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.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Abonelik için e-posta yazmalısınız. Yorumda html etiketleri kullanabilirsiniz.

Gönderen: sonsuz -->

Kategori: Bilim - Etiketler: , , , , , , ,