KUANTUM / MİKRO FİZİK
(4. Bölüm: 13 Konu)
İÇİNDEKİLER
1- Kuantum: Çift Yarık Deneyi
2- Kuantum: Gecikmiş Seçim Deneyi (Atom altı parçacıklar için, yeni bir geçmiş oluşturabiliriz!)
3- Kuantum Silici Deneyi (Atom altı parçacıklar için, geçmiş silinerek yeni bir geçmiş oluşturulabilir!)
4- Hiçbir Şeye Gerçek Anlamda Dokunamayız: Parçacık ve Kuantum
5- Kuantumda Belirsizlik İlkesi: Aslında Her Şey Şekilsiz ve Belirsizdir
6- Kuantumda Olasılık Dalgaları: Evrenimiz Olasılıklardan İbarettir
7- Kuantumda Geleceğin Geçmişi Etkilemesi
8- Kuantumdaki Bağlantılar: Bir Hareket Diğer Hareket Sayesinde Oluşur
9- Kuantum: Etrafımızdaki Görüntüler Nasıl Oluşuyor?
10- Kuantum: Görüntülerin Oluşumunun Temeli ve Özü Nedir!
11- Kuantumun Geçmiş ve Gelecek Yorumu
12- Kuantumda Her Şeyin Birbirini Etkilemesi
13- Kuantumda Hiçbir Madde Bağımsız Değildir: “Dolanıklılık”
Kaynakça
[one-third-first]
SİTE DİZİNİNDEKİ 29. KONU
KUANTUM: ÇİFT YARIK DENEYİ
Alttaki a ve b şekillerinde bir foton fırlatma makinesinden ekrana, açık bir fener gibi ışık tutulmaktadır. Ortada da iki tane açık aralığı bulunan bir bariyer vardır. Normalde ışık demeti bu bariyer yarıklarından geçip aşağıdaki şekil c’deki gibi ekranda bir görüntü olması beklenir. Fakat ışık dediğimiz olgunun en küçük yapı taşları olan fotonlar bir dalga özelliği gösterdiği için yani bir dalga olduğu için; ekranda şekil b’deki gibi bir girişim deseni oluşur. Bunun sebebi; şekil a’da gösterildiği üzere dalgaların birbiri ile etkileşmesidir. Ekrandaki deseni oluşturan şeyler; tek tek noktalardan oluşan fotonlardır. Fotonların ekrana tek tek düşmesi sonucu, ortaya bu resim çıkar. Fotonlar ekrana çarpmadan önce dalgadır, ekrana çarptığı an parçacık olur. Bu da bize gösterir ki; foton hem dalgadır hem de parçacıktır. Ekrana çarpmakla ölçülmüş olur, bu sayede görünür duruma gelir. Fakat dalga gözükmez. Bunu sadece foton olarak düşünmeyin, proton, nötron, elektron gibi evrendeki bütün parçacıklar yani her şey hem dalgadır hem parçacıktır. Ve aynen bu deneydeki gibi davranırlar.[1]
Gönderilen ışığı azalttığımızı düşünelim. İstediğimiz kadar azaltalım hatta 5-10 tane fotonlar halinde göndersek bile şekil d’deki gibi yine girişim deseni oluşur. Peki, art arda 1’er tane foton gönderirsek ne olur? Girişim deseni oluşur mu? Cevap evet oluşur. Şekil a’da birbiriyle kesişen dalgaları gördük, ama burada kesişecek dalgalar yok, 1’er tane foton gönderildiği için ortada sadece bir tane dalga var. Girişimin oluşmasının sebebi; bu dalganın aslında olasılık dalgası olmasıdır. Olasılık dalgası; yani bir fotonun ya da bir parçacığın olasılık dalgası; o parçacığın aslında evrenin her yanına yayıldığını gösterir. Belirli alanlarda belirme, ortaya çıkma, görülme olasılığı daha fazladır. Fakat bu olasılık evrenin tamamıdır. Bu olasılık dalgası, iki tane yarıktan birden geçerek ikiye bölünür ve kendisiyle etkileşerek ekranda girişim deseni oluşturur. Bir foton veya bir parçacık ölçülmeden önce her yerde olabilir, ama ölçüldüğü anda dalga fonksiyonu çöker, daha doğrusu, insan eliyle yani dışarıdan müdahale ile bu çökmeyi yani parçacığın görünür hale gelmesini biz oluştururuz. Bir de ölçüldüğü anlarda hep aynı noktada belirmez, her ölçüldüğünde farklı noktalarda belirir. Bu da bize kuantum dünyasının belirsiz ve olasılıksal olduğunu gösterir.[1]
Extra Bilgi; Çift yarık deneyinde bir tek elektron yollandığında iki yarıktan geçer lakin yarıklara el feneri tutulduğunda elektron tek yarıktan geçer. Ardı ardına elektron yollayalım. Fenerin de pili azalsın yani ışığı gittikçe azalsın. Elektronlardan kimi dalga özelliği kimi de parçacık özelliği gösterir. Şiddeti azalmış yani foton sayısı azalmış sistemde fotonlar elektrona bazen çarpar bazen çarpmaz. Foton elektrona çarptığında parçacığa dönüşür yani tek yarıktan geçer, çarpmadığında dalga olarak kalır yani iki yarıktan aynı anda geçer. Ayrıca kuantumda bir parçacığın aynı anda iki farklı yerde göründüğü kanıtlanmıştır.[2]
___________________
[1] Brian Greene, “Evrenin Dokusu: Uzay, Zaman ve Gerçekliğin Dokusu”, Çevirmen: Murat Alev, Tübitak Yayıncılık, Tübitak Popüler Bilim Kitapları, Ankara 2010, s. 104-150.
[2] Amit Goswami, Richard Reed ve Maggie Goswami, “Kendini Bilen Evren”, Çevirmen: Yasemin Tokatlı, Ruh ve Madde Yayıncılık, İstanbul 2003, s. 112-118.
SİTE DİZİNİNDEKİ 30. KONU
KUANTUM: GECİKMİŞ SEÇİM DENEYİ (ATOM ALTI PARÇACIKLAR İÇİN, YENİ BİR GEÇMİŞ OLUŞTURABİLİRİZ!)
Bir foton fırlatıcı şekil 1’deki gibi ışık demeti göndersin. Foton bölücünün görevi; gelen fotonu %50 ihtimalle sağdan, %50 ihtimalle soldan yollayacak olmasıdır. Yansıtıcı da gelen fotonu ekrana yansıtır. Sistemi çalıştırıp; ışık demetini aralıksız yolladığımızda, ekranda bir girişim deseni oluşur. Bu çift yarık yukarıdaki çift yarık deneyi ile aynı anlama gelen bir deneydir. Şekil 1’de ışık dalgaları kesişerek ekranda girişim oluşturur. Ama normalde tek bir çizginin ekranda belirmesi gerekirken yukarıda da anlattığımız üzere foton bir dalga olduğu için yan yana sıralı çizgiler yani girişim oluşur. Şimdi fırlatıcıdan fotonları tek tek gönderelim, bu zaman da yine girişim oluşur. Bunun sebebi; ekrana gelen fotonun her iki yoldan da geçmesidir. Bölücü %50 ihtimal belirliyor ama foton dalga olduğu için tek yolu kabul etmiyor, her yerden gideceğim diyor. Sonunda da ekrana doğru gelen bu iki yoldaki foton dalgaları girişim oluşturur yani aynı fotonun dalga özelliğinden iki yolu takip etmesi sonucu girişim deseni oluşur. Yani foton yolun sonuna geldiğinde normalde ekranda hep aynı noktada belirmesi gerekirken, art arda yollanan fotonlar ayrı ayrı noktalarda beliriyor. Bu da ekrana çarpmadan önce belirsiz herhangi bir yerde olduğunu gösteriyor, çarpma anında bu yerlerden birini seçiyor. Daha doğrusu ister ekran olsun isterse ölçüm cihazında parçacık ölçülsün, parçacığın belirsizlikten sıyrılıp, herhangi bir olasılıkta belirmesi desek daha doğru olur. Bu herhangi bir olasılıkta belirmesinin sebebi ne derseniz, şanstır, rastgeleliktir.[3]
[one-half-first]
[/one-half-first][one-half]
[/one-half][clearfix]
[one-half-first]
[/one-half-first][one-half]
[/one-half][clearfix]
Şekil 2A ve Şekil 2B’nin bize söylediği de şudur. Sistemde yukarıdaki deneydekilerle aynı malzemeler kullanılmıştır fakat ek olarak dedektör yani ölçüm cihazı yerleştirilmiştir. Dedektör ölçüm cihazı olduğundan parçacığın yerini belirleyerek onun dalga özelliğini yok eder. Yani ölçümden önce dalga olan parçacığın tek bir noktaya çökmesine ve o noktada da parçacığın görülmesini sağlar. (Bunun farklı yolları olmakla birlikte, ışık çarptığı nesnede bir itim gücü yaratır. Eğer fazlaca ışık enerjisi kullanırsak o parçacığı orada hareketsiz bırakabiliriz. Işığın yarattığı bu itim gücünden, parçacığı istediğimiz şekilde ölçebiliriz ve ona istediğimiz ayarı verebiliriz.) Dedektörlerin de açma kapama düğmesi vardır, açık olduğunda ölçüm yapılır, kapalı olduğunda yapılmaz. 1’er tane ard arda fotonları yollayalım, şekil 2b’deki gibi dedektör kapalı ise girişim deseni oluşur. Fakat şekil 2a’daki gibi dedektörü açarsak ne olur? O zaman girişim oluşmaz. Çünkü dedektöre kadar foton her iki yoldan gider, dedektöre tam ulaştığında foton ya sağ yolda ya sol yoldadır. Eğer dedektör fotonu saptarsa, yani foton iki olasılıktan birinde ise, o zaman foton, dedektör yolunda parçacık olarak ilerler ve ekrana tek bir noktada düşer. Dedektör saptayamassa, o zaman diğer olasılık olan diğer yoldan foton parçacık olarak ekrana gider ve yine aynı tek bir noktada ekrana düşer. Yani dedektör açık iken; iki yoldan giden dalga yok olur, tek yoldan giden parçacığa dönüşür. Lakin burada ilginç olan şudur; geçmiş silinir ya da biçimlenir ya da belirginleşir. Foton dalga olduğu için dedektöre gelmeden önce aslında her iki yoldadır, yani hem orda hem burada olarak ilerler. Fakat tam dedektöre geldiği anda; diğer yoldaki geçmiş yok olur kaybolur. Ve tek bir geçmiş belirginleşir. Burada ilginç olan bir diğer kavram ise; kapalı olan dedektörden geçtikten sonra ekrana varmadan önce dedektör açılırsa ne olur? Ne mi olur, yine aynısı olur! Diğer yoldaki geçmiş yine silinir. Vardığımız sonuç ise; gelecek geçmişi şekillendirir olur. Geçmişin oluşabilmesi, gelecekte olacak bir olaya bağlı. Yani; geçmişin belirginleşmesinin geleceğe bağlı olması söz konusudur. İstersek deneyin uzunluğunu iki galaksi arasına bile uzatabiliriz. 100 ışık yılı arası bir mesafede, 100 yıl sonra bile geçmiş şekillenebilir.[3]
___________________
[3] Greene, age., s. 217-238.
SİTE DİZİNİNDEKİ 31. KONU
KUANTUM SİLİCİ DENEYİ (ATOM ALTI PARÇACIKLAR İÇİN, GEÇMİŞ SİLİNEREK YENİ BİR GEÇMİŞ OLUŞTURULABİLİR!)
Şekil 3’deki deneyin özü şudur. Fırlatıcı bir tane foton yollar. Bölücü fotonu ya sağ yoldan ya da sol yoldan yollar. Ayırıcı fotonu eşdeğerde ikiye böler birini dedektöre yollar bu işsiz fotondur, diğerini yansıtıcıya yollar bu da sinyal fotonudur ve bu ekrana çarpar. Ayırıcı veya Dedektör işsiz fotonu ölçer bu sayede başlangıçta gönderilen fotonun izlediği yol belirlenmiş olur. Diğer yol içinde bu durum geçerlidir. Foton ayırıcından ikiye bölünen fotonun o an hangi yolda olduğu belirlendiği için, ayırıcı da işsiz fotonu salması yüzünden dedektör gibi bir ölçüm cihazıdır. Yani hem ayırıcı hem de dedektör ölçüm cihazıdır. Art arda tek tek yollanan fotonlar ölçüldükleri için dalga özelliğinden çıkıp parçacık olarak sadece bir yoldan giderler. Bu sayede ekranda bir girişim deseni oluşmaz. Peki ya işsiz fotonunun hangi ayıraçtan geldiğini belirlenemez hale getirirsek ne olur? Cevap şekil 4’tedir.[4]
[/one-third-first][one-third]
Şekil 4’te; R ve L ile gösterilenler foton ayırıcı; a,b ve c ile gösterilenler foton bölücü; 1,2,3 ve 4 ile gösterilenler de dedektör yani ölçüm cihazıdır. A, B, C, D, E ve F ile gösterilen yerler de işsiz fotonun izleyebileceği yollardır. Buradaki amaç; işsiz fotonların hangi ayrıraçtan geldiği bilgisini silmek. Bir foton yolladığımızda, bu iki ayıraçtan birine gider. Diyelim ki L ayıracına gitti; buradan saldığı işsiz foton bölücüye geldi ve 1 numaralı dedektörde tespit edildi. O zaman o başlangıçta salınan foton ve sinyal fotonunun -ki ikiside aynı foton- bu fotonun izlediği yol kesinlikle L yolu olur. 4 numaralı dedektör ile tespit edilen yollanmış bir başka foton da, R yolundan gitmiştir. 1 ve 4 ile tespit edilen işsizlerin sinyalleri de ekran da bir girişim deseni oluşturmaz. Fakat L veya R ayırıcısından çıkan işsiz foton, a veya b bölücüsünden c bölücüsüne giderse, 2 veya 3 numaralı dedektör tarafından tespit edilecektir. Ama bu tespit edilen işsiz fotonların sinyal fotonlarının L mi yoksa R mi yolundan gittikleri belirlenemeyeceği için; bu sinyal fotonlar her iki yoldan da gidip, ekranda bir girişim deseni oluşturur. Yani sadece bir yoldan giden foton sonradan aldığı bilgi ile öbür yoldan da gitmiş oldu. Hâlbuki o bilgiyi almadan önce öbür yolda yoktu. Aldıktan sonra, olmamış bir geçmiş oluştu. Yoktan yeni bir geçmiş oluştu. 2 ve 3 numaralı dedektörleri 10 ışık yılı uzaklığa koyalım, diğerleri şekildeki gibi yakın olarak kalsın. Sistemi çalıştırıp fotonları yollayalım. Ekranda ilk başta girişim deseni oluşmaz. Lakin 10 yıl sonra 2 ve 3 numaralı dedektörlerden herhangi birine ulaşan işsiz fotonların sinyal fotonları ekranda girişim deseni oluşturur. Bu şöyle oluşur. Eğer o son sinyal fotonları desen üzerinde parlatılırsa -mesela kırmızıya boyanırsa- bunların girişim deseni oluşturduğu gözlenir. Bu makaleyi okuyupta şaşırmadıysanız olayı anlayamamışsınız demektir. Bu olağanüstü sıra dışı bir olaydır. Çünkü burada geçmiş yeniden yazılıyor. Gelecekteki bir olay geçmişi silerek yeni bir geçmiş yaratıyor.[4]
___________________
[4] Greene, age., s. 238-249.
SİTE DİZİNİNDEKİ 32. KONU
HİÇBİR ŞEYE GERÇEK ANLAMDA DOKUNAMAYIZ: PARÇACIK VE KUANTUM
Bir atom bir hipodrom kadar büyütülse, proton ve nötronu yani çekirdeği bir sivrisinek kadar yer kaplar. Ancak bu sivrisinek, hipodromun binlerce misli ağırlığındadır. Diğer kısmı elektronlar oluştururlar. Aynı yükler birbirini iter. Yatağa yatan bir insan ile yatak arasında boşluk kalır. Yani insan havada asılı kalır. Bunun sebebi; yatak ile insandaki negatif yüklerin yani elektronların birbirini itmesidir. Santimetrenin yüz milyonda biri kadar arada bir boşluk oluşur. Bardağı tutarken de, sandalyeye otururken de aynısı olur. Buradan çıkan anlam; gerçekte hiçbir şeye dokunamayız. Aradaki itim gücüne dokunma deriz. Elektronlar, çekirdeğin etrafındaki hipodromda gezegen yörüngesi gibi dönmezler. Aynı anda hipodromun her yerinde bulunurlar. Kuantum sıçramaları eşliğinde aniden kaybolarak başka bir yerde ortaya çıkarlar. (Uçak pervanesi döndüğünde her yeri doldururmuş gibi görünür ama elektronlar doldururmuş gibi değil gerçekten doldurur.) Kuantum mekaniğine göre; bir elektronun belli bir anda nerede olacağı bilinemez. Elektronlar biçimsiz bir bulutu andırır. Burada olay hipodromun dışına çıkarak bütün evreni kapsar. Yani bir elektron aynı anda hem evrenin her yerindedir hem de evrenin hiçbir yerindedir. Bir fenerden çıkan ve zıt yönlere giden iki fotondan birinin dönüşünü tersine çevirdiğimizde, aralarındaki uzaklık her ne olursa olsun diğer foton da aynı yönde dönmeye başlayacaktır. Üstelik bu olay o geçilmez denilen ışık hızından bile yüksek olarak “anında” olacaktır.[5] Sonuç olarak; atom altı parçacık düzeyinde evrenimizdeki her şey birbirine bağlıdır. Bir noktada olan bir hareket bütün evreni az veya çok etkiler. Evreni bir perde gibi düşünürsek, perdedeki salınımlar; hareketleri, maddeleri ve görüntüleri oluşturacaktır.
___________________
[5] Bill Bryson, “Hemen Her Şeyin Kısa Tarihi”, Çevirmen: Handan Balkara, Boyner Yayıncılık, İstanbul 2005, s. 9-13.
SİTE DİZİNİNDEKİ 33. KONU
KUANTUMDA BELİRSİZLİK İLKESİ: ASLINDA HER ŞEY ŞEKİLSİZ VE BELİRSİZDİR
Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi; bir parçacığın hızı ve konumu aynı anda %100 olarak ölçülemez der. Eğer konumunu kesin olarak biliyorsak, hızını hiç bilmiyoruz demektir. Tersi de doğrudur. Ne kadar çok hızını bilirsek, bir o kadar konumunu bilemeyiz. Işık maddelere çarptığında bir itim yaratır. Bir elektronun konumunu ölçmek için ona ışık göndeririz. Gönderilen ışık, elektronun hızını yavaşlatır. Çok fazla ışık gönderirsek konumu kesin olarak ölçeriz ama bu sefer hızını kesin olarak ölçemeyiz. Konumu veya hızı ölçmeye çalıştığımızda sistemi bozmuşuz demektir. Yani; asıl olan gerçekliği hiçbir zaman ölçemeyiz ya da göremeyiz. Ölçerek görülen şey; ölçme sırasında bizim oluşturduğumuz sanal gerçekliktir. Sonradan insan eliyle oluşturulmuş bir yansımadır. Yani tam anlamıyla bir ölçüm hiçbir zaman yapılamaz. Bu kavram küçük-parçacık-mikro olan Kuantum düzeyinde kendini gösterir. Bir araba, bir insan ve daha büyük nesnelerde yani makro düzeyde çok küçüktür neredeyse sıfıra yakındır, bu yüzden gözlemleyemeyiz. Kuantumda parçacıklar şekilsizdir, belirsizdir ve olasılıksal bir karışımda yüzer. Sadece ölçüm yapıldığında; konum, hız, kendi çevresinde hangi yöne dönüşü (spin), enerji, momentum gibi özelliklerinden birisi tespit edilir diğerleri kaybolur. Ölçüm sadece laboratuar ortamında yapılan deneyler değildir. Evrenimizin her yerinde doğal olarak ölçüm yapılır. Eğer nesneleri gözlemci ve gözlenen olarak ikiye ayırırsak. Bir elektron başka bir elektronu gözler, birisi gözlemci diğeri gözlenen olur. Evrendeki büyük küçük her nesne yani her şey hem gözlemcidir hem de gözlenendir. Nesnelerin birbirini etkilemesi sonucu, nesneler; kuantumun sis bulutundan kısmen de olsa çıkıp görünür hale gelir yani şu an gördüklerimize dönüşür.[6] Ama bu görüntü asıl gerçek olan belirsizliğin sanal olarak bir yansımasıdır.[7]
___________________
[6] Greene, age., s. 116-126.
[7] Stephen Hawking, “Ceviz Kabuğundaki Evren”, Çevirmen: Kemal Çömlekçi, Alfa Yayıncılık, İstanbul 2002.
SİTE DİZİNİNDEKİ 34. KONU
KUANTUMDA OLASILIK DALGALARI: EVRENİMİZ OLASILIKLARDAN İBARETTİR
Proton, nötron ve elektron; evrendeki atom altı parçacıklardır. Bunlar sabit bir noktada bulunmazlar. Örneğin; elektron ölçüldüğünde yani yeri tespit edilmeye çalışıldığında her defasında birbirinden farklı yerlerde bulunur. Bunun sebebi onun dalga özelliği göstermesidir. Elektron olasılık dalgasına sahiptir. Bu olasılık dalgası da bütün evrene yayılmıştır. Herhangi bir elektronun, ölçüldüğünde bir “alan” içerisinde bulunma olasılığı daha fazladır. Yani; onu 100 kere ölçtüğümüzde o 60-90 kez bu alan içinde farklı noktalarda bulunacaktır. Lakin başka bir gezegende, hatta başka bir galakside ve hatta evrenin ucunda da bulunabilir. Bu durum; proton ve nötron da dâhil, evrenin tüm bileşenleri için geçerlidir. Kuantumda evrenimiz Olasılıklardan ibarettir. Parçacıklar ölçüldüğünde her seferinde bir şurada, bir burada bulunurlar. Yani; her ölçümde farklı yerlerde ortaya çıkarlar. Bunu da olasılık dalgası ile “rastgele” yaparlar. Laboratuvar ortamında çeşitli enerjiler göndererek yaptığımız ölçüm anında evrene yayılmış olan olasılık dalgası eşanlı olarak bir noktaya çöker ve biz de işte parçacık burada deriz. Bu nokta dışında parçacığın başka bir yerde bulunma ihtimali sıfırdır. Elektronun normalde bir konumu yoktur. Ölçüm anında rastgele bir konumu oluşur. Ölçmeden önce ve sonra ortada konum denen bir şey de yoktur.[8] (Bunu şöyle açıklamak gerekirse; bir şeyi algılamaya çalıştığımız zaman vardır, çalışmadığımız zaman yoktur.)
___________________
[8] Greene, age., s. 104-116 ve 144,145.
SİTE DİZİNİNDEKİ 35. KONU
KUANTUMDA GELECEĞİN GEÇMİŞİ ETKİLEMESİ
Kuantum fiziğinde parçacıkların herhangi bir geçmişi, şimdisi veya geleceği yoktur. Ölçüm yani gözlem yapıldığı zaman olasılık dalgası bir noktaya çöker ve bu noktada parçacık görülür. Evrenin her yerini kapsayan bir dalga yani tedirgin bir belirsizlik halindeki sis bulutu olan dalga, parçacığa dönüşür. Bu sadece ölçüm anında olur, öncesinde ve sonrasında, parçacığın ne bir geçmişi ne de bir geleceği vardır; çünkü ortada parçacık yoktur sadece dalga vardır. Bu dalga da gözlemlenemez. Parçacıkların görünür hale gelmesi; olası geçmişlerinin toplamının özel bir ortalamasıdır. Ölçme anından önce dalga şeklinde belirsiz olarak, aynı anda birçok yerde bulunabilme olan bu olası geçmişlerden birisi ayrılır; bu noktada parçacık görülür. Üstelik bu olası geçmişler somuttur yani “gerçektir”.
Bir parçacık dalga olduğu için bütün yollardan gidecektir. Şimdi anlatacağımız deneyde bunu indirgeyip 2 yol olduğunu düşünelim. Yolların yönü ve uzunluğu önemli değildir. Yollar; zıt, aynı yönde ve bunların arasında herhengi farklı iki yönde olabilir, on metre, iki galaksi arası vb. herhangi bir uzunlukta olabilir. Bir araba yarışının başlaması gibi parçacığı bir başlangıç kaynağından yani parçacık fırlatma makinesinden yollayalım. Parçacık dalga olduğu için 2 yoldan birden aynı anda aynı hızda gitmeye başlayacaktır. Yollardan birinede parçacık ölçüm cihazı olan bir dedektör koyalım. Dedektörlerde açma kapama düğmesi vardır. Düğme açık olunca, dedektör parçacığı ölçer, kapalı ise ölçmez. Dedektörü açalım ve fırlatma makinesinden parçacığı yollayalım. İlk başta 2 yoldan giden parçacık, dedektörün içinden geçtiği anda ölçülmüş yani belirmiş olacaktır. Ölçüldüğü an, diğer yoldaki parçacık ve onun izlediği yol anında kaybolacaktır. Ölçülen parçacık ve onun izlediği yol kalacaktır. Öbür yoldaki parçacık silineceği için geçmişte onun izlediği yolda silinir. Bu sayede öbür yoldaki geçmiş tamamen silinmiş olur.
Şimdi bu deneyde çitayı yükseltelim. Dedektör kapalı olsun, sistem çalıştırılsın ve parçacık dedektörden geçsin. İki yoldan da gitmeye devam eden parçacık, “dedektörden geçtikten sonra bile, dedektör açılsa” diğer yoldaki parçacık ve onun izlediği yol olan geçmiş silinerek kaybolur. Sadece dedektör yolundan geçen parçacık ve onun izlediği yol kalır. Buradan çıkan sonuç ise; kuantumda geçmiş geleceğe bağlıdır. Gelecekte yapılan bir olay geçmişi şekillendirir ve etkiler. Buna Kuantum Fiziğinde Geçikmiş Seçim Deneyi denir. Ve bu deneyin doğruluğu kanıtlanmıştır.[9]
___________________
[9] Greene, age., s. 215-233.
[/one-third][one-third]
SİTE DİZİNİNDEKİ 36. KONU
KUANTUMDAKİ BAĞLANTILAR: BİR HAREKET DİĞER HAREKET SAYESİNDE OLUŞUR
Kuantum mekaniğinde parçacıklar / nesneler birbirini etkileyebilir. Var olan her şey, görmesek bile birbirine bağlıdır, atom altı kadar küçücük Kuantum boyutlarında bağlantıları vardır. Bu yüzden ötede olan bir şey, beride olanı anında etkiler. Parçacıklar kendi etrafında sola veya sağa dönerler. Bunu yaparken de izledikleri bir yol yani eksenleri vardır. (Bir futbol topunun dönerek kaleye gitmesi buna örnektir.) Bir parçacık eş kütlede ve zıt yönlere giden 2 parçacığa bölünebilir. Bu evrende çoğu zaman olur. Yapılan deneylerde bu iki parçacıktan birinin dönüş yönü ve ekseni ölçüldüğü zaman, diğer parçacık sis bulutu belirsizliğinden çıkarak anında bu özelliklere sahip olur. Ölçülen birinci parça, ikinciye bunu yapmaya zorlar. Hâlbuki burada önemli olan; aralarında ne kadar mesafe olursa olsun; ister iki gezegen arası isterse de ikisi evrenin zıt uçlarında olsun; ışık hızından daha hızlı olarak, hız kavramının dışında yani anlık olarak birbirini etkilerler. Fizikte bu; Dolanık Parçacıklar ya da Dolanıklık’tır.[10] Bu kavramı; evrendeki her şeye yaymak mümkündür. Örneğin; sizin yaptığınız bir şeyi, başka birisi veya bir şey tetiklemiş olabilir ya da yaptığınız bir şeyin sonucu, başka şeyleri etkilemiş olabilir. (Otobüse binmeyip yürümeyi tercih etmenizin sebebi, başka birisinin de bunu yapmış olması olabilir. Bu, yazardan bir örnektir.) Evrenimiz Big Bang Patlaması ile bir noktadan ortaya çıktı. Daha sonra bu nokta genişledi veya gerildi. Günümüze kadar gerildi ve gelecekte de bu devam edecek. Nasıl bir lastiği gerdiğimizde, lastik üzerindeki her şey birbiriyle bağlantılı oluyorsa, gerilen evrende de her şey birbiriyle bağlantılıdır.
___________________
[10] Greene, age., s. 126-140 ve 149, 150.
SİTE DİZİNİNDEKİ 37. KONU
KUANTUM: ETRAFIMIZDAKİ GÖRÜNTÜLER NASIL OLUŞUYOR?
Etrafımızdaki her şey atomlardan oluşur. Bunlar da proton, nötron, elektron vb. parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklar da evreni kuşatan dalgalardan oluşur. Dalganın parçacığa evrilmesi ile görüntüler oluşur. Peki, bu dalgalar nasıl evrilerek parçacığa yani görüntüye dönüşüyor? Şu an için fizikte bunun net-kesin bir cevabı yok ama güçlü görüşler var. Aslında bu kavram gerçeklik nedir? Sorusunun cevabı olarak; “koca bir hiçtir” diyecek kadar cüretkâr. Dalga; evrenin tamamına eşit bir şekilde yayılmış, her an heryerde olan, olasılıkların tamamını barındıran bir şeydir. Bu dalga bir nokta kadar küçültülürse veya çekilirse, o zaman parçacık oluşmuş olur. Bu olaya dalganın çökmesi veya sönümlenmesi de diyebiliriz. Bu sayede görüntü oluşur.
- Görüş; Sis bulutlarından çıkıp tek bir olasılığa dönüşen parçacıklar günümüz evrenini oluşturur. Diğer olasılıklar ise paralel evrenlerde oluşur. Burada dalga çökmez. Bu sayede hiçbir olasılık kaybolmaz yani parçacığın her an heryerde olması yok olmamış olur. Bir paralel evrende İstanbul’da araba sürerken, diğerinde Ankara’da Anıtkabir’i izliyor olabilirsiniz. Bütün olasılıkların gerçekleştiği sonsuz veya sonsuza yakın paralel evrende gerçekliği aramak anlamsızlaşabilir.
- Görüş; Her dalga yaklaşık bir milyar senede bir kendiliğinden çöker. Parçacıkları oluşturan dalgalar dolanık bir yapıda bulunur. Bir dalganın çökerek parçacığa dönüşmesi cismi oluşturan diğer dalgalarda domino etkisi yaratır ve onlar da çökerler. Bu sayede görüntüler oluşur.
- Görüş; Bu görüşün olma ihtimali daha çok destek görür. Evrendeki bütün parçacıklar birbirleri ile etkileşim halindedir. Örneğin, masadaki bardağa durmadan fotonlar ve havadaki atomlar çarpar. Ayrıca; bardağı oluşturan parçacıklar, atomlar ve moleküller birbirlerine çarpar, birbirini etkilerler. Yanı sıra; evrenin ucunda tek başına bulunan bir elektrona bile, bigbangden arta kalan ve evrenin her yanını kuşatan, düşük enerjili mikrodalga fotonları sürekli çarpar. Bütün bunların sayesinde; dalganın dürtülmesi, kıstırılması veya çökmesi sonucunda dalganın ortadan kalkarak parçacığa evrilip görünür olması söz konusudur.
Fizikte buna “Dağınım” denir. (Daha anlaşılır olması açısından; çok esnek bir lastiği iki kişi gersin, bu; lastiğin upuzun olmasına yol açar. Lastiği gerenlerin arkasında ikişer, üçer veya daha fazla kişinin olduğunu düşünelim. Bunlar gerenlere zıt yönde kuvvet uygulasın, bu sayede lastik kıpkısa olacaktır. Bu örnek bilimsel bilgilerle tutarlı olup yazara aittir.) Dağınım; kuantum boyutundan büyük olan gördüğümüz her şey için geçerlidir. Çift yarık, kuantum silici vb. deneylerde deney düzeneği yani ortam yalıtılır. Kullanılan parçacıklar da yalıtılmıştır, dış dünya etkilerinden izole edilmiştir. Fakat gerçek gördüğümüz evrendeki hiçbir şey yalıtılmış değildir, yalıtılmamıştır. Yalıtılmamış olması da; diğer parçacıklarla etkileşiyor olmasıdır. Evrende her şey; hem gözlenendir hem de gözleyendir. Yani; her şey diğer her şeyi oluşturur. Etkileşerek birbirlerini oluştururlar ve bu sayede görünür hale gelirler.[11]
___________________
[11] Greene, age., s. 248-260.
SİTE DİZİNİNDEKİ 38. KONU
KUANTUM: GÖRÜNTÜLERİN OLUŞUMUNUN TEMELİ VE ÖZÜ NEDİR!
Elektronlar, atom merkezi çevresinde, kendi üstüne kapanan ve titreşen dalgalardır. Elektron; Ay’ın Dünya etrafında bir yörüngede döndüğü gibi hareket etmez. Elektron; her an için o yörüngenin tamamında bulunarak, yukarı aşağı titreşen bir dalgadır. Elektron hem parçacık hem de dalgadır. Parçacık; bu titreşimlerin güçlü olduğu yerlerde daha çok bulunur. Titreşimler dalga fonksiyonu olarak adlandırılır. Parçacıkların titreşimi sabit değildir, değişkendir. Titreşimler sayesinde Belirsizlik İlkesine göre, parçacıkların, ne konumu vardır ne de bir hızları. Bunu; izlediği belirli bir yolu olmayan, belirli bir hızı da olmayan bir “bulut” gibi düşünebiliriz.
Bir kola şişesinin kapağını açtığımızda, onun içinde bulunan sıkışık gaz hızlı bir şekilde dış ortama yayılır. Eğer bir gazı ne kadar çok sıkıştırırsak, gazı oluşturan atomların hızı da o kadar artar. Bunu parçacıklar üzerine uyguladığımızı düşünelim. Titreşim halinde olan yani dalga olan bir dalga-enerji paketini sıkıştırdığımızda o dalgadan bir parçacık çıkar. Yani dalga çöker ve parçacığa dönüşür. Ama bu sıkıştırmayla beraber onun hızını da arttırmış oluruz. Bu sayede parçacık o an için burada görüldüyse de saliseler sonra hızından dolayı başka bir şehirde hatta başka bir galaksi de görülebilir. Günümüz dünyasındaki gördüğümüz şeylerin parçacıkları birbirini bu şekilde sıkıştırır ve onlar da görünür hale gelir. Yalnız burada önemli bir nokta olarak; parçacıkların bu çökmesi sürekli değildir, süreksizdir. Bu da demek olur ki; masadaki bardağı oluşturan parçacıklar daha çok o alanda bulunsa da bazı zamanlarda evrenin herhangi bir yerinde bulunabilir. Bardağı trilyonlarca atom oluşturduğu için bunların birbiri ile etkileşimleri onların titreşim genişliğini küçültecektir. Bunun için masada bir bardak var, deriz. Lakin serbest bir şekilde evrende dolaşan bir elektronun titreşim genişliği oldukça yüksek olacaktır. Bu örnekleri şu örnekle de pekiştirebiliriz; etrafımızdaki gördüklerimiz, küçük kapalı bir kutu içinde kaçmaya çalışan çırpınan bir kuş gibidir. Parçacıklar da özgürlüğe kavuşmak için kuş gibi çırpınır durur fakat bunu başaramaz. Başarabilseydi zaten bizler olmazdık. Yanı sıra parçacık kavramını dalga paketi olarak düşünmemiz daha doğru olur. Yani; elektron, proton ve nötronları “dalgaparça” olarak düşünmeliyiz. Dalgaların ve parçaların ahenginden görüntü oluşur.[12][13]
___________________
[12] Greene, age.
[13] Goswami, age., s. 1-170.
SİTE DİZİNİNDEKİ 39. KONU
KUANTUMUN GEÇMİŞ VE GELECEK YORUMU
Klasik ve Göreli fiziğe göre; eğer bir nesnenin belirli bir andaki konumunu ve doğrusal hızını biliyorsak, bu nesnenin geçmişte veya gelecekte herhangi bir andaki konumlarını ve doğrusal hızlarını biliriz. Kısaca; bir nesnenin şimdiki durumunu biliyorsak, geçmiş ve gelecek durumlarını da biliriz. Ama gerçekte bu yanlıştır. Cevabı Kuantum fiziğindedir. Kuantuma göre, bir nesnenin şimdisinin yapılabilecek en iyi ölçümü bile; o nesnenin geçmişini ve geleceğini belirleyemez. Yani geçmişte ve gelecekte farklı olasılıklarda, farklı konum ve hızlarda olabilir. Kuantuma göre nesnelerin; geçmişi, şimdisi ve geleceği sonsuz olasılıklar dahilinde belirsizdir. Kesinlik yoktur! Kuantum mekaniğinde gerçeklik bulanıktır. Ancak nesneye gözlem yapıldığında (yani nesne ile başka nesneler etkileşime geçtiğinde) bu nesne kuantum olasılık dalgasından (bulanıklıktan) çıkarak belirgin hale gelir. Algılanıncaya kadar gerçeklik belirsizdir. Ama bu belirginliğin yani bulunacağı konumun veya hızının önceden bilinmesi mümkün değildir; olasılıklar dahilinde şurada veya burada bulunabilme olasılığı vardır.[14]
SİTE DİZİNİNDEKİ 40. KONU
KUANTUMDA HER ŞEYİN BİRBİRİNİ ETKİLEMESİ
Soru şu: Kuantum mekaniğinde, uzayın bir köşesinde olan bir olay, diğer bir köşesinde olan olayı “aynı anda” etkiler mi? Einstein 1935 yılında bunun olamayacağını söylemişti. Ama 1980’li yıllarda yapılan deneyler bunun olduğunu kanıtladı. Normalde uzay cisimleri arasında bir mesafe vardır. Bir olayın diğer bir olayı en hızlı biçimde etkilemesi için, onun en fazla gidebileceği hız olan ışık hızında gidip onu etkilemesi gerekir. Ama kuantumda; mesafeden bağımsız olarak, cisimler diğer cisimleri, olaylar diğer olayları “aynı anda” etkileyebilir. (Kuantum bağlantıları uzayı aşarak, uzay mesafelerinden ve zamandan üstündür.) Burada olan bir olayla veya yaptığınız bir şeyle veya bir cisim, başka yerde olanla direkt olarak bağlantılıdır. Farklı mesafelerdeki iki uzay cismi aslında ayrı değillerdir, kuantum bağlantısı sayesinde bir tek gibidirler. Bunu tüm evrene uygularsak; evren bir tek yapıdadır, her şey birbirini etkiler ve her şey bağlantılıdır.[15]
___________________
[14] Greene, age.
[15] Greene, age.
SİTE DİZİNİNDEKİ 41. KONU
KUANTUMDA HİÇBİR MADDE BAĞIMSIZ DEĞİLDİR: “DOLANIKLILIK”
Masadaki bardakla mutfaktaki bardağın ayrık olduğunu düşünürüz, evrendeki tüm maddelerin yerel, birbirinden ayrı ve bağımsız olduğunu düşünürüz. Bütün maddeleri oluşturan atom altı parçacıklar birbirinden ayrı değillerdir, üst üste binmiş olarak veya iç-içe geçmiş halde veya halıyı oluşturan ipler gibi bütünsel bir yapıda olarak; aralarındaki kuantum bağlantıları dolayısıyla; evrendeki hiçbir madde yerel ve bağımsız değildir. Birbirleri ile dolanıktır. Buna Kuantumda yerel olmama yani Dolanık olma durumu denir. Örneğin, Dünya’da ve başka bir gezegende güneş gözlüğü takan iki insan düşünelim ve aynı kaynaktan (güneşten) çıkıp farklı yönlere (gözlüklere) hareket eden iki foton düşünelim. Foton ışıklarının gözlüklerden geçme olasılığı %50 olsun, yani foton camdan geçmeyi ya da yansımayı rastgele seçecektir. Foton (ışık) birinin camından geçtiğinde, diğer foton da diğer camdan geçecektir; tersi olarak diğerinden geçmediğinde öbüründen de geçmeyecektir. Yani diğeri ne yaparsa, öbürü de “zamandan bağımsız olarak” anında aynı şeyi yapacaktır. Kuantum Dolanık olma durumunu, Evrendeki bütün maddelere uyguladığımızda; her maddenin birbirini etkilemesi söz konusudur.[16]
___________________
[16] Greene, age.
[/one-third][clearfix]
BRYSON Bill, “Hemen Her Şeyin Kısa Tarihi”, Çevirmen: Handan Balkara, Boyner Yayıncılık, İstanbul 2005.
HAWKING Stephen, “Ceviz Kabuğundaki Evren”, Çevirmen: Kemal Çömlekçi, Alfa Yayıncılık, İstanbul 2002.
GOSWAMI Amit, REED Richard ve GOSWAMI Maggie, “Kendini Bilen Evren”, Çevirmen: Yasemin Tokatlı, Ruh ve Madde Yayıncılık, İstanbul 2003.
GREENE Brian, “Evrenin Dokusu: Uzay, Zaman ve Gerçekliğin Dokusu”, Çevirmen: Murat Alev, Tübitak Yayıncılık, Tübitak Popüler Bilim Kitapları, Ankara 2010.
Bu sitede daha fazlası için bakınız:
İZAFİYET KURAMI: ÖZEL VE GENEL GÖRELİLİK (3. Bölüm: 7 Konu)
ÇOKLU EVRENLER: ŞİŞME VE PARALEL EVRENLER (5. Bölüm: 2 Konu)
Hazırlayan: Alper ÇADIROĞLU
Son güncellendiği tarih: 20 Ağustos 2018
Bu sayfayı kaynak göstermek için: Alper Çadıroğlu, “Kuantum: Mikro Fizik”, Mutlak Bilim, 20 Ağustos 2018, <https://www.mutlakbilim.net/kuantum/> Erişim: (…).