Bütün fizikçilerin bildiği gibi kuantum fiziği çok karmaşık bir konudur. Çünkü bu fizik evreninde bizim bildiğimiz kurallar geçerli değildir. Bizler her gün hayatımızı düzene sokmak için fiziksel kurallardan yararlanırız. Bunların genel ismi ise fizik kurallarıdır. Bu kurallar arabaların hareket etmesinden barajların çalışmasına kadar hayatımızın her yerindedir.
Fiziğin bu böylesine geniş alanlara yayılmış olması herkes için çok önemlidir. Ancak fizik bilimi de kendi içerisinde birçok alt dala ayrılmıştır. Bunlardan bir tanesi de kuantumdur. Bu bağlamda bu yazımızda kuantumu ele alacağız. Özellikle kuantum fiziği ne işe yarar gibi soruları cevaplayacağız. Ayrıca bu fiziğin sadece insan hayatına değil evrene olan etkilerine de bakacağız.
Kuantum Teorisi Olmasa Güneş Işık Saçamazdı
Güneş enerjisini nükleer füzyon dediğimiz bir süreçle üretiyor. Bu süreç, iki protonun yani atomun yapısındaki pozitif yüklü parçacıkların birleşmesini içeriyor. Aynı yükte olmaları bu parçacıkların birbirini itmesi neden oluyor. Bu durum fizikçiler arasında bir mıknatısın aynı kutuplarının birbirini itmesine benzetilmektedir. Ayrıca bu iki atam altı parçacık arasında bir bariyerde oluşuyor.
Fizikçiler, iki proton arasında adeta bir duvar oluşturan bu etkiye Coulomb bariyeri adını veriyor. Protonları ik parçacık olarak düşünün. Aralarındaki bu duvara çarpıp geri seçiyorlar, yani füzyon yok dolayısı ile güneş ışığı da yok. İşte kuantum fiziği de burada işin işine giriyor. Çünkü iki proton arasındaki durum ancak dalga olarak düşündüğünüzde işin rengi değiştiriyor.
Dalga tepesi bu duvara ulaştığında önceki dalga çukuru bu duvarı geçmiş oluyor. Dolayısıyla dalganın yüksekliği protonun nerede olduğu olasılığını veriyor. Dalga çukuru duvarı geçmemiş olması gerekiyorken bazen bu gerçekleşebiliyor. Bu durumda proton, tünel kazıp geçmiş gibi görünüyor. Sonuç olarak da füzyon gerçekleşiyor. Fizikçiler bu etkiye kuantum tünelleme adını veriyor.
Kuantum Fiziği Felsefesi Ölü Yıldızların Çökmesini Durduruyor
Güneşimiz de ki füzyon eninde sonunda duracak ve yıldızımız ölecek. Kütle çekimi baskın gelecek ve güneş çökecek. Ancak bu etki sonsuza kadar devam etmeyecek. Küçüldükçe daha fazla madde sıkışacak en sonunda Pauli dışarlama ilkesi dediğimiz bir kuantum fiziği süreci devreye girecek. Bu, elektronların gibi bazı parçacıkların aynı enerji seviyesine sahip olamayacağı anlamına geliyor. Kütle çekimi yıldızı çökmeye zorluyor.
Bu durum astronomların dejenere basıncı adı verdikleri bu direnç ile açıklanıyor. Çökme duruyor ve dünya boyutlarında bir cisim olan beyaz cüce oluşuyor. Diğer taraftan dejenere basıncı kütle çekimine karşı bir yere kadar işe yarıyor. İşte kuantum fiziği de burada devreye giriyor. Eğer kütle Güneş’in 1,4 katına ulaşırsak bir füzyon dalgası oluşuyor ve beyaz parçalara ayrılıyor. Bu türden patlamalara da Tip Ia süpernova adı veriliyor. Sonuç olarak patlamanın parlaklığı bir Galaksiyi gölgede bırakabiliyor.
Kuantum Fiziği Karadeliklerin Buharlaşmasını Sağlıyor
Heisenberg Belirsizlik İlkesi adı verilen bir kuantum kuralı bulunmaktadır. Bu kural bir sistemin iki farklı özelliğini aynı anda iyi derecede bilinemeyeceğini savunuyor. Bir özelliği ne kadar iyi seviyede biliyorsanız diğerini bilme seviyeniz o oranda azalıyor. Bu durum momentum ve konum veya enerji ve zaman için geçerli. Dolayısıyla kuantum fiziği içerisinde; bir kuantum cisminin konumunu çok iyi şekilde biliyorsanız momentumunu aynı derecede tahmin edemiyorsunuz.
Bu durumun tam tersi de olabiliyor. Böyle bir durumda ortaya sana parçacıklar çıkarıyor. Yeterli kadar enerji ödünç alındığında çok kısa süreliğine birçok parçacık çifti ortaya çıkıyor. Ancak daha sonra hızlı bir şekilde yok oluyorlar. Stephen Hawking bu durumu bir kara deliğin olay ufku civarında kurgulamıştır.
Ancak bu dönemde kuantum hakkında bilim dünyasında kafa karışıklığı vardır. Dolayısıyla kuantum fiziği nedir gibi sorular hala bilim insanlarının aklında cevaplanmamıştı. Böyle bir durumda Hawking; parçacık çiftlerinden biri kaçarken diğeri kara deliğe düşüyor diye bir söylemde bulunmuştur. Bu durumda da Hawking Işıması demiştir. Böylelikle karadelik çok yavaş bir şekilde enerji kaybediyor, diğer bir değişle buharlaşıyor
Kuantum Fiziği Evrenin Büyük Ölçekteki Yapısını Açıklıyor
Evrenimizin kökenini en iyi açıklayan teori büyük patlamadır. Ancak bu teori 1980’lerde şişme adı verilen başka bir teori ile desteklenecek şekilde değiştirilmiştir. Evren, oluştuğu çok küçük boyutlardadır. İşte kuantum fiziği de evrenin bu boyutlarıyla ilgilenmektedir. Evren, ilk saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinde atom boyutundan greyfurt boyutuna kadar genişlemiştir. Bu bütüklük 10 üzeri 78 kat daha büyük hale geldiği anlamına gelmektedir.
Bir kırmızı kan hücresini aynı oranda büyütseydik, onun gözlemlenebilir evrenden daha büyük olacağını görecektik. Başlangıçta, bir atomdan daha küçük boyutlarda olan bebek evren vardı. Ancak bu durum kuantum fiziği içerisinde yer alan Heisenberg belirsizlik ilkesine bağlı kuantum modelleriyle açıklanmaktadır. Şişme durumu, bu kuantum dalgalanmalar sönümlenmeden önce evrenin büyümesine sebep olmuştur.
Bu durumda evrendeki enerjinin belli bölgelerde kümelenmesine neden olmuştur. Dolayısıyla sonuç olarak galaksiler evrenin sadece belli bölümlerinde kümelenmişlerdir. Galaksiler arasında kalan boşlukta ise hiçbir şey bulunmamaktadır. Ancak son yıllarda bu hiçbir şeye de birtakım anlamlar yüklenmektedir. Bu boşluklarda kara enerji gibi yapıların olduğu düşünülmektedir.
Kuantum Fiziği Düşünülenden Daha Korkutucu
Işığın kuantum olduğunu kanıtlamanın yanı sıra Einstein uzak mesafeden ürkütücü etki adını verdiği başka bir argümanı ortaya attı. Bu kuantum dolanıklık’ın günümüzde gerçek olduğunu biliyoruz. Ancak süreçte tam olarak ne olup bittiğini anlayamıyoruz. Bunu anlamak için iki parçacığı bir araya getirdiğimizi ve kuantum durumlarının birbiriyle bağlandığını düşünelim.
Biri A kuantum durumundayken diğeri B kuantum durumunda olsun. Pauli dışarlama ilkesi bu iki parçacığın aynı kuantum durumuna sahip olamayacağını söylüyor. Ancak kuantum fiziği burada da bize sürpriz yapıyor. Eğer birinin kuantum durumunu değiştirirsek diğeri anında değişiyor. Bu durum, bu iki parçacığı birbirinden ayırıp evrenin iki ucuna yerleştirsek dahi geçerli.
Bu durumda parçacıklardan birinin kuantum durumunu değiştirdiğimizde ilgili bilgi ışıktan hızlı iletiliyor gibi görünüyor. Ancak Einstein’in kendisi böyle bir şeyin imkânsız olduğunu ortaya koymuştu. Dolayısıyla bakıldığında kuantum fiziği hakkında henüz öğrenmediğimiz çok şey var gibi görünüyor. Bakalım önümüzdeki yıllar da evrende yer alan bu tarz soruları cevaplayabilecek miyiz?
