Kuantum Kuramı | Kuantum Kaosu – Kuantum Görüşünün Kabul Edilen Temel Olguları

Kuantum Kuramı

20. yüzyıla damgasını vuracak iki büyük kuramdan birini, tam da bu yüzyılın başında, 1900 yılında, Max Planck ortaya attı. Enerjiyi, sürekli (kesiksiz) bir akış olarak gören Klasik Enerji Kuramı yerine Kuantum Kuramı’nı ortaya atmıştı. Planck’ın deneysel temellere dayanan önerisi, enerjinin kesik kesik ya da paket paket alınıp verildiÄŸi ÅŸeklindeydi.

Bu kuramı, 1905 yılında Albert Einstein, fotoelektrik olayını açıklamakta kullandı. Danimarkalı Niels Bohr, 1913’te Kuantum Kuramı’yla, atomdaki elektron düzeninin ilk açıklamalarını yaptı.

Çağımıza damgasını vuran diÄŸer büyük kuram da Görelilik Kuramı’dır. Einstein, 1905’te Özel Görelilik Kuramı’nı, 1915’te de Genel Görelilik Kuramı’nı ortaya koydu. Einstein, kütle ve enerjiyi apayrı ÅŸeyler olarak deÄŸil, birbirine dönüşen olgular olduÄŸunu ileri sürdü.

O sıralar, Zürih Patent Bürosu’nda memur olarak çalışıyordu. Kütle ve enerjiyi bambaÅŸka iki varlık olarak düşünmeye alışmış bilim çevreleri, kavramları birbirine karıştıran patent bürosunun ” zırvaları” üzerinde durmadı bile. Bilim dünyası, onun söylediklerini ancak 15 yıl tartıştıktan sonra hazmedebildi.

Einstein, 1921’de Nobel Ödülü’nü aldı; ama Görelilik Kuramı’ndan deÄŸil de foto elektrik olayından. Arthur Eddington’un alkışlanası ukalalığına göre, o zaman bile birçok bilim adamı göreliliÄŸi anlamamıştı. Eddington’a, göreliliÄŸi, yalnızca üç kiÅŸinin anladığının doÄŸru olup olmadığı sorulduÄŸunda, nükteli Ä°ngiliz profesör durmuÅŸ ve “üçüncü kiÅŸinin kim olduÄŸunu bulmaya çalışıyorum” demiÅŸti (Time-2000, Frederic Golden’in yazısı).

Kütlenin yoÄŸunlaÅŸmış bir enerji olduÄŸu görüşü, 1927’de denel olarak da destek buldu. Aston, kütle spektrometresi denen bir aygıtı geliÅŸtirmiÅŸti. Bu alet, atom kütlelerinin çok duyarlı olarak ölçülmesini saÄŸladı. Bu aygıt yoluyla, özellikle nükleer tepkimelerde, bir kısım kütlenin enerjiye dönüştüğü ve bu dönüşümün Einstein’in ünlü denklemine (enerji= kütle x ışık hızının karesi) uyduÄŸu kanıtlandı.

Atom çekirdeğini bulan Rutherford, 1919 yılında, simyacıların ünlü düşünü gerçeğe dönüştürdü. Havanın azotunu, alfa ışınlarıyla bombardıman ederek onun oksijene dönüştüğünü gördü. Simyacılar, her şeyi altına çevirecek filozof taşını hiç bulamadılar; ama bir elementin, insan elinde başka bir elemente dönüştürülmesi, bir düşün gerçek olmasıdır elbette.

Bir element, başka bir elemente dönüşebiliyordu. İnsanoğlunun eli artık atom çekirdeğine gidiyordu. İlk yapay nükleer tepkime, çekirdeğe ilk müdahale. Atom çekirdeği, pozitif yüklüydü; nötral bir atomda elektron sayısı, eile proton sayısının, yani birim negatif yüklü parçacık sayısı ile birim pozitif yükteki parçacık sayısının eşit olacağı açıktı.

Çekirdekte pozitif yükten başka ne var acaba?

Bu sorunun yanıtını Rutherford’un öğrencisi James Chadwick verdi: 1932 yılıydı. Alfa ışınlarıyla berilyum çekirdeklerini bombardıman edince yüksüz bir radyasyonun oluÅŸtuÄŸunu açıkladı ve buna nötron dedi. Böylece, atomun üç temel parçacığı elektron, proton ve nötron bulunmuÅŸ oluyordu. Alfa, kendisi de bir çekirdek (helyum atomunun çekirdeÄŸi) olduÄŸu halde, atom çekirdeÄŸine giden yolu aydınlatıyordu.

Bilim tarihinin en büyük kadını Madam Curie, 4 Temmuz 1934’de gözlerini yaÅŸama kaparken, birkaç ay önce damadının ve kızının -Joliot-Curie çiftinin- yapay radyoaktifliÄŸi keÅŸfettiklerini biliyordu. Joiot-Curie çifti, alfa ışınlarıyla, alüminyum çekirdeÄŸini bombardıman ettiler. Sonuçta, radyoaktif bir element (radyoaktif fosfor) oluÅŸtuÄŸunu buldular. Böylece, bir inanışa daha son verildi: Radyoaktiflik, yalnızca doÄŸadaki elementlerin bir özelliÄŸi deÄŸildi; onu insanoÄŸlu da “yaratabilir”di.

Ä°nsanoÄŸlu, radyoaktif elementler de üretiyordu artık. Bombardımanda kullanılan radyasyonlar, doÄŸal radyoaktif maddelerden saÄŸlanıyordu. Belli ki, doÄŸal kaynaklara baÄŸlı kalmamak ve doÄŸal olanlardan yayılan parçacıkları hızlandırarak kullanmak nükleer tepkimeleri çeÅŸitlendirecekti. Atlantik’in iki yakasında hemen aynı anda hızlandırıcılar yapılmaya baÅŸlandı.

Amerika’da Ennest Lawrence 1930’da, Robert J. van de Graff 1931’de; yine aynı yıl içinde Ä°ngiltere’de John Cockroft ile E.T.S. Walton kendi adlarıyla anılan hızlandırıcılar yaptılar. Çok kısa sürede, 3 yıl içinde 1937’de keÅŸfedilen radyoaktif izotop sayısı 200’ü bulmuÅŸtu.

H. G. Wells, 1913 yılında, The World Set Free: A Story of Mankind adlı kurgu bilim romanını yayınlamıştı. Bu romanda, bazı tahminler de yer alıyordu. ÖrneÄŸin, 1933’te yapay radyoaktif maddelerin bulunacağını ve 1956 yılında atom bombasının kullanılacağı hayali savaÅŸları anlatmıştır. O günlerde bunlar neredeyse akıl dışı ÅŸeylerdi. Yapay radyoaktiflik, yazarın öngördüğü tarihten bir yıl önce keÅŸfedildi, ama savaÅŸa neden olmadı. Atom savaşı, yani atom bombasının kullanılması ise yazarın öngördüğünden onbir yıl önce gerçekleÅŸti.

Macar doÄŸumlu, Musevi asıllı fizikçi Leo Szilard, 1932 yılında Berlin’de çalışırken, nasılsa bu romanı okuyor ve çok etkileniyor. Ertesi yıl göçe zorlanıyor ve Ä°ngiltere’ye gidiyor. Romandan aldığı esinle “zincir tepkimelerine dayalı kanunun patenti” ni 1934 yılında Ä°ngiliz Amirallik Dairesi’ne tescil ettiriyor.

Kuantum Kaosu

”Kuantum teorisi karşısında ÅŸaÅŸkınlığa uÄŸramayanlar bu teoriyi anlamamış demektir” diyen Fizikçi Niels Bohr, bu teorinin ne kadar zor anlaşıldığına dikkat çekiyordu. Yüzyılın baÅŸlarında fizikçiler, radyasyonun dalga gibi hareket ettiÄŸine inanıyordu. Max Planck’ın enerjinin parçacıklar veya kuvanta tarafından emildiÄŸine iliÅŸkin keÅŸfi, fizikçiler tarafından pek tatmin edici bulunmadı. Planck, bunun üzerine, nesnelerin parçacık ÅŸeklinde enerji yaydığını duyurdu. Bundan sonraki 20 yılda bilim adamları, enerji ve maddenin dalga ve parçacık özelliÄŸi taşıdığını kabul ettiler.

1927 yılında, Werner Heisenberg, ”Belirsizlik Ä°lkesi’‘ni bilimsel bir biçime dönüştürdü. Daha sonraları Nazi Atom Enerjisi Projesi’nin başına getirilen Heisenberg, atomdan küçük parçacıkların pozisyon ve momentumlarının aynı anda ölçülmesinin mümkün olmadığını bildirdi. Bu teori Albert Einstein’ı yalnızca ÅŸaşırtmadı, bilimsel birikimlerinin altüst olmasına yol açtı.

1920’li yılların ortalarında Alman fizikçi Max Born, elektron gibi parçacıkların belirli bir pozisyonu iÅŸgal etmelerinin çok düşük bir olasılık olduÄŸunu ileri sürdü. Einstein, Born’a yazdığı bir mektupta, ”Evren yasalarının ÅŸans üzerine kurulu olduÄŸuna inanmıyorum; bence Tanrı kumar oynamaz” diyerek, Belirsizlik Kuramı’nı onaylamadığını belirtti.

Ãœnlü kuramcı Bohr, “Kuantum teorisiyle ÅŸok olmayan kimse, onu anlamamıştır” der. Gerçekten de matematiksel olarak açık bir ÅŸekilde ifade edilmesine karşın bu teorinin felsefi alanda yorumlanması ve oluÅŸturduÄŸu problemlerin çözümlenmesi bir hayli zor görülüyor.

Kuantum teorisi bilime ve doğaya farklı bir bakış açısı getirmiştir. Şimdi, bu yenilikleri görebilmek için klasik ve kuantumlu anlayışın belli başlı özelliklerini ortaya koyalım. Öncelikle klasik fiziğin felsefi dayanaklarına bakarsak:

1) Klasik fizikte, bir cismin hızı, ivmesi, enerji ifadeleri gibi tüm nicelikler cismin konumunun zamana göre diferansiyelleri ile ifade edilir.

2) Yukarıda sözü edilen momentum. enerji gibi fiziksel büyüklüklerin bütün olarak ele alındığı görülür.

3) İrdelenen olaylar belli bir kesinlik, belirlilik taşır ve istenilen doğrulukta ve aynı anda bütün fiziksel büyüklükler ölçülebilir.

4) Evrenin geçmişinde oluşan olaylar incelenerek, geleceğe ilişkin bir yordama yapılabilir. Sözgelimi, Jüpiter Gezegeni şu zamanda, yörüngesinin şurasında ve bize bu kadar uzaklıkta olacaktır, denilebilir. Gözlem ve deneylerde küçük hatalar çıkabilme olasılığına karşın tahminlerimiz büyük ölçüde doğrulanır.

5) Klasik fizik ile incelenen her sistem ya da olay birbirinden bağımsız olarak düşünülür; bu sistemi oluşturan ve birbiri İle iletişim olanağı bulunmayan varlıklar bütünüyle ayrı olarak ele alınır.

6) Klasik olarak incelenen olay, gözlemci ve kullanılan deney aleti ile değişiklik göstermez.

Kuantum görüşünün kabul edilen temel olguları ise:

a) Olayların incelenmesinde kompleks yapıda ve bir olasılık denklemi olan Schrödinger dalga denklemi kullanılır. Bu denklemden vj/ dalga fonksiyonu bulunup işlemlerde konarak, konum, momentum ve diğer nicelikler elde edilir.

b) Fiziksel nicelikler kesikli parçalı yapıda ele alınır.

c) Kuantum teorisi fiziğe kuşku götürmez bir biçimde belirsizlik (indeterminizm) olgusunu sokmuştur.

d) Parçacıklar söz konusu olduğunda her büyüklük olasılıklarla belirlenir ve gelecekle ilgili tahminler olasılıklara dayanarak yapılabilir. Örneğin ışığın yapı taşı olan fotonların, uzayda bir yerde bulunması ancak olasılıklarla belirlenir.

e) Birbiriyle hiç iletiÅŸim olanağı bulunmayan iki varlık arasında “baÄŸlılaşım-correlation” görülebilir. ÖrneÄŸin aynı kaynaktan çıkan fotonların karşıt doÄŸrultularda göstermiÅŸ olduÄŸu davranışları, birbiri ile uyuÅŸum halindedir.

f) Kuantumda; gözlemci, gözlenen ve gözlem aleti birbiriyle bir bütünlük oluşturur. Bunlar birbirlerinden ayrı düşünülemez.

Görüldüğü gibi klasik fizik ile kuantumcu düşünce birbirinden bir çok noktada farklılık gösterir. Bu farklılıklar ayrıntılı olarak göz önüne alındığında şu yorumlar yapılabilir:

Kuantum teorisinin önemli buluÅŸlarından birisi belirsizlik bağıntısıdır. 1927’de Heissenberg tarafından ortaya konulan bu bağıntıya göre mikro boyutta tanımlı bir parçacığın, eÅŸ zamanlı olarak konum ve momentumunun tesbit edilmesi en az Planck sabit (h) kadar bir hata içerir. Aynı olgu eÅŸzamanlı olarak, parçacığın enerjisi ile bu enerjiyi taşıdığı zaman için de söz konusudur. ÖrneÄŸin bir elektronun bulunduÄŸu uzayda konumunun tesbiti İçin, elektronun üstüne büyük frekansta ışık göndermeliyiz. Aksi halde elektronu gözlemleyenleyiz. Bu durumda yüksek frekanslı ışık elektronun konumunu belirler. Ancak elektrona bir hız verir. Dolayısıyla konumun belirlenmesiyle beraber parçacığın hızını ve momentumunu yitirmiÅŸ oluruz . Tersi olarak; elektronun momentumunu belirlemek İçin küçük frekanslı ışık kullanırız, bu durumda da konum belirlenemez.

Ä°kinci önemli bulgu da “dalga/parçacık dualite’dir. Huygens’ten beri ışığın kırınım ve giriÅŸim yaptığı biliniyordu.ÖrneÄŸin ışık Young deneyi düzeneÄŸinden geçirilirse karşıdaki ekranda aydınlık-karanlık noktalar oluÅŸur. Yani giriÅŸim yapar. Yine yarım bardak suya sokulan bir kalemin kırık olarak algılandığı görülür. Bu gibi olayların hepsi ancak dalga modeliyle açıklanabilir. Einstein’ın fotoelektrik olayını açıklamasından sonra ışığın parçacıktı yapıda olması gerektiÄŸi bulundu. Yine ışığın cisimler üzerine uyguladığı anlık basınçlar ve Geiger sayacında göstermiÅŸ olduÄŸu etkiler bunu destekler. Sonunda Bohr, “Işığın dalgacık mı tanecik mi olduÄŸunu belirlenmesi ancak gözlemcinin sorduÄŸu soruya göre cevaplanabilir” diyerek gözlemcinin de vazgeçilmez biçimde teoride yerini alması gerektiÄŸini belirtir.

Amerikalı J.Davisson ve L.Germer adlı bilim adamları elektronların da hızlı olarak bir kristal katıya çarptırıldıklarında dalga özelliÄŸi gösterebileceÄŸini buldular. Böylece düalite yalnızca ışık (elektromagnetik dalga) İçin geçerli deÄŸil aynı zamanda maddesel parçacıklar için de geçerliydi. Bu da Broglie’ın öne sürdüğü elektronlar için dalga yapısının deneysel bir ispatıydı, aynı zamanda Kuantum teorisindeki düaliteyi, 1915’te, X ışınlarıyla yaptığı çalışmalarından dolayı Nobel ödülü alan VV.Bragg şöyle belirtiyordu. “Pazartesi, çarÅŸamba ve cuma günleri parçacık kuramını; Salı, PerÅŸembe ve Cumartesi günleri dalga kuramını öğretiyorum.”

DiÄŸer önemli yenilik ise olasılık kavramıdır. Bir parçacığın bir uzay bölgesinde bulunması ancak olasılıklarla bellidir. Parçacığın konumu için kesin koordinatlar verilemez. Born bu düşünceden hareketle Schrödinger’in ortaya attığı dalga fonksiyonunu yorumlamış ve y ile gösterilen bu kompleks fonksiyon için, uzayda bir noktada beili bir anda hesaplanan dalganın genliÄŸinin karesinin, parçacığın o noktada o anda bulunması olasılığını verdiÄŸini belirtmiÅŸtir.

Belirsizlik ilkesi , dualite, olasılık tanımı ve gözlemci-gözlenen bütünlüğü kuantum mekaniğine, Kopenhag yorumu olarak girmiştir ve tartışmalara rağmen halihazırda kuantum teorisinin en etkin yorumu olarak karşımıza çıkar. Kuantum felsefesinin sorunlarına bakıldığında önemli tartışmaların temelde, Young deneyinin yorumlanmasından kaynaklandığı görülür. Bilim adamları, fotonların iki ayrı delikten geçişinin mantıksal olarak nasıl algılanması gerektiği üzerinde durarak; fotonlarla gözlemci arasındaki ilişkiyi aramaktadırlar.

Bohr ve Kopenhag ekolü savunucuları fotonların, iki ayrı delikten geçmelerini iki ayrı dünyada hareketleri olarak düşünüyor. Onlara göre giriÅŸim bu birbirinden tamamen iki ayrı iki dünyadan her-birinin birlikte hazırlanarak birbirinin üstüne çakış-masıyla ve birbirlerini bütünleÅŸtirme siyle oluÅŸur. Dolayısıyla sonuçta her iki dünyanın hakiki bir melezi oluÅŸur. BaÅŸta Einstein olmak üzere pek çok fizikçiye bu melez-bütünleyici dünya yorumu pek sıcak gelmedi. 1935’te “Schrödinger kedisi” yorumu ortaya atıldı. Bu görüşe göre her an zehirlenmesi tehlikesi olan bir kedi kapalı bir kutudadır. Gözlemciye göre bu kedi her an ölü ya da diri bir halde bulunmalı, iki ayrı olasılık eÅŸit olarak göz önünde tutulmalıdır. Bu aynı zamanda Young deneyinin iki ayrı delikle oluÅŸturulan farklı dünyalarına benzer. Farklı nokta ise; kedinin ölü ya da diri olduÄŸunu kesin belirleyene kadar kedinin iki durumunun da yan yana bulunduÄŸunun öne sürülmesidir. Yani kedi, yarı canlı-yarı ölüdür, aynı zamanda.

BaÅŸka bir yorum da Everett’ten 1957’de gelir. Ona göre, birçok gözlenemez paralel evren mevcuttu. Bunlara Everett, “alternatif kuantum dünyaları” diyordu. Bütün olaylar bu dünyaların birinde, olasılıkların hepsi gerçekleÅŸecek biçimde olmaktadır. Sonuçta bütün olasılıklar evrende varoluyordu.

Alıntıdır…

Kaynak: Kadim Dostlar ™ Forum

Bu içerik 12.02.2009 tarihinde Esesli tarafından, Fizik - Kimya - Biyoloji Konu Anlatımları bölümünde paylaşılmıştır ve 1982 kez okunmuştur. Bu içeriğin devamında incelemek isteyebileceğiniz 0 adet mesaj daha bulunmaktadır.

Kuantum Kuramı | Kuantum Kaosu - Kuantum Görüşünün Kabul Edilen Temel Olguları orjinal içeriğine ulaşmak için tıklayın ...