kuantum fizigi

Kuantum fiziği nedir? Sonsuz olasılıklar denizine bir bakış

Kuantum Fiziği… Nobel ödüllü Danimarkalı Fizikçi Niels Bohr, “Kuantum fiziği kafanızı karıştırmadıysa onu tam olarak anlamamışsınız demektir.” derken ne kadar haklıydı? Üstün zekalı bir fizikçinin bile anlamlandıramadığı bir mini evreni anlamak gerçekten bu derece zor muydu? Ölümünün ardından geçen 59 yıla baktığımızda yanılmadığını anlayabiliyoruz. Onun döneminde kuantum fiziği doğum aşamasındaysa, şimdilerde sadece emekleme aşamasında diyebiliriz. Anlaması ve anlatması zor bir dünya burası.

sonsuz olasılıklar denizi
Sonsuz olasılıklar denizi

Şimdi bana, “Sen fizikçi değilsin, neden kuantum fiziğini, dünyasını, evrenini ya da adı her neyse bu boktan şeyi anlatmaya çalışıyorsun?” diye sorabilirsiniz. Bu soruya hakkınız var. Anlatmaya çalışıyorum çünkü ben de anlamaya çalışıyorum. Bir çok insan gibi yazarak, anlatarak ve notlar alarak daha iyi anlıyorum. Size anlatırken, kendim de anlamaya çalışıyorum.

Girişi çok uzatmadan, olasılıklar denizinde kulaç atmaya başlayalım.

KUANTUM FİZİĞİ NEDİR?

Silgi, kalem, defter yaprağı ya da herhangi başka bir nesneyi ikiye böler ve bunu defalarca, defalarca ve defalarca tekrarlarsak ne olur? Söz konusu nesneyi kaç defa bölebiliriz? Bunu sonsuza dek devam ettirebilir miyiz? Bu soruların cevapları, ya da cevapsızlıkları bizi kuantum fiziğinin garip ama bir o kadar da sıra dışı dünyasına götürüyor.

Evet, sıra dışı bir dünya burası. Hatta öyle bir dünya ki bildiğimiz evrenin temel fizik kurallarına taban tabana zıt özellikler sergiliyor.

İşte kuantum fiziği bu küçük evren ile ilgileniyor, bu evreni anlamaya ve anlamlandırmaya çalışıyor. Kuantum fiziğinde olanlar Newton’un evrenin hareket yasalarına aykırı. İnsani sezgilere de aykırı. Bu nedenle, mevcut teknolojiyle tam olarak anlaşılamıyor, tutarlı denklemler oluşturulamıyor.

kuantum fiziği
Kuantum fiziği

Küçüklerin evreninde parçacıklar, fizik yasalarıyla uyuşmayan bir dans sergiliyor. Söz konusu dansta, bir parçacık aynı anda birden fazla yerde olabiliyor. Gözlemlediğimizde a noktasında, gözlemlemeyi bıraktığımızda alfabenin herhangi bir harfinde olabiliyor. Olasılıklar denizi derken bunu kastediyoruz. Fizik yasalarının tıkandığı nokta da tam olarak burası.

Bizim dünyamızda, cismin kütlesini, cisme uygulanan kuvveti ve sürtünme kuvveti gibi dış etkenleri bildiğimizde, o cismi fırlattığımız anda nereye düşeceğini yüzde yüz kesinlikle biliyoruz. Ancak kuantum evreninde işler böyle işlemiyor.

MADDENİN EN KÜÇÜK YAPITAŞI NEDİR?

Fizikçi abilerimiz, bize evrendeki her şeyin, küçük parçacıklardan meydana geldiğini söyler. İsterse güneşimiz gibi bir yıldız olsun bu şey ya da insanın kendisi. Gözlemleyebildiğimiz her şey parçacıklardan oluşuyor. Vücudumuzu ele alalım; vücudumuz moleküllerden, moleküller atomlardan, atomlar ise ortasında çekirdek dediğimiz bir yapının çevresinde dönen elektronlardan oluşuyor.

Çekirdeğin boyutu, bir milimetrenin trilyonda biri kadar küçüktür. Bu çekirdeğin içerisinde de proton ve nötron bulunur (Yukarıda sorduğum soruyu hatırlayın; cismi hala bölüyoruz). Proton ve nötronlar ise kuarklardan meydana gelir. İşte burası bizim sınırımız.

kuantum fiziği
Kuantum fiziği – çekirdeğin çevresinde dönen elektronlar

Şimdiye kadar yapılan çalışmalara göre, elektron ve kuarklardan daha küçük hiçbir şey yok. Belki de biz göremiyoruz. İleride son teknoloji bir mikroskop ile elektron ve kuarklardan daha küçük parçacıklar bulabiliriz belki. Ancak şimdilik böyle kabul etmeliyiz. Peki, bu parçacıklar nasıl hareket ediyor?

PARÇACIKLARIN HAREKETLERİ

Bu noktada biraz hayal gücünüzü zorlamanızı isteyeceğim. Çünkü, bir parçacığın bir sonraki adımının ne olacağını mevcut şartlarda hiçbir şekilde bilemiyoruz. Bu parçacığın sadece sonraki adımda bir hareketi yapma olasılığının ne derece yüksek olacağını bilebiliriz. Örnek vermemiz gerekirse; bir elektronun belirli bir anda “şurada” olduğunu biliyorsak birtakım matematiksel hesaplamalarla daha sonra “orada” olma olasılığının ne derece yüksek olacağını ortaya koyabiliriz. Yani tek yapabildiğimiz olasılıklar denizinden bir damla su çıkarmaya çalışmak. Hepsi bu kadar. Bu noktada şunu da söylememiz gerekiyor; cahil ya da bilgisiz değiliz.

Werner heisenberg
Werner Heisenberg

Kuantum evreni, Werner Heisenberg’in belirsizlik ilkesi üzerinden işliyor. Peki kuantum fiziği ile bu hesaplamaları nasıl yapıyoruz? Partiye hoş geldiniz.

OLASILIKLAR DÜNYASI: OLABİLECEK HER ŞEY OLUR

İki elektron, A noktasından B noktasına giderken birkaç olasılık gerçekleşir. Bu yolculuk esnasında foton salabilirler ya da salmazlar. Foton emebilir ya da emmezler. İşte kuralsızlığın kuralı. İşte belirsizlik ilkesi. Bu belirsizlikleri izlerken, elektronların A ve B noktalarına yapacakları yolculukların farklı resimlerini, daha doğrusu grafiklerini çiziyoruz. Parçacıkların birbiri ile girdikleri etkileşimler diyagramlarla gösteriliyor. Söz konusu diyagramlar adını ABD’li fizikçi Richard Feynman‘dan alıyor ve Feynman diyagramları olarak adlandırılıyorlar. Ancak ne var ki bu diyagramlar bize bilimsel veri vermiyor.

Not: Bir kez daha tekrar etmekte fayda var; elektronların bir sonraki hareketinin ne olacağını bilemeyiz. Sadece bir olayın gerçekleşme olasılığının ne olacağını hesaplarız. Feynman diyagramları ile gösterilen her olasılık aynı anda gerçek olabilir. Ya da olmayabilir.

Feynman diyagramları
Feynman diyagramları

İşte bu noktada garip bir şeyler oluyor. Elektron bir noktadan diğerine giderken mümkün olan her yolu kullanıyor. Yani biri çıkıp da “yahu bu elektron X noktasına nasıl ulaştı?” diye sorarsa, “mümkün olan her yolu kullanarak ulaştı” şeklinde cevap vermemiz gerekiyor. Deneyimlerimize tamamen ters olduğunu biliyorum. Bazı insanları değiştirmeden, olduğu halde kabul ettiğimiz gibi, kuantum fiziği konusunu da olduğu gibi kabul etmeliyiz şimdilik. Belki ileride bir adam veya bir kadın çıkar ve bize “durun! işler öyle yürümüyor” der.

Kuantum fiziği ile ilgili mevcut bilgimiz bile bizim için birçok kapı açıyor; kuantum bilgisayarları üretebiliyoruz, teknolojik cihazlarımızı, çiplerimizi geliştirebiliyoruz, yarı iletken cihazlar günlük hayatımızı kolaylaştırıyor. Yani kuantum fiziği bu anlaşılmaz haliyle bile modern dünyamızın temelini oluşturuyor.

KUANTUM FİZİĞİ VE SCRÖDİNGER’İN KEDİSİ

Kuantum fiziği ile ilgili giriş niteliğindeki bu yazımızı popüler bir paradoks ile sonlandıralım.

Bir canlı, tek bir anda ölü ya da diri olabilir mi? Ya da herhangi bir madde, aynı anda hem İzmir’de hem Seul’de olabilir mi? Kuantum fiziği, parçacıkların dünyasında bir parçacığın tek bir anda hem A noktasında, hem B noktasında olabileceğini söylüyor. Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger de bir düşünce deneyi ile kuantum evrenindeki süperpozisyon paradoksunu anlamaya çalışıyor.

Scrödinger’in kedisi adı verilen düşünce deneyinde bir kedi, bir şişe zehir ve radyoaktif madde ile bir kutunun içerisine bırakılır. Kutunun içerisindeki radyoaktif maddenin, bir saat içerisinde ışımaya girmesi, girmeme ihtimaliyle eşittir. Işıma gerçekleşirse radyoaktif madde, zehir ile etkileşime girecek ve kedi ölecektir. Işıma gerçekleşmez ise kedi canlı kalacaktır.

Scrödingerin kedisi
Scrödinger’in Kedisi

Daha basit bir ifadeyle, bir saat sonrasında kedi ölü de olabilir canlı da olabilir. Ancak kutuyu açıp bakarsak, süperpozisyon hali sonlanır. Kediyi ya ölü olarak görürüz ya da canlı olarak görürüz. Yani iki ihtimalden biri gerçek olur.

Sevgili dostlarım, kuantum fiziği, metaverse evreni başta olmak üzere gelecek dünyanın en büyük gelişmelerine kapı aralayabilecek muhteşem bir alan. Bu nedenle tek bir yazı ile geçiştirmek istemiyorum. Bu alanda yapılan çalışmaları, bu alanda çalışmalar yapan bilim insanlarını önümüzdeki yazılarda anlatmak istiyorum. O zamana kadar hoşçakalın.

Not: Bu içeriğin yazımında Popüler Science Kasım 2021 sayısından ve Bebar Bilim YouTube kanalından yararlanılmıştır.

AHMET KAPLAN

İnternet sitesi https://benahmetkaplan.com
Yazı oluşturuldu 39

Benzer yazılar

Aramak istediğinizi üstte yazmaya başlayın ve aramak için enter tuşuna basın. İptal için ESC tuşuna basın.