Öncelikle bazı fizikçilerin bile kuantum fiziği dünyasını anlamakta zorluk çektiklerini söylemeliyiz. Çünkü bu dünya keşfedildiği günden beri sürekli tartışılan bir dünyadır. Dolayısıyla burada anlatacaklarımızı çok iyi anlattığımızı da iddia etmiyoruz. Sadece bizim anladıklarımızın bir özetini yapmaya çalışacağız.
Bu yazımızda sizlere konunun temel kavramlarından bahsedeceğiz. Bunu yaparken de kuantumun en önemli 5 maddesini sıralamaya çalışacağız. Ancak bu maddeleri sıralarken kuantum hakkında daha önceden bilginiz olduğunu düşünüyoruz. Ayrıca yine yazımız içerisinde kuantum fiziği nedir gibi soruları da cevaplamış olacağız. Buna ek olarak biraz bu fiziğin felsefesine de değineceğiz.
Kuantum Fiziği Dünyası Biraz Sıkıntılı
Kuantum dünyası ile ayakkabıların çok ortak yönü vardır. Mağazaya gidip ayağınıza mükemmel derece uygun olan ayakkabılar bulmanız çok mümkün değildir. Bunun yerine sizin için belli numarada olan ayakkabıları almak durumunda kalırsınız. Atom altı yani kuantum fiziği dünyası da buna çok benzerdir. Albert Einstein enerjinin kuantize olduğunu kanıtladığı için Nobel Ödülü’nü almıştır.
Sadece belirli numaralarda ayakkabı çiftleri alabildiğiniz gibi enerji de aynı kuantanın çiftleri olarak gelmektedir. Dolayısıyla kuantum fiziği adı da buradan gelmektedir. Burada bahsi geçen kuanta ise adını bu fiziğin en önemli isimlerinden olan Max Planck’tan almaktadır. Yani Planck Sabitidir. Planck zamanında güneş gibi sıcak cisimlerle ilgili bildiğimiz şeylerdeki problemler üzerine çalışmıştır. O zamanlar elimizdeki en iyi teoriler, gözlemlenen enerji seviyesini açıklayamamıştır. Ancak Einstein, enerjinin kuantize olduğunu ortaya koyarak, gözlemlerle teoriyi aynı seviyeye taşımıştır.
Kuantum Teorisi İçerisinde Işık Hem Dalga Hem Parçacık Olabilir
J.J. Thomson elektronların parçacık olduğu keşfi ile 1906 yılında Nobel Ödülü almıştır. Diğer taraftan oğlu George’da elektronların dalga olduğunu keşfettiği için 1937 yılında Nobel Ödülü almıştır. Yani görüldüğü gibi bu ailede 2 Nobel birden bulunmaktadır. Peki tartışmaya dönecek olursak kim haklıdır? Her ikisi de! Dalga-parçacık ikiliği olarak adlandırılan bu olgu kuantum fiziği temelindeki unsurdur.
Bu durum elektronlar için olduğu gibi ışık için de geçerlidir. Bazen ışığı bir elektromanyetik dalga olarak düşünmek gerekir. Bazen de foton adı verilen parçacıklar olarak ele almak gerekir. Bir teleskop uzak yıldızlardan gelen ışık dalgalarını toplarken, aynı zamanda fotonları toplayan bir kova gibi de düşünülebilir. Bu da aynı zamanda, ışığın üzerine düştü yüzeye bir basınç uyguladığı anlamına gelmektedir.
Bu, durumun aslında birçok avantajı bulunmaktadır. Bunlardan birisi üzerinde Güneş yelkeni bulunan Uzay araçlarını yönlendirmektir. Ayrıca bu yöntem ileride tehlikeli asteroidleri yörüngelerinden saptırmak için de kullanılabilir. Yani kuantum fiziği bizlere birden çok çözüm niteliğinde sonuç verebilir. Dolayısıyla ışığın çift karakterli oluşunu bir sorun değil potansiyel olarak görmek gerekmektedir.
Kuantum Fiziği Felsefesi Kapsamında Cisimler Aynı Anda İki Yerde Bulunabilir
Dalga parçacık ikiliği süperpozisyonu bir örnektir. Süperpozisyon bir kuantum cismini aynı anda iki farklı durumda bulunabileceğini söyleyen yasadır. Mesela bir elektron aynı anda hem orada hem de burada olabilir. Ancak biz insanlar sadece bir deney yaptığımızda bu pozisyonları öğrenebiliriz. Bu durum da kuantum fiziği için sadece olasılıklardan ibaret olmasına yön vermektedir.
Kuantum içerisinde bir cismi gözlemlediğimiz de hangi konumda olabileceğinin sadece olasılığını ortaya koyabiliyoruz. Bu garip durum dalga fonksiyonu adı verilen matematiksel bir özellik ile ifade edilmektedir. Ayrıca bilim insanları tarafından da gözlem yapmanın dalga fonksiyonunu çökerttiği biliniyor. Yani süperpozisyonu yok ederek cismi muhtemel pozisyonlardan birinde bulunmaya zorluyor.
Schrödinger’in Kedisi düşünce deneyinin arkasındaki gerçekte budur. İşte kuantum fiziği ne işe yarar gibi sorular bu deneye dayanmaktadır. Deneyi bilmeyenler ufak bir araştırma ile bu deneyi anlayabilir. Ancak kısaca bahsetmek gerekirse; öncelikle kaderi bir kuantum cihaza bağlı bir kediyi bir kutuya kapatıyoruz. Cihazın kuantum durumu kedinin kaderini belirlediği için kutuyu açıp gözleyene ne kadar kedi ölü veya diri olabilir.
Kuantum Fiziği Çoklu Evreni Keşfetmenizi Sağlayabilir
Gözlem yapmanın dalga fonksiyonunu çökerttiğini söylemiştik. Bu durum kuantum içerisinde Kopenhag Yorumu olarak bilinmektedir. Ancak bu ortadaki tek çözüm değildir. Çünkü bir de çoklu dünya yaklaşımcıları vardır. Bu insanlar herhangi bir tercihin söz konusu olmadığını söylemekteler. Bunun yerine gözlem anında gerçekliğin iki kopyasının oluştuğunu savunmaktalar. Yani onlara göre gözlemlediğimiz sonucun ortaya çıktığı kopya ve diğer sonucun mevcut olduğu kopya bulunmaktadır.
Bunun ortaya konulabilmesi için ise bir gözlemciye ihtiyaç vardır. Ancak ne yazık ki kuantum fiziği içerisinde birbirine dolanık bir sürü katman olduğu garip bir gerçeklik mevcuttur. Bugün gözlemleyebiliyor olduğumuz büyük ölçeklere doğru bakmaktayız. Bu katmanlar çoklu evrenler olarak birbirinden ayrılmaktalar. Fizikçiler ise bu sürece uyum kaybı ismini vermişlerdir.
Kuantum Fiziği Yıldızları Karakterize Etmemizi Sağlar
Danimarkalı fizikçi Niels Bohr atomlardaki elektronların yörüngelerinin de kuantize olduğunu göstermiştir. Ön tanımlı bu yörüngelere bilim insanları enerji seviyeleri adını vermişlerdir. Bir elektron yüksek bir enerji seviyesinden daha düşük bir enerji seviyesine geçebilir. Bu durumda aradaki boşluğun enerjisi ile aynı enerjiye sahip bir foton salınımı yapar. Benzer şekilde bir elektron bir foton parçacığının enerjisini soğurarak bir üst enerji seviyesine de geçebilir.
Astronomlar bu etkiyi sürekli olarak kullanırlar. Bizlerde bu etki sayesinde yıldızlardan bize gelen ışığı gökkuşağı gibi renklerini ayırabiliyoruz. İşte kuantum fiziği temelinde bize sağlana bir ayrıcalıkta budur. Ayrıca ortaya çıkan tayfta hangi renklerin eksik olduğunu görebiliriz. Farklı kimyasal elementler farklı enerji seviyesi aralıklarına sahiptirler. Dolayısıyla tayftaki eksik renklere bakarak Güneş veya diğer yıldızlar da hangi maddeler bulunduğunu anlayabiliyoruz.
Görüldüğü gibi kuantum fiziği yaşantımıza birçok yenilik katmakta. Ayrıca bu fizik sayesinde hayatımız da kolaylaşmaktadır. Bu fizik türü şimdilik sadece detaylı bilimsel çalışmalar da kullanılmaktadır. Ancak zaman geçtikçe teknolojinin de ilerlemesiyle birlikte günlük hayatımıza da girecektir. Dolayısıyla bu gelişmeleri yakından takip etmeli ve öğrenmeliyiz.
