre yasak bölgedir. Çok dar yarıklara (yarık genişliği ışığın dalga boyu mertebesinde) gelen ışık, yarıktan geçtikten sonra, sanki yarık noktası ışık kaynağı imiş gibi yayılır. (Bu olaya tek yarıkta girişim olayı da denir.) Bir kaynaktan çıkıp paralel hale getirilen ışığın çok dar bir yarıktan geçmesi ile yarığın gerisindeki perde (ekran) üzerinde aynı merkezli aydınlık ve karanlık halkalar meydana gelir. Bu halkalara kırınım saçakları denir.

Saydam bir levha üzerindeki çizgi veya yarık sayısı 1 cm?de birkaç yüz adet olursa ?kırınım ağı? elde edilir. Kırınım ağı, ışığın dalga boyunu ölçmede kullanılır. Birbirine çok yakın iki nokta mikroskopta incelenirken her nokta, kırınım halkaları birbirine karışmış halde görünür. Böyle yakın noktalar birbirinden ayırd edilemez. Mikroskopların ayırma gücü, ihtiva ettikleri merceğe bağlıdır. Fakat ayırma gücünün sınırı vardır. Bu sınır mesafesi, ışığın dalgaboyunun yarısı kadardır. (Bkz. Mikroskop)
Kutuplanma (Polarma):
Işık dalgaları enine dalgalardır. Yayılma doğrultusuna ve birbirine dik olan elektrik ve manyetik alanlar titreşim yaparlar. Bu titreşim sinüzoidal bir titreşimdir (Bkz. Elektromanyetik Dalga). Işığın titreşiminden, daha ziyade elektrik alanının titreşimi anlaşılır. Çünkü elektrik alanı daha baskındır.

Işık dalgaları ince bir turmalin kristali levhasından geçirilirse, sadece bir düzlemde titreşim kalır, diğer düzlemlerdeki titreşimler soğurulur. Böylece ışık kutuplanmış olur. Bu kristal levhaya çapraz durumda ikinci bir kristal levha, kutuplanmış ışığın önüne konursa, ışık titreşimi tamamen kaybolur, ikinci levhadan ışık geçemez.

Işığın kutuplanması yansıma ve kırılma olayında da gözlenir. Yansıyan ve kırılan ışınlar kutuplanır. Yansıyan ışın gelme düzlemine dik olarak, kırılan ışın ise paralel olarak kutuplanır. Yansıyan ve kırılan ışınların birbirine dik olma şartını sağlıyan gelme açısına ?Brewster açısı? denir. Bu açının tanjantı, kıran ortamın kırılma indisine eşittir.

?Malus kanununa? göre, kutuplanmış ışığın şiddetinde azalma görülür.

Kristallerin çoğu ?çift kırıcı? özelliği gösterirler. Çift kırıcılık, ışığı iki demet haline getirmektedir. Bunun sebebiyse ışığın bu kristaller içindeki her doğrultuda aynı hızla yayılmamasıdır. İkiye ayrılan ışığın her iki kısmı da kutuplanır. Gelme düzlemine, dik olarak kutuplanmış ışına normal ışın, paralel olarak kutuplanmış ışına ise extra normal ışın denir. İnce turmalin kristali levhaları bu ışınlardan birini soğurarak (emerek) diğerini geçirir. Böylece kutuplanmış ışın elde edilmiş olur. Çift kırıcı kristallerde, iki demetin birleştiği bir doğrultu bulunur. Bu doğrultuya ?optik eksen? denir.

Çift kırıcı kristallerden kalsit (İzlanda spatı olarak da bilinir). Optik ekseninden geçen özel bir düzlemle kesilip ?Kanada balsamı? ile tekrar yapıştırılarak, içinde ince bir yapıştırıcı tabakası olan prizma elde edilir. Bu prizmaya ?Nicol prizması? denir. Nicol prizmasında Kanada balsamı, ikiye ayrılan demetten normal ışını yansıtır. Extra-normal ışını ise geçirir. Böylece, ışın gelme düzlemine paralel olarak kutuplanmış olarak çıkar.

Günümüzde tabiî kristaller yerine, çift kırıcı ve bir demeti soğurucu (emici) plastik kutuplayıcılar kullanılmaktadır.

Polaraid kutuplayıcı, Herapath isimli fizikçi tarafından 1928 yılında yapıldı, o tarihten sonra Nicol prizmaların yerine kullanıldı. Polaraid, nitroselüloz üzerine iyodokinin sülfat eriyiği sürülüp gerdirilerek elde edilir. Daha sonra iki cam arasına sıkıştırılır. Polaraid güneş gözlükleri, sadece düşey yönde kutuplanmış ışınları geçirerek gözü şiddetli ışıktan korurlar. Ayrıca, yine ışığın şiddetini azaltmak maksadı ile oto camlarında da kullanılırlar. Işığın kutuplanma özelliğinden faydalanılarak polarimetreler ve fotoesneklikle gerilim analizi çalışmaları yapılmaktadır.

Polarimetre: Maddelerin optikçe aktifliklerini ölçen cihazdır. Optikçe aktiflik, kutuplanmış, (polarılmış) ışığın, kutuplanma düzlemini değiştirmek demektir. Kuvarts, şeker eriyiği ve bazı yağlar optikçe aktiftirler (Organik maddelerin çoğu optikçe aktiftirler).

Polarimetre (polariskop da denir), biri sabit diğeri düşey bir düzlemde dönebilen iki kutuplayıcıdan meydana gelir. Kutuplayıcı olarak çoğunlukla kalsit kristalleri kullanılır. Bu iki kristalden birincisine (sabit olana) polarizör, ikincisine ise (dönebilene) analizör denir. Işık polarizörden girip kutuplanarak analizör üzerine düşer. Analizör, polarizöre paralel halde iken ışık analizörün gerisine düşebilir, çapraz halde iken ışık analizörü geçemez. Ara durumlarda (ne paralel ne de çapraz durumlarda) ise aydınlanma şiddeti düşer.

Çapraz durumdaki polarizör ve analizör arasına optikçe aktif bir madde konursa, analizörden ışık geçtiği görülür. Çünkü araya konan madde polarizörden çıkan ışığın kutuplanma düzlemini çevirmiştir. Çevirme miktarı, analizörü tekrar ışık geçmiyecek şekilde döndürerek bulunur. Böylece maddelere ait değişik çevirme açıları bulunabilir. Bu açılar optikçe aktifliğin miktarını gösterir. Çevirme açısının sağa veya sola olması durumuna göre maddeler sağ-sol optik izomeriye sahiptir, denir.

Polarimetre molekül boyutlarının tayininde, konsantrasyon miktarının (derişikliğin) tayininde ve gıda maddelerinin kontrollerinde kullanılır.

Hassas polarimetrelerde polarizör-analizör arasına, polarizör küçük bir açı yapacak şekilde üçüncü bir kristal kutuplayıcı konur. Böylece gözleme bölgesinde en karanlık durum aydınlanma ile mukayese edilerek daha kolay incelenir. Elektronik kontrollü otomatik polarimetreler halihazırda en hassas ölçmeyi yapabilen aletlerdir.

Sadece şeker için kullanılan polarimetrelere sakarimetre de denir. Titreşim düzleminin dönmesini tayf analiziyle grafik halinde veren polarimetrelere de spektropolarimetre cihazları denir.

Bazı maddelere ait optikçe aktiflik dış kuvvetlerin meydana getirdikleri gerilme ile değişmektedir. Cam selüloit, pleksi camı gibi maddeler, gerilimler sebebiyle çift kırıcı hale gelirler. Statik hesaplamalarda gerilime maruz kalacak elemanların yukarıdaki maddelerden yapılmış küçük modelleri, jips tabakaları arasında iki kutuplayıcı arasına konarak küçük kuvvetlerle gerdirilirler. Gerilen bölgeler çift kırıcı durumuna geçtiklerinden, modelin fotoğrafında gerilen bölgeler meydana çıkar, görülür. Bu tekniğe fotoesneklikle gerilim çözümleme denir.

3. Kuvantum Optiği:Max Planck?ın ışık dalgalarının enerjilerinin kuvantumlu oluşunu keşfetmesiyle ortaya çıkmıştır. Buna göre ışık, atomdan yayılan enerji paketleri (dalga katarları) şeklindedir. Her bir pakete ?foton? denir. Kuvantum optiği ile ışık madde etkileşimi, fotoelektrik olay, ?Compton? olayı incelenebilir.