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: , , , , , , , , ---

Fizikçi Fıkrası

Heisenberg, Schrödinger ve Ohm bir gün arabayla seyehat etmektedirler ve bir polis onları durdurur. Polis, arabayı kullanan Heisenberg’e sorar:

“Ne kadar hızlı gittiğinizi biliyor musunuz?”
Heisenber der ki:
“Hayır; ama nerede olduğumu tam olarak biliyorum!”
Polis ne dediğini anlamaz ve dolayısıyla şöyle der:
“Hız limitinin 60 olduğu yerde 90 ile gidiyordunuz.”
Heisenberg ellerini çılgınca sallayarak şöyle der:
“Ah, harika, yaptığını beğendin mi? Şimdi nerede olduğumu da bilmiyorum.”

Polis şoförün tuhaf hareketlerinden şüphelenir ve bagajı açmalarını ister. Daha bagaj açılır açılmaz gözleri faltaşı gibi açılır ve “Burada ölü bir kedi olduğunun farkında mısınız?!”
Şoför yanındaki koltukta oturan Schrödinger öfkeyle “Seni gerizekalı, senin yüzünden artık biliyoruz!”

Polisin canına tak eder ve hepsini tutuklamaya karar verir.
Ohm direnir.

Yorum Durumu: 4 yorum --- Kategori: Günlük, Kısa Devre --- Etiketler: , , , ---

Öznelciliğe Karşı Nesnellik

Heisenberg’in kuantum fiziği yorumunun, onun felsefi görüşlerinden ağır biçimde etkilendiğinden en küçük bir kuşku bile duyulamaz. Bir öğrenciyken bile Heisenberg bilinçli bir idealistti, 1919’da gerici Fırtına Birliklerinin saflarında Alman işçilerine karşı savaşırken, Platon’un Timaeus’undan (Platon idealizminin en obskürantist tarzda ifade edildiği kitap) büyük ölçüde etkilenmiş olduğunu kendisi itiraf eder. Daha sonraları, “en çok ilgilendiği şeyin temelde yatan felsefi fikirler olduğunu” ve “uzay ve zamandaki nesnel süreçler düşüncesinden kurtulmak” gerektiğini ifade etmiştir. Diğer bir deyişle, Heisenberg’in kuantum fiziğini felsefi yorumlayışı, bilimsel deneyin nesnel bir sonucu olmaktan çok uzaktı. Heisenberg açıkça idealist felsefeye bağlanmıştı, bunu bilinçli bir biçimde fiziğe uyguladı ve bu felsefe onun bakış tarzını belirledi. Böylesi bir felsefe yalnızca bilimin kendisiyle değil, aynı zamanda bütün insan deneyimiyle de uyuşmazlık içindedir. Bunun yalnızca herhangi bir bilimsel içerikten yoksun olmakla kalmayıp, aynı zamanda bütünüyle kullanışsız olduğu da pratikte ortaya çıkmaktadır.

Bir kural olarak, felsefi spekülasyondan kaçınmayı arzulayan bilimciler, Heisenberg’in yönelimine nazikçe kafalarını sallayıp mütevazı bir biçimde doğanın yasalarını araştırma işlerini sürdürürler. Bu yasaların yalnızca varolduğunu değil aynı zamanda doğanın neden ve sonuç da dahil belirli yasalara göre işlediğini ve biraz çabayla bu yasaların bütünüyle anlaşılabileceğini ve hatta insanlar tarafından kestirilebileceğini bir veri olarak alırlar. Öznel idealizminin gerici sonuçları Heisenberg’in bizzat kendi evrimi tarafından sergilenmiştir. Nazilere aktif bir biçimde katılışını şu temelde gerekçelendiriyordu; “Sarılabileceğimiz genel bir doğru çizgi yoktur. Kendi başımıza karar vermek zorundayız ve yanlış mı yoksa doğru mu yaptığımızı önceden söyleyemeyiz.”
Devamını oku

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

Belirsizlik İlkesi

karl-werner-heisenberg

Heisenberg

Evrensel bir teori olarak Newton mekaniğinin gerçek ölüm çanları, 20. yüzyılın başlarında kuantum mekaniğinin beşiğinde duran Einstein, Schrödinger, Heisenberg ve diğer bilimciler tarafından çalınmıştı. “Elementer parçacıklar”ın davranışları klasik mekanik tarafından açıklanamıyordu. Yeni bir matematik geliştirilmeliydi. Bu matematikte, “faz-uzayı” gibi, “operatörler” gibi önemli rol oynayan kavramlar mevcuttur. Faz-uzayında, bir sistem, koordinat olarak kendi serbestlik dereceleri olan bir nokta olarak tanımlanır. Operatörler ise, bizzat büyüklükten ziyade daha çok işleme benzemesi anlamında cebirsel büyüklüklerle uyuşmayan büyüklüklerdir (aslında sabit özellikleri değil ilişkileri ifade ederler). Olasılık da çok önemli bir rol oynar, ama “içkin olasılık” anlamında: bu kuantum mekaniğinin başlıca karakteristiklerinden biridir. Gerçekte kuantum mekanik sistemler, izleyebilecekleri tüm olası yolların üst üste binmesi olarak yorumlanmalıdırlar.
Devamını oku

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

Mantık ve Atomaltı Dünya

atomaltiGeleneksel mantığın yetersizlikleri, diyalektik bakış açısından çok uzak başka filozoflar tarafından da kavranmıştır. Genelde Anglo-Sakson dünyasında ampirizme ve tümevarımcı muhakemeye daha büyük bir eğilim olmuştur. Ancak bilim hâlâ, ona kendi sonuçlarını değerlendirmesini sağlayacak ve karışık olgular ve istatistikler yığını arasında onun adımlarına, Ariadne’nin labirentteki ip yumağı gibi kılavuzluk edecek felsefi bir çerçeveye ihtiyaç duymaktadır. Salt “sağduyuya” ya da “olgulara” başvurmak yetmez.

Kıyasçı düşünce, yani soyut tümdengelimci yöntem, Fransız geleneğinde, özellikle Descartes’tan beri, çok yaygındır. Tümüyle farklı olan İngiliz geleneği büyük oranda ampirizmden etkilenmiştir. Bu düşünce okulu, erken bir dönemde, Britanya’dan derin kökler saldığı Birleşik Devletler’e ithal edilmiştir. Bu yüzden, biçimsel-tümdengelimci düşünce tarzı, hiç de Anglo-Sakson entelektüel geleneğinin karakteristiği değildir. “Tam tersine, bilimsel araştırmanın birçok alanında İngilizleri muazzam atılımlar yapmaktan alıkoymayan bu düşünce okulunun, saf kıyasa yönelik bir yüce-ampirik aşağılamayla ayırdedildiğini söylemek mümkündür. Eğer bu, gerçekten olması gerektiği gibi son noktasına kadar götürülecek olursa, kıyasın ampirikçe gözardı edilişinin, diyalektik düşüncenin ilkel bir biçimi olduğu sonucuna varmamak imkânsız olur.” Ampirizm tarihsel olarak hem ilerici (dine ve ortaçağ dogmatizmine karşı mücadelede) hem de olumsuz (materyalizmin aşırı dar yorumu, geniş teorik genellemelere karşı durma) bir rol oynamıştır. Locke’un, insan zekâsında duyulardan türetilmemiş hiçbir şey olmadığı yolundaki ünlü savı son derece doğru bir fikrin nüvesini barındırmaktadır, ama tek yanlı biçimde ortaya konulduğu için, felsefenin sonraki gelişimi üzerinde en zararlısından sonuçlara yol açabilmiş ve açmıştır. “Deneyim yoluyla sağlananlar dışında, dünya hakkında hiçbir şey bilmiyoruz.” Eğer deneyim, doğrudan beş duyumuzun tanıklığı olarak anlaşılmıyorsa, bu doğrudur. Eğer meseleyi dar ampirik anlamda deneyime indirgersek, o zaman, ne türlerin kökeni konusunda, ne de daha zorlu bir konu olarak yerkabuğunun oluşumu hakkında herhangi bir hükme varmak bizim için imkânsız olur. Her şeyin temelinin deneyim olduğunu söylemek, ya çok şey söylemektir ya da hiçbir şey söylememektir. Deneyim, özne ve nesne arasındaki aktif karşılıklı ilişkidir. Deneyimi bu kategorinin dışında, yani bunun karşısına çıkarılmış ve diğer bir bakış açısıyla bu çevrenin bir parçası olan araştırmacının nesnel maddi çevresi dışında tahlil etmek, bunu yapmak, onu, içinde ne nesnenin ne de öznenin olmadığı, ama sadece deneyime dair mistik bir formülün olduğu şekilsiz bir birlik içinde eritmektir. Böylesi bir “deney” ya da “deneyim” ancak ana karnındaki bebeğe özgüdür, ama ne yazık ki bebek, kendi deneyinin bilimsel sonuçlarını paylaşma fırsatından mahrumdur.
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: , , , , , , , , , , , , , , , , , ---