Kuantuma giden yol

Bu aralar hep kuantum bilinciyle meşgulüm ya, insanlığı kuantuma getiren yolu merak ettim. Şu ana kadar kuantumun geleceğe uzantılarına bakmıştım oysa onun bir de geçmişe uzantıları var.

 

Çok çok gerilere uzanacak kadar işin uzmanı olmadığımdan, yakaladığım ilk ipucundan başlayacağım: Newton klasik fiziğinden Einstein’ın görecelik kuramına nasıl geçtik?

 

1900 yılında Einstein üniversiteden mezun olduğunda, kendisinin de içinde bulunduğu fizikçiler atomların varlığı konusunda hala tartışmaktaydılar. Özellikle bir filozof fizikçi olan Ernst Mach “tüm fiziksel teorinin yalnızca doğrudan deneysel deneyimden gelmesi, deneysel olarak kanıtlanamayan tüm fikirlerin terk edilmesi” gerektiğini söyleyen bir  pozitivistti. Mach atomlara inanmıyordu; çünkü hiç atom görmemişti. Onun bu sert düşünce tarzının Einstein üzerinde müthiş  bir etkisi vardı. Üstelik Einstein bilindiği gibi Yahudi olmasına karşın bir Katolik okulunda okutulmuş ve her ne kadar sonradan dini reddetmişse de, Tanrı fikri yerine Bilim’i koymuş ve hayatını ona armağan etmişti. Ona göre evren nedenseldi ve sık sık “yaşlı adam” diye nitelendirdiği (muhtemelen Tanrı’yı ikame eden) evrenin uç nedeniyle konuşur, dertleşirdi.

 

Derken tam o yıl “olağanüstü” bir şey oldu!

 

Kara nesne radyasyonu ile uğraşmakta olan Max Planck, yeni radyasyon yasasının temelini anlamaya çalışırken “sırf  bir umutsuzluk yasası” diye nitelendirdiği kuantumun ilk temelini buldu: Enerji değişimi sürekli değil, kesintiliydi.

Bu önerme öylesine duyulmamış bir şeydi ki, tam anlamıyla bir bomba etkisi yarattı. Çünkü o sırada fizikçilerin çoğu, doğanın klasik dünyasını bir süreklilik olarak kavrıyorlardı. Onlar maddenin biçimlerinin birbirlerine düzgün, devamlı olarak karıştığını düşünüyorlardı. Enerji, momentum ve açısal moment gibi çeşitli fiziksel nicelikler sürekliydi ve her değeri alabilirdi.

Oysa Planck’ın kuantum önermesinin ana fikri, dünyanın bu sürekli görüşünün kesintili görüş ile değişmesi gerektiğiydi.

Örneğin bir tahıl yığınına uzaktan baktığımızda onu düzgün bir tepe gibi görürüz, oysa yaklaştıkça yanıldığımızı anlar ve gerçekte ince tanelerden yapılmış olduğunu görürüz. Kesintili tanecikler tahıl yığınının birimleridir.

Planck kesintililik miktarını bir h sayısı ile belirledi. 25 Ekim 1900 yılında Berlin Deneycileri, Prusya akademisine verdikleri raporda “Bay Planc’ın verdiği formül, hata sınırları içinde deneylerimizi yeniden üretmektedir” dediler. ve böylece halen geçerli olan Planck sabiti hayatımıza girdi. O günlerde Einstein 21 yaşındaydı.

Einstein doktorasını yaptığı yıllarda bir patent firmasında çalışmaya başlamıştı bu sebeple kuramlar üzerinde çalışırken kendini daha serbest hissediyordu. O dönemde bir çok heyecan verici deney yapıldı fakat fizikçilerin çoğu bunları açıklamak için Newton yasalarından vazgeçmek istemediler.

1905 yılında Zürih’te doktorasını aldığında Einstein, Annalen Der Physik cilt 17 de yayımladığı üç yazıyla bilimsel tarihin gidişini değiştirdi ve yalnızca 27 yaşındaydı. Bu üç yazı da bilimsel başyapıtlardır ve Einstein’in başlıca ilgilerini de yansıtmaktadır: İstatiksel mekanik, kuantum teorisi ve görecelik.

 

İlk yazı, atomların varlığının ikna edici kanıtını sunmayı hedefliyordu.

İstatiksel mekaniğe göre, hava gibi bir gaz, uçan tenis toplarıyla dolu bir oda gibi, hızla rasgele hareketlerle zıplayarak birbirinden ayrılan çok sayıda molekül veya atomdan oluşmaktadır. Fakat atomlar öylesine küçük ve çoktur ki bunları değerlendirmeniz imkanı yoktur. Bir insan nefesinde yaklaşık bir milyon milyar milyar atom bulunmaktadır.

Atomları göremez, onlara dokunamayız; onlar bizim dünyamızın farkına varılabilen bir kısmı değildir ama yine de fiziğin büyük kısmı onların varlığına dayanır.

Fakat Einstein bu yazısında onları görünür kılmayı başardı!

Kendisinden çok önce polen tanelerinin etkisini inceleyen botanikçi Robert Brown’un gözlemlerinden yararlanmıştı. (fakat bu araştırma atomların varlığı ile ilgili bir çıkarsama yapmıyordu)

Einstein bir gaz veya sıvının içine atomdan nispeten daha büyük olan polen taneleri koyulursa ona çarparak hareket ettiren atomların varlığının kanıtlanabileceğini anladı.

Yalnız başına bu tek yazı onun bilimsel saygınlığını sağladı.

 

1905 yılının ikinci bombası olan yazı, fotoelektrik konusundaydı ve ışığın bir parçacık olduğunu ileri sürer gibiydi. Bu konuda Planck’ın kuantum önermesinden yararlandı ancak bunun denkleminin deneysel olarak doğrulamanın bir yolu yoktu. Ve 1915 yılına kadar da olmadı. Oysa Einstein’in “gerçekten devrimci” diye nitelendirdiği yazısı buydu. On yıldan fazla bir süre, ışığın enerji kuantizasyonu sorununda yalnız kaldı.

 

Fotonun kesin doğrulaması 1923-24 yıllarında İlk Amerikalı fizikçilerden Compton ve Hollandalı fizikçi Debye tarafından yapıldı. Ve ışık parçacığı varsayımına dayanan kestirimler doğrulandı. Ondan sonra foton kavramı konusundaki muhalefet hızla geriledi ilginçtir Einstein’e Nobel ödülü, onun en büyük eseri olan görecelik teorisi ile değil, ışık kuantumu önermesi nedeniyle verilmiştir.

Yani bu büyük adam yalnızca Göreceliğin değil Kuantumun da babasıdır.

 

Tahmin edeceğiniz gibi 1905 yılının üçüncü yazısı, özel görecelik teorisi üzerineydi. Özel görecelik Teorisi, filezoflar ve bilim adamlarının çağlar boyu üzerinde çok fazla düşünmüş oldukları uzay ve zaman kavramlarını ele alıyordu.

 

Einstein aynı yıl kısa bir dördüncü yazı yazdı. Bu yazının sonuçları 1907 yılına kadar geliştirilemedi. Bu yazı kısaca, parçacığın E=mc2 denklemiyle bulunan bir enerjisi olduğunu gösterdi.

Einstein, görecelik kuramının önermelerinin, enerji ve kütlenin ayırımı ve ayrı korunum yasaları olması düşüncesinin bırakılmasını keşfetmişti. Ve bu sarsıcı keşif onun E=mc2 denkleminde özetlenmiş olan şeydir. Basitçe Kütle ve Enerji aynı şeyin farklı görünümleridir.

 

 

Fizikçilerin Tanrısı evrensel düzendir.

Şu an için bu tanım bize yeterlidir.

Determinist olmama hali, kuantum TEKİNSİZLİĞİnin ilk örneğidir diyor H.Pagels.

Bu, bilinemeyecek ve kestirilemeyecek fiziksel olayların varlığı anlamına geliyor. Kuantum teorisinin determinist olmaması, neyin bilinebilir, neyin bilinemez olduğu konusunda bir ilke sorunudur, bir deney tekniği değildir.

Einstein’ı sıkan da budur. Çünkü O, “yaşlı adamın” her şeyi var olduğu haliyle planlamış olduğunu varsaymak istiyor. oysa Einsein’in öğrencisi max Born, bu ikilemi fevkalade cevaplıyor bana göre:

 

“Eğer Tanrı Dünyayı mükemmel bir mekanizma olarak yaratmışsa, o en azından, mükemmel olmayan zekamıza, dünyanın küçük parçalarını kestirmek çin, çok sayıda diferansiyel denklem çözmek zorunda kalmayacağımız, fakat zarı (ünlü Einstein’ın “Tanrı zar atmaz” kabulüne atfen kullanılmış) oldukça başarılı şekilde kullanacağımız kadar ihsanda bulunmuştur.”

 

Maddi dünyanın temelindeki rasgelelik, bilginin olanaksız olduğu veya fiziğin başarısız kaldığı anlamına gelmez. Tersine, determinist olmayan evrenin keşfi, modern fiziğin bir zaferidir ve doğanın yeni bir görünümünü açmaktadır.

Yeni kuantum teorisi birçok kestirimde bulunmaktadır (hepsi deneyimle uyumlu olan kestirimler. Fakat bu kestirimler olayların dağılımı içindir, tek tek olaylar için değildir)

Bu, belli bir el, kartların ortalama kaç defa dağıtılacağını kestirmeye benzer. Olasılık dağılımları nedensel olarak belirlenmiştir, belirli olaylar olarak değil.

 

Heisenberg Belirsizlik İlkesini, Bohr da Tamamlayıcılık etkisini keşfetmişlerdi. Bu iki ilke kuantum mekaniğinin Kopenhag Yorumunu oluşturdu.  Bu, fizikçilerin çoğuna kuantum teorisinin doğruluğu ve iç tutarlılığı konusunda ikna edici oldu.

Bu tutarlılık, doğal dünyanın determinizmini ve nesnelliğini reddetme pahasına satın alınmış bir tutarlılıktı.

 

Sibel Atasoy

13.03.04