www.yurdayan.com

KUANTUM FİZİĞİNİN TARİHÇESİ

Kısa Alıntı: Melih YALÇINELİ

Latince’de Kuantum, tanecik manasına gelmektedir. Fizikte ise, bu kelime atom ve atomaltı seviyedeki tanecikleri tanımlamak için kullanılmaktadır. Fizikte Kuantum teorisi (mekaniği) denince, bu tür parçacıkların yapısı ve birbirleriyle olan tesirlerinin araştırılması anlaşılır. Eski Yunan’da Eflatun, felsefe yoluyla öğrencileriyle gerçeğe giden yolu arı yordu. Bugün de Rochester Üniversitesi’nden Leonard Mandel gibi birçok fizikçi de Kuantum teorisi yoluyla aynı şeyi yapmaya çalışıyorlar. Fizikçilerin laboratuarlarda yaptıkları araştırmaların sonunda cevap aradıkları sorular şunlar: İnsan bilgisinin nihai sınırı nedir? Fiziki âlem bir manada bizim idrakimizle mi şekilleniyor? Kâinatta bir tesadüfîlik var mı, yoksa bütün hadiseler önceden belirlenmiş midir?

KUANTUM FİZİĞİNİN TARİHÇESİ

Yüz yıl kadar Önce Max Planck’ın elektromanyetik ışımanın quanta denen düzenli enerji paketçikleri halinde yayıldığını söylemesiyle Kuantum çağı başlamış oldu... Bu oldukça basitmiş gibi görünen ilk temel düşünceye dayanarak bilim adamları ilim tarihinin şu ana kadar ki en başarılı teorilerinden birisini oluşturdular. Genel Çekim Kanunu hariç olmak üzere tabiattaki temel kuvvetler ile ilgili teorilere taban oluşturmasından başka, Kuantum mekaniği birbirinden çok ayrı gibi görünen birçok sahada başarı sağladı (mesela yıldızların ışık verme hadisesi, periyodik tablo, v.s.). Kuantum mekaniğinden faydalanılarak nükleer reaktörlerden lazerlere varıncaya kadar birçok yeni teknoloji ve buluş geliştirildi.

1926 da Schrodinger tarafından ortaya sürülen belirsizlik denklemleri, Kuantum seviyesindeki hadiselerde (Newton mekaniğinde olduğu gibi) belirlilikten ziyade, ihtimaliyet ve istatistikî yaklaşımların hâkim olduğunu söyler. Albert Einstein 1905 de fotoelektrik hadisesinin (metalin üzerine düşen ışığın elektrik akımı oluşturması), ancak Planck’ın elektromanyetik tanecikleri (fotonlar) ile açıklanabileceğini söyleyerek Kuantum fiziğinin kurucuları arasında yerini aldı. Ancak kendisi daha sonra hayatı boyunca Schrodinger ve arkadaşlarının getirdiği belirsizlik prensibine, “Tanrı zar atmaz” diyerek karşı çıktı. Buna karşı, Bohr gibi Kuantum mekaniğinin savunucuları, “Bilim adamları Tanrı’nın kâinatı nasıl yöneteceğini belirleyemez” diyerek, tamamiyle deterministik düşünen Einstein ve onun gibi düşünenlere karşı çıktılar...

Son yıllara kadar meşhur fizikçiler dışında genelde bu temel konulara ilgisiz kalınmış, sadece yeni teknolojik gelişmelerin Kuantum teorisi yoluyla yapıldığını söylemekle yetinilmişti. Ancak son yıllarda deney sahasındaki son gelişmelerden de yararlanarak, Kuantum teorisini laboratuarda yeniden ele alan ve getireceği yaklaşımları belirleyebilmek için cesurca çalışan bazı bilim adamları, çalışmalarının daha hızlı bilgisayarlar ve haberleşme cihazları üretmek ihtimalini gündeme getirdiğini söylemektedirler.

Bugüne kadar yapılan yüzlerce araştırma Einstein’in korktuğunu ortaya çıkarmıştır. Kuantum dünyasının bileşenleri olan fotonlar, elektronlar ve nötronlar gibi atom altı parçacıklar, hatta bütün atomlar bazen parçacık gibi ve bazen de dalga gibi davranmaktadırlar, fakat ölçüldükleri âna kadar ne olduklarını yani parçacık mı, dalga mı olduklarını belirlememiz henüz mümkün olmamıştır. Doğrusunu söylemek gerekirse bilim adamları maddenin küçük temel parçacıklarının bu şekilde birbirine zıt iki formda gözlenmelerini hala anlayabilmiş durumda değildirler. Nasıl olur da bir parçacık, onun tanecik özelliğini ölçmeye uygun olarak hazırladığımız bir deney setinde tanecik olarak ve onun dalga özelliğini ölçmeye uygun olarak hazırladığımız hemen bir sonraki deneyde dalga olarak karşımıza çıkmaktadır.

Bilim tarihinde ışığa tanecik olarak ilk yaklaşan 1700’lü yıllarda Newton olmuştur. Ancak ondan sonra Young 1800’lü yıllarda meşhur girişim deneyini yaparak ışığın dalga karakterli olduğuna inanılmasına sebep olmuştu. Young, deneyinde, gelen ışığın önüne çok küçük iki yarık bulunduran bir tabaka yerleştiriyordu. Yarıkların arkasındaki perdede girişen ışık dalgaları aydınlık ve karanlık saçaklar oluşturmaktaydı. Işığı bir dalga gibi düşünmedikten sonra saçakların oluşmasını izah etmek mümkün olmuyordu. Fakat son yüzyılda yapılan yeni çift yarık deneyleri Newton’un en az Young kadar haklı olduğunu gösterdi. Modern fotodedektörler, yarıkların arkasındaki ekranda belli bir anda ve belli bir noktada bir tanecik imiş gibi çarpan ışık parçacıklarını tesbit edebilmektedirler (soldaki resim). Ancak ilk etapta teker teker ekrana çarptığı tesbit edilen tanecikler zaman geçipte ekranda girişim deseni yavaş yavaş oluşmaya başladıkça(ortadaki) ışığın dalga özelliğinden başka hiçbirşey ile açıklanamayan, karanlık ve aydınlık çizgileri (girişim desenini) (sağdaki) oluşturmaktadırlar

Daha da ötesinde eğer araştırmacı herhangi bir anda bu iki yarıkların sadece herhangi birini açık bırakarak deneyi başından sonuna kadar sürdürür veya fotonların hangi delikten geçtiğini belirleyecek şekilde foto dedektörleri kullanırsa, girişim deseni artık gözlenmemektedir. Anlaşılıyor ki, fotonlar, dalga gibi davranmalarına izin verilmediği müddetçe tanecik gibi davranmakta (uzaydaki konumları belli bir anda tesbit - Bohr’un söylediği gibi “Eğer Kuantum fiziği ile kafanız karışmıyorsa Kuantum fiziğini gerçekten anlamamışsınızdır.” - edilebilmekte), izin verildiğinde ise dalga gibi davranmaya başlamaktadırlar (aynen bir dalgada olduğu gibi uzayda herhangi belli bir konumları olmamaktadır).  Işığın çift karakterli davranması, bazen dalga, bazen tanecik olması bizim alışageldiğimiz temel mantık kaidelerine de ters gelmektedir. Nasıl olur da bir şey birbirine zıt karakterde iki hususiyeti farklı zamanlarda taşıyabilir. Bilim adamları, 20. yüzyılda başlayan bu tür tartışmaların bizim kâinata bakış açımızı değiştirdiğini ve herşeyin gördüğümüz âlemle ve bu âlemin şu ana kadar tesbit edebildiğimiz buudlarıyla (boyutlarıyla)  sınırlı olmadığını gösterdiğini söylemektedirler.

MUTABAKATA VARILAN SON GÖRÜŞ

Işık mevzuundaki hali hazırdaki görüş bir belirsizlikten ibarettir. “Kozmik düşünce deneyi” (şekil-2) görüntüsü bir “çekim merceği” gibi hareket eden bir galaksi tarafından ikiye bölünen kuasardan gelen fotonları tek tek ölçmeyi gerektirmektedir. Milyarlarca yıl önce her bir fotonun, galaksinin etrafında şu veya bu yolu takip edip iki dedektörden birinde sona eren bir parçacık şeklinde mi, yoksa galaksinin etrafında her iki yolu birden izleyen ve neticede bir girişim deseni üreten bir dalga olarak mı hareket ettiğini, bir manada deneyin yapılış şekli belirlemektedir. Bu mevzudaki belirsizliklerin sebebi, astronomun gözleminden önce fotonun herhangi bir fiziki şeklinin bulunduğu faraziyesidir. Müşahededen önce foton, ya bir dalgaydı veya bir parçacıktı; her iki halde de kuasarın etrafından şu veya bu yolla geçmişti. “Kuantum denen şey ne dalgadır ne de parçacık! O, ölçülebildiği ana kadar tarif ve idrak edilemez. Ne var ki, foton dalga görünürken ölçüme alındığı anda parçacığa dönüşmekte, parçacıkken de dalga şeklini almaktadır. Bu yüzden, “ele avuca sığmayan” fotonun hüviyeti tesbit edilemediği için varlığın da mahiyeti hakkında kesin birşey söylemek mümkün olamamaktadır. Bir manada İngiliz filozofu Berkeley, iki asır önce “Var olmak, idrak edilmektir” derken herhalde haklıydı. Çünkü idrak edilemeyen birşeyin (foton mu, parçacık mı?) varlığının hakikatı üzerinde kesin söz söylemek mümkün görülmemektedir. Einstein’ın “eğer kuantum mekaniği doğruysa, o zaman dünya çılgındır”; yani fizikçilerin belirttiği gibi kâinat, zamanın en küçük birimi sonrasında aynı kâinat olarak kalacaktır diye bir hüküm verilememektedir; anında değişebileceği gibi, yok da olabilir. Einstein’ın yukarıdaki sözünü aktaran New York CityCollege’den teorisyen olan Daniel Greenberger, “Evet, Einstein haklı; dünya gerçekten çılgın “der.

KAOSTAN DÜZENE

Girişim deseninin oluşması esnasında çift yarığa gelen fotonların hangi yarıktan geçeceğini - geçtiğini “bilecek” bir düzenleme yaparsak girişim hadisesi gözlenememektedir. İlk etapta düzensiz ve tamamiyle istatistik dalgalanmalar göstererek fotonlar ekrana teker teker ulaşmaktadırlar. Ancak enteresan olanı, bu kaosun içinden bir düzen çıkmakta ve süre geçtikçe biriken fotonlar son derece düzenli olduğu apaçık belli olan girişim desenini oluşturmaktadırlar (Şekil-1). bizce bilinmemektedir. Zaten hangi yarıktan

Görüldüğü üzere Kuantum âlemine indiğimizde içinde yaşadığımız âlemdeki kaideler tamamiyle geçersiz sayılabilir. Günümüzde bilim ve teknoloji son derece ilerlemesine rağmen hayatın ve kâinatın birçok meselelerinde hala net bir çözüme ulaşılamaması oldukça enteresandır. Bugün Big-Bang teorisi ile kâinatın bir noktadan doğduğunu kabul etsek bile, patlayanın ne olduğunu nasıl ve niçin patladığını ve işin mekanizmasını hala tam olarak anlayabilmiş değiliz. Galaksilerin nasıl kümelendiği, güneş sisteminin nasıl oluştuğu, güneşin enerjisini ne şekilde sağladığı, canlıların topraktan nasıl yaratıldığı, insan beyninin nasıl çalıştığı, gözün nasıl gördüğü ve hafızamızda bilgilerin nasıl depolandığı gibi birçok meselelerde olduğu gibi, atomaltı parçacıkların ve özellikle herşeyi aydınlatan ve kâinatta en çok bulunan madde(!) diyebileceğimiz ışığın ne tür bir yapıda olduğu hala tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Durum her ne kadar batılı bilim adamlarının “nazar”ında bir belirsizlik, bir karanlık ve tam bir meçhuliyet arzediyorsa da, aslında kâinat, şiddetinden gizlenen bir ışık meşheri olarak apaydınlıktır.

Bu aydınlık içinde eşyanın hakikatına dün de bugün de nüfuz edebilen  âlimler ve fizlozoflar Yaradan’dan yaratılmışa giderek varlığın, Esma-i İlahi’nin cilveleri olduğunu ve O’nun kayyumiyeti ile ayakta durduğunu hakkalyakin keşfetmişlerdir.

Çetin BAL: Uzay/zamanın mikroskopik boyutlarına indiğimizde karşımıza dalgalı bir okyanus yüzeyini andıran girintili çıkıntılı bir uzay-zaman topolojisi çıkar. Uzayın eğrilmesi zamanın da  eğrilmesi demek olduğundan kuantum boşluğunun mikroskopik boyutlarında  eğrilen uzay  uzayımızın bize göre daha uzak geometrik topolojileri ile birleşip kaynaşarak  bizi solucan deliği denen uzay/zamansal tüp geçitlerin oluşturulabileceği bir ''kuantum - gravistasyon'' anlayışına götürebilir.

Genel Görelilik Kuramına  göre, uzay, eskiden düşünüldüğü gibi ''düz '' olmayıp, uzaydaki kütle ve enerji dağılımı nedeniyle bozulmuş ve '' eğrilmiş '' tir. Öyleyse üç boyutlu uzayımız, dördüncü boyutta eğrilmiştir; boru biçiminde sarılmış bir kağıdın (iki boyutlu uzayın), üçüncü boyutta eğrilmiş olması gibi. Farklı zaman ve uzay noktalarına ait geometrik çizgilerin bir üçüncü boyutu kesen bir dördüncü boyut doğrultusunda eğrilerek bitişebileceği fikri bizi zaman ve uzayda birbirine bağlanan tüp geçitsel koridorlar yaratabileceğimiz düşüncesine sevkeder.