|
Madde
Dalgaları mı Olasılık Dalgaları mı?
Elektronun dalga özelliği göstermesi ne demek? İlginçtir,
elektron bir "parçacık" olarak bulundu! Elektron bir parçacık
değil mi? Değil. Hem parçacık,hem dalga. İşte zaten sorun
maddenin bu çelişkili-ikili doğasının kavranmasında.
W.
Heisenberg,matris mekaniğini geliştirdikten (1925) birkaç ay
sonra Avusturyalı fizikçi E.Schrödinger bir dalga denklemi
türetti. Matris mekaniği, kuantumlamaya yani parçacık
betimlemesine uyarken,dalga denklemi adı üzerinde süreklilik
betimlemesine uyuyordu. Çok geçmeden bu iki keşfin özdeş olduğu
anlaşıldı. Ünlü
çift yarık deneyi size kuantum kuramının en ilginç örneğini
sunmuştu. Şimdi dalgaların ne dalgası olduğunu göreceğiz:
İlk
yorumlardan birini Schrödinger’in kendisi getirdi: elektronun
bir parçacık olmadığını,bir okyanus dalgasının su dalgası olması
gibi, onun da madde dalgası olduğunu ileri sürdü. Onun yorumuna
göre, parçacık fikri yanlıştı ve yalnızca yaklaşık olarak doğru
idi. Yalnız elektronlar değil, tüm kuantum nesneleri küçük
dalgalardı-ve doğanın tamamı büyük bir fenomenler dalgası idi.
Bu “madde dalgası” yorumu, Max
Born önderliğindeki Göttingen grubu tarafından
reddedildi. Onlar, tek tek parçacıkların Geiger sayacı ile
sayılabildiğini veya Wilson sis odasında izlerinin
görülebildiğini biliyorlardı. Elektronun “tanecekli” yapısı
gerçek bir tanecik gibi davrandığı gerçeği- bir varsayım
değildi. Peki o zaman, bu dalgalar ne dalgası idi? Bu kafa
karıştırıcı ve önemli soruya yanıt veren Max Born’un kendisi
oldu. Onun yorumu, zar atan Tanrı'nın doğuşunu ve fizikte
Determinizmin sonunu işaret eder. Bu yorum,Haziran 1926'da,
Schrödinger’in yazısından altı ay sonra yapıldı ve fizikçiler
topluluğunda çok sıkıntı yarattı. Born, Broglie-Schrödinger
dalga fonksiyonunun, bir elektronun belli bir noktada bulunma
olasılığını belirlediği yorumunu getirdi.
Uzayda hareket eden bir dalga düşünelim. Dalganın yüksekliği
bazen ortalama düzeyin üstünde, bazen de altındadır. Dalganın
yüksekliğine dalganın genliği deniyor. Born’un söylediği şey,
uzayın herhangi bir noktasında dalga genliğinin karesinin bir
elektronu orada bulma olasılığını verdiği idi. Örneğin, uzayın
dalga genliğinin büyük olduğu bölgelerinde bir elektronu orada
bulma olasılığı da yüksektir; belki de iki de bir oranında
elektron orada bulunacaktır. Benzer şekilde, dalga genliğinin
küçük olduğu yerde, elektronu bulma olasılığı düşüktür,diyelim
ki onda bir. Elektron, her zaman gerçek bir parçacıktır ve onun
Schrödinger dalga fonksiyonu yalnızca onu uzayda bir noktada
bulma olasılığını belirler. Born, dalgaların Schrödinger’in
yanlış olarak varsaydığı gibi, madde olmadığını, onların uzay ve
zamanda noktadan noktaya değişebilen tek tek parçacıkların
yaratılışına ilişkin istatistikler gibi olasılık dalgaları
olduğunu kavradı. Kuantum parçacıklarının bu tanımı doğal olarak
istatikseldir; onları kesin olarak izlemek mümkün değildir.
Fizikçilerin en fazla yapabildiği şey, bir parçacığın olası
hareketini belirlemektir; dalga şeklini ve böylece bir kuantum
parçacığının belli özelliklere sahip olma olasılığını
kestirmektir. Klasik fiziğin yaptığı gibi, bu özelliklerin tek
tek ölçümlerinin sonuçlarını kesin olarak kestiremez. Born,
atomik çarpışma deneylerini dikkatli şekilde analiz ederek
yorumunun tutarlılığını gösterdi.
Kuantum atomik dünyasını nasıl
düşünmemiz gerekiyor?
Atomlar, fotonlar ve elektronlar gerçekten parçacıklar olarak
vardır, fakat onların özellikleri-uzaydaki yerleri, momentumları
ve enerjileri gibi- yalnızca beklenmedik durum olma temelinde
vardır. Bir tek atomun bir kart destesi olduğunu ve o atomun
belli bir enerji düzeyini desteden alınan bir poker eline
karşılık geldiğini düşünün. Poker elleri hesaplanabilen
olasılıklara sahiptir-kart oyunu teorisi kullanarak,kağıdı
dağıtan kişiden belli bir elin alınışının olasılığı kesin olarak
belirlenebilir. Bu teori bir kağıt dağıtımının sonucu hakkında
kestirimde bulunmaz. Bu tür determinizm istemek desteye
bakmayı-hilekarlığı- gerektirir. Born’a göre,
Broglie-Schrödinger dalga fonksiyonu tıpkı kart oyunu kuramının
belli bir elin olasılığını belirlemesi gibi,bir atomun belli bir
enerji düzeyine sahip olma olasılığını belirler. Kuram, kart
oyunu kuramının belli bir kart dağıtımının sonucu hakkında
kestirimde bulunmaması gibi,belli bir tek ölçümde, atomun
gerçekte belli bir enerji düzeyinde bulunup bulunmayacağını
söylemez. Yeni Kuantum kuramının tersine klasik fizik böyle
belli ölçümlerin sonucunun kestirilebileceğini ileri sürüyordu.
Yeni kuantum kuramı böyle tek tek olayların belirlenebileceği
görüşünü reddeder. Born’un söylediği gibi kuantum kuramının
nedensel olarak belirlediği şey, yalnızca olayların olasılık
dağılımıdır.
Kuantum kuramında, olasılık dağılımlarının önemli bir
özelliği-ve onları kart ellerinin olasılık dağılımlarından ayrıt
eden bir özelliği-kuantum olasılıklarının uzayda yayılması ve
noktadan noktaya değişmesidir; bu Schrödinger dalgasıdır.
Kuantum kuramının kestirimci gücü dalganın şeklini ve nasıl
hareket ettiğini-uzay ve zamanda olasılıkların nasıl
değiştiğini-kesin olarak belirlemesidir. Burada ilk olarak
kuantum kuramında nedensellik fikrini görürüz- geleceğe doğru
nedensel olarak belirlenen şey olasılıktır,tek tek olaylar
değildir.
Born kendisinin dalga kuramının istatistiksel yorumunda
heyecanlanmıştı,fakat yalnız kaldığını gördü.
Schrödinger,Born’un yorumunu duyunca,sonuçlarını bilseydi belki
de o yazısını yazmamış olacağını belirtti-o hiçbir zaman
determinizmin reddini kabul etmedi. Max Planck, Schrödinger’in
madde dalgaları fikrine katıldı ve Schrödinger Berlin’de
Planck’ın yerini kabul ettiği zaman, emekliye ayrılmakta olan
Planck, onu fiziğe determinizmi geri getirmiş olan kişi olarak
övdü.
1926 sonlarında Einstein, Born’a şunları yazmıştı: “ Kuantum
mekaniğinin etkileyici olduğu açıktır. Fakat içimden gelen bir
ses bana onun henüz gerçek olmadığını söylüyor. Kuram çok şey
söylüyor, fakat, bizi gerçekte ‘Yaşlı Adam’ın sırrına
yaklaştırmıyor ”. Born, Einstein’in istatistiksel yorumunu
reddedişi karşısında hayal kırıklığına uğramıştı. Fakat Born
haklıydı.
Tanrı Zar Atar mı?
Bu determinist olmama, kuantum tekinsizliğinin ilk örneği
idi. Bu, bilinemeyecek ve kestirilemeyecek fiziksel olayların
varlığı anlamına geliyordu. Deney yapan insanlar,belli bir
atomun ne zaman ışıma yapacağını veya belli bir çekirdeğin ne
zaman radyoaktif bozunmaya uğrayacağını bilme çabalarına son
vermeliydiler, bu olaylar önceden bilinemez şeylerdi. İnançları
ne olursa olsun,fizikçiler, ilke sorunlarının tehlikede olduğunu
hissettiklerinde Tanrıyı çağırabilirler,çünkü fizikçilerin
Tanrısı, evrensel düzendir. Kuantum kuramının determinist
olmaması,neyin bilinebilir,neyin bilinemez olduğu konusunda bir
ilke sorunudur,bir deney tekniği değildir. Einstein’i sıkan da
budur. Tanrı bile size bazı olayların oluşu konusunda yalnızca
olasılıkları verir,kesinliği değil. Yaklaşık olarak bu dönemde
Einstein,Tanrının zar attığına inanmadığını belirterek, yeni
kuantum kuramına itirazını belirtmeye başladı. Einstein’i her
zaman fizik hocası olarak gören Max Born daha sonraları şöyle
yanıt verdi: “Eğer tanrı dünyayı mükemmel bir mekanizma olarak
yaratmışsa, O en azından, mükemmel olmayan zekamıza,dünyanın
küçük parçalarını kestirmek için,çok sayıda diferansiyel denlem
çözmek zorunda kalmayacağımız, fakat zarı oldukça başarılı
şekilde kullanacağımız kadar ihsanda bulunmuştur.”. Böylece
önceden belirli olmayan evrenin kapısı açıldı.
Şimdi atomik fenomenlerin iki açıklaması vardı, Heisenberg’in
matris mekaniği ve Schrodingerin dalga mekaniği. Bu nasıl
olabilirdi? Kendi dönüşüm kuramı ile matris ve dalga
mekaniklerinin tümüyle eşdeğer olduğunu-bunlar basitçe, aynı
kuram içinde farklı temsil etme biçimleriydi- gösteren kişi
Paul Dirac oldu: Fizikçiler
bunlardan Heisenberg (matris) ve Schrödinger (dalga) gösterimi
olarak söz ederler.
Dirac’ın dönüşüm kuramının anlamını kavramanın iyi bir yolu,
dil ile matematik arasında benzetme yapmaktır. Her ikisi de
dünyayı temsil etmenin sembolik araçlarıdır;dil daha zengindir,
matematik ise daha kesindir. Birinin İngilizce diliyle bir ağacı
tanımladığını, bu arada bir başkasının aynı işi Türkçe ile
yaptığını düşünün. İngilizce ve Türkçe tanımlar aynı nesnenin
farklı sembolik temsilleridir. Ağacı tanımlamak isterseniz, en
az bir dil veya temsil seçmeniz gerekir. Bir kere temsil
şekliniz olunca,çeviri veya dönüşüm kurallarıyla diğerlerini
bulursunuz. Bu durum, elektronlar gibi kuantum nesnelerinin
matematiksel tanımındaki gibidir. Bazı temsiller dalga tipi
özellikleri vurgular,diğerleri parçacık gibi özellikleri
vurgular, fakat her zaman temsil edilmekte olan şey aynı
bütünlüktür. Farklı temsillerin dönüşüm yasalarına tabi oluşu
köklü bir fikirdir. Dönüşümler yoluyla sembolik temsillerde
değişimler yaparak değişmezler kavramına ulaşırız. Bunlar,
nesnenin,yalnızca onu nasıl tanımladığımıza bağlı olmayan,esas
yapısında derinde bulunan özellikleridir. Herhangi bir dilde
ağacı neyin oluşturduğunu öğreniriz. Değişmez özellikler bir
nesnenin gerçek yapısını belirler.
Dalga mekaniği ve matris mekaniği aynı davranışı tanımlamak
için farklı temsiller kullanır. Dirac’ın dönüşüm kuramı da dahil
olmak üzere tam kuram, sonunda kuantum mekaniği ya da kuantum
kuramı olarak isimlendirilmiştir, bu klasik fiziğin yerine geçen
yeni, matematiksel olarak tutarlı bir kuramdır. Yaklaşık otuz
yıllık bir çalışma, yeni bir dünya dinamiği getirmişti.
Matematiksel formalizm dokunulmamış ve deneysel olarak başarılı
olmuştu. Fakat bu ne demekti? Kuantum mekaniğinin yorumu ne idi
ve fiziksel gerçeklik konusunda ne diyordu? Heisenberg şunları
söylemiştir: “ Bugün çağdaş bilim, geçmişte herhangi bir zamanda
olduğundan daha fazla, doğanın kendisi tarafından, gerçekliği
zihinsel süreçlerle kavrama olasılığı konusundaki eski soruyu
yeniden gündeme getirmeye ve ona biraz farklı bir şekilde yanıt
vermeye zorlanmaktadır.”
(Heinz R. Pagels, Kozmik Kod 1, Çev: Nezihe Bahar,Sarmal yay,s:
64-80 )
Hazırlayan:Ramazan Karakale
Çev: Nezihe Bahar
İstanbul - 25.01.200
http://sufizmveinsan.com
http://www.atominsan.com' dan Alınmıştır |
