Biz bakınca herşey değişir: Kuantum Fiziği I

0
2361

Maddenin yapı taşları yıllar boyunca bilim insanlarının dikkatini çekmiş, evreni ve doğamızı anlamak için daha küçüğe yönelmişlerdir. Hatta bir çok bilim adamı en küçüğe hükmede bilirsek evrenin gücünü büyük ölçüde ele alacağımızı öne sürmüştür.

“Evrenin şimdiki halini geçmişin sonucu ve geleceğin nedeni olarak ele alabiliriz. Bir an için evrenin tüm güçlerinin ve bunu oluşturan tüm varlıkların konumlarını anlayabilen bir canlı olduğunu düşünürsek ve bunun bu verileri inceleyebileceğini de düşünürsek, aynı anda evrendeki en büyük varlıklardan en küçük atomlara kadar her şeyi hesaba katarak bir hesap yaparsa, hiç bir şey belirsiz değildir ve gelecek de, aynı geçmiş gibi, onun gözlerinin önündedir.”

Pierre-Simon Laplace’ın 1814 yılında yayınlanan bir makalesinden alınan bu parçada, “Laplace’ın şeytanı” olarak da bilinen, hayali bir karakter tasvir ediliyor. Laplace’ın şeytanı, klasik fiziğin kurallarına göre neden-sonuç düzeni içinde işleyen evrende, tüm değişkenleri kavrayan ve bu değişkenlerin hareketlerini hesaplama yetisine sahip, dolayısıyla geçmişi ve geleceği bilen hayali bir karakteri anlatıyor. Peki fizik buna izin veriyor mu?

Newton determinizmi evrenin bir saat olduğunu söyler. Zamanın başlangıcından beri çalışan bir saat ve Newton’un hareket kanunlarına görede hala işlemekte. Dolayısıyla yıllar sonra, ne yapacağımız, ne yiyeceğimiz, ne giyeceğimiz çoktan ayarlanmış, Newton’un hareket kanunlarına göre zaten bilinmekte. Einstein’de aynı fikirdeydi. Yani oda deterministti. O zaman bu özgür irademizin olmadığı, bir suçlunun yada bir teröristin bu suçunun, milyonlarca yıl önce belirlendiği anlamına mı geliyordu? O zamanlar Einstein’nında aralarında bulunduğu bazı bilim adamları “Evet bir anlamda öyle.” dediler. Ancak Werner Heisenberg bunu kabullenmemiş görünüyordu. 1927 yılında Werner Heisenberg kendisiyle özdeşleşen Heisenberg belirsizlik prensibini ileri sürdü ve tüm bu olanlara bir anlamda “Saçma!” demiş oldu. Heisenberg’e göre belirsizlik vardı ve bir elektronun nerede olduğunu bilemezdik. Burada, şurada yada pek çok yerde aynı anda olabilirdi. Bu fikri tabi determinist bilim adamları beğenmedi ve “Tanrı evrenle zar atmaz. Kumar oynamaz.” gibi eleştiriler yaptılar. Ancak Einstein başta olmak üzere determinist bilim insanları yanılmıştı. Belki tanrı zar atıp, oyun oynuyor bilinmez ama elektrona her baktığımızda, elektron hareket eder. Elektronun bulunduğu yer bakımından “belirsizlik” vardır. Bu şu anlama geliyor ki, bir çeşit özgür iradeye sahibiz. Hiç kimse evrenin yada geçmişin parçalarını hesaplayarak sizin geleceğinizi bilemez. Yani bir anlamda kuantum fiziği ve belirsizlik ilkesi özgür irademizi kurtarmıştı. Ama nasıl?

Atom ve evren. Kavranması çok güç iki olgu. Her iki ölçekte de yine kavranması güç boyutlarda ve hatta atom boyutundan daha küçük boyutlarda biz insanlar gözlem yapıyor ve araştırıyoruz. Hiç durmadan sorular soruyoruz. Merak duygumuz kuşaklar boyu hiç dinmedi. Eski Yunanlılardan başlayan maddenin yapısı hakkındaki sorular atomun keşfi ve klasik fiziğin gelişmesiyle devam etti. Ancak klasik fizik çok başarılı olmasına karşın 1800’lü yılların sonlarına doğru kara cisim ışıması, tayf çizgileri, fotoelektrik etki gibi bir takım olayları açıklamakta yetersiz kalmıştı. En yalın halde klasik fizik evreni bir “süreklilik” olarak modelliyordu. 1900 yılında Max Planck enerjinin, 1905 yılında ise Albert Einstein ışığın paketçiklerden oluştuğunu, yani süreksizlik gösterdiğini bazı deneyleri açıklamak için var sayım olarak kullanmak zorunda kaldılar. Bu iki darbe klasik mekaniği yıkmadıysa da bilim insanları bu süreksizliği klasik mekanik kuramlarından türetmek için uğraştı. Ancak sonu gelmeyen çelişkiler içinden çıkılamaz bir hal almıştı.

Isıtılan cisimler ışır. Fizikçiler kuantum teorisini 1900’lü yıllarda bu ışımanın bazı niceliklerini açıklayabilmek için keşfettiler. Işıkla ilgili yapılan deneylerin amacı klasik fizik ile bir çözüm getirilemeyen madde ve enerjinin tanecikli yapıda mı yoksa dalga özelliği mi gösterdiğine kesin bir cevap bulmaktı. Bu anlamda en ünlü deney Thomas Young’ın yaptığı çift yarık deneyidir.

Deneyi anlamak için önce parçacıkların yani küçük madde toplarının nasıl davrandığını bir düşünelim. Bir duvar düşünün ve biraz önünde üzerinde uzun ince bir yarık olan set olduğunu düşünün. Biz bu setin üzerine doğru madde parçaları fırlatırsak yarıktan geçen parçacıklar arka duvarda düz bir çizgi oluşturur. Tıpkı setin üzerindeki yarık gibi. Sete ikinci bir yarık ekleyip tekrar parçacıklar fırlatırsak duvarda ikinci bir iz oluşur. Ancak dalgalarda iş farklıdır. Aynı düzeneği dalgalarla denersek tek yarık olduğu durumda, duvarda yarığın karşısındaki alanın daha belirgin olduğu bir iz görürüz. Madde parçacıkların da olduğu gibi kesin hatları olan bir iz değildir, dalgaların özelliği gereği daha geniş alana yayılmıştır. İkinci bir yarık eklersek bambaşka bir şey olur. İki yarıktan geçen dalgalar birbirleriyle etkileşim haline geçer. Birleşen tepeler daha belirgin izler oluştururken bir dalganın tepesi diğerinin çukuruyla birleşince birbirlerini söndürürler. Böylece arka duvarda bir çok banttan oluşan bir girişme modeli oluşur. Bu deneyi kuatum dünyasına uyarlarsak, madde parçacıkları yerine elektron fırlatırsak, bunun madde parçacıklarının yaptığı şekilde tek banttan oluşan bir iz bırakmasını bekleriz. Dalgalar gibi değil. Tek yarıkla yapılan deney beklendiği gibi tanecik özellikte, yani tek banttan oluşan bir iz bırakmasına karşın, ikinci bir yarık eklendiğinde işler karışıyor. Tek yarık olduğunda tanecik gibi davranan elektronlar, ikinci bir yarık eklendiğinde girişim modeli oluşturuyor. Yarıklardan elektron yani madde parçacıkları fırlattığımız halde nasıl olur da dalga özelliği gösteren bir girişme modeli oluşurdu? Fizikçiler bunun nasıl olduğunu öğrenmek için elektronun gittiği yolu öğrenmek istediler. Yarıkların başına bir ölçüm cihazı koyarak elektronu izlemeye başladılar. Deney tekrarlandığında sonuç şok ediciydi. Girişme modeli oluşmadı. Elektronlar biz izlediğimizde tanecik gibi davrandı ve iki bant oluştu. Bir girişme modeli değil. Elektron farklı davranmaya karar vermişti. Sanki izlendiğinin farkındaymış gibi. İşte kuantum dünyasının gariplikleri bilim kurgusal bir boyuta böylece adım atmıştı. Elektronlar akıllı varlıklar mıydı? Biz izlemediğimiz de farklı izlediğimizde farklı davranmayı nasıl seçebiliyorlardı? İzlendiklerini nasıl anlıyorlardı? Gözlemcinin buradaki rolü yada etkisi neydi? Sadece gözlemleyerek sonucu nasıl değiştire biliyorduk? İşte bu ve bunun gibi cevaplanması güç, her geçen gün hayal gücümüzü daha fazla zorlayan sorulara kuantum dünyasında rastlamak çok olağan. Ancak bunun yanında gerçekliğin, klasik mekaniğin realist dünyasından o hep düşlediğimiz bilim kurgusal dünyaya bir kapı açması insanı heyecanlandırıyor.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here