« Önceki | Sonraki »

12/1/2007

Kuantum Fiziği - Giriş

Kuantum fiziği atomik ve atom altı ölçekteki parçacıkların durum, hareket ve enerji değişimlerini inceleyen fizik sahasıdır. Kuantum fiziği bir ‘kuantalar-miktarlar’ fiziğidir. Bu noktada “hayatta miktarı olamayan bir şey yokken niçin bu fiziğe ‘miktar nazariyesi’ denmektedir” sorusu akla gelebilir. Bu teoride bahsedilen miktarlar ‘sürekli’ değil ‘kesikli’ miktarlardır. Örneğin bir kuantum marketinden 1 kg, 2 kg veya 3 kg şeker alabilirsiniz, fakat 1.5 kg veya 2.2 kg gibi ağırlıklarda şeker satılmaz. Bu markette her 1 kg şeker bir ‘kuanta-paket’dir ve alışverişte ‘peşin’ ödeme usulü geçerlidir. Diyelim ki 1 kg şekerin fiyatı 1 milyon olsun, siz 1 milyonu tamamlayana kadar şeker satın alamazsınız. Mesela 500bin liranız varsa yarım kilo şekeri alıp gitme ihtimaliniz yoktur. Bu markette her 1 kg şeker bir ‘kuanta-paket’dir ve alışveriş bu paketlerin tamsayı katlarıyla yapılır.
Kuantum fiziğinin tarihini Max Planck’in ‘siyah cisim’ deneyinden başlatabiliriz. Bu tarihe kadar ışığın yayılımı konusunda bilim adamlarından bazıları parçacık modelini benimserken, bazıları da dalga modelini kabul ediyordu. Dalga modeli tarafından açıklanamayan bazı fenomenler parçacık modeli tarafından açıklanırken, parçacık modeli ile açıklanamayan bazı fenomenler de dalga modeli ile açıklanabiliyordu. 1900’de Max Planck yaptığı deneyde ısıtılan demir çubuktan yayılan enerjinin sürekli olmadığını, kesintili enerji paketleri şeklinde yayıldığını gözlemledi. İlerleyen yıllarda yapılan başka deneylerle ışığın hem parçacık hem de dalga özelliğine sahip olduğu görüldü.
1924 yılına gelindiğinde ‘de Broglie’, ışıkta olduğu gibi, elektronların da atomun çevresinde dalgalar şeklinde hareket ettiğini öne sürdü. Bu, sadece fotonların değil, hareket eden her ‘parçacığın’ aynı zamanda dalga olarak düşünülebileceğini söylüyordu. De Broglie’ün yazdığı denkleme göre büyük-küçük her cismin kütlesine ve hızına bağlı olarak dalgaboyu hesaplanabilir. Günlük yaşamdaki cisimler düşük hızlı ve büyük kütleli olduğu için ‘dalga boyları’ çok küçüktür, dolayısıyla dalga hareketi göstermezler. Dalga ve parçacık özellik kumaşın iki ayrı yüzü gibidir.
De Broglie’den sonra Schrödinger, atom çekirdeği etrafındaki yörüngelerde dalgalar halinde hareket eden elektronların ‘dalga denklemlerini’ yazdı. Belirli bir aralıkta hareket eden bir elektronun dalga denkleminin karesi ‘ihtimaliyet yoğunluğunu’ veriyordu. Teoriye göre bir elektronun atom çekirdeği etrafındaki yörüngelerde ‘tam olarak nerede olduğu’ değil, ‘nerelerde hangi ihtimaliyet ile olabileceği’ cevaplanabilir. Aynı zamanda kuantum fiziğinde ‘sıfır ihtimaliyet yoktur’, ‘ihtimaliyet yoğunluğu’ grafiğinde yatay eksen boyunca ne kadar gidilirse gidilsin, ihtimaliyet azalsa da asla sıfır olmaz.
Aynı yıllarda Heisenberg ‘Belirsizlik Prensibi’ni ortaya attı. Buna göre, elektron dalga hareketi yaptığında parçacık özelliği kaybolur, parçacık gibi hareket ederse de dalga özelliği gözden kaçar. Dalga ve parçacık davranışlardan her ikisi de aynı anda gözlemlenemez, belirli bir zamanda bu davranışlardan sadece biri görülebilir.
Bir elektronun yerini belirlemek istersek (parçacık özelliği ile alakalı) onun momentumunu (dalga özelliği ile alakalı) o kadar çok bozarız ki, yerini öğrensek de momentumu, bir anlamda hızı bize gizli kalır. Aynı şekilde momentumunu tam olarak ölçtüğümüz zaman da parçacığın konumunu kaybetmişizdir.
Danah Zohar, Kuantum Benlik isimli kitabında şu konuyla ilgili şu örneklemeyi yapıyor:
“Elektron muammasını çözme işlemi biraz ilk psikiyatrik görüşmenin dinamiğine benzer. İdeal olarak bir psikiyatrist hastasıyla ilk görüşmesinde hem onun geçmişiyle ilgili gerçekleri öğrenmek, hem de onunla hoş bir iletişim kurmak isteyecektir. Fakat ortada bir sorun vardır; eğer psikiyatrist hastasına geçmişiyle ilgili sorular sorarsa bunların yanıtlarını alır, bu arada hasta o andaki kendi olma durumunda değildir ve geçmişine gömülür gider. Diğer taraftan eğer psikiyatrist daha yaratıcı ve alıcı bir dinlenme uğruna bu soruları sormayı bırakırsa hastanın o anki durumunu iyice kavrarken geçmişi hakkında çok az bilgi edinebilmiş olacaktır. Bu iki unsur birbirlerini dışlasa da hastanın durumuyla ilgili portreyi eksiksiz çizebilmek için ikisine de gereksinim vardır.”
Belirsizlikler, ihtimaller ve sıçramalar üzerine kurulu bu teoriden başlangıçta katkısı olmasına rağmen sonradan teorinin karşısında yer alana Einstein ‘belirsizlik prensibi’ni “doğada aslında belirsizlik yoktur, belirsizlik bizim bilgi ve teknik eksikliğimizden kaynaklanmaktadır” diye yorumlarken, Bohr ve arkadaşları “gerçeğin nihaî tabiatının kelimelerle ifade edilebilmenin ötesinde olduğu” görüşüne benzer yorumların yanında yer alır.
Aslında Einstein’ın sözünü ettiği belirsizlik değil, ‘hesaplanamazlık’tır ve Newton ile Laplace gibi bilim adamlarının ‘formüllerle geleceği öngörebileceğimiz yönündeki katı determinizmlerini yıkan Kaos Teorisi’nin getirdiği bir tanımdır. Kuantum fiziğinin içerdiği belirsizlik ise Bohr’un vazettiği veçhiledir. Çünkü kendisi hakkında hiçbir şekilde bilgi edinemediğimiz bir alan için ‘aslında orada bir şeyler var ama biz göremiyoruz’ demenin hiçbir fizikî ve fikrî temeli yoktur.
Yaratıcının mükemmel olduğu görüşünden hareketle kainatın ancak tıkır tıkır işleyen bir saat gibi kusursuz (?) yaratılmış olabileceği düşüncesi ortaçağ Hristiyan dünyasındaki hakim görüştü. Bir hakikatten yola çıkarak ‘normatif şuur hatası’ ile yanlış bir neticeye varan bu görüşe göre tabiat her türlü belirsizlik, ihtimaliyet ve tesadüfîlikten uzaktır; “yaratıcı acizmidir ki yarattığı evrende belirsizlik, ihtimaliyet ve tesadüfîlik bulunsun” diye sorar.
Aynı düşünceden hareketle Einstein Bohr’a “Tanrı evrenle zar atmaz” demiştir. Bohr’un cevabı ise harika:
“Albert, Tanrı’ya ne yapması gerektiğini söyleme!”
İBDA külliyatında varlık ve oluş bahsi şöyle geçer:
“Eşya ve hadiselerin çokluğunda bütün kainat, bir ânda var görünür, sonra yine aynı ân içinde yok olur. Varlıkla yokluk arasında öyle müthiş bir hız vardır ki, bu hızın sürekli inkılâpları bize her şeyi var gösterir ve aradaki yokluk hissedilmez; zira her ân, yokluğun peşini varlık ve varlığın peşini de yokluk takip edince, uzun bir müddet her şeyde varlık devamlı sanılır... Her ân ve lâhzada varlık ve yokluktan biri gelip biri gittiği için, ne gelenin geldiği ve ne de gidenin gittiği anlaşılır.”
İşte bu yaradılış ve yok oluş ‘tabiat ve fizik teorilerine göre’ gerçekleşiyor demek büyük hata olur. Determinizm (sebep-sonuç ilişkileri) aklın hadiselerin seyrinden çıkardığı formdur ve çoğu zaman ‘Allah’ın adetine-adetullah’a’ dışyüzden uygun geldiği için sebep-netice ilişkisi bize bir zorunluluk gibi gelir. Halbuki hakikatte böyle bir zorunluluk yoktur ve bu sadece insan aklının algısından ibarettir.
Dün Newton fiziği iken, bugün için kuantum fiziği, insanoğlunun Yaratıcı’nın yaratma faaliyetini anlama çabasından öte bir şey değildir. Tüm bilimsel modeller ‘Mutlak’ olana ‘insanî’ bir bakıştır ve bilim asla son sözü söyleyemeyecektir. Aslolan ‘metafizikî olan tabiattır’ ve işte bu metafizik bütünlüğün kendi dilimize eksik-gedik tercüme edebildiğimiz kısmına ‘fizik’ diyoruz. Açmak istediğimiz aslında İBDA Mimarı’nın şu sözü:
“Fiziki kanunlar tabiatla değil, bizim tabiatla olan ilişkilerimizle alakalıdır. Tabiat metafizikîdir.” (s.70)
Kuantum fiziğinde, eski Newton fiziğinin tam tersine, gözlemci ve gözlenen arasında ‘organik’ bir bağ vardır. Örneğin bir elektron, onu nasıl görmek isterseniz size öyle görünür. Bir elektron huzmesi çift yarıklı bir levhanın üzerine gönderilirse elektronlar su dalgaları gibi iki yarıktan da geçerek girişim yaparlar. Eğer levhaya hangi elektron hangi yarıktan geçiyor diye merak edip birer parçacık dedektörü yerleştirirseniz, bu sefer elektronlar parçacık gibi davranarak yarıkların bir tanesinden geçip giderler. Kuantum dünyasında deneyin sonucu kullandığımız ölçüm aletinin dilindendir. Yani bir ‘makine/alet bilmecesi’ ile karşı karşıyayız.
İnsanoğlu “varlığı anlamak için yapma varlıklara” ihtiyaç halinde ve bu çabayı ‘teknoloji’ ismi altında sürdürüyor (Tekhnetos (Yun.): Yapay, sunî). Bu noktada Mirzabeyoğlu insan-tabiat ilişkisini “tabiat ve araç-gereç ilişkisi” ve “insan ve araç-gereç ilişkisi” olmak üzere iki ara başlıkta inceliyor.
Elektronun ‘batınında’ aynı anda bulunan dalga ve parçacık özelliklerinden birisi kullandığımız alete göre ‘zahir’ olur. Klasik fizikte nasıl ‘parçaların’ konum, hız ve ivme denklemleri varsa, kuantum fiziğinde de ‘dalgaların’ hareketlerine dair bilgileri içeren ‘dalga fonksiyonları’ vardır. Dalga fonksiyonunun karesi ihtimaliyeti verir ve farklı ihtimallerden birinin gerçekleşmesine ‘dalga fonksiyonunun çöküşü’ denir. Elektronun önüne parçacık dedektörü koyarsanız dalga fonksiyonu çöker ve elektron parçacık davranışı sergiler. Aynı şekilde eğer dalga dedektörü koyarsanız dalga fonksiyonu çöker ve elektron dalga hareketi yapar. Elektronun ‘dalga fonksiyonu’ ile ‘dalga hareketi’ karıştırılmamalıdır. Dalga fonksiyonunun keyfiyeti “Önce söz vardı” hikmetinde geçen kainatın yaratılışından önceki ‘söz’ ile analoji kurularak anlaşılabilir.
İnsan ölçüm yaptığı sistemlerin dalga fonksiyonunu çökertir:
“… Nick Herbert, bazen, arkasını döndüğünde dünyanın her zaman “kökeni belirsiz ve amaçsızca akıp duran bir kuantum çorbası” olduğu duygusuna kapıldığını söylemiştir. Ama ne zaman yüzünü çevirecek olsa, dünya yeniden her zamanki gerçekliğine dönüşüyordu. Herbert, bu durumun bizi âdeta, dokunduğu her şeyi altuna dönüştürdüğü için hiçbir insan eline dokunamayan efsanevi Kral Midas’a benzettiğini düşünüyor. “İnsanoğlu da aynı şekilde, Kuantum gerçekliğinin dokusunu asla tecrübe edemez, çünkü dokunduğumuz her şey maddeye dönüşüyor.demiştir.” (s.50)
Dokunamadığımız kuantum gerçekliğinin dokusu, yukarıda bahsettiğimiz dalga fonksiyonuna tekabül etmektedir. Tedaisi Necip Fazıl’ın ‘Madde ve Ruh’ başlıklı şu mısraları:
“Ne varsa nakış nakış, tabiatta, maddede,
Gözlerimdeki nurun aksi, beyaz perdede...”
Bu konuda “her şey gerçekleşmeden önce mümkün olma özelliğiyle vardır” hikmeti ‘dalga fonksiyonunun çöküşü’ bahsiyle düşünülebilir. Dalga fonksiyonu ‘mümkün’lerin varlık zeminidir. De Broglie’nin güzel bir sözü var:
“Geçmiş parçacıktır, gelecek ise dalga...”
Bu minvâlde, dalga fonksiyonunu çökerten insan ve onun şuuru ise ‘biz ona bakmadıkça’ orada bir dünya var mıdır? Schrödinger’in kedisi diye bilinen kurgusal deneyde bu soruya cevap aranmaktadır. Schrödinger’in kedisi, bizim onu göremeyeceğimiz ışık geçirmeyen bir kutunun içinde yaşar. Aynı kutunun içinde radyoaktif bir maddenin gelişigüzel bozunmasıyla çalışan bir düzenek vardır. Bozunan parçacık %50 ihtimalle bir mekanizmayı çalıştırır ve bu mekanizma kediye yiyecek verir; %50 ihtimalle de başka bir mekanizmayı çalıştırır ve kedi bu sefer zehirlenerek ölür. Biz ona bakmadıkça dalga fonksiyonu çökmez ve bütün ihtimaller –tabiri caizse- kutunun içinde dalgalanır. Yani kedi ne ölü, ne de diridir. Bu, elektronun veya fotonun (ışık parçacığı) biz onu gözlemleyemediğimiz sürece dalga ve parçacık özelliklerinin her ikisine birden sahip olmasına benzer. Ne zaman ki kutuyu açıp bakarız, işte o zaman ‘gözlemimiz’ dalga fonksiyonunu çökertir ve kedinin ‘ölü’ veya ‘diri’ özelliklerinden birini görürüz. Bir anlamda kediyi ‘öldüren’ veya ‘yaşatan’ bizim gözlemimiz, şuurumuzdur.
Kuantum Alan Teoremi
1927’ye gelindiğinde Dirac, o güne kadarki bulgularla Einstein’ın İzafiyet Teorisi’ni birleştirerek kuantum teorisindeki birçok eksikliği de kapatmış oldu. Dirac, hesaplamalarına dayanarak her parçacığın bir ‘anti-karşı’ parçacığı olduğunu ileri sürdü ve sonraki yıllarda yapılan deneyler bunu doğrulardı. Örneğin elektron ve anti-elektron (pozitron) çarpıştırıldığında kütleler enerjiye dönüşüp çevreye Gama ışını olarak yayılır.
Sonraki yıllarda ‘yüksek enerji fiziği’ gibi bazı sahalara kuantum fiziğinin uyarlanması söz konusu oldu. ‘Kuantum Alan Teoremi’ diye bilinen bu teoremde, standart kuantum teoreminde olduğu gibi parçacıklara katı maddeler gözüyle bakılmak yerine, onların temel bir ‘alanın’ uyarımları olduğu düşüncesi vardır. Teoriye göre tüm varlık bir ‘enerji havuzu’nun dalgalanmasından ibarettir. ‘Kim Korkar Schrödinger’in Kedisinden’ isimli kitaptan:
“Parçacıkları görebiliriz, dalgaları da görebiliriz, fakat bunların hiçbirinin birincil veya kalıcı olmadığını biliriz. Kuantum gerçekliği erişilmez bir dalga/parçacık ikiliğini kapsar, ve dalgalarla parçacıklar birbirine dönüşebilir. Yüksek enerjilerde, bir parçacık bir başkasına dönüşebilir. Algılanan varlık düzeyinde, her şey bir çeşit geçiciliğe sahiptir.
Geçici gerçekliklerin bu kozmik dansını anlamlı kılmak için, fizikçiler onun ardında yatan şeyi anlamak zorundaydılar. Eğer parçacıklar ve dalgalar yalnızca tezahürler ise onlar neyin tezahürleridir? Bu soruya cevap aramak kuantum alan teoremini doğurmuştur. Bu teoreme göre, mevcut olan her şey, görüp ölçebildiğimiz tüm dalgalar ve parçacıklar, sözlük anlamıyla mev-cut-turlar veya fizikçilerin vakum diye adlandırdığı temel bir potansiyel denizinden “meydana gelirler”. Dalgalar ve parçacıklar (ve insanlar!), tıpkı denizde kabaran dalgalar gibi, temel vakumdan “dalgalanırlar” ya da “meydana gelirler”.
Fizikçileri vakuma benzer bir şey aramaya iten ilk güdü, izafiyet teoremine karşılık olarak ortaya çıkmıştı. Einstein, bir zamanların meşhur esirinin var olmadığını kanıtlamıştı. Evren jöleye benzer maddî yapıda bir şeyle dolu değildir. Bu durumda, ışık bir dalga olabildiği için o neyin üzerinde veya içinde dalgalanmaktadır? Parçacık fiziğinin sonraki keşifleri buna benzer bir soruyu gündeme getirmişti. Parçacıklar gelişigüzel bir şekilde ortaya çıkıp kayboldukları için, onlar neyden ortaya çıkmakta ve nereye gitmektedirler?
Parçacık fiziğinde yapılan deneyler, “hiçbir yerden” gelip yine oraya giden mevcut parçacıkların sanki onların üzerinde etkili olan bir şey varmış gibi, tahmin edilen yollarından az miktarda saptığını veya uzaklaştığını göstermişti. Kuantum alan teoreminin genişçe açımlanmış matematiksel çerçevesi, bu etkileri, her şeyi kuşatan, temel potansiyel alana, vakuma atfetmişti. Görünmeyen ve doğrudan ölçülemeyen vakum varlığın yüzeyinde ince bir itim uygulamaktadır, tıpkı kendisine dalan varlıkları iten su gibi. (Kuantum alan teoreminde bu Casimir etkisi olarak bilinir.) Adeta yüzeydeki tüm varlıkla çabucak kaybolan gerçekliğin çok ince bir temeliyle sürekli etkileşim içindedir. Bu temel gerçeklik, vakum, maddî, jöleye benzer esirin yerini almıştır. Evren vakumla “dolu” değildir. Doğrusu evrenin, onun “üzerine yazılmış” veya ondan meydana çıkmaktadır.”
Kuantum vakumu ve ‘matrix-döl yatağı’ gibi telakkilerin temelinde ilahî dinlerdeki evrenin üzerinde olduğu veya maddenin özünde bulunduğu söylenen ‘esir maddesi’ vardır. Esir maddesi bir yaratıcı telakkisine yol verdiği için resmi literatür tarafından Michelson-Morley deneyindeki başarısızlık gerekçe gösterilerek şiddetle reddedilir.
Michelson-Morley’in 1887’de esir maddesini ispatlamak için ışık ve optik bir düzenek kullanarak bir deney yapmışlardır, fakat ışık üzerinde herhangi bir ‘esir maddesinin’ etkisini gözlemleyememişlerdir. Deneye başlarken peşin kabul edilen Batıdaki hatalı esir tanımı ve deney aparatının esir maddesine uygunsuzluğu göz önüne alındığında Michelson-Morley’in tecrübelerinin yanlış olduğu görülür. Öbür taraftan deneydeki bu başarısızlık ‘esir maddesinin’ yokluğu şeklinde okunamaz. Zira bilimsel metodolojide bir deney aparatıyla bir şeyin varlığını veya varolan bir şeyin bir özelliğini gözlemleyemiyorsanız bu o şeyin veya o özelliğin olmadığı anlamına gelmez; en fazla “bu deney aparatıyla bu varlık veya özellik gözlemlenemiyor” denilebilir.
Kaos ve Kelebek
Kaos düzen, lineerlik (doğrusallık), basitlik ve tahmin edilebilirliğin bozulması demektir. Kaos teorisinin yaşı aşağı yukarı kuantum teorisiyle eştir fakat kuantum teorisinin şaşırtıcı bulguları kaos teorisini gölgede bırakmıştır. Bu teoride kuantumdaki gibi indeterminist (sebep-sonuç ilişkisinin yokluğu) olmasa da, sistemin ve neticelerin ilk girdilere bağlılığı yok denecek kadar azdır. Kaotik sistemlerde bir süre için düzenli ve tahmin sınırları içinde ilerleyen gidişat bir değerden sonra tamamen hesaplanamaz bir hale geçer; düzenli yükselirken ve bir noktadan sonra türbülansa girip gelişigüzel kıvrılmaya başlayan sigara dumanı gibi...
Kuantum fiziğinin nasıl kedisi varsa, kaos’un da kelebeği vardır. ‘Kelebek etkisi’ne göre Çin’de bir kelebeğin kanat çırpışı Kansas’da ertesi günün hava durumunu etkileyebilir. Eski fizikteki girdiler ve çıktılar arasındaki uygunluk zorunluluğu kaos fiziği ile tarihe karışmıştır; çok küçük girdiler kendi üstüne katlanıp birikerek beklenmeyen büyük sonuçlara sebep olabilir.
Kaos teorisi altında incelenen ve çok karmaşık ve gelişigüzel gibi görünen bazı sistemler de ufak değişikliklerle bir forma girebilir. Düzen ve düzensizlik yine bizim şuurumuza ait bir tasniftir.
Sosyal hayattaki insan kitlelerinin öngörülemez/tahmin edilemez hareketleri ile kaos teorisi arasında metaforik bağlar kurulabilir. Öbür taraftan, sosyolojik hadiseler fizikteki kaos teorisiyle açıklanamaz. Fizikte kaos teorisi bulunmamış hatta hiç olmamış olsa bile insan kitlelerin kaotik hareketi sosyoloji ilmi içinde doğrusuyla/yanlışıyla ayrı bir veridir. Benzer olarak Batı, Doğu’nun bin yıllardır sahip olduğu hikmetleri ancak kendi mantık ve teknik buluşları içinde benzerlerini gördükçe keşfedebilmekte ve kabul edilmektedir.

EkleBunu Sosyal Paylaşım Butonu


Yorum yaz! :: Arkadaşına Gönder!

1 yorum yazılmıştır

Free Web Counter
Free Counter