İsmail Yiğit

Heisenberg Belirsizlik İlkesi

Dış ortamdan tamamen yalıtılmış -yani ne içerisinin dışarısı hakkında, ne de dışarısının içerisi hakkında görme, işitme, vs. nevinden bir bilgi edinebileceği- kapalı bir kutu düşünelim. Bu kapalı kutunun içine de öyle bir düzenek kurmuş olalım ki, % 50 ihtimalle çalışsın ve eğer çalışırsa harekete geçen bir çekiç, içi zehirli gaz dolu şişeyi kırsın. İşte Schrödinger’in Kedisi, böyle bir kutunun içinde kendi gerçekliğini sürdürmektedir. Soru, kedinin kutunun içinde sürdürdüğü bu gerçekliğin doğası üzerinedir; kapalı kutunun içindeki Schrödinger’in Kedisi ölü müdür, diri midir?

Kuantum fiziği, bu düşünce deneyine şöyle bir açıklama getirmektedir: Kutuyu hiç açmadığımız durumda, Schrödinger’in Kedisi hem ölü, hem de diridir. Kedinin ölü olduğu kuantum durumu ile diri olduğu kuantum durumu, zehrin açığa çıkma olasılığı % 50 olarak düzenlendiği için eşit derecede geçerlidir. Kutuyu açmak, bir gözlem yapmak demektir ve kuantum dünyasında gözlem yapmanın karşılığı, gözlenen sistemde gözlem öncesi olası kuantum durumlarından birisinin gerçekleşmesi demektir. Dalga fonksiyonun çökmesi olarak adlandırıyoruz bunu.

Schrödinger’in kedisi deneyinde sorun, Schrödinger dalga denkleminde üst üste gelme (süper pozisyon) etkisinin yorumlanma farklılığıdır. Üst üste gelme için, bir sistemin aynı anda birkaç farklı durumda bulunabilmesi diyebiliriz. Schrödinger denkleminde, elektronun konumuna dair görüş ayrılıklarını hatırlayalım. Schrödinger’e göre elektron tek bir noktada değil, birden fazla noktada aynı anda bulunabilmekteydi. Buna göre zaten Kedi de aynı anda hem ölü idi hem de diri. Max Born ve Heisenberg ise, Broglie madde dalgalarının fiziksel bir dalga olmadığını, bir olasılık dalgası olarak yorumlanması gerektiğini savundu. Parçacığın nerede olduğunu söylememiz imkânsızdır, sadece bir yerde bulunma olasılığından bahsedebiliriz. Kedi durumunda, sadece kedinin ölü veya diri olma olasılığından bahsedebiliriz, bunun üstüne fiziksel bir yorum yapmak imkânsızdır.

Tünelleme

Klasik fiziğe göre, bir parçacığın herhangi bir enerji engelini aşabilmesi için o engelin potansiyelinden daha fazla enerjiye sahip olması gerekmektedir. Daha az enerjiye sahip olduğu bir durumda engeli aşması, engelin öteki tarafında bulunması imkânsız olmaktadır.

Oysa kuantum kuramına göre, dalga denklemi sonuçlarına baktığınızda böyle bir durumda dahi parçacığın engelin öteki tarafında bulunma olasılığı vardır ve yapılan sayısız deney de böyle bir durumda parçacığın engelin öteki tarafında bulunabildiğini göstermiştir. Örneğin radyoaktiviteyi fiziksel olarak tünelleme etkisi ile açıklayabiliyoruz. Alfa bozunmasına uğrayan bir çekirdekte alfa tanecikleri çekirdeğin yoğun potansiyel duvar engeline rağmen o engeli aşabilmekte ve böylece radyoaktif bozunum ve ışıma dediğimiz hadise gerçekleşmektedir. Atom boyutunda yüzeylerin bir anlamda topografyalarını çıkarabilen tarama tünelleme mikroskoplarının çalışma prensibi de tünelleme etkisidir.

Newton etki-tepki prensibinde siz bir duvara ne kadar kuvvet uygularsanız o da size aynı şiddette ama zıt yönlü bir kuvvet uygular demiştik. Kuantum etki-tepki prensibi biraz farklı işlemekte. Bir duvarı ittiğinizde kendinizi bir anda duvarın öteki tarafında bulabiliyorsunuz!

Kuantum Telepati (EPR Deneyi)

Kuantum dünyasında parçacıkların ‘telepati’ yapabildiklerini biliyor muydunuz? Aralarındaki mesafe ne olursa olsun, özel koşullar altında iki parçacık birbiriyle sonsuz hızda haberleşebilmektedir!

Einstein, Podolsky ve Rosen’in (EPR) 1935 yılında ortaya attıkları bu düşünce deneyi, kuantum teorisini çürütmeyi amaçlıyordu; ama daha sonra deneyin kendisi kuantum teorisini destekleyen en önemli argümanlardan biri oldu.

Birbirine bağımlı oluşan iki parçacık düşünelim. Fiziksel korunum yasalarından ötürü (enerji, momentum, açısal momentum vb.) eğer bu parçacıklardan birinin herhangi bir özelliğini gözlemlersek, diğerinin de aynı özelliğini gözlem yapmadan bilebiliriz. Birine ait bir niceliği ölçtüğümüzde, teorik olarak diğerinin de aynı niceliğini diğer ölçümün sonucuna göre aynı anda ayarlaması gerekmektedir. Einstein, böylesi bir sonsuz hızda bilgi aktarımının, evrende hız için üst limit ışık hızıdır diyen özel rölativiteye aykırı olmasından dolayı imkânsızlığını savunurken, dolayısıyla kuantumun yanlışlığını ispatladığını iddia ederken; yapılan deneyler Einstein’in yanıldığını ve kuantum telepati olgusunun gerçek olduğunu göstermiştir. Günümüzde bu etkiyi kullanarak parçacıkların ışınlanması teknikleri üzerinde çalışmalar yürütülmektedir.

Kuantum Mekaniğinin Değişik Yorumları

Kopenhag Yorumu

1. Olasılıklar ve Belirsizlikler

Schrödinger denkleminin belli bir kuantum sistemi için çözümüne o sistemin ‘dalga fonksiyonu’ denir. Kuantum mekaniğinde, dalga fonksiyonu y’nin karesi ile betimlenen olasılıklar, gözlemcinin ya da kuramcının eksik bilgisinden veya gözlem aletlerinin yetersizliğinden kaynaklanmaz. Olasılıklar ve bu olasılıklara bağlı belirsizlikler, doğanın özünde bulunur.  

2. Gözlenen Sistem – Gözlemci

Bohr’a göre, gözlenen sistemi gözlemciden ayrı şekilde düşünerek inceleyemeyiz. Gözlenen sistem ve gözlemci bir bütündür. Gözlenen sistemin, gözleyen sistemden bağımsız olarak özelliklerinden bahsetmek anlamsızdır.

3. Ölçümün Geri Çevrilemezliği

Bir ölçüm yaptığımız zaman sistemi geri dönülemez şekilde değiştirmiş oluruz.

4. Dalga Fonksiyonunun Çöküşü

Bir ölçüm, ölçümün yapıldığı nesne ya da sistemin üzerinde bir eylemi içerir. Bu da dalga fonksiyonunun çökmesine sebep olur, yani sistem olabileceği pek çok olası durumdan birine indirgenir. Kuantum kuramı bu indirgemenin olasılıklarını verebilir ama mekanizmasını açıklayamaz.

5. Tamamlayıcılık

Birbirinden bağımsız (biri diğerini içermeyen), bütün deney ve gözlemleri tam olarak anlamak için birlikte gerekli olan kavramları bir arada düşünme.

Örnek: ışığın dalga-parçacık ikiliği. Bu tamamlayıcı özellikler aynı anda gözlemlenemezler, deneyin koşullarına göre ya parçacık ya da dalga davranışı gösterir.

6. Gerçeklik

Sadece bir ölçüm sonucu bulunan nicelik ve nitelikler gerçek olarak alınabilir. Bunun dışında gerçek hakkında başka hiçbir şey söylenemez. Örneğin; bir kitabı masanın üzerine bırakıp çıktığımızda, kitabı görmüyor olduğumuz halde onun masanın üzerinde durmasından bir gerçek olarak bahsetmemize klasik fizik izin verir. Ama aynı şeyi, mesela bir atom için söyleyemeyiz. Heisenberg’e göre böyle bir soru anlamsızdır da…

Paralel Evrenler Yorumu