“Eğer kuantum fiziğini anladığınızı düşünüyorsanız,
kuantum fiziğini anlamamışsınızdır.” Richard Feynman, kuantum elektrodinamikleri Nobel
fizik ödüllü bilim adamı. Eğer Nobel ödüllü bir bilim adamı bu konuyu anlayamıyorsa
bizim anlamak için şansımız ne kadar olabilir ki? Fakat yine de yaptığımız
araştırmalar neticesinde anladığım kadarı ile sizlere kuantum fiziğinin temellerinden
bahsetmek istiyorum.
Kuantum fiziği, fiziğin bir bölümü olup
evrenimizdeki en küçük parçaları tanımlar. Moleküller, atomlar atom altı
parçacıklar gibi.
Bizler ve bütün evren kuantum fiziği üzerine
kurulmuştur. Evren böyle çalışır.
Kuantum fiziğinde her şey dalga olarak
tanımlanır. Yani; atom, molekül, atom altı parçalar (proton, nötron gibi)
bunların hepsi özünde dalgadan oluşmaktadır.
Bu arada kuantum fiziği ve ya kuantum mekaniği
olarak duyduğunuz tanımlamalar aynı şeye işaret eder.
Kuantum fiziğinde her şeyin dalgadan ibaret
olduğunu söylemiştik. Fakat bu dalganın gözlemlenmesi bugüne kadar mümkün
olmadı. Sadece gerçekleştirilen testler ve tahminler ortada bir dalga olduğuna
işaret ediyor. Gözlemlenemedi çünkü gözlemlenmek istenildiğinde görünen yine
bir partikül oluyor. Her gözlemlediğinizde olası başka bir pozisyonda olabilen
bir partikül. Gözlem yapıldığı anda dalganın çöktüğü var sayılmaktadır. Yani
yok oluyor. Dolayısı ile gözlemlenen andaki ilgili parçacığın tam olarak nerede
belireceğini bilmek mümkün olmuyor.
İçeriğin videosu:
Bunu kanıtlayan en ünlü deneylerden bir tanesi ise çift yarık deneyidir. İki tane yarık olduğunu ve bu yarığın arkasından rastgele ışık fotonları atabilen bir silah olduğunu düşünün. Beklenen sonuç aslında aşağıdaki şekildeki gibi olmalı, yani karşıda görebileceğimiz iki çizgi:
Bunu kanıtlayan en ünlü deneylerden bir tanesi ise çift yarık deneyidir. İki tane yarık olduğunu ve bu yarığın arkasından rastgele ışık fotonları atabilen bir silah olduğunu düşünün. Beklenen sonuç aslında aşağıdaki şekildeki gibi olmalı, yani karşıda görebileceğimiz iki çizgi:
Fakat sonuç
beklendiği gibi olmuyor, çıkan sonuç ise aşağıdaki gibi :
Buna girişim deseni
deniyor.
Bunun altında yatan
sebep ise :
Yukarıdaki şekilde
görülebileceği üzere, ışık fotonlarının dalga olarak hareket etmesi ve yansıdığı
bölgede de bu dalganın kesişimi ile ışığı yansıtması. Burada oluşan dalgaya ise
olasılık dağılımı denir. İlgili ışık fotonu yansıdığı zeminde gözlemlenmek istenirse
bu noktaların herhangibirinde olabileceği sonucu ortaya çıkar. Yani aslında
olasılık dağılımı dalgasının şekli ve boyutu net bilinse bile parçacığın yeri
net olarak hesaplanamıyor. Aslında Nobel ödüllü fizikçi Richard
Feynman değinmek istediği konuda bu olabilir. Çift yarık deneyinin evrenin
yapısı ile ilgili bulgulara ciddi etkisi vardır. Fizikçiler günümüzde hala bu
dalga çöküşünün; yani dalganın çöküp, gözlemlendiğinde partiküle dönüşme durumunu
hala çeşitli yorumlar ile açıklamaya çalışıyorlar fakat şimdilik nafile.
Aslında anlaşılmak istenen şey gerçekliğin nasıl var olduğu.
Şimdi gelelim süper pozisyon konusuna. Süper
pozisyon bir partikülün iki ayrı noktada aynı anda olabilme durumudur.
Aşağıdaki şekildeki gibi bir dalga olduğunu var
sayalım ki sonsuz çeşitlilikte dalgalar olabilir. Dalga da iki adet yüksek olasılık
görülüyor ve bir adet düşük. İki adet yüksek olasılık aynı oranda olan değerler.
Bu partikülün aynı anda iki konumda da olabileceğine işaret ediyor.
Süper pozisyon iki
dalganın birbirine eklenmesi ile oluşur. Çift yarık deneyinde kesişen
dalgalarda bunu görmüştük. Aslında çok olağanüstü bir durum değil. Bir suya yan
yana iki tane taş attığınızda da benzer şekilde dalgaların kesiştiğini görebilirsiniz.
Buna süper pozisyon deniyor.
Var sayalım ki iki
dalga kesişti ve birbirinden uzaklaşmaya devam etti :
Fakat ne kadar uzaklaşırlar
ise uzaklaşsınlar dalganın herhangibirinde yapacağınız ölçüm diğer dalga içinde
geçerlidir. Bu arada milyarlarca km olsa bile böyledir. Bu konu Einstain’ı da
rahatsız etmişti, çünkü ışıktan daha hızlı bir iletişimden bahsediyoruz. Anlık
bir iletişim. Görecelik kuramı ile de çelişiyor. Fakat bu iletişim tarzı veri
iletiminde kullanılamıyor çünkü ölçümler rastgele sonuçlar veriyor. Bu iletişim
arada bir bağ olması gerekliliğini ortaya çıkarıyor ve buna “non-locality” yani
yerelleştirilememe deniyor.
Bir diğer konu ise
kuantum tünelleme. Kuantum tünelleme; partiküllerin bir bariyer ile
karşılaştığı zaman içinden geçebilme durumuna verilen ad. Bir dalga fonksiyonu
bir bariyer ile karşılaştığında eğer bu bariyer yeterince dar ise bariyerin
arkasında varlığını devam ettirebilir. Bariyer içindeki bu durum ise kuantum tünelleme
olarak adlandırılır :
Aslında yaşamımızı
kuantum tünellerine borçluyuz. Güneşten bize ulaşan güneş ışığının oluşum
sebebi kuantum tünellemesinin mümkün olmasıdır. Normal şartlarda proton parçacıkları
birbirini iter fakat çok nadiren olsada birbirlerinin içinden geçebilecekleri
kuantum tünelleri oluşabilir. Bu da hidrojen’in helyum’a dönüşmesini sağlar, helyum
da fizyon enerjisinin serbest bırakılmasına vesile olur.
Birde Heisenberg’in
belirsizlik ilkesi vardır. Dalgaların boyları sonsuz olabilir, ayrıca dalgaların
genişlikleri de benzer şekilde değişkendir. Dolaysı ile parçacğının yerinin
tespit edilebilmesi mümkün değildir.
Bu kadar kuantum
fiziği dedikten sonra ünlü Schrödinger'in kedisi deneyinden bahsetmeden olmaz. Schrödinger
kuantum mekaniği bulanlardan biri. Bu deney düşünsel bir deneydir. Bir kutunun
içerisinde bir kedi ve bu kediyi %50 ihtimal ile bir saat içinde öldürebilecek
bir cihaz ile düşünün. Bir saatin sonunda kedinin durumu ne olur diye
sorulduğunda kedinin ölmüş ve ya diri olma ihtimali aynıdır. Yani aslında süperpozisyon.
Kutuyu açtığımızda ise gerçek durum ile karşılaşırız yani gözlemlediğimizde.
Günümüz teknolojisindeki
kullandığımız neredeyse her şey gelişimini ve varlığını kuantum fiziğine
borçludur. Bu güne kadar tespit edilenler, elektronlar, atomlar ve atom altı
parçacıklar ile çok küçük seviyede müdahale edebilinmesini mümkün kılıyor.
Artık 3 nanometre boyutunda transistörler yapılabiliyor. Böylelikle elimizdeki
telefon, tablet, TV her ne varsa üretilmesi mümkün oluyor.
Kuantum fiziği
evrenin her yerinde ve bütün sistem-düzenlerde geçerli. Tabii olarak buna bizi
var eden beynimiz de dahil. Yani aslında bizlerde kuantum mekaniği dışında olmayan
varlıklarız. Beynin sağ lobunda tetiklenen bir nöron’un aynası diğer lob’da da
aynı anda tetikleniyor. Hepimiz birer kuantum beyine sahibiz. Kuantum
parçacıkların bütün evrende aynı anda birbirleri ile iletişimde olabiliyor ve
bizde bunun dışında değiliz. Bu perspektiften yaklaştığımızda bütün evren ile
iletişim halinde olduğumuz ve bütün verilerimizin aynı anda evrenin herhangi bir
yerinde bir kopyasının olduğuda söylenebilir. Günümüzde bunun aksini kanıtlayabilen
bir fizikçi yok. Kuantum fiziği ise bu prensip ile çalışıyor. Aslında bu sır
denebilecek kadar muazzam bir konunun ipucu. İlerleyen yazılarımda bu konu
hakkında da bazı hikayeler anlatmayı düşünüyorum.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder