Heisenberg Belirsizlik İlkesi

Elektron gibi mikroskobik bir parçacığın perde üzerindeki her iki yarıktan birden aynı anda geçebilmesini mümkün kılan, bu parçacığın iki ayrı dalganın süperpozisyonu olarak var olabilmesidir.

Yarıkların birinden geçen parçacığın bağlı olduğu bir dalga ve yarıkların diğerinden geçen parçacığın bağlı olduğu bir diğer dalga söz konusudur. Ancak parçacığın söz konusu şizofren davranışının fark edilebilmesi için bu yeterli değildir; ihtiyaç duyulan, ikinci perde üzerinde bir girişim deseninin oluşmasıdır. Ancak bunun için de elbette ki, süperpozisyon içindeki farklı dalgaların girişimde bulunması gerekmektedir. Ve de, elektronun bahsettiğimiz tuhaf kuantum davranışını gösterebilmesi için asıl gerek duyulan unsurun girişim olması gerçeği, doğanın elektron hakkında ne kadar çok şey bilmemize müsaade edeceği üzerinde belirleyici durumdadır.

Çift yarık deneyinde her bir elektronun geçtiği yarığı saptamaya çalıştığımızı düşünelim. Bunda başarılı olursak, ikinci perde üzerindeki girişim deseni ortadan kaybolacaktır. Sonuçta, girişim iki şeyin birbirine karışmasını gerektirir.

Elektron ve elektronla bağlantılı olasılık dalgası yalnızca tek bir yarıktan geçecek olursa, ortada yalnızca tek bir şey olacaktır. Peki ama, pratikte bir elektronun hangi yarıktan geçtiğini nasıl saptayabiliriz?

Öncelikle, çift yarık deneyini zihnimizde canlandırmak açısından bir parça kolaylaştırmak için, elektronu makineli tüfekten çıkan bir kurşun ve perdeyi de, üzerinde iki dikey paralel yarık bulunan kalın madeni bir levha olarak düşünelim. Kurşunlar perdeye ateşlendiğinde, bazıları yarıklardan geçerek yollarına devam eder. Yarıkları kalın madeni levha içindeki derin kanallar olarak düşünecek olursak, kurşunlar kanalların iç duvarlarından sekerek ilerleyecek ve ikinci perdeye ulaşacaktır.

Kurşunlar perde üzerinde herhangi bir noktayı vurabilir. Ancak durumu basitleştirmek için, kurşunların perdeyi tam merkez noktasından vurduğunu ve bu merkez noktada kurşunlarla bağlantılı olasılık dalgalarının yapıcı bir şekilde girişimde bulunduğunu varsayalım. O zaman, söz konusu merkezi nokta üzerine sayısız kurşun yağacaktır.

Kurşun, yarığın içinde sekerek ilerlediğinde, metal perdenin zıt yönde geri tepmesine neden olur. Tenis oynuyorsanız, hızlı bir servisle gelen topun raketinize çarpmasına benzer bir durumu gözünüzün önüne getirebilirsiniz. Topla çarpıştığı anda raketiniz zıt yönde tepecektir.

Çift yarık deneyinde, perdenin geri tepmesi kurşunun hangi yarıktan geçtiğini anlamak için kullanılabilir. Eğer perde sola doğru hareket edecek olursa, kurşun sol taraftaki yarıktan; perde sağa doğru hareket edecek olursa, kurşun sağ taraftaki yarıktan geçmiş olmalıdır.

Öte yandan kurşunun hangi yarıktan geçtiğini saptayacak olursak, bunun ikinci perde üzerinde oluşacak girişim desenini yok edeceğini biliyoruz.

Dalga açısından bakıldığında bu, anlaşılması kolay bir durum. Tek elimizle bir şeyi alkışlamaya kalktığımızda nasıl hiç ses çıkaramıyorsak, kendi kendisiyle girişimde bulunan bir şeyi de göremeyiz.

Peki ama, dalgasal bakış açısıyla aynı ölçüde geçerli olan parçacık bakış açısından, bu durumu nasıl anlamlandırabiliriz?

İkinci perde üzerindeki girişim deseninin süpermarket barkoduna benzediğini hatırlayın. Bu perde, hiçbir kurşunun vurmadığı ve (bu şeritlerle dönüşümlü olarak değişen) birçok kurşunun vurduğu dikey şeritlerden oluşmaktadır. İşimizi kolaylaştırmak için, şeritleri siyah ve beyaz olarak düşünelim. Buradaki asıl soru şu olacaktır: Kurşunun bakış açısıyla, girişim desenini yok etmek için ne olması gerekiyor?

Cevap bir parça yalpalayacak olan kurşunlardadır. Eğer ki her bir kurşun, siyah bir şeride tam isabet edecek şekilde yol almak yerine, siyah bir şeritle birlikte hemen bitişikteki beyaz bir şeridi de vurabilecek şekilde rotasında bir parça yalpalayarak yol alacak olursa, bu durum girişim deseninin “dağılması” için yeterli olacaktır. Daha önce beyaz olan şeritler siyahlaşırken, siyah olan şeritler ise beyazlaşacaktır.

Net sonuç ise tekdüze bir gri olur. Artık girişim deseni dağılmıştır. Herhangi bir kurşunun siyah bir şeride mi yoksa hemen bitişiğindeki beyaz bir şeride mi çarpacağını önceden bilebilmek imkansız olduğundan, her bir kurşunun yalpalayarak yol alış şeklinin bütünüyle öngörülemez olması gerekmektedir. Ve bütün bunların sebebi, perdenin geri tepmesine bakarak kurşunun hangi yarıktan geçtiğini ölçmemizdir.

Diğer bir ifadeyle, elektron gibi bir parçacığın yerini saptama girişimi, parçacığa öngörülemez bir yalpalama kazandırarak hızını ve yönünü belirsiz kılar. Ve bu durumun tam tersi de aynı şekilde geçerlidir (bir parçacığın hızını saptama girişimi, yerini belirsizleştirir) . Bu etkiyi ilk kez tanımlayarak sayısallaştıran kişi Alman fizikçi Werner Heisenberg’dir ve ortaya çıkan durum da Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak anılmaktadır.

Belirsizlik ilkesine göre, mikroskobik bir parçacığın hem yerini hem de hızını tam bir kesinlikle bilmenin imkanı yoktur. Öte yandan bu iki veri arasında tam bir zıtlık söz konusudur. Bir parçacığın yeri ne denli net bir şekilde belirlenirse, hızı da aynı ölçüde belirsizlik kazanır. Ve tam tersi şekilde, parçacığın hızı ne denli kesin olarak belirlenirse, yeri aynı ölçüde belirsizleşir.

Bu kısıtlamanın gündelik dünya hakkında bildiklerimiz üzerinde de geçerli olduğunu düşünelim. Bir jet uçağının hızına dair elimizde net bir bilgi olduğu takdirde, uçağın Londra mı yoksa New York üzerinde mi olduğunu bilemeyiz. Ve uçağın bulunduğu yere dair elimizde kesin bir bilgi olduğu takdirde ise bu defa da saatte 1000 kilometreyle mi gittiğini yoksa saatte 1 kilometreye dek yavaşlayarak yere çakılmak üzere mi olduğunu söyleyemeyiz.

Belirsizlik ilkesi, kuantum teorisini korumak için vardır. Atomlar ve türevlerinin özelliklerini, belirsizlik ilkesinin müsaade edeceğinden daha ileri bir düzeyde ölçebiliyor olsaydınız, atomların dalga davranışlarını (daha kesin bir ifadeyle, girişimi) yok etmiş olurdunuz. Ve girişim olmaksızın, kuantum teorisi var olamaz.

Bu bağlamda, bir parçacığın konumunu ve hızını, belirsizlik ilkesinin izin vereceğinden daha yüksek bir kesinlikte ölçmek imkansızdır. Heisenberg belirsizlik ilkesi nedeniyle, çok yakından bakmaya kalkıştığımız takdirde mikroskobik dünya netliğini yitirecek ve aşırı şekilde büyütülmüş bir gazete resmi gibi bulanık olacaktır.

İnsanı çileden çıkartacak şekilde, doğa ölçmek istediğimiz şeyleri istediğimiz kesinlikte ölçmemize müsaade etmez. Bilebileceklerimizin bir sınırı vardır. Bu sınırlama, yalnızca çift yarık deneyine özgü bir tuhaflık değil, temel bir gerçektir.

Richard Feynman‘ın ortaya koyduğu gibi: “Bugüne dek hiç kimse belirsizlik ilkesinin etrafından dolaşmanın bir yolunu bulamadı. Hatta böyle bir yol olabileceğini düşünen bile olmadı. Bundan sonra da olacağını sanmıyorum.”

Bunun nedeni, alfa parçacıklarının, hiçbir şekilde kaçılamaz sanılan atom çekirdeği hapishanesinden kaçmalarına imkan tanıyan dalgasal karakteridir. Öte yandan Heisenberg belirsizlik ilkesi bu olayı parçacığın bakış açısından anlamamızı mümkün kılar.

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler: , , , , , , , ---

İndeterminizm Nedir?

Belirsizlik ilkesinin derin çıkarımlarını Heisenberg de fark etmişti. Bunların geleneksel fiziğe nasıl meydan okuduğuna dikkat çekti. Birincisi, atom altı parçacığın geçmiş davranışı bir ölçüm yapılana dek sınırlanamazdı. Heisenberg’e göre “izlediği yol onu gözlemlediğimizde var oluyor”du. Biz ölçüm yapana kadar bir şeyin nerede olduğunu bilmemizin hiçbir yolu yoktu. Heisenberg ayrıca parçacığın ileride izleyeceği yolu öngörmenin de imkanı olmadığını söylüyordu. Konum ve hıza ilişkin bu derin belirsizlikler nedeniyle sonuç da öngörülemezdi.

İki açıklama da Newton fiziğinde büyük bir gediğe yol açtı. Newton fiziğine göre dış dünya bağımsız olarak vardı ve gözlem yapınca altta yatan gerçeği bulabilirdik. Kuantum mekaniği atom düzeyinde böyle deterministik bir bakış açısının anlamsız olduğunu ve yalnızca sonuçların olasılıklarından söz edilebileceğini gösterdi. Artık sebep ve sonuçtan değil, yalnızca olasılıktan konuşabilirdik.

Einstein ve daha başka birçok fizikçi için bunu kabullenmek çok zor olsa da, denklemlerin bunu gösterdiğini kabul etmek zorunda kaldılar. Fizik ilk kez sezgilerin bu kadar dışına çıkıyor ve soyut matematiğin dünyasına giriyordu.

Konum ne kadar kesin olarak belirlenirse, o anki momentum da o denli az kesin olarak bilinebilir ve tersi de geçerlidir.

Werner Heisenberg
Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler: , , , , , , , , ---

Nedensellik – Belirlenimcilik , Rastlantı ve Özgür İrade

Sık sık inananların ruhun varlığı kabul edilmeden özgür iradenin varlığı olanaksızdır savıyla karşılaşmaktayız. Bu savı temellendirmek için de, maddi dünyada her olayın bir nedeni vardır, rastlantısal hiçbir olay yoktur, olaylar zincirleme olarak birbirini belirlerler, dolayısıyla, duygu ve düşüncelerimiz beynimizdeki elektriksel ve kimyasal olayların sonucundan ibaretse, özgür irade olanaksızdır argümanı kullanılmaktadır.

Önce, tarih boyunca sonu gelmez tartışmalar yaratan şu rastlantı sorunsalını irdeleyelim. Rastlantı nedir? Elimdeki İngilizce sözlüğün coincidence maddesi, rastlantıyı, şans (chance) sözcüğüne gönderme yaparak açıklıyor: olayların şans eseri ortaya çıkması… Chance sözcüğüne baktığımızda ise, olayların görülebilecek ya da anlaşılabilecek herhangi bir neden olmaksızın ortaya çıkması olarak tanımlandığını görüyoruz… Metin yazarı da, birazdan savunacağım, rastlantı olarak değerlendirilen her olayların gerçekte nedenlerinin olduğu inancını paylaştığından olsa gerek, altını çizdiğim sözcükleri tanımda kullanmış.

Bu noktada, rastlantı sözcüğüne ait temel iki anlamsal ayrımdan söz etmek istiyorum. Bizim rastlantı diye adlandırdığımız olay, görülebilecek ya da anlaşılabilecek olmayan bir nedenden ötürü ortaya çıkmış olabilir. Bizim mevcut algı ve bilgi yeteneğimizi aşan -belki de bizim hiçbir zaman bilemeyeceğimiz- bir nedenden dolayı ortaya çıkan bu olayı rastlantı olarak nitelediğimizde epistemik (bizim bilişimize özgü) rastlantıdan söz ediyoruz. Oysa, olayın gerçekte hiçbir neden olmaksızın ortaya çıkması durumunda, bu ontik (varlığa özgü) bir rastlantı olacaktır. Aşağıda, evrende ontik rastlantının olmadığını, olsa bile bunun özgür irade konusuyla bir bağlantısı olmadığını savunacağım.

Devamını oku

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim, Felsefe --- Etiketler: , , , , , ---

Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi Ve Kuantum Mekaniksel Yaratılış

200 yıl kadar önce Laplace, Newton kanunlarının ne kadar başarılı olduklarını dikkate alarak, “evrende mevcut maddelerin konumları, momentumları ve onların etkileyen güçler bilinirse, geçmiş hakkında bilgi sahibi olmak ve geleceği kesinlikle bilmek mümkündür”, demiştir.

Bu sözler açıkca Laplace’in Newton’a duyduğu güvenin sonsuz olduğunu göstermektedir. Son yüzyıl içindeki gelişmeleri duysaydı, mezarında kahrolurdu herhalde Laplace. Aslında Newton’a bu kadar güvenmesi kendi hatası idi. Laplace’in bu sözleri onun kadere olan inancını da dile getiriyordu.

Eğer cisimler değişmeyen bazı yasalara uyarak hareket ediyorlar ve o yasalar her zaman geçerliklerini koruyorlarsa, geleceği tahmin etmek mümkün olduğu gibi, geleceğin değişmeyeceğini de kabul etmek zorunluğu vardır diyordu, Laplace.

Başka bir deyişle Laplace’e göre geleceğin akibeti geçmişte saptanmıştır. Bu durumda diyebiliriz ki Big Bang sırasında geleceğin akibeti, tabiri caiz ise, kaderi, saptanmış olmalıdır.
Devamını oku

Yorum Durumu: 3 yorum --- Kategori: Bilim --- Etiketler: , , , , , , , , , , , , , , , , , ---

Kuantum Fiziği Doğuşu

Kuantum fiziği 1930′larda A Einstein ile N Bohr arasındaki bahse tutuşma sonucunda gelişip serpildi. Bahis hangisinin en saçma teoriyi ileri sürebilecekleri hakkındaydı. Dahası sadece ileri sürmeyip bir de onu yayınlayabilmeyi içeriyordu. Çoğu kimse Bohr’un kuantum fiziğini ileri sürerek bahsi kolayca kazandığını düşünüyor, ancak Einstein’ın da yüzme kıyafeti yarışmasında çok iyi olduğunu da unutmamak gerek.

Kuantum fiziğinin en önemli araştırmacılarından birisi W Heisenberg’dir. O çok şakacı bir adamdı. Hep tek satırlık cümleler söylerdi. Mesela şu duvar yazısı ona aittir:
Delta p çarpı delta x büyüktür eşittir heeee, heh, heh, heeeee!
Devamını oku

Yorum Durumu: Bir yorum --- Kategori: Bilim --- Etiketler: , , , , , , , , ---