Latinceden gelen kuantum kelimesi ”Ne kadar?” anlamına gelir. Kuantum fiziğinde kelime kökeninden de anlaşıldığı gibi miktar esastır. Kuantum fiziği, 1900 yılların başında ilk olarak Max Planck sayesinde ortaya çıksa da aslında bir fizikçinin değil o zamana dek bilime hizmet eden tüm fizikçilerin ortak başarısıdır. Çünkü bilim geçmişten o ana dek biriken tüm bilgilerden oluşur. Yani bilim birikerek ilerler. Ortaya atılan bir kuramda ondan önceki tüm bilim insanlarının katkısı vardır.
Klasik fizik, insanın dışarıdan gözlem yapabildiği bir bilimdir. Makro sistemlerle ilgilenir. Mikro sistemlere indiğimiz de ise klasik fizik yetersiz kalmıştır. Kuantum fiziği, klasik fiziğinin atom ve atomaltı parçacıkları açıklamak için yetersiz kalmasından doğmuştur. Klasik fizikte her şey bellidir(zaman, konum, momentum…). Ancak kuantum fiziğinde bu geçersizdir. Einstein’ in görelilik teorisinde zaman, hız, uzunluk, momentum gibi kavramlar görecelidir. Yani gözleyen kişiye göre bu özellikler değişebilir. Bunlar asla kesin olarak ölçülemez daima belirsizlik vardır.
1900 yılların başına gelindiğinde artık fiziğin her şeyi açıkladığı ve fiziğin yavaş yavaş sona erdiği düşünülüyordu. Ancak 1905 ve 1915 yıllarında Einstein’ in görelilik kanunları ve kuantum fiziği bize çok ilginç ve gizemli kapılar araladı. Kuantum fiziğinde mutlak doğrular yok ve bu bilim olasılığı kendine yöntem edinen bir kuramdır. Kuantum fiziği, atomaltı parçacıkları ve gözlenemeyen sistemlerin davranışlarını temel kabul eder. Bir varlık gözlemlenirken onun mutlaka bir değişime uğradığını savunur. Objektif gözlem bile kendi içinde objektif değildir düşüncesi bu kurama aittir.
Planck, Einstein, Bohr, De Broglie, Schrödinger, Heisenberg, Dirac ve Pauli gibi ünlü bilim insanları bu bilim için çalışmış ve her biri bu çalışmalarından dolayı Nobel Fizik Ödülüne layık görülmüşlerdir. Bilim adamları, bir cam tüp içerisindeki gazı ısıtıp bunu bir prizmada gözlemlediğinde daha önce hiç görmedikleri bir şey ile karşılaştılar. Prizmada normalde olduğu gibi bulanık değil çok net ve keskin çizgiler oluşuyordu. Bu olay uzun bir süre açıklanamamıştır. Bohr ise bunu daha sonra şu şekilde açıkladı; ”Atomlar ısıtıldığında elektronlarını uyarılabiliyor ve bu elektronlar bir yörüngeden diğer bir yörüngeye sıçrayabiliyor.”. Bu yüzden de elektronlarda kesikli çizgiler oluşuyordu. Yani bir yörüngeden başka bir yörüngeye elektronlar ışınlanıyordu. Buna ”kuantum sıçraması” denildi. Bohr, bu durumun elektronların kendine özgü özelliklerinden kaynaklandığını ileri sürdü. Daha sonra yapılan çalışmalar bunu doğruladı. Bu noktada ise fizikçiler arasında fikir ayrışmaları meydana geldi. O zamanlar Einstein kuantum fiziğini reddediyordu. Onun olasılıklara dayanması yani kesinlik içermemesi onu rahatsız ediyordu. Bir keresinde kuantumla alakalı fikirlerini şu cümlesiyle dile getirmiştir. ” Tanrı, zar atmaz.” Bu sözüne karşılık da ” Tanrıya ne yapması gerektiğini söylemeyi kes.” diyerek Bohr yanıt vermiştir. Bu iki fizikçi arasında kuantum fiziğiyle ilgili tartışmalar uzun yıllar sürmüştür.
Çift yarık denilen bir deney kuantum dünyasının ne kadar gizemli olduğunu bir kez daha ortaya koydu. Bu deneyde, tek yarıklı bir düzenekten bilyeleri fırlattığımızda karşı duvarda tek bir iz görürüz. İkinci bir yarık olduğunda ise ikinci bir iz görürüz. Dalgalarda ise durum biraz farklıdır. Dalgalar tek yarıklı durumda yarığa çarparak duvarda gözlemlenirler. Dalganın en kuvvetli yeri yarığın tam arka noktasıdır. Ancak iki yarıkta ise dalgalar yarıktan geçip arka tarafında birbiriyle çarpışınca birbirlerini götürürler. Dalgaların tepeleri kesişince farklı bir görüntü ortaya çıkar. Bu sefer duvarda bir çok iz oluşur. Bir de bu deneyi elektronlarla yapmışlardır. Tek bir yarıktan elektron fırlatıldığında tıpkı bilyede olduğu gibi tek iz görünür. Çift yarık da ise iki çizgi gözlemleyeceğimize tıpkı dalgalar da olduğu gibi bir çok çizgi görürüz.Bu şaşırtıcıydı çünkü elektronlar bir dalga gibi davranıyordu. O zamana kadar elektronun tanecik özelliği olduğu bilindiğinden dalga özelliği göstermesine bilim insanları şaşırdılar. Bu olayı şu şekilde açıkladılar; ” Elektronlar yarıklardan geçtikten hemen sonra arkada birbirine çarparak bu görüntüyü oluşturuyorlar.”. Bu sefer bunu önlemek adına elektronları çarpışmamaları için yarığa tek tek gönderdiler. Ama bir süre sonra baktıklarında dalgalardaki izlerin aynısını yine gördüler. Elektronlar parçacık olarak yola çıkıp potansiyeller dalgasına dönüşüp her iki yarıktan geçip tek bir bütün olarak duvara çarpıyorlardı. Bunu anlamak biraz zordu. Çünkü hem birinden geçip hem de diğerinden geçiyordu. Fizikçiler elektronun hangi yarıktan geçtiğini gözlemlemek için yarığın başına ölçüm aracı yerleştirdiler. Ama bu sefer elektron tıpkı bir parçacık gibi davranıp çift yarıklı düzenekten geçerek sadece iki çizgi oluşturdu. Şaşırtıcıydı çünkü elektron gözlemlendiğinde farklı sonuçlar veriyordu. Sanki izlendiğini farketmişti. Bu deneyden şu ortaya çıktı; madde hem dalga hem tanecik özelliği gösteriyordu ve kesinliğin altında olasılık yatıyordu. Elektronu fırlattığımızda nereye gittiği bilemiyoruz. Ancak Schrödinger denklemini kullanırsak olasılıklarını hesaplayabiliriz.
Schrödinger, kuantum fiziğinin gelişmesine çok fayda sağlamış olsa da kuantum fiziğinin bu aynı anda bir çok durumda olma durumunu reddetmek adına bir düşünce deneyi oluşturmuştur. Aslında yapmadığı bir şeyle ün kazanmıştır. Konuya farkındalık kazandırmak için de bu düşünce deneyini bir kediyle yapmıştır. Kedileri çok seven Schrödinger, 1.5 kilo ağırlığındaki bir kedi seçerek onu yalıtılmış bir kutunun içine yarı ömrü 10 dakika olan bir radyoaktif atomla beraber koymuştur. Radyoaktif bir atomu kendi haline bırakırsanız bozunmuş veya bozunmamış durumların üst üste gelmesiyle oluşmuş bir duruma girer. Ya bozunur ya bozunmaz yani her iki seçeneğin de olasılığı yüzde ellidir. Diğer bir ifadeyle üst üste gelmiş durumda bozunmuş veya bozunmamış durumun olasılığı eşit olur. Kutumuzdaki kedinin durumuna dönecek olursak kutunun içinde radyoaktif madde olan azotun parçalanmasıyla gazdan etkilenen kedi ölür. Bu süre içerisinde kedi şanslıysa azot hiçbir şey olmadan kalır yani bozunmadan kalır. Biz de kutuyu açtığımızda sonucu görürüz. Fakat esas sorun bu iki durumla değil de kutu açılana ve içine bakılana kadar kedi canlı veya ölü olduğu durumların her ikisinin üst üste binmesiyle oluşan bir durumun olmasıdır. Aslında kedinin son durumuna bakmadan, hemen kutu açılmadan geriye doğru takip edildiğinde azot atomunun bozunma veya bozunmama durumlarının üst üste bindiği süperpozisyon durumuna ulaşılır. 10 dakika sonra kutu açılmadan hemen önce kedi ne haldedir diye sorduğumuzda aslında sorumuzun diğer bir anlamı azot ne durumdadır sorusuyla eş anlamlıdır. Schrödinger’in yaptığı sadece atom altındaki ölçüm sorununu makro sistemlere benzetmekti. Ancak kutudaki kedi fizikçilerin elinde kronik şizofreni oldu. Ölü, diri ya da hem ölü hem diri! Bu açıdan bakıldığında Schrödinger’in kedisi düşünce deneyi bir masal değil kuantum dünyasının bir gerçekliğine benzemektedir demiştir, Doç. Dr. Sultan Tarlacı kitabında.
Süperpozisyon denen bu olguya göre bir parçacık aynı anda iki veya daha fazla hareket durumunda olabilir. Schrödinger’in kedisi hikayesi işte buradan çıkıyor. Eğer kuantum nesnelerin aynı anda iki durumda olmaları mümkün olmasaydı şuan kullandığımız bir çok teknolojik ürün olmazdı. Yani tüm bu deneyler, tartışmalar bizi teknolojide, bilimde bulunduğumuz noktaya getirmiştir. Bilim durağan değildir. Hayat da insan da durağan değildir. Devinim halinde olan insanoğlu bilimin son noktada olmadığını bilir.
Her geçen gün yeni kuramlar ortaya atılıyor. Geçmişteki kuramlar çürütülebilir olduğu gibi bir önceki kuramların üstüne yeni bilgiler eklenerek ortaya yeni kuramlar da çıkabiliyor.
Son olarak kuantumla alakalı onu çok iyi özetleyen ünlü bir sözle yazımı bitirmek istiyorum. ” Kuantum fiziği kafanızı karıştırmadıysa, onu tam olarak anlamamışsınız demektir.” Niels Bohr-Fizikçi…
Yorumlar
Yorum Gönder