Başbelası Kuantum: Her Şey Belirsiz (mi?)
3 Eylül 2018 Bilim Teknoloji

Başbelası Kuantum: Her Şey Belirsiz (mi?)


Twitter'da Paylaş
0

“Evrendeki her şey belirsizlik ilkesine bağlıdır yani kesin olmayan bir konumda ve kesin olmayan bir yönlü hızdadır.”

Belirsizlik, kuantum fiziğinin temel ilkelerinden biridir ve kuantumun öncü isimlerinden Heisenberg’in adıyla anılır. Bu ilke, bir parçacığın konumu ve yönlü hızı gibi belirli verileri aynı anda ölçme yeteneğimizin sınırlı olduğunu söyler. Bu, kuantum fiziğinin klasik fizikten ayrıldığı başlıca yerdir. Belirsizlik ilkesine göre, bir nesnenin konumunu ve momentumunu aynı anda net olarak bilmek olanaksızdır. Birini ne kadar kesin ölçerseniz, diğerini o denli az kesinlikte ölçersiniz. Yani, konumdaki belirsizliği yarıya indirdiğinizde, momentum belirsizliğini ikiye katlamış olursunuz. Bu bir tahterevalli gibidir; bir taraf yükselirken diğer taraf aynı oranda mutlaka çöker.

Bir elektronun konumunu ölçmek için onu gözlemlememiz gerektiğini biliyoruz. Görmenin ne demek olduğunu düşünürsek, ışığın maddeye çarpıp gözümüzdeki merceğe yansıması sonucu beynin oluşturduğu üç boyutlu bilgi diyebiliriz. Ama daha teknik bir açıklamayla, fotonun elektronla etkileşimi sonucunda elde edilen veri olduğunun da farkına varmak gerekiyor! Çünkü özetle, bir elektronun konumuna bakmak için ona mutlaka  foton yollamak gerekecektir. Oysa fotonun da bir momentumu vardır ve elektrona çarptığında, her ikisi de kesinliğini kaybeder. Işığın dalga boyunu arttırarak momentumundaki kaybı azaltabilirsiniz fakat bu da görünürlüğü azaltır ve bu sefer de elektronun konumunu kaybedersiniz.

kuantum

Evrendeki her şey bu belirsizlik ilkesine bağlıdır yani kesin olmayan bir konumda ve kesin olmayan bir yönlü hızdadır. Bu belirsizliği tam anlamıyla genel görelilik kuramı ile eşleştiren ve karşıt parçacıkların varlığıyla açıklayan kişi ise Richard Feynman olmuştur. Feynman'ın açıklaması, boş sandığımız uzayın da aslında o kadar boş olmadığını göstermiştir.

Genel görelilik kuramı, farklı hızlarda hareket eden gözlemcilerin mesafe ve zaman gibi nicelikleri farklı ölçeceklerini söyler. Örneğin çok hızlı hareket eden kişi ya da nesnelere zaman yavaşlamış gibi gelecektir. Nesneler, bir şekilde ışıktan hızlı hareket edebilselerdi, zaman içinde geriye gidiyormuş gibi görünürlerdi; bu da zaten ışık hızının normalde kozmik hız sınırı olarak görülme nedenlerinden biridir. Gel gelelim Belirsizlik İlkesi, zaman ve enerji ölçümüyle ilgili artı bir sorun daha ortaya koyar: Belli bir sistemi, sabit ve sonlu bir süre boyunca ölçerseniz toplam enerjisini kesin olarak belirleyemezsiniz. Bu ayrıca şu anlama gelir: Kuantum mekaniği, çok kısa, hızlarını kesinlikle ölçemeyeceğiniz kadar kısa süreler zarfında, bu parçacıkların ışıktan hızlıymışlar gibi hareket etmeleri olasılığı olabilir! Ama ışıktan hızlı hareket ediyorlarsa, Einstein’ın genel görelilik matematiğine göre zamanda geri gidiyormuş gibi davranmaları gerekmez mi?

kuantum

“Hidrojen atomu ders kitaplarında şöyle resmedilir; merkezde bir proton ve onun çevresinde dönen, tek bir elektron. Ne var ki, elektron-pozitron çiftlerinin hiç yoktan var olmalarını, ve sonra birbirlerini ortadan kaldırmalarını hesaba katarsak bu çizim tamamen yanlıştır.”

İşte Feynman, kulağa çılgınca gelen bu fikri düşünüp bunun ne anlama geldiğini araştırmıştır. Farklı düzeyler arasında sıçramalar yapan elektronun, yolculuğunun ortasına geldiğinde ışıktan daha hızlı hareket etme olasılığını düşünmüştür. Feynman, görelilik kuramına göre bir gözlemcinin, şöyle bir ölçüm yapabileceğini anlamıştı: Bir elektron zaman içinde ilerliyor, sonra ışık hızını aşıp zamanda geriliyor, sonra yine ilerliyor. Gel gelelim zaman içinde geriye giden eksi bir elektrik yükü, zaman içinde ileri giden bir elektrik yüküyle matematiksel olarak eşdeğerdir ama karşıt yüklüdür. Genel görelilik, ekşi yüklü elektronlarla aynı kütleye ve aynı özelliklere sahip artı yüklü parçacıkların varlığını gerektiriyordu. Yani tek bir elektron hareket ediyor, sonra bir noktada hiç yoktan bir pozitron-elektron çifti ortaya çıkıyor, sonra pozitron elektronla karşılaşıyor ve karşıt yükteki parçacıklar birbirini yok ediyor. Sonrasında geriye yine hareket eden tek bir elektron kalsa da, yani tek bir parçacıkla yolculuğa başlayıp, tek bir parçacıkla bitirmiş olsak da aslında aradaki ölçemeyeceğimiz süre zarfında hareket eden toplamda üç parçacık oluyor.

Boş uzayda ölçemeyeceğimiz sanal bir parçacık kümesi icat etmek saçmalık gibi görünüyor olabilir. Bu parçacıkların ölçülebilir bir etkilerinin olmaması da bu fikri bir o kadar değersiz kılar. Ne var ki, doğrudan gözlenebilir olmasa da, bu parçacıkların dolaylı etkilerinin, bugün deneyimlediğimiz evrenin çoğu özelliğini ortaya çıkardığı anlaşılmaktadır. Yalnızca bu da değil, bu parçacıkların etkisi, bilim alanındaki kuramsal olarak kabul gören herhangi bir hesaplamadan daha kesin olarak hesaplanabilir. Yani kısaca bu, şu anlama gelir: Karşıt parçacıkların (biz göremesek bile) varlıkları bilimsel olarak kesindir!

kuantum

Atomun evrimsel sürecinin başı en basit yapıdaki hidrojen atomudur ve tüm ders kitaplarında şöyle resmedilir; merkezde bir proton ve onun çevresinde dönen, farklı düzeyler arasında sıçramalar yapan tek bir elektron. Ne var ki, elektron-pozitron çiftlerinin hiç yoktan var olmalarını, ve sonra birbirlerini ortadan kaldırmalarını hesaba katarsak ders kitaplarındaki çizim tamamen yanlıştır. Bir hidrojen atomunda gerçek yük dağılımı, herhangi bir anda tek bir elektron ve protonla tanımlandığı gibi değildir.

Hayatımızdaki gündelik nesneler çok büyük oldukları için onlarla ilişkili kuantum belirsizliğini gözlemleyemeyiz fakat unutmayın ki salondaki ikili koltuk da özünde sadece kocaman bir elektron bulutundan oluşuyor. Tüm küçük parçacıkları ile o da, eğer siz onu gözlemlemiyorsanız sadece bir belirsizlikten oluşuyor. Ben bundan hiçbir şey anlamadım diyorsanız dert etmeyin. Mikro’dan Makro’ya geçerken yaşanan bu karmaşayı çözebilen birini henüz görmedim. “Televizyonun karşısına koyduğum ikili koltuğun yerini kimse değiştiremez; ben evde yokken de o koltuk kesin oradadır!” diyebilirsiniz ama kuantum fiziği bize hiçbir şeyin asla kesin bir noktada saptanamayacağını söyler. Kuantum belirsizliğinde, eğer gözlem yapılmıyorsa, her parçacığın evrenin herhangi bir yerinde bulunma olasılığı vardır. Kafanız mı karıştı? Durun, daha yeni başladık…


Twitter'da Paylaş
0

YORUMLAR


İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR