Etiket arşivi: düşünceler

ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜ ŞÜNCELER -13-

Yaptığım şey hoşuma gitmedi.
Bu işe karıştığım için üzgünüm.
(Erwin Schrödinger. 1887-1961)

Kuantum kuramının en iyi bilinen yorumu olan “Kopenhag Yorumu” bu kuramın kurucularından fizikçi Niels Bohr’un ve Werner Heisenberg’in yaptıkları bir dizi açıklamadan oluşur. Böylece, kuantum fiziği artık el yordamı ile ilerleyen bölük pörçük çalışmalar olmaktan çıkıp, bir bilimsel çerçeve üzerine oturmaya başlayacaktır. Bu yorumlar bir kaç esası vurgular, bir ikisini kısaca özetlemek gerekirse.

  • Makroskopik sistemler klasik fiziğin ilkeleri ile, mikroskopik sistemler ise kuantum mekaniğinin ilkeleri ile incelenir.
  • Bir mikroskobik sistemin fiziksel durumları; konum ve momentumu içeren bir dalga fonksiyonudur ve Ψ (Psi) sembolü ile gösterilir.
  • Gözlem ya da bilinç, olasılık dalga fonksiyonunu göçertir ve yeni gerçekliklere yol açar.

Erwin Schrödinger (1887-1961)

Kopenhag yorumunun uzunca anlatımları olmasına rağmen en çok gürültü çıkaran yönü, gözlemcinin deneye müdahale etmesi yorumuydu. Bu durumda, biz gözlemlemediğimiz zaman, belli bir yasaya uyarak hareket eden bir evrenden söz edemezdik. Bu ise, evrensel yasaların bizim gözlemimizden bağımsız şekilde işlemesi gerektiğini öne süren fizikçileri çok rahatsız etmekteydi. Yazı serisinin finalinde kuantum fiziğinin en çok bilinen yorumlarını özetleyeceğim.

Erwin Schrödinger kuantum fiziğine katkılarda bulunmuştu, fakat anlaşılan, Kopenhag yorumunun gözlemle ilgili çıkarımından o da memnun değildi. Hayatına bakıldığında epey çapkın bir erkek olduğu anlaşılıyor. Oxford’daki yıllarında, biri evli olan, iki kadınla birlikte yaşıyordu ve öğretim görevlisi olduğu dönemlerde bazı öğrencileri ile ilişkiye girdiği öne sürülmektedir. Her neyse, neticede bunlar onun özel hayatına ait detaylar. Schrödinger, Kopenghag yorumdaki gözlemci etkisi fikrinin saçmalığını göstermek için bir düşünce deneyi önerdi.

Schrödinger’in Kedisinin Peşinde kitabından alıntılıyorum.

Schrödinger’in kedisi deneyinde, eğer radyoaktif maddede bir bozunma olursa, bunu tesbit eden dedektör bir düzeneği çalıştıracak ve kutu içindeki kedi zehirlenecektir. Bu deneyin püf noktası, gözleme tamamen kapalı olarak gerçekleşmesi şartıdır.

Bu düşünce deneyinin ardındaki fikir gayet basittir. Schrödinger bir kutunun içinde bir radyoaktif kaynak, radyoaktif parçacıkların varlığını kaydeden bir dedektör (belki bir Geiger cihazı), siyanür gibi zehir taşıyan bir şişe ve canlı bir kedi hayal etmemizi istiyordu. Kutu içindeki radyoaktif maddenin atomlarından birinin bozunma ihtimali yüzde ellidir ve bozunma olup olmayacağını kimse önceden bilemez. Eğer dedektör bir radyoaktif hareket tesbit ederse, düzenek devreye girer, cam kap kırılır, zehir havaya yayılır ve kedi ölür, aksi halde kedi yaşar. Bizim, kutuyu açmadan bu deneyin sonucunun ne olduğunu bilme imkanımız yoktur. Radyoaktif bozunma tamamen tesadüfen oluşur ve istatistiksel değerler dışında önceden bilinemez.

Katı Kopenhag yorumuna göre, tıpkı çift yarık deneyinde elektronun her bir delikten geçme olasılığının eşit olması ve üstüste binen bu iki olasılığın üst üste binen durumlar yaratması gibi; bu durumda da, radyoaktif bozunma olması veya olmaması şeklindeki eşit olasılıkların üst üste binmiş durumlar yaratması gerekir.

Buna tüm olasılıkları içeren “süper pozisyon” da denir. Olayın gerçekleşip gerçekleşmemesi Kopenhag yorumuna göre sadece bir dalga fonksiyonudur ve gözlemci olaya müdahale ettiği anda bu dalga fonksiyonu çökerek, bizim “gerçeklik” dediğimiz duruma dönüşür.

Bütün deney, kedi ve diğer her şey, bizim deneye bakacağımız zamana kadar bu üst üste binmenin “gerçek” olduğu kuralıyla yönetilmektedir ve sadece gözlem anında dalga fonksiyonu çökerek iki durumdan birine geçer. Biz bakmadan önce içerde ne bozunmuş ne de bozunmamış radyoaktif madde, ne kırılmış ne de kırılmamış zehir şişesi, ne ölü ne de canlı bir kedi vardır.

Elektron gibi bir temel parçacığın ne burada ne orada olduğunu, bir tür “üst üste binmiş durumda olduğunu” hayal etmek zor; fakat kedi gibi bildik bir şeyi canlı olup olmadığı belirsiz vaziyette hayal etmek daha da zor. Schrödinger bu deneyi katı Kopenhag yorumunda bir kusur olduğunu göstermek için düşünmüştü; zira kedinin “aynı anda” hem ölü hem de canlı olamıyacağı barizdir. Peki bu durum, elektronun aynı anda hem bir parçacık hem de bir dalga olamıyacağı “gerçeğinden” daha mı barizdir ?

Yukarda, haklı bir sorgulama yapılıyor. Elektronun aynı anda hem bir parçacık hem de bir dalga olamıyacağı yönündeki “sağduyuya dayalı” varsayımımız senelerce “gerçek” olarak kabul edilmişti. Ama deneyler ve gözlemler, bilimcileri bu düşünceden vazgeçmeye mecbur etti. Peki, bir elektronun aynı anda hem dalgacık hem parçacık olasılığı taşıdığını kabul ediyoruz da, bir kedinin aynı anda hem ölü olma hem canlı olma olasılığını taşıdığını neden kabul edemiyoruz ?

Sağduyunun kuantum gerçekliğine kılavuzluk edip edemiyeceği önceden sınanmış ve yetersiz kaldığı ispatlanmıştı. Kuantum dünyasında emin olduğumuz tek şey sağduyumuza güvenmemektir. Bir kutunun içinde neler olup bittiğini içine bakmadıkça bilemeyiz.

Akıl oyunları, (A beautiful mind) filminden bir sahne.

Yukardaki cümle bana, Akıl Oyunları (A Beautiful Mind) filmindeki matematikçi John Nash’in paradoksal cümlesini hatırlattı. “Bu dünyada hiçbir şeyden emin olamazsın. Emin olabileceğin tek şey budur!”

Bu kedi deneyini sakın ola ki saçma bir düşünce gibi görmeyin. Kuantum fiziğine doğrudan katkıda bulunmuş en saygın fizikçiler elli yıldan fazla bir süre deneyi tartıştılar ve hâlâ tatmin edici bir cevap bulunamamıştır. Katı Kopenhag yorumunda, bilinçli bir varlık gözlem yapana kadar kedinin ölü mü, canlı mı olduğu bilinemez. Henüz o durumu gözlemle oluşturmadığımız için, tıpkı elektronlar gibi, kutu içindeki kedi de bir dalga fonksiyonudur.

Daha farklı bir yorumda ise, kedi, kendi bilinci ile olaya müdahale edip, radyoaktif bozunum ortaya çıkararak ölmüş olabilir veya yine müdahale edip radyoaktif bozuntu dalga fonksiyonunu olumsuz olarak göçertmiş ve böylece yaşam durumunda kalmış olabilir. Ama bu durum bizim kendi zamanımızda geçerli değildir. Çünkü aynı olayı biz henüz gözlemlemediğimiz için, bize göre süper dalga olasılık pozisyonu geçerliliğini korumaktadır. Dolayısı ile;

İçerdeki gözlem sonucu (kedi gözlemi) ölü olan kedi, biz gözlemlediğimizde canlı olabilir.

veya

İçerdeki gözlem sonucu (kedi gözlemi) canlı olan kedi, biz gözlemlediğimizde ölü olabilir.

(Burdan, farklı evren geleceklerine sapma yorumu çıkar.)

Bir başka yorumda ise dedektör cihazının müdahalesinin bile radyoaktif maddeyi bir durumda bulunmaya zorlayacağı öne sürülüyordu. Ama bu yorumda bile, dedektörün ölçümü, bize göre bir olasılık süper dalga pozisyonu olduğundan, kedinin durumundan emin olamazdık. Schrödinger’in kedisi deneyi bir başka paradoks daha içermektedir.

Kuantumun Kopenhag yorumuna göre, makroskobik sistemler klasik fizik yasaları ile incelenirler. Schrödinger’in kedisinin düzeneği makroskobik bir sistemdir ve dolayısı ile kedi ya ölmüştür veya yaşamaktadır. Bu durum, bizim gözlememizden bağımsız olarak kutu içinde gerçekleşmiştir veya öyle varsayılır. Diğer yandan, kedinin ölümüne yol açacak düzeneğin çalışması, radyoaktif bir parçanın bozunumuna bağlıdır. Bu ise mikrosisteme ait bir olaydır ve kuantum dalga fonksiyonu ile ele alınması gerekir. Diğer bir deyişle, makroskobik bir sisteme etki edecek olan olay, mikroskobik bir sistemin yasaları ile başlatılmıştır. Yani, kısaca,

kutunun kapağını açana kadar, kedi hem ölü, hem canlı bir kedidir. (Süper pozisyon gereği)

Bu paradoksun içinden çıkılamamıştır. Bunun sonucunda, evrendeki tüm olaylarda sonsuz bir neden-sonuç ilişkisi olduğundan, bütün evrenin “gerçek” varlığının sadece bilinçli varlıkların gözlemine bağlı olduğu gibi bir sonuca da varılmıştır ki; bu durumda ise “bilinç nedir?” veya “bilinçli varlık nedir?” soruları tetiklenir. Bilinçli varlığı tarif etmeye çalışmamızda sanırım antropomorfik (insan biçimci) bir şartlanma söz konusudur. Kuantum fiziği, son derece küçük elektronların bile foton takas ederken, ancak bilgisayarlar yardımı ile çözebildiğimiz sonsuz sayıda denklem ürettiğini göstermekte. Ama onları bilinçsiz kabul ederiz! Peki, bundan gerçekten emin olabilir miyiz?

Bizim Güneş’imizin Canis Majoris yıldızına oranı…

Bana göre, bu sorunun cevabı kocaman bir “hayır!” olmalıdır. Bu şeyler bilinçlidir veya bilinçsizdir demiyorum, ama bundan kolayca emin olamayız diyorum. Evrendeki konumumuzun düşünülmesini rica ederim. Ne büyük bir Dünya’da yaşıyoruz öyle değil mi? Peki ya Jüpiter’e olan oranımız, onun Güneş’e olan oranı, Güneş’in ise kendisinden binlerce kat büyük Canis Majoris yıldızına oranı? Onun galaksiye oranı ve bizim galaksimizin diğer galaksilere oranı? Böyle baktığımızda “evrende bir toz zerresiyiz” diye yazmak isterdim ama onu bile yapamam, çünkü bir toz zerresi olarak dahi farkedilemeyiz. Dıştan bakan bir başka bilinç bizim bulunduğumuz yapılanmayı kolayca bilinçsiz bir bulut olarak değerlendirebilir! (Biz uzaydaki gaz ve toz bulutlarına bakarken benzer bir durum içinde değil miyiz?)

Bu durumda, akıl ve mantık bir kenara atılıp, her tür hayale, inanca kapı açılabilir mi diye sorulursa, bu soruya da “hayır” cevabını vermek isterim. Bu konuda, bilimci Einstein’in tesbitine sonuna kadar katılırım: “Evrenin bilinemezliği ve sonsuzluğu ile karşılaştırdığımızda bilimimiz bir çocuk oyuncağı olarak kabul edilebilir. Ama yine de, elimizde olan en iyi şey odur!”

Her şey burda bitiyor mu … elbette hayır. Schrödinger’in kedisi ve benzer “akıl oyunları“, çeşitli bilimsel çalışmalar, deneyler yeni soru ve kuramlara yol açmaya başladı. Bir başka arayış ise, birbirinden kopukmuş gibi görünen tüm bu yasaları ortak bir çerçevede toplayacak olan bir “bileşik kuram” çabasıydı. Dr Hawking buna “her şeyin kuramı” demekte. Eğer bir gün gerçekleşirse, bileşik kuramı “aaa, demek evren buymuş” diyebileceğimiz tek bir formül gibi algılamamamız gerektiğini düşünmekteyim. Bu, daha çok, farklı uzay-zamanlarda sayısız yasaya yol veren evrensel dinamikleri ortak bir çerçevede ele almak olarak görülebilir. Elbette, yazması çok kolay, gerçekleştirmesi ise alabildiğine zor, hatta belki imkansız bir girişim olabilir.

Günümüze yaklaşırken; hem kuantum kuramı, hem de makro kozmoz üzerine yapılan çalışmalar, yavaş yavaş farklı bir gerçekliği önümüze getirmeye başladı. Bildiğimiz evren, trilyon çarpı trilyonlarca evrenlerden sadece bir tanesi olabilir. Bu çıkarımı kavrabilmek çok zor. İnsanların çoğu, daha kendi evrenimizin büyüklüğü hakkında doğru dürüst fikir sahibi değilken, bir de olası evrenler üzerine kafa yormak inanılmaz bir fantezi gibi görünebilir. Oysa, çağdaş bilim bu kapıyı çoktan açmıştır.

Dr Hawking’den alıntılıyorum.

Yüzyıllar önce Newton, yeryüzü ve gökyüzündeki nesnelerin etkileşim yollarını matematik denklemleriyle çok doğru bir şekilde tanımlayabileceğimiz gösterdi. Bilim insanları uygun bir kuram ve yeterli hesaplama gücüne sahip olunduğunda bütün evrenin geleceğinin önlerine serileceğine inandılar. Ancak sonra, kuantum belirsizliği, eğik uzay, kuarklar, sicimler, fazladan boyutlar, her biri kendi yasalarına sahip 10 üzeri 500 sayıda evren olasılığı gündeme geldi ve onların içinde yalnızca bir tanesi bizim bildiğimiz evrene benziyordu. Fizikçiler, evrenimizin görünür yasalarını bir kaç basit varsayımın eşsiz olası sonuçları olarak açıklayan terk bir kuram bulma umutlarını terk etmek zorunda kalabilirler. Bu bizi nereye götürür? M kuramı, 10 üzeri 500 sayıda görünür yasanın varlığına olanak tanıyorsa, biz nasıl görünür yasaları olan bu evrene düştük? Peki ya diğer olası dünyalar ve evrenler hakkında ne söyleyebiliriz?

Sonraki bölümlerde sanal parçacıkların, kuarkların ve farklı boyutları birbirine bağlayabileceği düşünülen sicim kuramlarının dünyasına gireceğiz.

-devam edecek-

Reklamlar

ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞÜNCELER -14-

Japonya’daki Hida şehrinin yakınında, Ikenoyama dağının yüzlerce metre altında büyük bir parçacık algılama laboratuvarı ve yeralti gozlem istasyonu bulunur. Burada radyoaktif parçacıkların ve proton gibi parçacıkların bozunum süreleri hesaplanmaktadır. Dünyaya uzaydan gelen kozmik ışınların etkisini en aza indirmek için yerin derinliklerinde inşa edilmiştir. Başlangıçta, Güneş içindeki çekirdek füzyonunun ürettiği parçacıkları tesbit etmek için kurulan bu tesiste, Dünya’nın çekirdek ısı değişimleri, yerküredeki radyoaktif bozunum gibi pek çok araştırma yapılır. Sadece bu laboratuvarın varlığı dahi, umarım parçacık fiziğinin ne kadar ciddi bir alan olduğunu göstermeye yeter.

Japonya’daki Super-Kamiokande teleskopunun içinden bir görüntü. Bu tesiste proton bozunması, Güneş patlamaları, atmosfere giren nötronlar ve süpernova faaliyetleri gibi kozmik olaylar incelenir.

Atom altı parçacıklara inildikçe, adeta şu meşhur Rus Matruşka bebekleri gibi, atom parçacıklarının farklı alt parçalardan veya birbirleri ile iletişime giren kümelerden oluştuğu anlaşılmaya başlandı. 1967’de, Nobel ödülü alan Pakistan’lı ilk müslüman fizikçi Abdüsselam ve Steven Weinberg zayıf nükleer kuvvet üzerinde çalışarak “elektro zayıf kuvvet” adı verilen bir etkiyi ortaya çıkardılar ve W+, W-, Zo parçacıkları olması gerektiğini gösterdiler. Z ve W parçacıkları CRN deneylerinde 1983’te doğrudan gözlemlendi. Kuantum kuramının zayıf nükleer kuvvete uyarlanmasına kuantum krodinamiği, KKD denildi. Bu kurama göre, proton, nötron ve diğer temel madde parçacıkları kuarklardan meydana geliyordu. Kuarklar bir araya gelerek Hadron denilen madde kümelerini oluşturmaktaydılar. Bu madde parçacıklarının en kararlıları ise proton ve nötrondu. Kuarkların ayrıca kendi karşıt parçacıkları bulunmaktadır ve bunlar elektriksel olarak zıt yüke sahiptirler. Fakat kuarkların bir başka acaip özelliği bulunmaktadır. Alıntılıyorum.

KKD ayrıca asimptotik özgürlük adlı bir özelliğe sahiptir. Asimptotik özgürlük şu anlama gelir. Kuarklar birbirine çok yakınken aralarındaki güçlü kuvvet zayıftır, ama kuarklar birbirinden uzaklaşırsa sanki lastik bir bantla bağlıymışlar gibi bu kuvvet artar. Asimptotik özgürlük, kuarkları tek başına neden doğada gözlemliyemediğimizi ve neden laboratuvarda üretemediğimizi açıklar. Kuarkları tek başına gözlemleyemesek de, modeli kabul ediyoruz, çünkü proton, nötron ve diğer madde parçacıklarını açıklamakta çok iyi iş görüyor.

Elektromanyetik kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet, kuantum kuramına uyarlanırken, doğal kuvvetlerin, anlaşılması en basiti gibi görünen kütle çekim kuvvetinin uyarlanmasında ortaya büyük zorluklar çıkmaya başlamıştı. Alıntılıyorum.

Kütle çekimin kuantum kuramını oluşturmanın bu kadar zor olması, Heisenberg’in belirsizlik ilkesiyle ilişkilidir. Çok açık olmamakla birlikte bu ilkeyle bağlantılı olarak bir alanın değeri ve değişim oranı, bir parçacığın konumu ve hızıyla aynı rolü oynuyor. Yani biri ne kadar doğru olarak belirlenirse diğeri o kadar az doğrulukta belirlenebiliyor. Bunun önemli bir sonucu, “boş uzay” diye bir şeyin olmamasıdır. Çünkü boş uzay demek, bir alanın hem değerinin hem de değişim oranının tam olarak sıfır olması demektir. Belirsizlik ilkesi hem alanın hem de değişim oranının kesin olmasına izin vermediği için uzay asla boş değildir. Uzay, minimum enerji durumunda olabilir ve bu duruma “vakum” denir. Bu bir kuantum gecikmesi veya vakum dalgalanmasıdır – parçacıklar ve alanlar titreşerek var olur ve yok olurlar.

Vakum dalgalanmaları bir çift parçacığın bir zamanda birlikte ortaya çıkmaları, ayrılmaları ve sonra yeniden biraraya gelerek birbirlerini yok etmeleri olarak düşünülebilir. Bu parçacıklara “sanal parçacıklar” denir. Gerçek parçacıkların tersine sanal parçacıklar dedektör ile gözlenemez. Ancak dolaylı etkileri, örneğin elektron yörüngelerindeki küçük enerji değişimleri ölçülebilir ve kuramsal öngörülerle dikkat çekecek doğrulukta örtüşür. Sorun şu ki, sanal parçacıkların enerjileri vardır ve sonsuz sayıda sanal parçacık olduğu için enerjileri de sonsuz miktarda olacaktır. Genel görelilik kuramına göre bu, sanal parçacıkların evreni sonsuz küçüklükte bir ölçeğe kadar bükebilecekleri anlamına gelir, ancak bunun gerçekleşmediği ortadadır!

Soruna çözüm “süper simetri” ve “süper çekim” kavramlarından geldi. Buna göre “kuvvet” ve “madde” yalnızca aynı şeyin iki görünümünden ibarettir. Her bir madde parçacığının kuvvet parçacığı bir eşi ve her kuvvet parçacığının madde parçacığı bir eşi vardır. Bugüne kadar bu varsayım doğrulanamadı. Ayrıca varsayımın doğrulanabilmesi için gereken matematiksel hesaplamalar o kadar uzun ki, en gelişmiş bilgisayarlarla bile seneler sürecek çalışmalar yapılması gerekmekte; üstelik kimse bu çalışmalarda bir yanlışlık olmayacağını garanti edemiyor. Atom altı parçacıklar konusunu burda kapatıyorum; atomu oluşturan temel parçacıkların özellikleri, atom altı parçacıkların özellikleri, gruplandırılmaları başlı başına bir konudur. Bu konuları merak edenlere kuramsal fizikçi Steven Weinberg’in “Atom Altı Parçacıklar” kitabını tavsiye edebilirim.

Parçacıkların kendi aralarındaki bağlılıkların açıklamasında zorluklar yaşanması üzerine, “sicim kuramı” geliştirilmeye başlandı. Bu kuramda maddenin temel yapı taşları noktacıklar gibi değil iplikçikler şeklinde düşünülür. Alıntılıyorum.

Sicim kuramına göre parçacıklar nokta değildir, uzunluğu olan ama yüksekliği veya genişliği olmayan titreşim örüntüleridir. Ancak bu kuramın olağan dışı bir özelliği var. Bildiğimiz dört boyut yerine (en, boy, derinlik, zaman) uzay-zaman ancak on bir boyutlu olduğunda tutarlılık gösteriyor. Eğer bu boyutlar gerçekten varsa, biz neden onları farkedemiyoruz? Sicim kuramına göre bu boyutlar uzay içinde çok çok küçük bir hacim içersinde bükülmüş durumdalar. Bu boyutlar öylesine küçük bir ölçeğin içinde bükülmüş veya kıvrılmışlardır ki onları göremeyiz. Sicim kuramındaki fazladan boyutların büküldükleri yere “iç uzay” denir ve her gün deneyimlediğimiz üç boyutlu uzayın karşıtıdır.

Başlangıçta sicim kuramı alaylı gülüşlerle karşılandı. Tıpkı diğer pek çok bilimsel kuramda olduğu gibi. Bu kuram, çağdaş fiziğin en büyük ayrılığını ortadan kaldırmayı da hedefliyordu. Kuantum mekaniği ile genel görelilik kuramlarının ayrı yasalarla ele alınması sorunuydu bu. Sicim kuramı -benim bildiğim kadarı ile- şimdilik sadece matematiksel bir modeldir ve henüz doğrudan gözleme dayalı bir ispatı yapılmamıştır. Fakat kuram, farklı yasaları birleştireceğine inanılan M Kuramı (Membrane-Zar) için atılmış ciddi bir adım olarak kabul edilmektedir. M Kuramı ise, doğanın bağrında yatan yasaların altında daha farklı bir “oyun kuralı” olup olmadığını araştırmaktadır. Bunu şu şekilde ifade edebilirim. “Yasa üreten yasa” diye bir şeyin olup olmayacağını düşünün. Neden olmasın? Belki de evrenin (ve olası evrenlerin) yasaları aslında daha derinlerde yatan basit kurallara bağlıdır ve bunların ayrı uzay-zamanlarda yansıması bize evrende çok farklı yasalar olduğunu düşündürmektedir. Elbette bunlar sadece varsayım. Dr Hawking’den alıntılıyorum.

İnsanlar hâlâ M-Kuramının doğasını çözmeye çalışıyor ama bu mümkün olmayabilir. Belki de fizikçilerin tek bir doğa kuramına ilişkin beklentileri asılsızdır ve tek bir formülasyon mevcut değildir. Belki de evreni tanımlamak için farklı durumlarda farklı kuramlar kullanmak zorundayız. Her bir kuram kendi gerçeklik yorumuna sahip olabilir, ama modele dayalı gerçekçiliğe göre bu, kuramların üst üste geldikleri, yani her iki kuramın da uygulanabildiği durumlarda öngörüleri birbirleriyle tutarlılık içindeyse kabul edilebilir.

M-Kuramı ister tek bir formülasyon olsun, ister bir kuramlar ağı olsun, onun bazı özelliklerini biliyoruz. İlk olarak, M-Kuramında on bir boyut var. Ayrıca M-Kuramı yalnızca titreşen sicimleri değil, nokta parçacıkları, iki boyutlu zarları, üç boyutlu damlacıkları ve uzayda daha da fazla boyut kaplayan hayal edilmesi güç nesneleri de içerir.

Her biri kendi içinde sayısız yasa içeren çoklu evrenlerden sadece birinde yaşıyor olabilir miyiz?

Bu durumda, algıladığımız evren anlayışı bütünü ile değişecek demektir. Bizler doğamız gereği 3 boyutu rahatlıkla algılarız. En, boy, derinlik. Buna sonradan zaman da ayrı bir boyut olarak eklenmiştir. Onu gözle algılayamayız ama etkisini hissederiz. Peki, boyutlar neden bundan ibaret olsun? M-Kuramında evren sanki birbine yapışık köpükçükler gibidir ve bu köpükçüklerin de kendi iç sicim yolları bulunur. Dıştan bakan birisi sonsuz geniş bir uzayla karşı karşıya olduğunu zannedebilir, oysa ki aslında diğer boyutlara zar gibi yapışmış bir alana bakmaktadır. M-Kuramı anlaşılması zor bazı evrensel oluşumların modellenmesinde büyük rol oynadı. Örneğin kara delik modellemesi yapıldı ve kara deliklerin içinde “bilgi’nin” ne olduğuna, kaybolup kaybolmadığına bir cevap aranmaya başlandı. M kuramına yol veren sicim teorilerinin doğruluğu ile ilgili çalışmalar halen Fransa-İsviçre sınırındaki CERN Avrupa Nükleer Araştırma Merkezinde sürdürülmektedir. M Kuramı içindeki küçük boyutların yolları öyle tamamen hayali değildir. Bunların kendi matematiği ve uymaları gereken kurallar bulunmaktadır. Alıntılıyorum.

Peki, küçücük boyutlara kıvrılmanın sayısız yolunun olması ne olacak? M-Kuramında bu fazladan uzay boyutları öyle herhangi bir şekilde kıvrılamıyorlar. Kuramın matematiği, iç uzayın boyutlarının kıvrılma biçimlerini sınırlandırıyor. İç uzayın kesin biçimi hem fiziksel sabitlerin değerlerini (elektronun yükü gibi) hem de temel parçacıklar arasındaki etkileşimin doğasını belirliyor. Bir başka şekilde söyleyecek olursak, bu kuram doğanın görünür yasalarını belirliyor. Dört kuvvet yasası gibi. Ancak M kuramının çok daha temel yasaları var.

Bu nedenle, M-Kuramının yasaları iç uzayın nasıl büküldüğüne dayanarak farklı yasaları olan farklı evrenlerin varlığına izin verir.

Kendi adıma ben, bu yazılanları gayet mantıklı bulmaktayım. Bildiğimiz -veya şu ana kadar keşfettiğimiz- doğa yasalarına dayalı evren, neden olası tek evren olsun? Bambaşka bir evrende, bambaşka varlıklar, aynen bizler gibi içlerinden bulundukları gerçekliğin doğasını anlamaya çalışıyor olabilirler. Bizim için onlar sadece bir hayal veya bir kuram iken, bizler de onlar için bir hayal veya kuram olabiliriz.

Elbette, daha önce belirttiğim gibi, bilim sadece hayaller ve varsayımlar ile yürümez. Bunların bir şekilde gözlemlenmesi, test edilmesi, modellenmesi ve doğruluklarını açığa vuracak şekilde matematiğinin geliştirilmesi gerekir. Diğer yandan, bir başka soru, insanlığın önünde tüm ağırlığı ile durmaktadır. Evren nasıl doğdu ve evrenin geleceği ne olabilir?

-devam edecek-

ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞÜNCELER -15-

Dünya’nın hemen her yerinde, çeşitli yaratılış mitleri Dünya’nın (veya alemin) boşluktan, soğuktan ve karanlıktan aniden bir tür patlama, parlama ile yaratıldığını söyler. Bunlar ister çok tanrılı olsun, ister semavi dinlerdeki gibi tek tanrılı olsun anlattıklarında benzerlik bulunur. Bazı kutsal metinlerde ise, Tanrı’nın bilinmek, sevilmek gayesi ile Dünya’yı ve insanları yarattığına inanılır. Tüm bu anlatımlarda doğruluk payı olabilir. Eski Ahit’in yaratılış bölümünde “Tanrı, ışık olsun, dedi ve ışık oldu. Tanrı, ışığın iyi olduğunu gördü ve onu karanlıktan ayırdı” diyerek ışığın önemine dikkat çekilir. Bundan sonra ise Dünya’nın altı günde yaratıldığı, yedinci gün ise Tanrı’nın dinlendiği anlatılır. Bazı Eski Ahit uzmanlarına göre yaratılış yaklaşık 6-7 bin yıl öncesine uzanmaktadır. Günümüzde ise evrenin başlangıcı yaklaşık 13,7 milyar yıl olarak tahmin edilmekte.

“Evrenin başlangıcı” biraz tartışmalı bir kavramdır. Şeyler öylece ortaya çıkamıyacağına göre, bir kudretin bu başlangıca yol verdiği savunulur. Peki ama evren kendini hep tekrar ediyor olabilir mi? Dinsel ve mistik yorumları bırakıp Dr Hawking’in kitabı üzerinden devam ediyorum.

Evrenin genişlemesi fikri öncelikle “Doppler etkisi” olarak bilinen bir fenomenden kaynaklanmaktadır ve ismini matematikçi Christian Andreas Doppler’den almıştır. Hareket eden bir cisim su dalgası veya ses dalgası gibi bir dalga yayıyorsa, kendi hareketi yönünde dalga boyu kısalırken, hareketin ters yönünde uzamaya başlar. Dalgayı gözleyen gözlemci ile dalga kaynağı arasındaki zaman hesaplaması ile hareket eden cismin uzaklığı ve hızı bulunabilir. Bu prensip yolunuzu kesip cezayı basan polislerin kullandığı radarlarda geçerlidir. Diğer yandan gökcisimlerinin hareketi ve hızları tesbit edilirken “kırmızıya kayma” denilen yönteme başvurulur. Bizden uzaklaşan bir cisimden yayılan ışığın dalga boyu artar ve elektromanyetik ışık tayfı içinde kırmızıya doğru kayma gözlemlenir. Böylece cismin uzaklığı ile bizden uzaklaşma hızı tesbit edilir. Alıntılıyorum.

Evrenin bir başlangıcı olduğuna dair ilk bilimsel kanıt 1920’lerde bulunmuştur ve Edwin Hubble’in Pasadena, California’daki Wilson dağında 2,5 metrelik teleskopu ile yaptığı gözlemlere dayanmaktadır. Galaksilerin yaydığı ışığın tayfını inceleyen Hubble, bütün galaksilerin bizden uzaklaşmakta olduklarını ve ne kadar uzakta iseler o kadar hızlı uzaklaştıklarını gördü. 1929’da galaksilerin bizden uzaklaştıkları oranında geri çekilme hızları ile ilgili bir yasayı yayınladı. Evrenin genişlemekte olduğu sonucuna varmıştı. Eğer bu doğruysa evren geçmişte daha küçük olmalıydı. Aslında uzak geçmiş hakkında fikir yürütecek olursak, evrendeki bütün madde ve enerji hayal bile edemiyeceğimiz bir yoğunluk ve sıcaklığı olan küçücük bir bölgede toplanmış olmalıydı. Yeterince geriye gidebilseydik şimdi “büyük patlama” dediğimiz, her şeyin başladığı zamana ulaşırdık.

Bu genişleme evrenin sanki bir balon şeklinde şişmesi gibi ifade edilir. Sönük bir balona bir kaç nokta koysak ve sonra balonu şişirmeye başlasak, noktacıklar birbirinden uzaklaşır ve şişme seviyesi arttıkça birbirlerinden uzaklaşma hızları da artar. Balonu söndürürsek yeniden ilk duruma ulaşırız. Böylece, galaksilerin birbirinden uzaklaşma senaryosu geri işletilerek bir çeşit başlangıç konumuna ulaşılır. Bu başlangıç konumundaki fizik yasaları ile ilgili bir şey söyleyebilmek zor. Sıcaklık ve kütle yoğunluğu öyle seviyelerdedir ki sanki bir tür “tekillik” durumu içinde tüm yasalar iptal edilmiş gibidir. Ama buna karşı çıkanlar da vardır. Evrenin genişlemesi denildiğinde, evren neyin içinde genişlemektedir gibi bir soru ortaya çıkar. Bazıları ise evrenin kendi içine bükülerek yeniden farklı bir oluşa yol açabileceğini öne sürmüşlerdir.

Büyük patlama kuramından ortaya çıkan bir başka soru ise, evrendeki gök cisimlerinin neden her noktaya eşit dağılacak biçimde “homojen” bir dağılıma sahip olmadıklarıdır. Buna dayanarak büyük patlama denen fışkırmanın sanki kademeli bir şekilde olduğu, böylece gök cisimlerini uzayda bazı yerlerde birbirlerine yakınlaştıkları, bazı yerlerde uzaklaştıkları öne sürülmüştür. Elbette tüm bunları daha sağlıklı bir şekilde yorumlayabilmek için o büyük patlama anına elden geldiğince geri dönülmeye çalışılmalıdır. Büyük patlama kuramının izlerine 1965 yılında rastlandı. Alıntılıyorum.

Evrendeki cisimlerin homojen olarak dağılmayıp bazı yerlerde kümeleşmeleri, şişme anının kademeli ve belli bir düzensizlik ile gerçekleştiği düşüncesine yol açmıştır.

Büyük patlama düşüncesini destekleyen doğrudan gözlem ancak 1965’te yapılabildi. Uzayın her yerinde arka planda güçsüz mikrodalgalar olduğu görüldü. Bu kozmik mikrodalga arka plan radyasyonuna CMBR ismi verildi. Cosmis Microwave Background Radiation. Veya kozmik fon radyasyonu da denir ve mikrodalga fırınınızdaki ile aynıdır ama gücü çok daha azdır. Televizyonunuzun kullanılmayan bir kanalını açarak CMRB etkisini kendiniz de gözlemleyebilirsiniz. Ekrandaki karlı görüntünün küçük bir yüzdesine neden olan bu etkidir. Bu radyasyon etkisi aslında farklı bir gözlem yapılırken tesadüfen bulunmuştur. Böylece CMBR evrenin büyük patlamadan hemen sonraki çok yoğun ve çok sıcak ilk evresinden kalan bir radyasyon izidir.

Mikrodalga arka plan radyasyonu. Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Araştırmasına (WMAP) ait yedi yıllık çalışmanın sonunda elde edilen verilerle 2010 yılında bu gökyüzü haritası çıkarılmıştır. Harita, 13,7 milyar yıllık sıcaklık dalgalanmalarını farklı renklerde gösterir. Resimdeki dalgalanmalar bir derecenin binde birinden küçük ısı farklılıklarına denk düşer. Ama bunlar büyüyüp ayrı birer galaksi olacak tohumları içinde taşır.

Evrenin ilk döneminde büyük oranda hidrojen, helyum ve lityum elementlerinin oluştuğu bazı ölçümlerle ortaya çıkmıştır. Ağır elementler ise yıldızların içinde oluşmuştur. Büyük patlamanın ilk ânında evren öylesine hızlı bir şekilde genişlemiştir ki, bu tıpkı, madeni bir paranın bir ân içinde Samanyolu galaksisinin genişliğin on milyon katına ulaşması gibi bir şeydir. Peki bu patlama nasıl oluşmuştur? Aslında Einstein’in genel görelilik kuramı bir tür evrensel başlangıca izin veriyordu. Ama bu başlangıç konumunda bütün hesaplar çöküyor ve bunun yerini bir belirsizlik hâli alıyordu. Kütle çekim ve görelilik kuramları böyle bir durumu açıklamakta yetersiz kaldığı için, yakın zamanlarda fizikçiler, başlangıç ânını anlamak için -veya gerçekten bir başlangıç ânı olup olmadığını anlamak için- kuantum kuramına başvurmak zorunda kaldılar. Alıntılıyorum.

Einstein’in genel görelilik kuramına göre başlangıcı açıklayamadığımıza göre, evrenin başlangıcını açıklayabilmek için çok daha karmaşık bir kuram koymak zorundayız. Genel görelilik kuramı çökmemiş olsa bile, daha bütünsel bir kurama ihtiyacımız olacaktır. Zamanda yeterince geriye gidilirse evrenin Planck ölçüsü (santimetrenin milyar kere trilyonda kere trilyonda biri) kadar küçük olduğu zamana ulaşırsınız ki, bu ölçekte kuantum kuramı dikkate alınmak zorundadır. Henüz tamamlanmış bir kuantum çekim kuramımız olmasa da, evrenin başlangıcının bir kuantum etkisi olduğunu biliyoruz. Sonuç olarak, evrensel şişme kuramını elde edebilmek için, genel görelilik kuramıyla ilgili bildiklerimizi kuantum kuramı ile birleştirmek zorundayız.

Bu başlangıçtan önce “zamanda” ne olduğu ise, anlamsız bir soru gibi görülmekte. Zaman diğer boyutlardan ve hareketten bağımsız olarak ele alınamıyorsa, büyük patlamadan önce ne vardı veya neler oluyordu gibi sorular da pek bir şey ifade etmemekte. Alıntılıyorum.

Zamanın başlangıcı konusu biraz Dünya’nın kenarı konusuna benzer. İnsanlar Dünya’nın düz olduğunu düşündükleri zamanlarda, denizlerin Dünya’nın kenarından dökülüp dökülmediğini de merak etmiş olabilirler. Bu, deneysel olarak sınanmıştır. Dünya’nın etrafı dolaşılabilir ancak aşağı düşülmez. Dünya’nın kenarından düşme sorunu Dünya’nın düz değil eğik bir yüzeye sahip olduğu anlaşıldıktan sonra ortadan kalkmıştır. Ancak, klasik fizikte, zaman oyuncak bir tren hattına benzer. Eğer bir başlangıcı varsa, trenin hareket etmesini sağlayan biri (örneğin Tanrı) olmak zorundadır. Einstein’in genel görelilik kuramı zamanı ve uzayı uzay-zaman olarak birleştirip onları belli oranda harmanlamış olsa da, zaman yine de uzaydan farklıydı. Ya bir başlangıç ve sona sahipti, ya da sonsuzluk boyunca devam ediyordu. Ancak kuantum kuramının etkilerini genel görelilik kuramına eklediğimizde, meydana gelen eğrilik o kadar büyüktür ki, zaman uzayın bir başka boyutuymuş gibi davranır.

Erken evrende, uzayın fiilen dört boyutu vardı ama zaman yoktu. Yani evrenin “başlangıcından” söz ederken çok incelikli bir konuya gelip dayanıyoruz; evrenin başlangıcında bizim bildiğimiz zaman yoktu! Uzay ve zamanla ilgili bildik düşüncelerimizin çok erken evrene uygulanamayacağını kabul etmek zorundayız. Bu, bizim deneylerimizin dışında; ama hayal gücümüzün ve matematiğin dışında değil. Erken evrende, bu dört boyut tek bir uzay gibi davranırsa zamanın başlangıcına ne olur?

Zamanın uzayın bir başka boyutu gibi hareket edebildiğini anladığımızda, başlangıcı olan bir zaman sorunundan, tıpkı kenarı olan Dünya sorunundan kurtulduğumuz gibi kurtulabiliriz. Diyelim ki evrenin başlangıcı Dünya’nın güney kutbuna benziyordu ve enlem dereceleri zaman rolünü üstlenmişti. Bu durumda, biri kuzeye doğru hareket ettiğinde evrenin büyüklüğünü temsil eden sabit enlem daireleri genişleyecektir. Evren güney kutbunda bir nokta olarak başlamıştır ama güney kutbunun herhangi bir noktadan farkı yoktur. Evrenin başlangıcından önce ne olduğu sorusu anlamsızlaşır, çünkü güney kutbunun güneyinde bir şey yoktur. Bu resimde uzay-zamanın bir sınırı yoktur, güney kutbunda geçerli olan doğa yasaları her yer için geçerlidir. Benzer şekilde, genel görelilik kuramı ile kuantum kuramı birleştirildiğinde, evrenin başlangıcından önce ne olmuştu soruna gerek yoktur. Geçmişlerin sınırları olmayan kapalı yüzeyler olduğu düşüncesine sınırsızlık koşulu denir.

Evren bir gün kendi içine çökecek mi yoksa sonsuza kadar genişleyecek mi? Peki o zaman ne olacak?

Aslında bu, “evren sonsuz değildir ama sınırsızdır” demenin başka bir yolu. “Sonsuzluk” son derece soyut ve nerdeyse anlaşılması imkânsız bir kavram. Sınırsızlığı kavrayabilmek nisbeten daha kolay. Dünya büyüklüğünde bir futbol topunun iç çeperinde dolaşan bir karınca olduğunuzu düşünün. Ne kadar giderseniz gidin bu iç yüzey asla bitmeyecektir. Sonsuz değildir ama kendi içinde büzüldüğü için sınırsızdır.

Peki, bu sınırsız olanın “ötesinde” ne var sorusu, elbette dinsel inançlara yol verir ve o noktada herkes istediği gibi inanabilir. Sanırım, Dr Hawking tanrı fikrine pek yanaşmamakta. Alıntılıyorum.

Yüzyıllar boyunca pek çok insan -Aristotales dahil- evrenin nasıl yaratıldığı meselesinden kurtulmak için onun hep var olduğuna inandılar. Diğerleri ise, evrenin bir başlangıcı olduğuna inandılar ve bunu Tanrı’nın varlığını savunmak için bir iddia olarak kullandılar. Zamanın uzay gibi işlediğini anlamak yeni bir seçenek sunar. Evrenin bir başlangıcı olmasına yapılan eskimiş itirazları ortadan kaldırır ve aynı zamanda evrenin başlangıcının bir Tanrı tarafından değil bilimsel yasalarca yönetildiğini de gösterir.

Bu noktada Dr Hawking’e katılamıyorum. Evren, son derece küçük bir mekandan ani genişleme ile ortaya çıktıysa, bu durumda, “evren neyin içinde genişliyor” sorusu epey boşlukta kalmakta. Bu noktada, benim Tanrı inancı ile ilgili herhangi bir sorunum yok. Hatta inandığımı da söyleyebilirim ama elbette kimseye bu inancımı mutlak doğruymuş gibi empoze etmeye hakkım olamaz. İnancım ölüm korkusundan ve sonsuzluk özleminden veya açıkça bilgi eksikliğinden de kaynaklanıyor olabilir. İşin içine Tanrı inancı girdiğinde, bir şey söyleyebilmek -bence- çok zor; hiçbir şekilde ölçülemeyen, gözlemlenemeyen, hesaplanamayan tamamen doğa üstü bir kudret ile karşı karşıya kalırız. Diğer yandan, böyle olmak zorundadır; zira, Tanrı eğer ölçülebilen, gözlemlenebilen bir şey olsaydı zaten onun da diğer şeylerden bir farkı kalmazdı. Bu son derece çetin konuda, dünyamızdaki insanların birbirlerinin farklı inançlarına saygı göstermesini dilemekten başka yapabileceğim bir şey yok. Sadece, dindar insanların birbirlerinin inançlarına saygılı olmalarını dilemekle kalmıyorum; aynı şekilde, Tanrı inancı olmayan insanlara da saygı gösterilmesi gerektiğini savunuyorum. Alıntıya devam ediyorum.

Evrenin başlangıcı bir kuantum olayı ise, Feynman’ın geçmişler toplamı tarafından doğru olarak tanımlanması gerekir. Ancak kuantum kuramının Kopenhag yorumunu, yani gözlemcinin de gözlediği evrenin bir parçası olduğunu, evrenin tamamına uygulamak epey karışıktır. Çift yarık deneyinde, iki yarıklı bir engelden geçirilen madde parçacıklarının arkadaki ekranda tıpkı su dalgaları gibi girişim örüntüleri oluşturduklarını görmüştük. Feynman bu durumun, bir parçacığın tek bir geçmişi olmadığı için gerçekleştiğini gösterdi. Yani bir parçacık, başlangıç noktası A’dan bitiş noktası B’ye doğru giderken tek bir belirli yol izlemez; tersine, iki noktayı birbirine bağlayan bütün olası yollardan aynı anda geçer. Bu bakış açısına göre girişim sürpriz değildir, çünkü parçacık aynı anda her iki yarıktan da geçebilir ve kendiyle girişim oluşturabilir. Parçacığın hareketine uyguladığımızda, Feynman yöntemi aynı zamanda evren gözlemlerindeki kuantum olasılıklarını hesaplamak için de kullanılabilir. Bu yöntem bir bütün olarak evrene uygulanırsa bir A noktası olmayacaktır, bu yüzden sınırsızlık koşuluna uyan bütün geçmişleri toplayacağız ve bitiş noktamız bugün gözlemlediğimiz evren olacak.

Bu görüşe göre evren kendiliğinden ortaya çıkar ve her olası yoldan başlar. Bu olası yolların çoğu diğer evrenlere karşılık gelir. Bu evrenlerin bazıları bizim evrenimize benzerken, çoğu oldukça farklı olacaktır. Bunlar, kendi doğa yasaları bakımından da farklı evrenlerdir. Aslında, pek çok farklı fiziksel yasaları olan sayısız evren mevcut olabilir. Bazı insanlar bu düşünce ile kimi zaman “çoklu evren” (multi üniverses) kavramı denen büyük bir gizem yarattılar, ama bunlar yalnızca Feynman’ın geçmişler toplamı kuramının farklı şekillerde ifade edilmesidir.

Bunu örneklemek için balon benzetmesinin yerine genişleyen evreni bir kabarcığın yüzeyi olarak düşünelim. Bu durumda evrenin kendiliğinden kuantum çıkışı kaynamakta olan suyun yüzeyinde oluşan kabarcıklara benzetilebilir. Pek çok küçük kabarcık oluşur ve kaybolur. Bunlar, henüz mikroskobik ölçüde iken genişleyen ve çöken mini-evrenlerdir; ama akıllı yaşam bir yana, galaksileri ve yıldızları oluşturmaya yetecek kadar varlıklarını sürdüremedikleri için pek ilgimizi çekmezler. Yine de bu küçük kabarcıklardan bazıları yeterince büyür ve çökmekten kurtulurlar. Sürekli artan bir hızla genişlemeyi sürdürürler ve görebildiğimiz fokurdamayı oluştururlar. Bu durum her ân artan hızla genişlemeye başlayan evrenlere, yani şişme dönemindeki evrenlere karşılık gelir.

Evrendeki ilk şişme ânının düzensiz olması önemli bir konu. Böylece ortaya homojen olmayan bir yapı çıkmış bu da hayatın oluşumuna yol vermiş olabilir. Alıntılıyorum.

Daha önce de belirttiğimiz gibi, şişmenin neden olduğu genişleme her yerde birörnek olmayabilir. Geçmişler toplamında yalnızca bir adet tamamen birörnek ve düzenli geçmiş vardır ve bu en büyük olasılığa sahiptir. Ancak azıcık düzensiz olan pek çok farklı geçmiş de neredeyse o kadar yüksek olasılığa sahiptir. İşte şişme kuramının CMBR’de gözlemlediğimiz küçük ısı farklılıklarıyla ilgili olarak, erken evrenin muhtemelen birörnek olmadığını öngörmesinin sebebi budur. Erken evrendeki düzensizlik bizim şansımızdır. Neden? Erken evrendeki düzensizlik önemlidir, çünkü bazı bölgeler diğerlerine göre biraz daha yoğun olduğunda fazladan yoğunluğun çekimsel gücü, çevresine göre genişlemeyi yavaşlatacaktır. Kütle çekim kuvveti yavaşça maddeyi biraraya getirecek, sonunda galaksileri ve yıldızları oluşturmak üzere çökecek ve bu da gezegenlerin ve onların en azından birinde insanların var olmasına olanak tanıyacaktır. Bu yüzden gökyüzünün mikrodalga haritasına dikkatle bakın. Evrendeki tüm oluşumların kopyasıdır. Bizler erken evrendeki kuantum dalgalanmalarının ürünleriyiz. Bir anlamda, Tanrı zar atıyor denebilir.

Sonsuz olasılıklar dünyasında elbette akla gelebilecek her şey olabilir. Kimbilir belki de böyle şeyler gerçekten olduğu ve bizde izler bıraktığı için bunlar “aklımıza gelmektedirler.” İnsanın bilim gücü kadar, hayal ve sanat üretme gücü de şaşırtıcıdır. Bu ise beni, eski bir soruya götürüyor. Bizler sanat yaparken ve hayal kurarken, ortaya yeni bir şeyler mi koyarız, yoksa, daha önce yaşanmış bir gerçeklik ile düşünce yoluyla temasa geçip ordaki gerçeklikleri kendi hayalimiz olarak mı geliştiririz? Bilemiyorum. Ama ne olursa olsun, kuantumun “geçmişler toplamı” kuramı sadece bilimsel kuramlara değil, sanki sanata da yol verir gibi.

-devam edecek-

ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞÜNCELER -12-

Kuantum kuramı giderek artan biçimde fizikçilerin deney ve çalışmalarına yerleştikçe, kafalarda “zaman” kavramımız hakkında sorular ve şüpheler oluşmaya başladı. Tıpkı çevremizdeki diğer şeyler gibi, zaman da sorgusuz sualsiz kabullendiğimiz bir gerçekliktir. Oysa kuantum fiziği, “geçmiş”, “şimdi” ve “gelecek” anlayışında devrimci fikirlere yol açmaktaydı. Geleceğin belirsiz olmasına karşılık, hiçbirimizin “geçmiş” hakkında şüphesi yoktur. Çünkü geçmişin izleri şimdi içindeki durumumuzu etkiler. Bir kaza geçirmiş ve kolumuzu kaybetmiş isek, bunun acısını ömür boyu taşırız. Bu net bir gerçekliktir. Ama, adına geçmiş dediğimiz şey, hep alıştığımız gibi, kesiksiz ve tek yönde akan bir çizgi midir? Bu konuya girmek için atom altı parçalar seviyesinde, fizikçi Richard Feynman’ın çalışmalarına göz atmak gerekiyor.

Kuantum kuramının bütünlüğe kavuşması için, daha önce farklı fiziksel çerçevelerde ifade edilen yasaların kuantum çerçevesine göre izah edilmesi, formüle edilmesi gerekiyordu. İlk olarak elektromanyetizma kuramı kuantum fiziğine uyarlandı ve buna “kuantum elektrodinamiği” veya kısaca KED denildi. Alıntılıyorum.

Elektromanyetik alanın kuantum kuramı, KED, 1940’larda Richard Feynman ve diğerleri tarafından geliştirildi ve bütün kuantum alan kuramlarına model oluşturdu. Belirtmiş olduğumuz gibi, klasik kuramlarda kuvvetler alanlar tarafından aktarılırlar.

Bu “alan” konusu her zaman tartışmalara yol açmıştır. Bir yerlerde bir hareket, bir etki varsa, genelde bunun yayılabilmesi için bir alana ihtiyaç olduğu düşünülür ki pek de haksız bir düşünce sayılmaz. Kuantum kuramı ile, bazı esrarengiz alanlar aramak yerine “kuvvetin” nasıl iletildiği önem kazanmaya başladı.

Ancak kuantum alan kuramlarında kuvvet alanları “bozon” denilen çeşitli temel parçacıklardan oluşmuştur. Bozonlar kuvvet taşır; madde ve parçacık arası gidip gelerek kuvvetin aktarılmasını sağlarlar. Madde parçacıklarına “fermiyonlar” denir. Elektronlar ve kuarklar fermiyonlara örnektir. Foton veya ışık parçacığı ise bozona örnektir. Elektromanyetik kuvveti ileten bozondur. Bir madde parçacığı -örneğin bir elektron- bir bozon veya kuvvet parçacığı yayar ve geri teper, tıpkı mermisini fırlattıktan sonra geri tepen bir top gibi. Sonra kuvvet parçacığı bir başka madde parçacığı ile çarpışarak soğurulur ve o parçacığın hareketini değiştirir.

Elektron gibi parçacıklar çarpışarak atom içi bir tepkime oluşturur ve bir üst enerji seviyesine sıçrarlar. Sonra elektron yeniden orijinal seviyesine döner ve bu arada foron enerji paketçiğini fırlatır. Bu, tıpkı bir topun doldurularak ateş etmesi ve sonra geri tepmesi gibidir.

Soğurulma, ışığın madde ortamı tarafından emilmesidir. Bu süreç içinde fotonu (ışık enerji paketçiğini) emen elektronlar bir üst seviyeye sıçrama yaparlar. Bir elektron grubunun çekirdek etrafında bulunma olasılığının en yüksek olduğu seviyeye orbital denir. Işığı soğuran elektronlar belli bir enerji seviyesine sahip olan orbitallerde toplanırlar. Işığın enerjisi dalga boyu ile, yani sinüzoidal salınımdaki tepe boyları arasındaki mesafe ile ters orantılıdır. Dalga boyu arttıkça enerjisi azalır, fakat dalga boyları birbirine yaklaştıkça enerjisi artar.

KED’in öngörüleri test edilmiş ve deney sonuçlarıyla büyük bir uyumluluk gösterdiği anlaşılmıştır. Ancak KED’in gerektirdiği matematiksel hesaplamaları yapmak son derece zordur.

Dr Hawking’in belirttiği, KED hesaplamalarındaki matematiksel zorluklar, evrenin erken dönemindeki olası halini tahmin etmek için yapılan çalışmalarda adeta bir kabusa dönüşecektir. Evrenin en erken dönemindeki, büyük patlamanın ardından gelen dönemdeki kısacık zamanın şu ana kadar bildiğimiz 4 temel evrensel kuvveti doğurduğu varsayılmaktadır: kütle çekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetler. Evrenin temel kuvvetlere yol verdiği zaman parçacığı 10 üzeri eksi 43 saniye olarak tahmin edilmektedir. Tam olarak : 0,0000000000000000000000000000000000000000043 saniye.

Ama gerçek zorluk şurdan kaynaklanmaktadır. Parçacık değişim çerçevesine, bir kuantım koşulu olarak, etkileşimin gerçekleşmesini sağlayan parçacığın bütün geçmişleri içeriyor olmasını da eklediğinizde -örneğin kuvvet parçacıkları her biçimde takas edilebilir- matematiksel hesaplamalar oldukça karmaşık hale gelir.

Peki, bu durumu biraz olsun basitleştirmenin bir yolu olabilir mi? İşte Richard Feynman’ın da yaptığı budur. Feynman nerdeyse anlaşılmaz hâle gelen ve olası her kuvvet takas durumunu ifade etmeye çalışan formüller yerine, elektronların birbiriyle çarpışıp nasıl foton takas ettiklerini gösteren ayrı ayrı diyagramlar geliştirmiştir.

Neyse ki, Feynman alternatif geçmişler kavramını geliştirmenin yanı sıra, farklı geçmişleri açıklamak için çok iyi bir grafik yöntem geliştirdi. Bu yöntem günümüzde sadece KED’de değil, bütün kuantum alan kuramlarında uygulanmaktadır.

Feynman’ın grafik yöntemi geçmişler toplamı içindeki her kavramı gözümüzde canlandırabilme olanağı sağlar. Feynman diyagramları denilen bu resimler modern fiziğin en önemli araçlarından biridir. KED’de bütün olası geçmişler toplamı, bir Feynman diagramları toplamı olarak temsil edilebilir. Diyagramlar elektromanyetik kuvvet ile birbirinden uzaklaşan iki elektronun gideceği bazı olası yönleri gösterir. Bu diyagramlardaki düz çizgiler elektronları, dalgalı çizgiler ise fotonları temsil eder. Zamanın aşağıdan yukarıya doğru ilerlediği düşünülür ve çizgilerin birleştiği yerler fotonların çıktığı veya soğurulduğu noktalara denk gelir.

Burda bir şeyi eklemem gerekir. Feynman diyagramlarını sadece grafik çizimler olarak düşünmemek gerekir. Bu diyagramlarda elektronların her hareketinin ve foton takaslarının kendi matematiksel formülleri bulunmaktadır.

Üst resimde görülen diyagramda birbirine yaklaşan iki elektron, bir foton takas etmişler yollarına devam etmişlerdir. İki elektronun elektromanyetik olarak en basit etkileşimi budur; ama biz olası bütün geçmişleri düşünmek zorundayız.

Feynman diagramları matematiksel olarak sonsuz sayıda olasılık içerebilir. Mesela başka bir foton takası durumunda iki elektron birbirlerine yaklaşır ve uzaklaşır ama uzaklaşmadan önce iki foton takas ederler. Bu arada pozitron emisyonu (soğurulması) denen olay gerçekleşir. Pozitronlar elektronların anti parçacıklarıdır. Elektronun negatif (eksi) yükte olmasına karşılık pozitronlar pozitif (artı) yüktedirler. Başlangıçta pozitronların aslında proton olduğu zannediliyordu, fakat Schrödinger denklemlerinin yeniden analizi yapılırken bunların ayrı parçacıklar olduğu farkedildi. 1932 yılında ise kozmik ışınlar (uzaydan Dünya’ya ulaşan parçacıklar) aracılığı ile pozitronların varlığı bilimsel olarak ispatlandı. Pozitronlar, Lepton ailesine girerler ve maddenin temel yapı taşlarından kabul edilirler. Leptonlar ise atomun kimyasal özelliklerini belirler. Yunanca “ufak şey” anlamına gelen bir kelimeden türetilmişlerdir. Lepton türleri. (Karşıtları ile birlikte) = Elektron-pozitron, müon/antimüon, tau/antitau.

Alıntılara devam ediyorum.

Feynman diyagramları yalnızca etkileşimin nasıl olabileceğini resmeden ve bu etkileşimleri sınıflandıran zekice bir yöntem değildir. Feynman diyagramları, her bir çizgiyi ve köşeyi matematiksel bir tanım olarak okumamızı sağlayan kurallar içerir. İki elektronun verili bir başlangıç momentumu ile birbirine yaklaşma ve sonunda belirli bir nihai momentumla uzaklaşma olasılığı, her bir Feynman diyagramının katkısının toplanmasıyla elde edilir. Bu epeyce bir çalışma gerektirir; çünkü belirttiğimiz gibi sonsuz sayıda diyagram vardır.

Konu “sonsuzluğa” geldiğinde hem uzay seviyesinde, hem de atom ve atom altı seviyesinde zorluklara rastlanıyor. Çünkü -tuhaf görünebilir- çok sayıda sonsuzluklar varmış gibi anlaşılması zor sonuçlar ortaya çıkmakta. Özellikle evrenin genişlemesi ve kara deliklerin doğası gibi konularda bu durum geçerli.

Feynman diyagramlarının KED tarafından tanımlanan sürecin olasılıklarını görebilmek ve hesaplayabilmek için fizikçilere muazzam yardımı olmuştur. Ancak kuramın önemli bir sorununun çözmeye yetmediler. Sonsuz sayıdaki farklı geçmişin katkısını topladığınızda, elde edeceğiniz sonuç da sonsuz olacaktır. Sonsuz bir toplamdaki ardışık terimler yeterince hızlı azalırlarsa toplamın sonlu olması mümkündür; ancak ne yazık ki bahsettiğimiz durumda bu gerçekleşmiyor. Özellikle, Feynman diyagramları toplandığında yanıt elektronun sonsuz bir kütleye yüke sahip olduğuna işaret eder. Bu saçmadır; çünkü kütleyi ve yükü ölçebiliyoruz ve bunlar sonsuz değil. Bu sonsuzluklarla başa çıkabilmek için renormalizasyon (yeniden normalleştirme) denilen bir yöntem geliştirildi.

Sonsuzluk renormalizasyonları ayrı bir konu. Şimdi ise şu “geçmiş” kavramına geri dönmek isterim. Çift yarık deneyi ve bundan yola çıkarak yapılan deneylerde elektronların bir tür total geçmiş bilgisine sahip oldukları ortaya çıkmaktaydı. Sanki, bir yerden geçmeden önce her yeri dolaşıyorlar, olası yollar hakkında bilgi ediniyorlar ve sonra “karar veriyorlar” gibiydi. Elektonların bu bilgisine “hangi yol bilgisi” adı verildi. Elektronlar seviyesinde “geçmiş” bizim alıştığımız geçmiş bilgisinden epey farklıydı. Bizim bildiğimiz geçmiş, tamamlanmış ve bitmiş olaylar dizisinin bilgisiydi. Oysa elektron seviyesinde geçmiş ise bir dizi olasılıklar toplamıydı. Bu durumda, -en azından atom altı parçacıklar seviyesinde- evrenin bir tek tarihi veya geçmişi yoktu. Dr. Hawking’den alıntılamaya devam ediyorum.

Geçmişin belirli bir biçimi yoktur derken, bir sistem üzerinde “şimdiki zamanda” yaptığımız gözlemin, onun “geçmişini etkilediğini” söylemekteyiz. Bu durum fizikçi John Wheeler’in gerçekleştirdiği bir deneyle, “gecikmiş seçilim deneyi” ile oldukça dramatik bir şekilde gösterilmiştir. Şematik olarak, gecikmiş seçilim deneyi daha önce gördüğümüz gibi parçacığın yolunu gözlemleme seçeneğinin olduğu çift yarık deneyine benzer. Farkı ise, gecikmiş seçilim deneyinde bu yolu gözlemleyip gözlemlemiyeceğinize dair kararı parçacığın ekrana çarpma anının hemen öncesine kadar ertelemenizdir.

Gecikmiş seçilim deneyinin sonuçları, “hangi yol” bilgisini elde etmek için yarıkları gözlemlemeyi (yada gözlemlememeyi) seçtiğimiz deneyin verileriyle aynıdır. Ancak bu durumda her parçacığın geçtiği yol -yani geçmişi- parçacık yarıktan geçtikten “sonra” kararlaştırılıyor; yani parçacığın sadece bir delikten geçip girişim oluşturmamasına veya her iki yarıktan geçip girişim oluşturmasına parçacık geçişini yaptıktan sonra “karar verilmiş” oluyor.

1978 yılında Dr Wheeler bir düşünce deneyi öne sürdü. Bu seçenekte, hareket ettirilen aynalar aracılığı ile foton bir delikten mi (partikül olarak) yoksa iki delikten mi (dalgacık olarak) geçeceğine, ilk ayna aracılığı ile geçtikten “sonra” karar verecekti. Bu deney 1980’de gerçek olarak yapıldı ve 2007’de doğruluğu onaylandı.

Dr Hawking’in yazdıkları geçmiş konusunda çok derin anlamlar içermektedir. Bu durumda, bir atom altı olayını gözlemlediğimizde, yani ona müdahale ettiğimizde, ölçümlerimize göre, olası tarih seçeneklerinden birini tercih ediyoruz demektir. Diğer geçmiş seçenekleri ise, en azından artık bizim açımızdan yokturlar.

Kendini gözleyen ve böylece kendi tarihini kendi şekillendiren bir evren göz olabilir mi?

Bu çıkarımın evrenin doğuşu ile ilgili kuramlara derinden etkisi olmuştur. Eğer evrenin tarihçesinde bir “gözlemci” var ise, o zaman evrenin şekillenmesi bu gözlemcinin müdahalesi doğrultusunda gerçekleşmiş demektir. Böylece metafizik sonuçlara kapı açılır. Peki, evren kendi kendini gözlemliyor olabilir mi? Bazı bilimcilere göre evet, bazılarına göre hayır. “Kendini gözlemleyen evren” tıpkı ontolojik felsefedeki “ilk neden” argümanı gibi tartışmalara kapı aralar. Tartışma bu noktadan sonra Tanrı inancına sapacağı için, sadece konuya değinip geçiyorum.

Schrödinger’in Kedisinin Peşinde kitabından alıntılara devam ediyorum:

Filozoflar geçmişin bir anlamı olup olmadığı konusunda çok uzun zaman kafa yormuşlardır. Şimdiki zamanda kaydedilmiş hali dışında geçmişin bir varlığı yoktur. Wheeler’in gecikmiş seçilim deneyi bu soyut kavramı pratikte somut bir biçimde ete kemiğe büründürmüştür. “Foton ne yapıyor” sorusunu sormak -kaydedilene kadar- anlamsızdır.

Yani, fotonu gözlemlediğimiz anda, onu da sanki bir olasılık bulutu içinden bir tek geçmiş seçmeye zorlamış gibi olmaktayız. Bu durumda, gözlemlere göre değişebilen esnek bir geçmiş anlayışına ulaşırız. O zaman şöyle bir sonuç da çıkabilir:

“Gerçek” dediğimiz şey, gerçek olarak değerlendirilemeyecek şeylerden yapılmıştır.

Aslında yukardaki tespit -bence- biraz şartlayıcı bir tesbit. Neden, sadece algıladığımız şeyleri gerçek olarak kabul ederiz de, olasılık dalgalarını gerçek dışı olarak dışlarız? Eğer onlar, şöyle veya böyle bir gerçekliğe yol veriyorlarsa, o gerçekliğin temelindeki yasalardır ve ayrı gerçekliklerdir. Dr Hawking ve Richard Feynman bu ekolü temsil ederler ve “gerçek-gerçek dışı” gibi bir ayrıma sapmak yerine, bu durumu bize belirsiz gibi görünen süreçlerden belirliliği çıkaran ayrı bir yasalar zinciri olarak ele alırlar. Bu yeni determinist düşüncelere “M Kuramı” bölümünde değineceğim.

Gerçeklik tamamen elimizden gitti mi? Hayır, gitmedi; ama sadece onun ne kadar göreceli bir kavram olduğu bir kere daha ortaya çıktı. Ama bu düşünce biçimi bizi ister istemez bir zaman paradoksuna götürecektir. Bu paradoksu anlatayım. Diyelim ki, Back To The Future filmde olduğu gibi, zamanda yolculuk edecek bir araba üzerinde çalışıyorsunuz ve bir yerde takılıp kaldınız. Bir türlü zaman yolculuğunu gerçekleştirecek formülü bulamıyorsunuz. O anda bir boyut açılıyor ve gelecekten gelen kendinizi görüyorsunuz. Gelecekteki kendiniz, size arabayı yapmanızı sağlayacak formülleri ve çizimleri veriyor. Arabayı yapıyorsunuz ve sonra geleceğe, mesela 30 yıl sonrasına gidip, o anda gelecekteki kendiniz oluyorsunuz ve yeniden geçmişe dönüp geçmişteki kendinize formülleri veriyorsunuz.

İyi ama “formüller ve çizimler” nerden geldi ?

Benzer bir paradoks “dede paradoksudur”. Geçmişe gidip dedenizi öldürmek mümkün müdür ? Ama bu mümkün olmuşsa, o zaman sizin zaten var olmamanız gerekecektir. Eğer varsanız, geçmişe gitmemişsiniz demektir.

Buna benzer düşünce deneyleri genelde kısırdır ve zamanı hep tek yönde ilerleyen bir ok gibi düşünmekten kaynaklanır. Oysa, bazı kuantum fizikçilerinin “olası geçmişler toplamı” derken kastettiği şey bundan farklıdır. Bu geçmişler toplamı, bir gözlemci müdahale edene kadar olası tüm yolları içeren bir senaryodur. Gözlemci müdahale ettiği anda, gelecek bilgisi kadar, geçmiş bilgisi de şekillenir. O zaman daha üst seviye bir soru ortaya çıkar. Bizler evrenin başlangıcı ile ilgili bir gözlem yaptığımızda, mesela büyük patlamadan arta kalan radyoaktif parçacıkları incelediğimizde, kendimize göre gerçek olan “sadece bir tane evren geçmiş bilgisi” şekillendiriyor olabilir miyiz? Neden olmasın ? O zaman, bizler için elbette sadece bir tane geçmiş vardır, ama evrensel akış, hiçbir şekilde algı alanımıza girmemiş sayısız olası geçmişe sapmış olabilir. Bu elbette evrensel bir nazariyedir, ama derinlemesine düşündüğümüzde, kendimizin bildiği ve depoladığı geçmişi, olası tek geçmiş senaryosu olarak kabul etmenin fazlası ile insansı ve duygusal bir değerlendirme olduğu anlaşılmaya başlanır.

Şimdi, farklı bir soru soralım. Biz bir partikülü gözlemlemeye, yani ona müdahale etmeye karar verene kadar partikülün durumu nedir? Var mıdır, yok mudur, yoksa bizi mi beklemektedir ?

Bu soru, bilimsel bir düşünce deneyi ile ele alındı ve bu düşünce deneyinden ortaya çıkarılan sonuçlar bütün bilimcileri birbirine düşürdü. Evet, böylece bilim tarihinin en yaramaz, en ele avuca sığmaz hayvanına geldik:

Schrödinger’in kedisi…

-devam edecek-

ARAŞTIRMA DOSAYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞ ÜNCELER -10-

Şimdi çift yarık deneyinin dalgalarla yapılan versiyonuna geldik. Sahilde, bir su dalgasını gözlemlediğinizi düşünün, neler görürsünüz? Dalganın belli bir hızı vardır, dalganın tepesinin belli bir yüksekliği bulunur ve dalganın bir seferde katettiği bir mesafe bulunmaktadır. TV ve radyo teknolojilerinde, uzay araştırmalarında kullanılan elektromanyetik dalgalar da benzer özellikler taşırlar. Tek fark şudur ki, su dalgasının kendi seviyesinden aşağı doğru bir hareketi yokken elektromanyetik dalganın veya elektrik dalgalarının artı ve eksi değerler alabilen tepe ve çukur salınımları bulunur. Buna sinüzoidal dalga salınımı denir.

Üst resimde iki dalganın tepeleri veya çukur dipleri arasındaki mesafe dalga boyu olarak adlandırılır ve lamda λ sembolü ile gösterilir. Dalga yüksekliği dalganın tepeye veya dibe kadar alabildiği maksimum mesafedir. Dalga gücü veya dalga genliği de denir. Dalganın 0 seviyesinden başlayıp yeniden aynı seviyeye gelmesi bir tam devirdir ve bunun saniyedeki hızı dalga frekansını verir. Frekans (Hertz) birimi ile ve Hz kısaltması ile ifade edilir. Dalga frekansı aslında gündelik hayattan da aşina olduğunuz bir kavramdır. Bir radyo kanalı size hangi frekanstan yayın yaptığını söylüyorsa kendi yayınının saniyedeki devir sayısını söylüyor demektir. Dalga frekansları ELF (Extremely low frequency) seviyesinden başlarlar. Saniyede 3 Hz ile 30 Hz arasında titreşirler. EHF, (Extremely high frequency) seviyesinde frekansları saniyede 30 Ghz ile 300 Ghz (milyar Hertz) arasında değişir. Radyo ve TV yayınlarında duyduğunuz VHF (Very high frequency) saniyede 30 Mhz ile 300 Mhz (30 milyon-300 milyon Hertz) ile titreşirken, UHF (Ultra high frequency) ise saniyede 300 Mhz – 3 Ghz arasında titreşir. Bunların dalga tepeleri arasındaki mesafe de (yani dalga boyları da) değişmektedir. VHF dalgaların dalga boyları 1 m ile 10 m arasında iken UHF dalgaların dalga boyları 10 cm ile 100 cm arasında değişir.

Yüksek frekanslı seste dalga tepeleri arasındaki mesafe birbirine yakınken, alçak frekanslı seste ise uzaktır. Frekans, dalga analizinde önemli bir kavramdır. Mesela müzikte akort yapmak için verilen “lâ” notası 440 Hz frekansa sahip bir titreşimdir ve ULF (Ultra low frequency) grubuna girer. İnsan kulağı ise 20-20,000 Hz aralığındaki titreşimleri duyabilir.

Birbiri ile karşılaşan dalgalar iki tür etki gösterirler. İki dalganın tepesi veya dibi birbiri üstüne biniyorsa daha büyük bir dalga oluşur ve ortaya bir dalga girişimi çıkar. Eğer birinin dalga tepesi öbürünün çukuruna denk geliyorsa bu sefer dalga şiddetleri birbirlerini götürürler ve dalga yok olur. Aslında her şey bu kadar basit değil. Ses dalgaları, elektrik dalgaları ve elektromanyetik dalga kuramlarında daha pek çok kavram ve faktör bulunmaktadır ve hepsi başlıbaşına mühendislik alanlarıdır. Bu ön bilgilerden sonra, çift yarık deneyinin su dalgaları ile gerçekleşen versiyonuna geçebiliriz.

Resimde, iki yarıktan geçen su dalgaları bir girişim oluştururlar ve gözlem ekranında bir örüntü meydana gelir. Dalgaların çakıştığı noktalarda aydınlık bir bant oluşurken çakışma olmayan dalgalar karanlık bir bant oluştururlar. İşte Thomas Young’un ışıkla yaptığı deneyde de ortaya çıkan böyle bir tablodur, bu yüzden ışığın da bir dalga gibi hareket ettiği sonucuna ulaşılmıştır. Fakat bunun matematiği biraz daha değişiktir.

Yarıklardan birini kapayıp tekini açık tuttuğumuzda farklı dalga tepe boyları elde ederiz. Bu sistemdeki toplam dalga enerjisi, yarıklardan tek tek gelen dalgaların enerjilerinin toplamına eşit değildir, bundan daha büyüktür. Bir nolu yarıktan gelen dalganın genliğine h1 diyelim, iki nolu yarıktan gelen ise h2 olsun. Her iki yarık açıkken, toplam dalga genliği h1+h2 olacaktır. Şimdi dalga enerjisini I ile gösterelim. Birinci yarıktan tek başına gelen dalganın enerjisi dalga genliğinin dağılımının karesidir.

I1= h12

Aynı şekilde, ikinci yarıktan tek başına gelen dalganın enerjisi de onun genliğinin dağılımının karesi olacaktır.

I2= h22

Toplam dalga enerjisine “I12″ diyelim. Toplam enerjinin hesaplanması şöyle bir yol izler. I12 enerjisi, I1 ve I2 enerjilerinin toplamının karesi olacaktır.

I12= (h1+h2)2

Burdan yola çıkarak;

I12= (h1+h2)(h1+h2) veya

I12= h12 + h22 + 2h1h2

şekline gelir. Bu ise I1 ve I2 nin toplamından büyüktür. Yani;

I12 > I1+I2

sonucuna varılır.

Su dalgaları ile yapılan çift yarık deneyinin kabaca sonuçları bunlar. Bu deneyde dikkat edilmesi gereken en önemli nokta şudur. Herhangi bir yarık tek başına açıkken elde edilen desen, her iki yarık birlikte açıkken elde edilen desenden farklıdır. Oysa elektronlar ve fotonlarla (ışık kuantumları ile veya ışık enerji paketçikleriyle) çift yarık deneyi gerçekleştirildiğinde farklı sonuçlara ulaşılmıştır. Şu ana kadar bir kütlesi olan toplarla ve su dalgaları ile çift yarık deneyi gerçekleştirildi. Şimdi fotonların ve elektronların dünyasına girelim.

Eğer ışık, küçük topçuklar gibi parçacıklar halinde gelseydi, üst sol resimdeki gibi bir desen elde edecektik. Yarıklardan geçen ışık, iki ayrı bölgede aydınlık bir çizgi oluşturacaktı. Oysa perdedeki manzara bundan farklıdır. Işık bir koyu bir açık şeklinde bant deseni oluşturmuştur. Bu, tipik bir dalga özelliğidir. Dalgalar birbirleri ile çarpışırlarken bazı yerlerde dalga tepeleri çakışır ve dalgalar güçlenir, bazı yerlerde ise bir dalganın tepesi ile çukuru çakışır ve dalgalar birbirini yok eder. Bu yüzden ekranda koyu ve açık bantlar oluşur. Buraya kadar ışık dalgaları ile su dalgaları sanki benzer mantıkla hareket ederler. Fakat şimdi bu mantıktan ayrılıyoruz. Peki, ışık fotonlarını (enerji paketçiklerini) bir ışık kaynağından birlikte göndermez de “tek tek” gönderirsek ne olur? Ortaya çıkan sonuç çok şaşırtıcıdır. Bir tek foton dahi ortaya dalgacıkların çıkardığı girişim örüntüsünü çıkarmaktadır. Sanki bir tek foton, aynı andaher iki yarıktan da geçiyor gibidir. Bu nasıl olabilir? Fotonlar yerine, çift yarık deneyinde, şimdi elektronları gönderelim.

Fotonlar kütlesiz ve yüksüz iken, elektron belli bir kütleye ve yüke sahiptir.

Bir elektron tabancası ile, elektronlar birer birer gönderildiğinde bile, ortaya bir girişimden kaynaklanan desen çıkar. Her elektron iki yarıktan aynı anda geçiyor ve kendisiyle bir girişim oluşturuyor gibidir. Bu sonuçtan kaçış yoktur. Deney dünyanın her yerinde binlerce defa tekrarlanmış ve aynı sonuç alınmıştır. Feynman bu durumu klasik yolla açıklanması imkansız, kesinlikle imkansız bir fenomen olarak dile getirmiştir. Farklı bir açıklama olabilir mi? Normalde bir parçacık ya bir yarıktan geçecektir veya öbüründen. Sağduyumuz bunu gerektirir. Madem ki durum klasik fizik ile açıklanamıyor, o zaman klasik fiziğin düşünce biçiminden ayrılmamız gerekmektedir.

Peki ya bir elektronun hareketi klasik bir kütle hareketi değil, bir “olasılık dalgası” ise o zaman ne olur? Şimdi, Schrödinger’in Kedisinin Peşinde kitabından John Gribbin’in deney hakkında yazdıklarını alıntılıyorum.

Çift yarık deneyinin ışıkla ve elektronlarla yapıldığı durumları ele alalım. Çift yarık deneyi ışıkla ve elektronlarla pek çok defa aynı şekilde yapılmıştır ve tıpkı dalga örneğinde olduğu gibi kırınım örüntüleri elde edilmiştir. Elektron deneyleri ise, kristallerdeki atomlardan elektron demetleri saçmak yolu ile gerçekleştirilmiştir. Öyküyü teknik ayrıntılardan arıtıp basitleştirmek için, ortaya çıkan sonuçları şöyle ifade edebilirim. Tıpkı ışık gibi elektronlar da kırınım örüntüsü gösterirler. Peki ne var bunda? Bu fenomen tipik parçacık/dalga ikiliği değil midir? Fakat artık daha derinlerde yatan sonuçlara bakabiliriz. Schrödinger’in dalga denklemindeki değişken Ψ (Psi) fonksiyonunun elektronla bir ilgisi vardır.

(Ψ Psi veya dalga fonksiyonu Schrödinger denklemini sağlayan ve parçacığın enerjisi, momentumu gibi bilgileri içinde barındıran bir fonksiyondur ve dalgacık mekaniğindeki olasılık hesaplamalarında kullanılır.)

Ψ bir dalga ise kırınıp girişim örüntüsü oluşturmasına şaşmamak gerekir ve Ψ Psi’nin dalganın genliği gibi davrandığını ve Ψ karesinin şiddeti gibi davrandığını göstermek kolay bir aşamadır. Elektronla yapılan çift yarık (iki delik de denir) deneyinin kırınım örüntüsü bir Ψ kare örüntüsüdür.

Gayet mantıklı. Tıpkı su dalgalarında olduğu gibi genlik kare hesaplamasına gidiliyor.

Demette pek çok elektron varsa bunun basit bir yorumu vardır. Ψ kare bir elektronun belli bir yerde bulunma olasılığını temsil eder. Binlerce elektron iki delik içinden hızla geçer ve Ψ dalgası yorumunu kullanarak istatistiksel anlamda nerde bulunacakları tahmin edilebilir. Fakat tek tek her bir elektronun başına ne gelir?

Bir dalganın -mesela su dalgası- perdedeki iki delikten de geçebileceğini kolayca anlayabiliriz. Dalga, yayılan bir şeydir. Fakat bir elektron, dalga gibi özelliklerle bağdaştırılabilse bile hâlâ bir parçacık gibi görünmektedir. Her bir elektronun ya bir delikten ya da ötekinden geçmek zorunda olduğuna inanmak gayet doğaldır. (…) Fakat elektron tabancamızı her seferinde tek bir elektron geçirecek şekilde yavaşlatsak bile yine bir dalga örüntüsü elde ederiz. Normalde, bir elektron sadece bir delikten geçer ve dedektörümüze ulaşır, diye tahmin ederiz; sonra bir elektron daha bırakılır ve böyle devam eder. Gerçekten de elektronlar ve fotonlarla aynı deneyi bin farklı laboratuvarda gerçekleştirsek ve her deneyde sadece tek bir parçacık geçirsek ve bin farklı sonucu toplasak yine kırınımı gösteren bir toplam dağılım örüntüsü elde ederdik. Sanki bir tek elektronı değil de binlerce elektronu birlikte geçiriyormuşuz gibi “tuhaf” bir durum. Tek bir elektron ya da tek bir foton duvardaki deliklerden birine giderken ancak “öteki deliğin açık olup olmadığını bildiği takdirde” uygulanabilir olan istatistik yasalarına uyar. Bu, kuantum dünyasının merkezindeki gizemdir.

Artık kuantumun garipliklerine girdik. Bir elektron, diğer deliğin açık olup olmadığını nasıl bilebilir ? İlk ortaya çıkan sonuç şudur. Bir elektron, bizim, Newton yasalarına uyan klasik dünyamızdaki bir top, misket vs gibi bir parçacık değildir. Kısmen su dalgası gibi davranabilir ama öyle de değildir. Bir elektron, olasılık dalgası denilen ve klasik fizik ile açıklanamayan bir davranış gösterir. Bir hedefe varmak için, aynı anda, olası tüm yolları kullanır ve bu şekilde, kullanmadığı yolların bilgisini de taşır. Ama bitmedi, dahası var. Öyle görünmekte ki, elektron, gözlenip gözlenmediğini de anlar. Alıntıya devam ediyorum.

Elektronu yanıltmak için “hile yapmayı” deneyebiliriz. Elektron düzenek içinde yol alırken deliklerden birini çabucak kapatabilir ya da açabiliriz. Ama işe yaramaz! Elektronun geçtiği anda perdedeki örüntü hep aynı şekilde çıkar. Elektronun hangi delikten geçtiğini görmek için çaktırmadan gözlemlemeyi deneyebiliriz. Bu deney yapıldığında sonuç daha da acaip olur. Elektronun hangi delikten (veya yarıktan) geçtiğini kaydeden ama arkadaki dedektörün, elektronun perdeye gidişine izin veren bir düzenek hayal edin. O zaman elektronlar normal, akıllı uslu her günki parçacıklar gibi davranırlar. Daima bir delikte ya da ötekinde bir elektron görürüz, ama asla ikisini birden değil. Dedektör perdesinde oluşan örüntü, sanki mermilerin oluşturduğu örüntüyle tıpatıp aynıdır, girişimden eser yoktur. Elektronlar iki deliğin birden açık olup olmadığını bilmekle kalmaz, “onları seyredip seyretmediğimizi de bilirler” ve hareketlerini de ona göre ayarlarlar. Gözlemcinin (bizim) deneyle etkileşiminde dair bundan daha açık bir örnek yoktur. Etrafa yayılan elektron dalgalarına bakmaya çalıştığımızda elektron belli bir parçacık haline gelir, fakat biz ona bakmazken hareket seçeneklerini açık tutar. Farklı ifade edersek, elektron, bizim ölçümümüzden dolayı bir dizi olasılık içinden tek bir gidişatı seçmeye zorlanmaktadır. Bir delikten geçmesi için belli bir olasılık vardır ve ötekinde geçmesi için de aynı oranda bir olasılık vardır. Oysa, elektronun yerini tesbit ettiğimizde sadece tek bir yerde olabilir ve bu da onun gelecekteki davranışının olasılık örüntüsünü değiştirir; çünkü artık onun hangi delikten geçtiği kesindir. Fakat hiç kimse, bakmadığı sürece, elektronun hangi delikten geçtiğini bilmez.

Bunlar çok şaşırtıcı sonuçlar. Birkaç faktör dikkat çekmekte:

1. Elektronlar bir “olası yol bilgisine” sahiptirler veya öyle görünmektedir.

2. Elektronların hareketi bir gözlemcinin varlığına bağlı olarak değişir.

3. Elektronlar gözlemlenmediğinde kimse onların tercihlerini önceden bilemez.

Ne oluyor? “Oz büyücüsü” filminde olduğu gibi hokus pokuslarla çevrili bir dünyaya mı giriyoruz? Aslında şu ana kadar anlatılanlar, kuantum fiziğindeki garipliklere sadece bir giriştir. Zira, çift yarık (veya çift delik) deneyinin sonuçları bizleri farklı dünya yorumlarına götürecek kadar zengindir. 3 nolu maddeye dönersem; bir elektron gözlemlenmediğinde ne olur? Ortaya sonsuz sayıda evrenler mi çıkar? Bu mümkün olabilir mi?

Ama neden olmasın? Biz bir evrende, bir gerçeklik durumunda yaşıyor isek, bizimkinden farklı -veya fiziksel yasalar açısından farklı olmasa da ayrı geleceklerin yaşandığı- evrenlerin olmadığını neye dayanarak öne sürebiliriz? Bizim gerçekliğimiz, bir başka gerçekliğin hayali olamaz mı?

Gelecek bölümde çift yarık deneyini Dr Stephen Hawking’in nasıl yorumladığını anlatacağım. Bu bölümde, bazı yerlerde, konuyu anlatan başka bir web sitesinden alıntılar yaptım. Site sahibine haksızlık yapmış olmamak için kaynağı vermem bir ahlak borcudur.

Kaynak: http://atominsan.net/bilim-ve-yasam/cift-yarik-deneyi.html

-devam edecek-

ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞÜNCELER -11-

Artık, çift yarık deneyinin ve kuantum alan kuramlarının daha ileri seviyede yorumlarına geçilebilir. Önce Dr Stephen Hawking’den alıntılar yapacağım. Yazı dizimin sonunda ise John Gribbin’in kuantum fiziği ile ilgili bazı yorumlarına ve genel yorumlara yer vereceğim. Alıntılara devam ediyorum. (Büyük Tasarım. S.Hawking-LMlodinow)

Einstein belirsizlik ilkesinden rahatsız olmuş ve Tanrı’nın evrende zar atmadığını söylemişti.

Kuantum fiziğine göre ne kadar bilgiye veya ne kadar güçlü bir hesaplama yeteneğine sahip olduğumuz hiç fark etmiyor. Fiziksel süreçlerin sonuçlarını kesinlik dahilinde öngörmek mümkün değildir çünkü onlar kesinlik dahilinde belirlenmemiştir. Tersine, bir sistemin başlangıç koşullarını bilsek bile, doğa o sistemin geleceğini temelde belirsiz bir süreç yoluyla saptar. Bir başka deyişle, en basit durumlarda bile doğa bir sürecin veya bir deneyin sonuçlarını dikte etmez. Bunun yerine, her biri belirli bir gerçekleşme olasılığı taşıyan çok farklı senaryolara izin verir. Bu, Einstein’in yorumu ile Tanrı’nın zar atması gibi bir şeydir. Bu düşünce Einstein’i rahatsız etmiş, kuantum fiziğinin kurucularından biri olmasına rağmen, sonradan eleştirmeye başlamıştır.

Daha bu ilk cümlede Dr Hawking meselenin özüne inmiş durumda. Kuantum fiziğindeki belirsizlik, bir hesaplama eksikliği değildir. Doğanın bağrında yatan bir gerçekliktir. Einstein bu durumu sadece eleştirmekle kalmadı, kuantum fiziğinin “belirsizlik” ilkesini çürütmek için çalışmalar da yaptı. Mesela “kutudaki saat” düşünce deneyi gibi. Fakat Niels Bohr, ölçümler ne kadar hassas yapılırsa yapılsın momentum bilgisinde belirsizlik olacağını göstererek bu deneyin bir işe yaramıyacağı cevabını verdi. Derken ortaya “EPR Paradoksu” denen bir olgu daha çıktı ve kuantum kuramı bir zafer daha kazandı. Aslında her şey daha da garipleşiyordu. Madem ki, yaptığımız gözlem bir partikülün hızı ve konumu konusunda belirsizliğe yol açıyordu, o zaman iki ayrı parçacık üzerinde çalışılarak bir sonuca ulaşılabilirdi. Einstein şunu önerdi:

Birbirleriyle etkileşim içine girip sonra birbirinden ayrılarak uçan ve deneyci onlardan birini araştırmaya karar verene kadar başka hiçbir şeyle etkileşim içine girmeyecek iki parçacık hayal edin. Her bir parçacığın kendi momentumu var, her biri uzayda bir konumda yerleşmiş durumda. Kuantum kuramı kuralları çerçevesinde bile iki parçacığın toplam momentumunu ve birbirlerine yakın oldukları zaman aralarında bulunan mesafeyi tam olarak ölçmemize izin vardır. Çok daha sonra parçacıklardan tekinin momentumunu ölçmeye karar verirsek öteki parçacığın momentumunun ne olması gerektiğini otomatik olarak biliriz, çünkü toplamın değişmemesi gerekir.

EPR paradoksu adı verilen düşünce deneyi bir sistem üzerinde ölçüm yaparak diğer sistemde ölçülmeyen bir değeri tahmin etmeye dayanır. Bu konuda fizikçiler ikiye ayrılmışlardır.

Einstein kuantum mekaniğininin henüz tamamlanmadığını düşünüyordu. Çünkü ona göre, ortada bir “saçmalık” vardı. Eğer kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna sapılırsa, iki sistemdeki ölçüm süreçlerinin, aralarında mesafe olsa dahi, birbirlerini etkilediğini kabul etmemiz gerekiyordu. Şunları yazdı:

“Kopenhag yorumunu kabul ederseniz o zaman bu yorum, ikinci sistemdeki konum ve momentumun gerçekliğini, ikinci sistemi herhangi bir şekilde etkilemeyen ilk sistem üzerinde yapılan ölçme sürecine bağlı kılar. Akla yakın hiçbir gerçeklik tanımı buna izin veremez.”

Buna benzer düşünce deneyleri ve itirazlar sonucu, kuantum fiziğinin değişik yorumları geliştirilmeye başlandı. O yorumlar en son bölümlerde derli toplu bir şekilde özetlemeye çalışacağım. Dr Hawking’den alıntıya devam ediyorum.

Kuantum fiziği doğanın yasalarla yönetildiği düşüncesini yıkmaya çalışıyor gibi görünebilir, ama durum bu değildir. Tersine, yeni bir “determinizm” anlayışını kabul etmemiz için bize yol gösterir. Doğanın yasaları belirli bir sistem için kesin bir geçmiş ve gelecek saptamak yerine, farklı geçmiş ve gelecek olasılıkları saptar. Bu durum bazılarının hoşuna gitmese de, bilim insanları kendi önyargılı düşüncelerini değil, deneylerle uyum gösteren kuramları kabul etmek zorundadır.

Bilimin bir kuramdan beklediği ilk şey test edilebilir olmasıdır. Kuantum fiziğine ait öngörülerin olasılıksal doğası, bu öngörülerin doğrulanmasının olanaksızlığı anlamına gelseydi, kuantum kuramları geçerli olarak nitelenemezdi. Ancak öngörülerin olasılıksal doğasına rağmen kuatum kuramlarını test edebilmekteyiz. Örneğin bir deneyi pek çok kez tekrar edebilir, farklı sonuçlara ait frekansların öngörülen olasılıklara uyduğunu doğrulayabiliriz. Kuantum fiziği bize hiçbir şeyin asla kesin bir noktada saptanamayacağını söyler, eğer aksi olsaydı momentumdaki belirsizliğin sonsuz olması gerekirdi. Aslında kuantum fiziğine göre, her parçacığın “evrenin herhangi” bir yerinde bulunma olasılığı vardır. Yani çift yarıklı deney düzeneğinde belirli bir elektronu bulma şansı çok yüksek olsa da, o elektronu Alpha Centauri sisteminin en uzak köşesinde veya ofisinizin kafeteryasında yediğiniz börekte bulma şansı her zaman vardır. Sonuç olarak, bir kuanta parçasına tekme atarak uçmasına izin verirseniz, onun tam olarak nereye gideceğini önceden söyleyebilmenizi sağlayacak herhangi bir bilgi veya yetenek söz konusu değildir. Ancak, deneyi pek çok kez tekrarlarsanız, elde ettiğiniz veriler onu bulabileceğiniz değişik noktaların olasılıklarını yansıtacaktır. Deneysel fizikçiler bunun gibi deneylerin sonuçlarının kuramın öngörüleriyle uyuştuğunu doğrulamaktadır.

Şimdi, olasılık kavramına geldik. Burda çok dikkat edilmesi gerekiyor. Ele alınan olasılık, bir piyango çekilişine benzeyen olasılık kavramı değil. Bu rastlantısallığı içeriyor ama ondan farklı yönleri de var. Devam ediyorum.

Kuantum kuramındaki olasılıklar farklıdır. Doğadaki temel rastlantısallığı yansıtır. Doğanın kuantum modelini oluşturan ilkeler, sadece gündelik deneyimimize değil, gerçeklik hakkındaki sezgisel kavramlarımıza da terstir. Ancak kuantum fiziği gözlemlerle uyum içindedir. Hiçbir sınamada başarısızlığa uğramamıştır ve bilimde kuantum kadar çok sınanan bir başka kuram yoktur.

Kuantum kuramının olasılık anlayışı top örneğindeki rastgele çekim mantığına benzer gibi görünse de, farklılıklar var. Bu yeni olasılık anlayışında, gözlemcinin seçime karışması gibi bir olgu da söz konusu.

1940’lı yıllarda Richard Feynman’ın kuantum ve Newton fiziğinin farklılığı hakkında şaşırtıcı bir yaklaşımı vardı. Çift yarık deneyindeki girişim örüntüsünün nasıl oluştuğu sorusu ilgisini çekmişti. Anımsayalım, iki yarık da açıkken gönderdiğimiz partiküllerin oluşturduğu görüntü, ilkinde yarıklardan yalnızca birinin, ikincisinde diğerinin açık olduğu iki deneyin sonucunda elde edilen örüntülerin toplamı değildir. Her iki yarık açıkken bir dizi açık ve karanlık şeritler elde ederiz ve karanlık şeritlere hiç parçacık ulaşmamıştır. Sanki parçacıklar, kaynaktan ekrana yaptıkları yolculuklarının bir yerinde her iki yarık hakkında bilgi edinmişlerdir. Bu türden bir davranış, gündelik yaşamımızdaki şeylerin davranışından büyük ölçüde farklıdır; örneğin, gündelik hayatta bir top bir yarıktan geçirildiğinde bir yol izler ve diğer yarıktaki durumdan etkilenmez.

Dr Hawking’in açıkladığı bu davranış üzerine, çılgınca bir yorum yapılmıştır ve üstelik bu çılgınca yorum gerçekten de doğru olabilir. Ya, parçacıklar “geleceğin bilgisine” sahipse? Bu varsayımı test etmek için de düzenekler hazırlanmıştır. Bir zaman kuramına göre, evrende olmuş, olacak her şey film kareleri gibi üstüstedir. Biz, kareler arasında sıçrama yapamayız ama parçacıklar tuhaf bir şekilde bu sıçramayı yaparlar ve biz onlardan daima gerideyiz demektir. Elbette, bu sadece bir yorumdur.

Richard Feynman. (1918-1988)

Newton fiziğine göre, her parçacık kaynaktan ekrana kadar tek ve kesinlikle tanımlanmış bir yol izler. Bu resimde, (Newton fiziğinde) parçacığın, yolculuğu sırasında yarıkların çevresini dolaşmak için yolundan sapması mümkün değildir. Ancak kuantum modeline göre, bir parçacığın başlangıç noktasından varış noktasına kadar geçen zaman içinde belirli bir konumda olduğu söylenemez. Feynman bunun, kaynaktan ekrana giden parçacığın izlediği bir yol “yoktur” şeklinde “yorumlanmaması” gerektiğini fark etti. Tersine, parçacık bu iki noktayı birbirine bağlayan olası bütün yolları kullanıyordu. Feynman’a göre kuantum fiziği ile Newton fiziği arasındaki fark buydu.

Bu nasıl olabilir? Bir parçacığın konumunun belirsizliği az çok kavranabilen bir şeydir. Ama bir parçacığın aynı anda olası tüm yolları kullanması nasıl mümkün olabilir? Bu durum bizleri “zaman anlayışımız” hakkında yeniden düşünmeye zorlamaktadır. “Ân” dediğimiz şey nedir ve onu kuantum çerçevesinde yeniden nasıl yorumlayabiliriz ?

Deneyde, her iki yarığın konumu önemlidir, çünkü parçacıklar tek ve belirli bir yol izlemek yerine, her yolu izlerler ve bunu eş zamanlı olarak gerçekleştirirler! Bu sanki bilim kurgu gibi geliyor ama değil.

Feynman’ın düşüncesine göre çift yarık deneyinde parçacıkların izlediği yollar şöyledir. Yalnızca bir yarıktan veya yalnızca diğer yarıktan geçerler. İlk yarıktan geçer, dönüp ikinci yarıktan çıkar sonra yine ilk yarıktan geçerler. Teorik olarak, tüm bunları yaparken nefis pizzalar satan bir lokantaya uğramaları veya Jüpiter’in etrafını dolaşmaları mümkündür. Feynman’a göre parçacık, hangi yarığın açık olduğu konusunda bu şekilde bilgi alır. Eğer bir yarık açıksa parçacık onun içinden geçer, her iki yarık da açıksa, parçacığın içinden geçtiği her iki yol birbirine karışarak bir girişim oluşturur. Bu çok delice gelebilir ama Feynman’ın formüllerinin çok daha kullanışlı olduğu kanıtlanmıştır.

Bu noktada, klasik fizikten tamamen koptuk. Klasik fizikte, mesela bir top mermisinin izleyeceği yol bellidir. Aksi halde zaten savaşlarda kullanılmazdı. Merminin kütlesi, momentumu, yer çekimi etkisi, rüzgarın direnci vb gibi değerler uygun bir matematikle formüle edilerek, merminin bir yere düşmesi ufak bir sapma payı ile gerçekleştirilir. Belki insan sezgileri ile büyük sapmalar olabilir ama bilgisayar destekli hesaplamalarla hedefe çok az bir sapma ile varılır. Bazı füzeler bir hedefi 1-2 metrelik sapma ile vurabilmektedir; zaten yaptıkları tahribat ve güçleri gözönüne alınırsa bu kadarcık bir sapmanın önemi yoktur. Ama bu yeni kuramda, sanki top mermisi her yeri dolaştıktan sonra hedefi hakkında bilgi ediniyor gibi …

Feynman’ın kuantum gerçekliğiyle ilgili düşüncesi, daha sonra anlatacağım kuramların anlaşılması açısından çok önemlidir. Bu nedenle nasıl çalıştığına dair bir izlenim edinmek için biraz zaman ayırmaya değer. Bir parçacığın A noktasından başladığı ve özgürce hareket ettiği basit bir süreç hayal edelim. Newton modelinde bu parçacık düz bir çizgi izler. Belirli bir zaman geçtikten sonra, bu düz çizginin sonunda parçacığı kesin olarak belirlenmiş B noktasında buluruz. Feynman’ın modelinde bir kuantum parçacığı A ile B’yi bağlayan bütün yolları dener ve her yol için adına “faz” denilen bir numara alır. Bu faz, dalganın pozisyonunu, yani dalganın tepe konumunda mı, çukur konumunda mı, aradaki belirli bir konumda mı olduğunu temsil eder. Feynman’ın bu fazı hesaplamak için kullandığı matematik formülü, bütün yollardan gelen dalgaları topladığınızda, A’dan başlayan ve B’ye ulaşacak parçacığın “olasılık genliğini” elde edeceğimizi gösterir. Olasılık genliğinin karesi de B’ye ulaşacak parçacığın gerçek olasılığını verir.

Feynman toplamına (Dolayısıyla A’dan B’ye gitme olasılığına) katkıda bulunan her bir tekil yolun fazı, sabit uzunlukta bir ok olarak düşünülebilir ama bu ok herhangi bir yönü göstermez. İki fazı toplamak için, bir fazı temsil eden oku, diğer fazı temsil eden okun sonuna yerleştirirsiniz ve böylece toplamı temsil eden yeni bir ok elde edersiniz. Fazlar ardı ardına sıralandığında, toplamı temsil eden ok çok uzun olabilir.

Aynı yönde ilerleyen vektörlerin toplamına benzemekte.

Ancak, oklar farklı yönleri gösteriyorsa birbirlerini geçersiz kılma eğiliminde olacaklarından, oktan geriye pek bir şey kalmayacaktır. Sonsuz sayıda yol olması işin matematiğini zorlaştırsa da, sonuç veriyor.

Feynman kuramı, kuantum dünyasından Newton fiziğinin nasıl doğabileceği hakkında bir fikir sunuyor. Feynman kuramına göre her yola ait faz Planck sabitine dayanır. Planck sabiti çok küçük olduğundan, birbirine yakın olan her yolun katkısını topladığınızda, fazlar normal olarak çok büyük değişiklik gösterecektir ve birbirlerini sıfırlama eğiliminde olacaklardır. Ancak kurama göre, fazların sıralanma eğilimi gösterdiği belirli yollar da vardır ve bunlar, parçacığın gözlemlenen davranışı için daha büyük bir katkı sağladıklarından tercih edilir. Büyük nesneler söz konusu olduğunda Newton’un öngördüğü yola çok benzeyen yolların fazları da benzeşecektir ve toplamdaki payları açık farkla büyük olacaktır. Yani etkili bir biçimde sıfırdan büyük olan tek varış noktası, Newton kuramı tarafından öngörülen noktadır ve bu varış noktasının sahip olduğu olasılık 1’e çok yakındır. Bu nedenle büyük nesneler Newton kuramının öngördüğü şekilde hareket ederler.

Tamam, pek anlaşılmayacak bir şey yok. Aynen, hareket eden futbol topunun izlediği yolun analizindeki mantık geçerli. Olasılık genliği Planck sabitine bölündüğünde, büyük parçanın izleyeceği yolun olası sapma değeri azalacak. Ama ya küçük parçalarda durum ne olacak ? Burda ise artık bir parçanın değil, bir sistemin analizi söz konusu. Tek tek her parçacığın olasılık genliği hesap edilemese de bütüne yönelik bir kavrayışa varılabilir.

Buraya kadar Feynman’ın kuramını çift yarık deneyi bağlamında ele aldık. Bu deneyde parçacıklar yarıkları olan bir duvardan geçiriliyor ve biz duvarın arkasına yerleştirilen bir ekrana ulaşan parçacıkların yerini ölçüyoruz. Genel olarak, Feynman’ın kuramı tek bir parçacığın değil bir “sistemin” olası sonuçlarını öngörmemizi sağlıyor. Bu sistem bir dizi parçacık, hatta bütün evren de olabilir. Sistemin başlangıç durumu ile daha sonra niteliklerini saptamak için yaptığımız ölçümler arasında, bu nitelikler bir şekilde gelişir ve fizikçiler buna “sistemin geçmişi” der. Örneğin çift yarık deneyinde parçacığı geçmişi, onun yoludur.. Yine bu deneyde olduğu gibi, verili herhangi bir noktaya ulaşan parçacığı gözlemliyebilme olasılığı, o noktaya götürülebilecek yolların tümüne bağlıdır. Feynman, genel bir sistemde herhangi bir gözlem olasılığının, o gözleme yol açan bütün olası geçmişlerden oluştuğunu göstermiştir. Bu nedenle onun bu yöntemine kuantum fiziğinin “geçmişler toplamı” veya “alternatif geçmişler” formülasyonu denir.

İşte bu noktada ortaya büyük bir yorum farkı ve ciddi bir soru çıkıyor. Alternatif geçmişler, gerçekleşme olasılığı varken hiç gerçekleşmemiş ölü geçmişler midir, yoksa, onların biz göremesek de gerçekleşmiş olduğu bir başka evren durumu var mıdır? Cevap olarak verilebilecek evet veya hayır yargılarımızdan nasıl emin olabiliriz?

Şimdi, bir başka kuantum ilkesine bakalım. Bu ilkeye göre bir sistemi gözlemlemek onun hareket biçimini değiştirir. Bir sistemi karşıdan öylece izleyemez miyiz ?

Aslında cevap zaten sorunun içinde gibi: biz de sistemin içindeyiz!

Hayır! Kuantum fiziğine göre bir şeyi “sadece” gözlemliyemezsiniz. Gözlem yapabilmek için, gözlemlediğiniz nesneyle etkileşmek zorundasınız. Örneğin bir nesneyi alışıldık anlamda görmek için üzerine ışık tutarız. Bir kabağın üzerine tuttuğumuz ışık elbette onu çok az etkileyecektir. Ancak küçücük bir kuantum parçacığının üzerine soluk bir ışık tutmak, yani onu fotonlarla vurmak bile büyük bir etkiye yol açacaktır. Bu durum kuantum fiziğinin açıkladığı gibi deneyin sonuçlarını değiştirecektir.

Bu düşünce “geçmiş” kavramımız üzerinde önemli sonuçlar doğurur. Newton kuramında geçmişin, kesin olaylar dizisi olarak var olduğu düşünülür. İtalya’dan aldığınız kıymetli bir vazonun yerde paramparça durduğunu görürseniz, kazaya yol açan olayları geçmişe doğru izleyebilirsiniz. Aslında, şimdiki zaman hakkında eksiksiz veriye sahipsek Newton yasaları geçmişin eksiksiz bir resmini hesaplamamıza olanak tanır. Bu resim, ister sevinçli ister acılı olsun, dünyanın kesin bir geçmişi olduğuna dair sezgilerimizle tutarlıdır. Hiç izlenmemiş olabilir, ama sanki bir dizi fotografını çekmişiz gibi, geçmişin varlığından emin oluruz. Ancak kuantum parçacıklarının kaynaktan ekrana giderken kesin bir yol izledikleri söylenemez. Gözlem yaparak yerini saptayabiliriz, ancak gözlemlerimiz arasında parçacık bütün yolları birden kullanır. Kuantum fiziğine göre, şimdinin gözlemi ne kadar mükemmel olursa olsun, gözlemlenmeyen geçmiş, tıpkı gelecek gibi, belirsizdir ve yalnızca olasılıklar yelpazesi olarak mevcuttur. Daha açık ve keskin bir ifade ile, evrenin tek bir tarihi veya geçmişi yoktur.

Delice mi? Ama bekleyin bu daha bir şey değil. Çünkü parçacıklar ile yapılan bir başka deney, “gecikmiş seçilim deneyi” ortaya kimsenin kabul etmek istemediği çarpıcı bir sonuç çıkardı. Önce klasik fizikte, bir türlü cevaplanamayan bir soruyu hatırlatmak isterim. Klasik fizikte, bir sistem belli yasalara uyup “geleceğe” doğru ilerletilebiliyorsa, aynı yasaları kullanarak geriye doğru yürütmememiz için de hiçbir sebep yoktur. Ama olaylar böyle işlemez. Neden ? Ölen insan geri gelmez, kırılan vazo tekrar birleşmez vs…

Oysa kuantum fiziğinde, bir partiküle müdahale edildiğinde, onun geçmişteki bir kararını etkileyebilmek gibi bir durum karşımıza çıkmakta.

-devam edecek-

ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞÜNCELER -9-

Işık bir dalgacık olarak mı hareket ediyordu, yoksa parçacık olarak mı? Peki neden ikisi birden aynı anda olmasın? 1909 yılında Albert Einstein ısınan cisimlerin davranışlarını incelerken, ışığın hem dalgacık hem de parçacık davranış özelliği gösterdiğini farketmeye başladı ve şunları yazdı: “Kanaatime göre kuramsal fiziğin gelişimindeki bir sonraki safha bize dalga ve yayılma kuramlarının bir tür birleşimi biçiminde bir ışık kuramı getirecektir.” 1926 yılında, atomun bir ışık paketçiği ürettiğine kanaat getirilerek ortaya “foton” kelimesi atıldı.

Işığın parçacık özellikleri gösterdiğini Max Planck da farketmişti. Işık sanki dalga paketleri gibi geliyor ama bunlar parçacık olarak kabul ediliyordu. Ortada bir sürü kafa karışıklığı vardı. Sonunda Louis De Broglie, Einstein’in ışık paketçileri için türettiği iki denklemi yeniden ele aldı ve iki tür davranışın ayrılmaz bir şekilde bütün oluşturduğunu tezine yazdı. Yine aynı dönemlerde Pauli dışlama ilkesi geliştirildi. Bu ilke, neden atomlarda elektronların “kabuk” şeklinde ve belli sayılarda yer aldığını açıklamaktaydı. 1920’li yıllara gelindiğinde ise, her şey adeta çorbaya dönmüştü. Işık ve atom üzerine yapılan çalışmalardaki doğruluklardan dolayı kuantum fiziğinden kimse vazgeçemiyordu, fakat kuramı derli toplu bir şekilde izah eden kimse de yoktu. Bazılarına göre bunun şöyle bir sebebi vardı. Einstein de dahil olmak üzere, kuantum fiziğine kapı aralayan bilimciler hâlâ geçmişten kopamamışlardı ve kuantum dünyasını klasik fizik çıkarımlarıyla ele almaya çalışıyorlardı. Oysa yapılacak olan şey kuantum çıkarımlarını “olduğu gibi kabul” etmek ve onu klasik fiziğin anlayışı ile kavramaya çalışmaktan vazgeçmekti. Neyse ki, şimdi yeni jenerasyon genç bilimciler geliyordu ve onlar hâlâ eski mantıkla gitmektense kuantumu olduğu gibi kabul etmeye hazırdılar.

Bundan sonraki tarihçeyi ise özetlemiyeceğim, çünkü derli toplu bir özeti bile onlarca sayfa tutabilir. Dünyanın her yerinden yaşlı veya genç bilimciler, şu kuantum denen şeyin ne ifade ettiğini anlamak için binlerce deney yaptılar, yüzlere varsayım geliştirdiler. Hiç kimse tam olarak şunu anlıyamıyordu; bir partikül hangi yasaya göre hareket etmekte veya yön tercihi yapmaktaydı?

Fizik tarihine “çift yarık deneyi” olarak geçen deney, çeşitli fizikçiler tarafından bir ışık kaynağı veya elektronlar gönderen cihazlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çağdaş fiziğin büyük ustası Richard Feynman’a göre bu deney kuantum fiziğini anlayabilmenin tek yoludur ve bütün gizem deneyin sonuçlarında saklıdır. Dr Hawking’in kitabından alıntılara geçiyorum. Çift yarık deneyinin ve yorumlarının tümünü alabilmem mümkün değil. Deneyin yüzlerce, binlerce sayfalık yorumu yapılabilir. Ben kitaptan, önemli bulduğum bazı yerleri alacağım.

Kuantum fiziğinin ilkeleri 20. yüzyılın başlarında, doğanın atom ve atom altı düzeylerini Newton kuramının ve görelilik kuramlarının açıklamakta yetersiz kaldığı anlaşıldıktan sonra geliştirildi.

Çift yarık deneyi ilk kez 1927’de, Bell laboratuvarında deneysel fizikçi olarak görev yapan ve elektron ışınlarının nikelden yapılam bir kristal ile etkileşimi üzerinde çalışan Clinton Davisson ve Lester Germen tarafından gerçekleştirildi. Elektron gibi madde parçacıklarının (partiküllerin) su dalgaları gibi hareket ediyor olduğu gerçeği, kuantum fiziğine ilham veren şaşırtıcı sonuçlardan biridir.

Stephen Hawking’in anlatmaya çalıştığı kuramdaki “partikül” parçacık kavramını, gündelik hayattakiler ile karıştırmayın. Mesela tenis topları, bilardo topları, taş parçaları gibi. Bunların hareketleri rastlantısal olsa dahi Newton hareket ve çekim kanunlarına uyarlar.

Önce, bildiğimiz parçacıklar ile yapılan çift yarık deneyine bakalım. Yukardaki resimde bir kaynaktan bir gözlem ekranına doğru ufak topçuklar rastgele fırlatılmaktadır. Toplar iki yarıktan birinden geçecek ve arkadaki perdeye ulaşacaklardır. Topların bir kısmı yarıklardan geçemeden engele çarpar ve dönerler, bir kısmı ise, iki yarıktan birinden geçmeyi başarır. Arkadaki perdede ise topların birleşmesi ile bir örüntü oluşur. Yarıklara yakın noktada parçacıklar toplaşırlar, yarıklardan uzaklaştıkça parçacıklar seyrekleşir. Bunun matematiği basittir. Arkadaki perdeye düşen topların sayısı, yarıklardan tek tek geçen topların toplam sayısına eşit olacaktır. Yani; P12(x)=P1(x)+P2(x) olarak ifade edebiliriz. Arkaya düşecek olan topların olasılığı, her bir yarıktan geçen topların olasılıklarının toplamıdır. Ayrıca, perdeye gelen her topun geriye doğru işletilebilen bir “geçmişi” vardır. Mesela, son fırlattığımız top üstteki yarıktan geçip arkadaki perdeye ulaşırsa, hareketi geriye doğru işletip topun kaynağa doğru geri gidişini izleyebiliriz. Topun kütlesini, hızını ve benzer değerleri biliyorsak, herhangi bir zaman içinde bulunabileceği yeri tam olarak belirleyebiliriz.

Buraya kadar sorun yok. Ama kuantum dünyasının parçacıkları böyle hareket etmezler. Dolayısı ile, öncelikle, yukardaki tablodan çıkan sonuçları unutmanızgerekmektedir. O tablo klasik Newton fiziğine dayalı hareket ve olasılık tablosudur. Alıntılara devam ediyorum.

Kuantum fiziğinin temel kuralları doğanın güçlerini ve nesnelerin bu güçlere nasıl tepki verdiklerini tanımlar. Newton’unki gibi klasik kuramlar gündelik deneyimimizi yansıtan bir çerçeve üzerine inşa edilmişlerdir ve bu çerçevede madde bireysel bir “varlığa sahiptir.”

Yukardaki cümleye dikkat. Klasik fiziğin parçacıkları belli bir kütlesi, hacmi, hızı, ivmesi vb bulunan gerçek parçacıklardır. Tıpkı üst resimde, bir kaynaktan fırlatılan toplar gibi. Ama kuantum fiziğinin parçacıkları bir “olasılık dalgasıdır” ve hesaplamaları çok farklıdır.

Newton fiziğindeki parçacıkların kesin konumu belirlenebilir, belli yolları izler vb. Kuantum fiziği, doğanın atom ve atom altı düzeylerde nasıl işlediğini gösterir. Daha sonra ayrıntıları ile göreceğimiz gibi, kavramsal çerçevesi tümüyle farklıdır ve bu çerçeveye göre bir nesnenin konumu, yolu, hatta “geçmişi” ve “geleceği” kesin olarak “belirli değildir.” Çekim gücünün kuantum kuramı veya elektromanyetizmanın kuantum alan kuramı hep bu çerçeve içinde oluşturulmuştur.

Gündelik hayatımıza son derece yabancı bir çerçevede geliştirilen kuramlar, klasik fizik tarafından olabildiğince kesinlikle modellenen basit deneylerin sonuçlarını da açıklayabilir mi? Açıklayabilir; çünkü biz ve çevremizdeki her şey, akıl almaz sayıda atomdan oluşan birleşik yapılarız. Bileşimleri kuantum fiziğinin ilkelerine uysa da, futbol topunu, şalgamı, jumbo jeti ve bizi oluşturan büyük atom topluluklarının yarıklardan geçerken kırınımdan kaçabileceği açıktır. Yani, gündelik nesnelerin bileşenleri kuantum fiziğinin ilkelerine uymakla beraber, Newton yasaları gündelik hayatımızdaki bileşik yapıların nasıl davrandığını çok doğru şekilde tanımlayan etkileyici bir kuram oluşturur.

Yukardaki anlatımı açmak isterim. Kuantum fiziğine çok yüzeysel yaklaşan bazı kişiler, bu fiziğin diğer fiziksel kuramları yok ettikleri gibi bir sonuca ulaşırlar. Böylece, insanlara doğadaki hiçbir şeyin belirli olmadığı, gerçeklikten uzak bir tablo sunarlar. Bu, kesinlikle yanlış bir yaklaşımdır. Fark şurdaki Newton fiziği, özel ve genel görelilik kuramları ve kuantum fiziği farklı uzay-zaman boyutlarındaki olayları açıklamak için geliştirilmiştir. Bunların her biri kendi içinde doğrudur. Mesela, bir topun belli bir hızla giderken, bir çukurun yanından geçerken nasıl eğim kazandığını Newton fiziği ile rahatlıkla açıklayabilirsiniz. Fakat aynı hareketi görelilik kuramları ile açıklayabilmek de mümkündür. Çünkü, görelilik kuramında yer alan ve uzun mesafelere, yüksek hızlara ait matematik değerler, bizim kendi uzay-zamanımıza gelince herhangi bir sapma göstermezler. Dolayısı ile aynı sonuçlara varabiliriz. Diğer yandan, bunun tersi doğru değildir. Yani, yakın uzayda geçerli olan bir matematiği, galaktik ölçülere uygulayamazsınız, çünkü mesafeden ve hızdan kaynaklanan büyük sapmalar ortaya çıkacaktır.

Kulağa tuhaf gelebilir; ancak bilimde büyük toplulukların kendi bireysel bileşenlerinden oldukça farklı bir şekilde davrandığını gösteren pek çok örnek vardır. Tek bir nöronun gösterdiği tepkiler, insan beyninin göstereceği tepkileri neredeyse hiç haber vermez veya bir su molekülünü bilmek size bir gölün davranacağı hakkında çok bir şey söylemez. Kuantum etki alanından Newton yasalarının nasıl çıktığını bulmak için fizikçiler hâlâ çalışmakta. Kesin olarak bildiğimiz şey, bütün nesnelerin bileşimlerinin kuantum fiziği yasalarına uyduğu ve Newton yasalarının, kuantum bileşimlerinden oluşan makroskobik nesneleri tanımlamak için iyi bir kestirim sunduğudur.

Bu nedenle Newton’cu kuramın öngörüleri, etrafımızdaki dünyayı deneyimlerken geliştirdiğimiz gerçeklik görüşümüze uygundur. Ancak kendi başlarına atomlar ve atom altı parçacıklar, bizim gündelik deneyimlerimize tamamen aykırı bir davranış sergilerler. Kuantum fiziği bize evrenin bir resmini sunan yeni model bir gerçekliktir. Bu resimde, gerçekliği sezgisel olarak algılayışımızın temeli olan pek çok kavram artık bir anlam taşımıyor.

Yukardaki bölüm de çok önemli. Doğada, bir bütünü oluşturan parçacıklar ile bütünün kendisi ayrı ayrı çalışabilirler. Bu gerçekten yorumlanması çok zor bir konudur ve sadece fiziğin değil, mesela nörolojinin de ilgi alanına girmektedir. Beni ben yapan hangi nörondur? Yoksa nöronların birleşik davranışı, kendi başına tek bir nörondan farklı bir şey midir? Evinizin önünde bir sinema salonu bulunduğunu ve sizin her gün sinemaya gelen insanları seyrettiğinizi düşünün. Tek tek her insanın hareketini bilemezsiniz ama onların toplu davranışları, sinemaya günde ortalama kaç kişinin gelebileceği gibi bir konuda size fikir verebilir.

Kuantum fiziğinin anlaşılmasındaki en zor konulardan biri, temelinde belirsizlik olan bir fizikten belirliliğin ortaya nasıl çıktığıdır. Bir gökdelene baktığınız zaman, o gökdelenin aniden ortadan yok olmasını ve başka bir yere gitmesini bekleyemezsiniz. Ortada, makro yasalara uyan genel bir belirlilik hali vardır. Dolayısı ile kuantum fiziğini adeta bir masal dünyası gibi düşünmemek gerekir. Atom ve atom altı parçacıkların davranışları ne kadar tuhaf olsa da, bu tuhaf dünya ortaya farklı matematiksel modellemelerle açıklayabileceğimiz bir gerçeklik çıkarmaktadır.

Bir sonraki bölümde yapacağımız tartışma için kuantum fiziğinin bazı özelliklerinin anlaşılması gerekiyor. En temel özelliklerinden biri dalga-parçacık ikiliğidir. Madde parçacıklarının bir dalga gibi davranması herkesi şaşırtır. Ancak ışığın bir dalga gibi davranması artık kimseyi şaşırtmıyor. İngiliz fizikçi Thomas Young’un deney sonucunda, insanlar ışığın Newton’un inandığı gibi parçacıklardan değil, dalgalardan oluştuğuna ikna oldular.

Newton’un ışığın bir dalga olmadığını söylerken yanıldığı sonucuna varılabilir. Ama parçacıklardan oluşmuş gibi davrandığını söylerken haklıydı. Günümüzde bu parçacıklara “foton” diyoruz.

Werner Heisenberg (1901-1976)

Kuantum fiziğinin temel ilkelerinden bir diğeri de, Werner Heisenberg tarafından 1926’da formüle edilen belirsizlik ilkesidir. Belirsizlik ilkesi bize, bir parçacığın konumu ve hızı gibi belirli verileri aynı anda ölçme yeteneğimizin sınırlı olduğunu söyler. Belirsizlik ilkesine göre, parçacığının konumundaki belirsizliği momentumundaki (parçacığın kütlesi çarpı hızı) belirsizliği ile çarptığımızda elde edeceğimiz sonuç asla Planck sabitinden daha küçük olamaz.

(Plank sabiti bir fotonun enerjisinin frekansına bölünmesiyle elde edilen bir sabit sayıdır. Yaklaşık değeri 6/10 üzeri 34 jul/saniyedir.)

Biraz tekerleme gibi olacak ama işin özünü şöyle anlatabiliriz. Hızı ne kadar kesin ölçerseniz, konumu o kadar az kesin ölçersiniz, veya tersi, konumu ne kadar kesin ölçerseniz hızı o kadar az kesin ölçersiniz. Örneğin, konumdaki belirsizliği yarıya indirdiğinizde hızın belirsizliğini ikiye katlamış olursunuz. Sonuç olarak, kütlesi bir kilogramın üçte biri ağırlığında olan futbol topu gibi makroskobik bir nesnenin yerini her yöne doğru 1 milimetre kesinliğinde saptadığımızda, hızını saatte kilometrenin milyar milyar milyarda birinden daha kesin olarak ölçebiliriz. Topun kütlesi 1/3 tür ve konumunun belirsizliği 1/1,000 dir. Planck sabitindeki bütün o sıfırlara karşılık gelmesi için hiçbiri yeterli değildir ve bu yüzden görevi hızın belirsizliğini üstlenir. Ancak bir elektronun kütlesi 0,0000000000000000000000000000001’dir, bu nedenle elektronlarda durum oldukça farklıdır. Bir elektronun konumunu, bir atomun yaklaşık büyüklüğüne denk gelen bir kesinlikte ölçersek, belirsizlik ilkesine göre bu elektronun hızını saniyede artı veya eksi 1,000 kilometreden daha kesin ölçemeyiz ki bu da pek doğru bir ölçüm olmaz.

Bunu farklı yorumlayanlar da olmuştur. Bir başka yoruma göre ise, elektron gibi bir parçacığın hem hızını hem konumunu aynı anda kesin olarak belirleyemeyiz, çünkü doğada hızı ve konumu aynı anda kesinlikle belirlenebilecek böyle bir alt parçacık yoktur. Bunun söylenmesinin sebepleri var ve bu durum parçacıkların olasılık dalgaları ve fazları konusuna girildiğinde daha netlikle ortaya çıkacak.

Bir sonraki bölümde, çift yarık deneyinin su dalgaları ile elektronlarla nasıl sonuçlar verdiğini ele alacağım. Ancak çift yarık deneyinin kuramsal yorumları gözden geçirildikten sonra kuantum kuramına gerçek bir giriş yapılabilir; çünkü kuramın içerdiği çıkarımlar hayal gücünün sınırlarını zorlamaktadır.

-devam edecek-