Aydınlanmanın Fiziği – 1

Aydınlanmanın Fiziği Kuantum

Kuantum fiziğinin muhteşem dünyasıyla ilgili size birkaç akıl çelici kavramdan bahsederek, bilincin buradaki rolünü tarif etmek, aydınlanma yolu yürüyüşümüzde mevcut halimizi sorgulamayı ve mümkünse sorgulatmayı denemek istiyorum.

Yürüyor olduğumuz yolda, karşılaştığımız bazı noktaların neden “kaçınılmaz şekilde öyle olması” ya da “yaşanması” gerektiğinin, kendimce, spekülasyonlarını da paylaşmak niyetindeyim.

Kuantum fiziğinin liderlerinden Niels Bohr diyor ki, “Atom kuramı ile ilgili paralellikleri aramak istiyorsak, … insanı var oluşun büyük dramı sırasında hem seyirci ve hem de aktör olarak ele alan Buda ve Lao Tzu gibi düşünürlerin karşılaştıkları sorunlara yönelmemiz gerekecektir.’

Yine aynı ekipten Werner Heısenberg: “Son ‘büyük savaştan beri Japonya’nın kuramsal fizik dalına sağladığı büyük bilimsel katkı, belki de Uzak Doğu geleneklerinde var olan felsefî fikirlerle kuantum kuramının felsefî özü̈ arasındaki benzerliğe işaret etmektedir.”

Nobel Fizik Ödülü sahibi Alman fizikçiKuantum Kuramı neden bahseder? Özetle atomlar, atomların ışınımları, enerjileri ve etkileşimleriyle ilgili bir teoridir.

Kuantum Kuramı esasen kime aittir? 1918 yılında Nobel fizik ödülüne layık görülen Alman fizikçi Max Karl Ernst Ludwig Planck, kuantum teorisini oluşturan kişi olarak anılır.

Planck Işıma Yasası adıyla bilinen teorisini 1900 yılında Berlin’de sunarak, atomların sürekli titreştiğini, titreşen atomların sürekli ve gelişigüzel enerji yaydığını, bu enerji parçacıklarına kuantum adını verdiğini açıkladı. Kuantum terimi, titreşen atomların belirli düzeylerde enerji yaydığını veya emdiğini göstermektedir. Bu durumu açıklamak için yarattığı E=h.v formülü, Planck sabiti olarak anılır ve Kuantum kuramın temel denklemi olarak kabul edilir.

Gelin şimdi kuantum fiziğinin gizemli, eğlenceli, uçuk kaçık kavramlarından bazıları tanırken, bir yandan da içimizde ve dışımızdaki evrenin sınırlarında gezinip, mümkünse kaybolalım.

Kuantumun Gizemi: Gözlediğimiz, aslında var olanın sadece çok küçük bir kısmı

Çift Yarık Deneyi

Kuantum fiziğinin, ya da daha doğrusu dünyada bugüne kadar yapılan tüm deneysel çalışmaların, bence, en şaşırtıcı sonuçlarını üreten bu deney, evreni ve içindeki her şeyi algılayışımızla ilgili ciddi sorgulamalara yol açmıştır.

Hatta bu olağanüstü basit deney, deneyi yapanlardan bağımsız olarak, haklı bir şöhrete sahip olarak, pek çok deneysel fizikçinin ve disiplinler arası çalışan sayısız bilim insanının, pek çok bilimsel kavramdan şüphe duymasına yol açmıştır.

Nasıl açmasın ki? İnsan aklıyla tasarlanan ve içinde bir bilinç olmadığı düşünülen deneysel araçların ve atomik yapıların, aslında, bir bilince sahip olduğuna dair deliller ortaya koyan bir fenomenden söz ediyoruz. Sonuçları itibarıyla, Einstein dâhil, teorik-deneysel-parçacık-atom fiziği dünyasının tüm üyelerini hayrete düşürerek, “Bu nasıl olabilir?” sorusunu sordurmuş bir atom altı parçacıktan bahsediyoruz.

“Bu nasıl olabilir?” sorusunun hala yankılandığı koridorlara sahip laboratuvarlarda, benzer deneyler yapılmaya ve olası bir cevap üretilmeye çalışılıyor. Ancak nafile! Çabalar, gelişen teknolojiyle birlikte çok daha kesin ve hassas ölçümleri ve deney düzeneklerini beraberinde getirse de sonuç değişmiyor: Nasıl olduğu hala bilinmiyor!

Peki, şimdiye kadar bunca söz ürettiğimiz bu pek meşhur çift yarık deneyi nedir, nasıl yapılmıştır, amatör fizik meraklıları bunu kendi evlerinde deneyebilirler mi?


Fritjof Capra Fiziğin TaosuFritjof Capra
bu konuda diyor ki: “Modern atom-altı fiziği ile ilgili herhangi bir deney yapmak veya bir deneyi tekrarlamak isteyen bir kişinin, yıllar süren yoğun bir eğitimden geçmesi gerekmektedir. Ancak böyle yorucu bir eğitimi aldıktan sonradır ki, bu kişi doğaya deney aracılığı ile belirli bir soru yöneltebilme ve doğanın bu soruya verdiği cevabı anlayabilme düzeyine erişebilmektedir.”

 

 

Öncelikle temel bilgileri açıklayalım

Temel Newton Fiziği der ki: Işığın yayılma modeli olarak, ışığın parçacık olma teorisi baz alınır. Yani ışığın temelinin parçacıklardan oluştuğu ve hareketinin de bir parçacığa uygun şekilde olması gerektiği vurgulanır. Bunun tıpkı gezegenlerin tabi olduğu evrensel fizik kanunlarına uygun olduğu sonucuna varılır. Eğer bu doğru olsaydı, çift yarık deneyinde ortaya çıkacak desenin şöyle olması gerekiyordu:

http://www.sonsuz.us/files/cift_1.JPG Arkadaki engelde/duvarda iki ayrı aydınlık alanın olması gerekirdi.

1800’lerin başında, bir başka İngiliz fizikçi Thomas Young, sonraları Young Deneyi de denen çift yarık deneyini tasarlarken amacı, ışığın doğasına dair duyduğu karşı konulamaz merakını gidermek ve kafasında kendisini uykusuz bırakan “ışığın dalga şeklinde olabileceği” teorisini sınamaktı.

http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/antiqueimages/young.jpg Bu deneyi tasarlarken Young, sadece güneş ışığını kullanmış, yarıklar yerine de iğne deliklerini koymuştur. İğne deliğinden yayılan ışığı, üzerinde birbirine yakın iki iğne deliği bulunan ve deliklerin ilk kaynağa uzaklıkları eşit olacak şekilde yerleştirilen saydam olmayan bir engele düşürmüştür.

Birinci iğne deliğinden herhangi bir anda çıkan ışık arkasındaki engelde/duvarda düz bir şerit halinde izler bırakır. Bu ışığın parçacık özelliğinin, zaten o dönemde de bilinen, malum sonucudur. Young bunu bir adım öteye taşıyarak yarıkların/deliklerin sayısını ikiye çıkartır ve parçacıkların nasıl yayılacaklarını ve arkalarındaki engelde/duvarda nasıl iz bırakacaklarını gözlemlemek ister.

İşte bu bilim tarihinin en önemli ve gizemli deneylerinden birinin dönüm noktasıdır.

Zira bir iğne deliğinden geçen parçacıklar arkalarındaki diğer iki iğne deliğinden de aynı anda geçerek, eş zamanlı olarak duvarda izler bırakmaya başlarlar.

C:\Cem Şen\Makaleler\çifty.png

Young’ın tahmin ettiği gibi eş fazda ilerleyen ışık engelde/duvarda, dalgaların girişim desenlerine benzer izler bırakmaya başlar.

Perdede bir parlak bir karanlık olarak sıralanan girişim çizgileri görülmektedir. Tıpkı ışığın dalga modelinde ön görüldüğü gibi, en ortadaki desen parlaktır ve yanlarında oluşan çizgiler yarıklara paraleldir.

Bu deneyin sonuçları bilim dünyasında hızla yayılmış, ve kendi teorilerini ispat etmek isteyen diğer bilim insanlarına ilham kaynağı olmuştur.

http://ffden-2.phys.uaf.edu/webproj/212_spring_2014/Sean_Counihan/Sean_Counihan/jamesclerkmaxwell.jpg Nihayetinde 1815 yılında İskoç fizikçi James Clerk Maxwell, yakın dostu Michael Faraday’ın öngörülerine dayanarak giriştiği araştırmalarının sonucunda ünlü Maxwell denklemlerini yayınlamış ve ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu ispatlamıştır.

Max Planck, 1900’de Planck Işıma Yasası adıyla bilinen teorisini ortaya koyduktan sonra, atomların sürekli titreştiğini, titreşen atomların sürekli ve gelişigüzel enerji yaydığını öne sürer. Bu atomik düzeyde, bilinen tüm klasik fizik kanunlarına zıt görüşler ve bilgiler veren bu teoriye destek bir beş sene sonra, o zamanlar çılgın fikirlerle dolu genç ve heyecan verici bir fizikçiden gelir.

Einstein Kuantum Fiziği Öyle ki, 1905 yılında, ışığın kuantadan oluştuğunu, yani enerji paketçiklerinden (daha sonraları buna foton denecektir) müteşekkil olduğu gibi ilginç bir teori öne sürer. Buna ek olarak, bir kaynaktan yayılan ışık veya daha yüksek enerjili elektromanyetik dalgaların (mesela morötesi ışın) bir madde yüzeyine düşmesi sonucu maddeden elektron yayınlandığını iddia eder ve ispatlar. Buna da Fotoelektrik Etki adını verir. Ve bu keşfiyle Nobel Fizik Ödülüne layık görülür.

Bu genç fizikçi Albert Einstein’dan başkası değildir. Ta 1915 yılında, bu ve takip eden savları, bir deneysel fizikçi olan Milikan tarafından ispat edilene kadar, Einstein teorik fizik camiasının göz önünde tuttuğu ama hep şüpheyle baktığı “aptalca savlara sahip” bir fenomendir.

Kuantum Alanına Giriş

Açıklanamayan bazı durumlar, ışığın dalga şeklinde yayılmasına rağmen nasıl bazı yerlerde parçacık gibi davrandığı gibi, bir yüzyıl sonra 1905 yılında Einstein’ın Nobel ödülü aldığı Fotoelektrik Etki makalesiyle çözümlenmiş oldu.

Takip eden yıllarda, çift yarık deneyi, gelişen teknoloji ve ölçüm aletleri sayesinde gelişmiş laboratuvarlarda farklı varyasyonlarıyla tekrar edilmeye devam etti.

Deneylerde yapılan ufak değişiklikler ışığın doğasına dair çok garip sonuçlar üretmeye başlar:

Bu deneyi tek başına bir foton (Işık, E=hf enerjili paketçikler halinde yayılır ve soğurulur. Bu ışık paketçiklerine foton denir; yani fotonlar, ışık parçacıklarıdır.) gönderecek şekilde düzenleyen bilim insanları, fotonun deliklerin sadece birinden geçip karşı duvara ulaşacak ve herhangi bir girişim deseni oluşmayacağını, deliklerin/yarıkların karşısında birer aydınlık hat oluşması gerektiğini varsayarak deneylerine başlarlar.

Kaynaktan tek tek gönderilen fotonların bir hat oluşturması için belirli bir süre beklendiğinde, beklenenin aksine, her iki deliğin karşısında iki hat oluşmayıp, aynı bir anda gönderilen fotonlarda olduğu gibi dalga girişim etkisi görülmüştür.

Bunun anlamı, her nasılsa tek tek yollanan her bir foton, her iki yarıktan da aynı anda geçmiş ve kendisi ile girişim yapmıştır.

Yukarıdaki gibi, arka taraftaki duvarda, dalga girişim desenleri oluşmuş ve karanlık-aydınlık bölgeler belirmiştir.

Bu muazzam sonuç, ışığın-elektronların ve atomların doğaları hakkında çok ilginç sorular sorulmasına sebep olmuştur. Nihayetinde fotonun oluşturduğu girişim deseninde, bir noktada dalgaların birbirini yok etmesi görünüyorsa (karanlık alanlar), bu fotonun yok olduğunu değil, sadece o noktada fotonun belirmesi olasılığının azaldığını ve başka bir noktada arttığını belirtmektedir.

Deneyi Biraz Daha İlginç Hale Getirelim

Bilim insanları, çift yarık deneyinde, fotonların, yarıklardan geçerken ki konumlarını bulmak üzere, yarıkları izleyen ve teker teker fotonları sayan bir detektör koymayı akıl ederler. Amaç, fotonun tek bir yarıktan mı yoksa her ikisinden birden mi geçtiğini tespit etmektir.

Detektör açılıp çalışmaya başladığında, parçacığın hangi yarıktan geçeceğini tespit etmeyen yarayacak olan bu değişiklik, ekrandaki girişim deseninin görünürlüğünü azaltır.

Detektör kapandığında girişim deseni yine görünmeye başlar.

İşte tam da bu noktada, hem ışığın hem dalga hem de parçacık özelliğini aynı anda gösterememesi olgusu ortaya çıkar ve hem de “seçilen bir anda fotonun ekranın her hangi bir yerinde olabileceği” prensibi doğar.

Başka bir deyişle Bir olay gerçekleşmeye başladığında, onu gözlemlemeye başlayan biri olana kadar, olay sonsuz olasılıkta sonuç üretir.”

Kuantum mekaniğinin meşhur ölçüm problemi, bu deneylerin sonucunda düşünülmeye ve gözlemlenmeye başlar. Ve 1926’da Erwin Schrödinger’in Dalga Fonksiyonu formülü ile tanımlanana kadar da bir muamma olarak fizik tarihindeki yerini alır.

http://www.buzlu.org/images/bohr84.jpgNiels Bohr tüm bu gariplikleri toparlayan Kuantum Mekaniğine dair yorumunda, “Gerçekliğin sadece bir kelime olduğunu, bizim dışımızda (zihnimizin dışında) bir gerçekliğin olamayacağını, gerçekliğe yaklaşmak için atacağımız her adımda (her ölçümde) ne kullanırsak kullanalım, gerçeklik olgusunu değiştireceğimizi” anlatmaya çalışmıştır.

Ancak ve ancak bir gözlemci bir atoma baktığında / ölçtüğünde “gerçeklik” dediğimiz olguyla karşılaşılır; bu da ancak bir olasılıktan ibarettir.

 

Richard Feynman Kuantum FizikKuantum fiziğinin en eğlenceli ve bilgilendirici dehalarından biri olan Richard Feynman deneydeki “gözlem aygıtları” ile ilgili şöyle bir yorum yapmış: “Doğa, işlerini öylesine beceriyor ki bunları nasıl yaptığını anlamayı bir türlü beceremiyoruz. Işığın nereden geçtiğini gösterecek aygıtlar koyarak bunu görmesine görüyoruz; ama harikulade girişim olayları yok oluyor. Fakat ışığın nereden geçtiğini söyleyecek aygıtlarımız yoksa girişim etkileri geri geliyor. Gerçekten çok tuhaf!” 

 

 

Ezoterik Yorumum

Klasik fiziğe göre, başlangıç koşulları bilinen bir sistemin işleyişiyle ilgili, neden-sonuç ilişkileri gereğince, zaman içindeki değişimlerini bilebiliriz. Mesela çift-yarık deneyinin birinci versiyonunda, ışınlanan bir fotonun, tek bir yarıktan geçerek arkasındaki bir ekranda nereye düşeceğini bilebiliriz.

Ancak aynı deneyin adı gibi çift-yarıkla yapılan versiyonunda böyle bir belirlilik mümkün değildir. Aynı kaynaktan çıkan bir fotonun ekranın neresine düşeceği belirli değildir.

Einsten’ın öğrencilerinden John Wheeler (karadelik veya solucan deliği terimlerinin de yaratıcısıdır), önerdiği “geciktirilmiş gözleme dayalı çift yarık deneyi” sayesinde, nedenselliğin aslında evrende bizim bildiğimiz anlamda var olmadığını ortaya koydu.

Bu belirsizlik aslında hayatın temel süreciyle ilgili hakikatlerden biridir: Belirsizlik, akıp giden zaman içinde, sürekli değişimin olmazsa olmaz özelliğidir. Her an tüm atomlarımız, moleküllerimiz, hücrelerimiz geri dönüşü olmayan bir değişimin ve geçicilik içindedir.

Olayların bize bir önceki başka bir olayın sonucu gibi gözükmesi, içinde yaşamaya mahkûm olduğumuz uzay-zaman kafesinin bir yan etkisi olmalı. Bu kafesten kurtulmayı başaran nice aydınlanmış zihin, olayları bir bütünsellik içinde görmeyi başarmış olmalı. Bunu dile getirmek, dilimizin ve kelimelerin mevcut uzay-zamanın sınırlarına tabi olmasından dolayı, neredeyse imkânsız.

Ustaların susması bu yüzden olsa gerek!

Buda’dan sonra bu olguyu şu meşhur sözleriyle Heraklitus ne güzel ifade etmiş “Aynı nehirde iki defa yıkanamazsınız!

Bu geçicilik yaşadığımız her şey için geçerlidir: Hazlarımız için de, acılarımız için de!

Hazların ve acıların bir müddet sonra geçeceği, sabit kalmayacağı, ne yaşarsak yaşayalım bunun değişmeyeceği bilgisi içimizi öyle bir doldurmalıdır ki, yaşadığımız her an ne getirirse getirsin, bunu keyifle ve olduğu gibi karşılayabilelim.

Hakikat içimizde, yani zihnimizdedir. Başka bir yere baktığınızda, gözleminizin bir parçacı olarak hakikatin tamamını görmemiz imkânsızdır. Ne zaman ki içimize döner, iç gözümüzle ve yoğunlaştırılmış zihnimizle farkındalığımızı yükseltiriz, o zaman sezgisel bilgi akmaya başlar ve hakikatin damlalarıyla yıkanmak kaçınılmaz olur.

Bir sonraki durağımız bu deneylerin sonuçlarıyla kuantum mekaniğinin garip yasalarını üretmeye başlayan bir kıvılcım olan “ölçüm problemi” olacaktır.

Çift yarık deneyini en iyi anlatan animasyonlardan biri için bu videoyu seyredebilirsiniz.

Bir sonraki makalemizde buluşmak üzere…

Mustafa YÜCELGEN

Yazar Hakkında Bütün yazıları göster

Mustafa Yücelgen