Kuantum fiziği konusunda kafanızda karışıklıklar yaşıyorsanız aslında endişelenmenize gerek yok, birçoğumuz için hala aynı durumlar söz konusu.
Makro evreni açıklarken daha rahatken mikro evren biraz karışık geliyor bizlere ama korkulacak bir şey yok, bu konuda yalnız değilsiniz. Hatta bize bir çok şey öğreten fizikçi bile bize şöyle söylüyor:
“Şundan emin bir biçimde söyleyebilirim ki; kuantum mekaniğini hiç kimse anlamamıştır.”
Tabi iddialı bir cümle ama biz yine de anlamaya çalışalım. Kuantum fiziğinin bazı şıklarına bakalım…
Kuantum fiziği birçok yerde açıklamaya çalıştığımız gibi öncelikle ufaklarla ilgilenir, bizleri oluşturan atomlar ve onları oluşturan parçacıkların davranışlarını anlamaya analiz etmeye yarar, ne kadar ufağa inersek o kadar enteresanlaşır.
En ufak, en en ufak yerin Planck sabiti olduğunu biliyoruz. Planck sabiti en küçük ölçüyü temsil eder ondan daha küçüğü mümkün değildir. Yani sıfırdan en küçük hareket Planck sabiti boyutundadır. Sıfırla plank sabiti arasında bir noktada hiçbir şey var olamaz.
Hareket dediğimiz şey sıfırdan başladığında bir Planck uzunluğu ötede var olmasıyla olur. Kuantum işte bu yüzden miktar anlamında kullanılır bu Planck sabitinin miktarları halinde paketler halindedir.
Bu ne demek oluyor? Aslında şu demek oluyor:
Kuantum dünyasında, her şey seviyelere ayrılmıştır.
Örneğin bir atomdaki elektron, atomdaki birkaç tane enerji düzeyinden birinde yer alır. Fakat kuantum dünyası tuhaftır. Elektrona bir miktar enerji verin, anında bir diğer enerji düzeyine sıçrayacaktır. Buna kuantum sıçraması adı verilir.
Bir başka benzetme kullanalım. Eğer bir kuantum arabası sürüyor olsaydınız, 5 km/sa, 20 km/sa veya 80 km/sa hızlarda hareket edebilirdiniz, fakat asla bunların arasında olmazdı. Vitesi değiştirirdiniz ve hızınız anında 5’ten 20 km/sa’ya fırlardı. Hızdaki bu değişim ani olurdu, bu nedenle ivmeyi bile hissedemeyebilirdiniz. Bu da bir başka kuantum sıçramasıdır.
Neden peki makro dünyamızın klasik fizik yasalarıyla anlamamızın zor olduğunu söylüyoruz sürekli?
İşte ufak mikro dünyayı açıklamaya çalışırken klasik fizik yasalarımızın çalışmadığı bölgede kuantum fiziğine ihtiyaç duyarız
Bir tek atomu ele aldığımızda onun yasaları kuantum fiziğine tabidir ama birçok atomu birbirine bağladığımızda bizim makro dünyamıza ulaştığında içindeki kuantum yasalarıyla olsa bile bizim klasik fizik yasalarımıza bağlı olmaya başlar.
İşte bu yüzden Kuantum fiziğiyle klasik fizik yasalarımız bir yerlerde kesişir. Buna karşılıklılık ilkesi denir.
Kuantum fiziğinde bazı noktalar bilinemez durumdadır. Örneğin bir elektronun aynı anda nerede olduğunu ve nereye gittiğini asla bilemezsiniz. İşte buna da Heisenberg Belirsizlik İlkesi denir. Çünkü elektronun tam olarak nereye gittiğini anlamaya çalıştığımız bir gözlemci yerleştirirsek bu sefer de elektronun gideceği yeri saptırırız.
Elektron size nerede olduğunu söyler, fakat nereye gittiğini unutur.
Gözlemci etkisinin derinlerinde daha karmaşık bir şey yatar… Doğada, doğuştan gelen bir belirsizlik vardır. Elektronun nerede olduğu konusunda emin olamamak, yaptığımız gözlemin bir hatası değildir. Bunun nedeni, elektronun belirli bir konumu olmamasıdır. Elektron bir nokta parçacık değildir, fakat elektronluğun lekesi uzayda dağılır. Buradan şuna ulaşacağız:
Parçacık dalga ikiliğine…
Fotonlar ve elektronlar gibi kuantum nesneleri kişilik bölünmesine sahiptirler. Zaman zaman dalgalar gibi davranırlar ve zaman zaman da parçacıklar gibi davranırlar. Ne şekilde davrandıkları, onlara ne tür sorular sorduğunuza bağlıdır.
Şimdi içlere doğru devam edelim…
Biz bunları açıklarken neler kullanıyoruz bakalım… Mesela dalga fonksiyonu. Nedir bu?
Bir dalganın nasıl göründüğünü açıklayan bir parça matematik denklemidir. Önemli bir biçimde kuantum dalga fonksiyonları, her biri belli bir doğruluk olasılığıyla birlikte gelen pek çok muhtemel çözüme sahiptir. Olağanüstü bir biçimde, farklı olası cevaplar, sanki evrenimizin gerçeklerini bize göstermek için bize komplo kurarmışçasına, süperpozisyon adı verilen bir tür üst üste binmiş durumlar şeklinde birbirleriyle etkileşebilirler. Farklı olası cevaplar derken kuantum fiziğine biraz göz atmışların kafasında ampuller yanmıştır umarım! Harika bir düşünce deneyi vardı.
Neydi o?
Süperpozisyon ve Schrödinger’in Kedisi.
Bir kutunun içinde, bir şişe siyanürle birlikte yer alan bir kedi hayal edin. Şişenin üzerinde, bir iple tutulan bir çekiç olsun. Çekiç, herhangi bir rastgele olay gerçekleştiğinde (örneğin bir uranyum atomu bozunduğunda) düşecek şekilde ayarlanmış olsun. Bu Erwin Schrödinger tarafından, süperpozisyon fikrini anlatmak amacıyla tasarlanmış bir düşünce deneyidir. Atomun bozunması kuantum yasalarına tabidir, dolayısıyla atomun dalga fonksiyonu iki olası çözüme sahiptir: bozunmuş veya bozunmamış.
Kuantum kuramına göre, bir ölçüm yapana kadar bu iki olasılık da eşit derecede geçerlidir. Aslında bunu, atomun aynı anda hem bozunmuş hem de bozunmamış olduğu şeklinde düşünebilirsiniz.
Kedinin kaderi, uranyum atomuna sıkı sıkıya bağlı olduğu için, kutunun içine göz atana kadar, kedi de aynı anda hem canlı hem de ölü olacaktır.
Hadi artık daha da hızlanalım.
Daha önce videosunu da yapmıştık son derece ilginç bir fenomen daha: Kuantum dolanıklık!
Aynı kaynaktan yaratılmış birbirine dolanık iki parçacığı birbirinden uzaklaştırsak ve birini bir yöne döndürürsek öbürküsü ne kadar uzakta olursa olsun terse dönecektir. Herhangi biri üzerinde yapılan ölçüm, ne kadar uzakta olursa olsun diğerini anında etkileyeceği birbirlerine bağlı olmaları durumudur.
Yani bu olay akla hayale sığmayacak uzaklıklarda bile mümkündür. Birini evrenin bir ucuna diğerini ise diğer ucuna koysanız dahi birbirlerinden etkilenirler. Birini sağa çevirirseniz binlerce ışık yılı öteden bile anlık olarak öbürü sola dönecektir! İyi ama hani evrende hiçbir hız ışık hızını aşamazdı?
Einstein bu yüzden buna dolayısıyla dolanıklığa “hayaletimsi etki” adını vermiştir.
Buraya kadar kuantum mekaniğinin en önemli kavramlarına biraz değindik. Tabi bunlara dair deneyler hep devam etmekte. Bunların en ünlüsü de yine biliyorsunuz çift yarık deneyidir!
Karışımızda iki tane yarık olan ve arkasında desen oluşturabilecek bir plakaya elektron gönderirsek ne olur üzerinden yapılan bir deney.
Yani sıradan bir su dalgasında nasıl, ya da sıradan bilyeler gönderdiğimizde nasıl tepki veririri anlamaya çalışıyoruz… Girişim desenine benzer görüntüyü dalgada görüyoruz ama bilyede bunu göremiyoruz.
Burada gönderdiğimiz şey elektron olursa acaba dalga gibi mi yoksa parçacık gibi mi? Yani girişim deseni var mı yoksa yok mu? Bunu anlamaya çalıştığımız bir deney.
Tuhaf olan şey ise, elektronların her iki şekilde de davranabilmesidir. Eğer yarıklara elektron ateşlerseniz, birim zamanda tek bir elektron gönderseniz bile, yarıkların arkasındaki ekran üzerinde bir girişim deseni oluştururlar. Sanki elektron aynı anda iki yarıktan birden geçmekte ve kendi kendisiyle girişime uğramaktadır. Bu bize, elektronların dalgalar olduğunu söyler.
Elektronlar kuantum nesneleri olduğu için, konumunu bilemeyiz (Heisenberg belirsizlik ilkesi).
Elektronun yarıkların birinden veya diğerinden geçme olasılığı vardır. Her ikisi de olası olduğu için, aslında her ikisinden birden geçmektedir (durumların süperpozisyonu).
Şimdi ise, gözlemimiz, elektronun dedektöre çarparak, parlak bir ışık çakması meydana getirmesidir (dalga fonksiyonunun çökmesi).
Bir deneyden yazının başından beri gördüğümüz kavramların kaç tanesinin çıkarımını yaptık farkında mısınız?
Ama daha ilginci başlıyor!
Biz bu elektronu gözlemlemeye çalışırsak ne olacak?
Bu sefer, girişim deseni anında kaybolmaktadır. Çünkü elektronun hangi yarıktan geçeceğini bildiğiniz için, süperpozisyon durumu daha fazla devam etmez ve elektron sadece bir yarık içerisinden geçer. Elektronun dalga benzeri davranışı buharlaşıp gider ve elektron bir bilye gibi davranır.
Gözlemci olduğunda ve olmadığında nasıl davranıyor farkettiniz mi? Bu deneyi başka bir yazıda daha detaylandıracağız. Bundan dolayı üzerinde fazla durmuyoruz şimdilik. Umarız bu yazımız yararlı olmuştur.
Kuantum dünyası gariptir ve klasik yasalarımızın egemen olduğu makro dünya ile düşünerek çözümleyebileceğimiz bir yer değil. Bu sebeple mikro dünyanın yasalarına ihtiyacımız var ve bu da kuantum mekaniğidir.
Bizi Youtube KATIL butounu’ndan ve Patreon’dan destekleyebilirsiniz….
Kuantum Fiziği İle İlgili Videomuz Aşağıda-İzleyebilirsiniz!
