Dalga fizikte ne demek?

Dalga, belli bir alanda yaşanan ve o ortamda etrafa doğru yayılan pertürbasyonlar (durgun pozisyondan sapma, dürtükleme, salınım, vs.) demek. Bir suya taş attığınızda, taştan 15 metre ötedeki su molekülleri taşın düştüğünden haberdar bile olmuyorlar. Ama taşın suyu yarması sırasında yarattığı pertürbasyon, dışa doğru yayılarak o 15 metre uzaktaki molekülleri bile titreştiriyor. İşte o yayılan şeye dalga diyoruz.

Sizin de bahsettiğiniz gibi dalgalar aslında bir göz yanılgısı gibiler: Bir Meksika Dalgası'nı hayal edin. Stadın etrafında dönen ve hareket eden bir şey varmış gibi geliyor; halbuki hareket eden tek şey, olduğu yerde yer değiştirmeksizin kollarını kaldırıp indiren insanlar. Gerçekte hiçbir şey yana doğru hareket etmiyor.

Peki neden "dalga varmış gibi" görüyoruz? Çünkü aslında hareket eden bir şey var: Bilgi. O sistemin bir parçasıysanız (yani takımınız için Meksika Dalgası yapmayı kabul ediyorsanız), o zaman sağınızdaki kişi kollarını kaldırıp indirirken siz de bu bilgi ışığında kollarınızı kaldırıp indirmeye başlıyorsunuz. Solunuzdaki de sizden aldığı bilgiyle bunu tekrar ediyor. Bu bilgi ("durgun haldeki durumdan sapma") kişiden kişiye aktarıldıkça, dalga da hareket ediyormuş gibi gözüküyor. Eğer bilgi aktarımı olmasaydı ve herkes rastgele zamanlarda kollarını indirip kaldırsaydı, o zaman dalga diye de bir şey olmazdı.

Moleküllerin yarattığı su dalgası gibi dalgalarda aktarılan şeyse kinetik enerji. Taşın suya düşmesi nedeniyle taşın hemen civarındaki su moleküllerine aktardığı kinetik enerjinin bir kısmı, o moleküllerin sallanmaya başlaması nedeniyle komşularına aktarılıyor. Komşular sallanmaya başlayınca onların komşularına enerji aktarımı oluyor. Bu böyle devam ettikçe, taşın düştüğü noktadan dışarı doğru yayılan bir dalga görüyoruz. Halbuki tek bir molekülün hareketine bakacak olsak, dalga yönünde giden hiçbir şey olmadığını görürdük:

Molekül olduğu yerde salınıyor ama o salınımın aktardığı enerji, yüzeyde bir dalga varmış gibi gözükmesine neden oluyor.^[1] Bunu tarif etmek için de dalga fiziğini geliştirdik ve bu sayede kuantum mekaniği gibi derin fiziksel gerçekleri keşfetmeyi başardık (çünkü "foton" dediğimiz şey de denizde değil de elektromanyetik alandaki aynı türden salınımlar). Işık mesela şöyle yayılıyor (depremdeki P-dalgaları da böyle yayılıyor):

Tabii çeşit çeşit dalga var. Mesela ses dalgaları biraz daha farklı ve böyle gözüküyor (depremdeki S-dalgaları da böyle yayılıyor):

Ama mantığı aynı: Moleküller titreşirken komşularını da titretiyorlar. Rayleigh dalgaları daha derin:

İsterseniz dalgayı tanımlamak için her bir parçacığın bütün zamanlardaki davranışını da modelleyebilirsiniz. İsterseniz dalgayı "dalga" olarak alıp, sadece o hareketi modelleyebilirsiniz. İkincisi çok daha kullanışlı olduğu için (çoğu durumda) o şekilde kullanıyoruz. Ama kimi zaman dalga içindeki tek tek moleküllerin de modellenmesi gerekebiliyor. İkisini de bilmek ve anlamak gerek yani.