Dalga mı Parçacık mı?

Herkes bir dalganın ne olduğunu bilir. Bu, suyla ilişkili çok genel bir özelliktir. Tıpkı havuzda yüzen bir ördeğin dalgalara yol açabilmesi gibi, yüklü bir parçacık da, meselâ elektron, uzayda hareket ettiğinde bir elektromanyetik dalgaya neden olabilir. Elektronun titreşim hareketleri elektrik ve manyetik alanları uyararak tıpkı havuzdaki dalgalar gibi sürekli olarak yayılan dalgalara sebep olur. Su dalgası ile elektromanyetik dalga arasında temel bir farklılık vardır. Elektromanyetik dalgalar, su dalgaları gibi, yayılabilmek için sürekli bir ortama ihtiyaç duymazlar. Elektromanyetik bir titreşim, maddenin elektriksel yapısı içinde yayılan periyodik bir uyarımdır. Yine de karşılaştırma, konunun netleşmesine yardımcı olabilir. Bu dalgaları göremiyor oluşumuz, varlıklarının günlük hayatımızda bile saptanamayacağı anlamına gelmez. Işık dalgalarıyla ve radyo dalgalarıyla ve hatta X-ışınlarıyla doğrudan deneyimlerimiz olmuştur. Bunlar arasındaki tek fark frekanslarıdır. Sudaki bir dalganın, dalganın şiddetine bağlı olarak –bir ördeğin neden olduğu dalgacıkları bir sürat teknesinin çıkardığı dalgalarla karşılaştırın– suda yüzen bir cismin az ya da çok hızlı bir biçimde aşağı yukarı inip çıkmasına sebep olacağını biliriz. Benzer biçimde, elektronların titreşimi ışık dalgasının şiddeti ile orantılı olacaktır.

Hertz ve diğerlerinin deneyleri tarafından desteklenen Maxwell denklemleri, ışığın, elektromanyetik karakterli dalgalardan oluştuğu teorisini kanıtlamak için güçlü bir delil sağladı. Ne var ki, yüzyılın dönümüyle birlikte, bu teorinin yanlış olduğunu akla getiren kanıtlar da birikiyordu. 1900 yılında Max Planck, klasik dalga teorisinin pratikte doğrulanmayan öngörülerde bulunduğunu gösterdi. Işığın ayrı ayrı parçacıklar ya da “paketler” (quanta) olarak geldiğini ileri sürdü. Farklı deneylerin farklı şeyleri kanıtlaması, durumu iyice karmaşıklaştırdı. Elektronu bir flüoresan yüzeye çarptırarak ve bunun sonucu ortaya çıkan parıltıları gözleyerek; ya da bir sis odasında elektronun izlerine bakarak; veya oldukça duyarlı bir fotoğraf filmi üzerinde görülen küçücük noktalardan, elektronun bir parçacık olduğu anlaşılabiliyordu. Ama diğer taraftan, bir levha üzerine iki küçük delik açılıp, bu deliklerin üzerine tek bir kaynaktan çıkan elektronlar gönderilirse, elektronlar bir girişim deseni oluşmasına yol açıyordu ki, bu da bir dalganın varlığını gösteriyordu.

Ne var ki en tuhaf sonuç, tek bir elektronun, arkasında fotoğraf filminin bulunduğu iki yarık içeren bir levha üzerine gönderildiği ünlü çift yarık deneyinden elde edilmişti. Elektron hangi yarıktan geçmişti? Film tabakası üzerindeki girişim deseni apaçık bir çift yarık desenidir. Bu durum ise, elektronun her iki yarıktan da geçip bir girişim deseni oluşturmuş olması gerektiğini kanıtlamaktadır. Tüm sağduyu kurallarına aykırıdır bu, ama çürütülmez bir olgu gibi gözükmektedir. Elektron hem bir parçacık hem de bir dalga olarak davranmaktadır. Aynı anda iki (ya da ikiden de fazla) yerde bulunmaktadır ve aynı anda birkaç hareket durumuna sahiptir!

Banesh Hoffman şu yorumda bulunuyor: Sanmayın ki, bilimciler bu yeni fikirleri sevinç çığlıklarıyla kabul ettiler. Bu sonuçlardan kaçmaya dönük beyhude çabalar içerisinde her çeşidinden tuzaklar hazırlayarak ve alternatif hipotezler uydurarak ellerinden geldiğince mücadele edip direndiler. Ama 1905 gibi erken bir tarihte ve hatta daha öncesinde bile ışık hususunda göze batan paradokslar olduğu yerde duruyordu ve yeni kuantum mekaniğinin gelişine kadar bu paradoksları çözmek için kimsenin ne cesareti ne de herhangi bir fikri vardı. Yeni fikirler, kabul edilmesi çok güç şeylerdir, çünkü Heisenberg kesinsizlik ilkesine rağmen, bu fikirleri içgüdüsel olarak hâlâ eski moda parçacıkla betimlemeye çabalıyoruz. Elektronu, hareketli ama bir konumu olmayabilen ve bir konumu olan ama hareket ya da eylemsizlik olmayabilen bir şey olarak gözümüzün önüne getirmekten hâlâ çekiniyoruz.

Burada yadsımanın yadsınmasının işlediğini görüyoruz. İlk bakışta, bir kısır döngüdeymişiz gibi görünüyor. Newton’un ışığın parçacık teorisi, Maxwell’in dalga teorisi tarafından yadsındı. Bu da, sırası gelince, Planck ve Einstein tarafından geliştirilen yeni parçacık teorisi tarafından yadsındı. Ama yine de bu, eski Newtoncu teoriye geri dönüş anlamına değil, bilimde gerçek bir devrimi içeren ileriye doğru nitel bir sıçrama anlamına geliyordu. Bilimin tümü dikkatlice elden geçirilmeliydi, Newton’un kütleçekim yasası da dahil.

Bu devrim Maxwell denklemlerini geçersiz kılmaz, bu denklemler muazzam genişlikte bir faaliyet alanında geçerli olmaya hâlâ devam ederler. Bu devrim yalnızca, belli sınırların ötesinde klasik fiziğin düşüncelerinin artık uygulanabilir olmadığını göstermiştir. Atomaltı parçacıklar dünyasının olguları klasik mekaniğin yöntemleriyle anlaşılamaz. Bu noktada kuantum mekaniği ve görelilik devreye girer. Yaşadığımız çağın büyük bölümünde, fiziğe, görelilik teorisi ve kuantum mekaniği hakimdi, ama bunlar, başlangıçta eski fikirlere kopmazcasına sarılan bilimsel kurumlar tarafından derhal reddedilmişlerdi. Burada çok önemli bir ders söz konusudur. Evrene bakışımıza “nihai bir çözüm” dayatmaya dönük her girişim başarısızlığa mahkûmdur.