Özellikle son senelerde kuantum kavramı her yerde karşımıza çıkar oldu. Bilim kurgu eserlerinde kuantum fiziği ile alakalı bir şeyler görmeye alışkınız ancak bu bilim dalına değişik açılardan yanaşarak popüler emeller uğruna çarpıtıldığını da görüyoruz. Evet, kuantum fiziği bir bilim dalı. Üstelik, öyle birkaç kitap okuyarak da çözülebilecek bir alan değil. Konu ile alakalı yapılan çalışmalar surat sene öncesine kadar uzanıyor.
Kuantum fiziği nedir sorusuna verilebilecek kısa ve net bir yanıt yok ancak konu ile alakalı bilinmesi gereken bazı temel ilkeler var. Bilim insanları da bu temel ilkeler üzerine çalışmalar yapıyorlar ve kuantumun gizemlerle dolu dünyasını çözmeye çalışıyorlar. Kuantum fiziği nedir sorusunu gelin daha yakından inceleyelim ve bilim insanlarının ortaya koydukları temel ilkeler ışığında bu bilim dalının çalışma alanı ile alakalı neler öğrenebiliriz görelim.
Dediğimiz gibi bu suale net bir yanıt vermek güç ancak temel olarak ifade etmek gerekirse kuantum fiziği; maddenin ve ışığın atom hatta atomaltı seviyedeki davranışlarını inceleyen bir bilim dalıdır. Kuantum fiziği aynı zamanda elektron, kuark, proton, nötron, gluon gibi parçacıkların birbirleriyle olan ve ışık, x ışını, gama ışını etkisindeki hareketlerini gözlemler.
Konu ile alakalı pek çok çalışması olsa da ünlü bilim insanı Albert Einstein’ın reel alanı kuantum fiziği değil, fiziktir. Einstein’ın fizik alanında devrim yaratan görelilik ya da öteki ismiyle izafiyet kuramı, fizik yasalarını uzay – zaman ilişkisi çerçevesinde değişmez kalıplar içinde değerlendirir. Bu vaziyet kuantum fiziğine tamamen terstir.
Kuantum fiziğinde olan her şey, şu an bildiğimiz kadarıyla, gelişigüzeldir. Yani bütün olarak kimse ne olup bittiğini öğrenemiyor, bu gidişat da izafiyet kuramınin aksi olarak kabul ediliyor. Kuantum fiziği çalışmaları Albert Einstein’ın kuramı ile benzer dönemde başlamış ve dört temel ilke ortaya konulmuştur. Bunlar;
Nicelleştirilmiş özellikler Işık parçacıkları Madde dalgaları Bilinmeyenlik prensibi
Alman fizikçi Max Planck, 1900 yılında yaptığı bir çalışmada emin bir spektrum üzerinde bulunan renklerin dağılımını tarif etmek için bir denklem geliştirdi. Bugün Planck Değişmezi olarak bildiğimiz bu denklem ile ışık nicelleştirildi yani matematiksel bir hale geldi. Bu da ışığın bilinenin aksine bir dalga gibi davrandığını gösteriyordu. İlerleyen senelerde fizik özelliklerini nicelleştirmek, kuantum fiziğinin ana prensiplerinden biri haline geldi.
Albert Einstein, 1905 yılında ışığın bir dalga değil de bir çeşit enerji kuantumu olduğunu ileri sürdüğü bir yazı yayımladı. Bu yazıda her atomun bir bütün halinde sıçrayabileceğinden bahsediliyor. Sonraki senelerde bu atlama ile elde edilen enerji ölçüyü Planck Değişmezine bölündüğü zaman atlayan bu ışığın renginin ortaya çıktığı tespit edildi. Bugün foton dediğimiz ışık parçacıkları bize gösteriyor ki ışık, hem dalga hem de parçacık olabilir. Tıpkı kuantum alanındaki tüm şeyler gibi.
1896 yılında elektron keşfedildikten sonra atomun parçacıklı bir yapısı olduğu kabul edilmiştir. Ancak ışığın dalga olabileceği de ortaya çıkınca bilim insanları bu gidişatın atom için de geçerli olup olmadığını merak etmiş ve konu üzerine çalışmalar yapmışlardır.
Seneler içinde değişik bilim insanları tarafından yapılan çalışmalar göstermiş ki atom, çekirdeği etrafında bir dalga hareketi yapmaktadır. Bu vaziyet, kuantum fiziğinde her şeyin dalga ve parçacık olarak değerlendirilme görüsünün önünü açmış, en önemli prensiplerden biri olarak kabul edilmiş ve kuantum kimyası alanını oluşturmuştur.
Planck Değişmezi gibi bazı değişmezler olsa dahi kuantum fiziğinin en temel prensibi meçhullüktür. Öyle ki bir elektronun konumunu ve hızını bütün olarak öğreniyor olsak dahi aslında bütün olarak öğrenmiyor da olabiliriz. Azıcık kafa karıştırıcı olan bu bilinmeyenlik prensibi, paralel evren kuramlarınin de önünü açmaktadır. Yani bir nesne aynı anda, iki değişik yerde var olabilir.
Heisenberg’in bilinmeyenlik prensibi olarak adlandırılan kuram, ufak nesneler üzerinde çok daha galibiyetli sonuç veriyor. Kuantum fiziği bir atomun konumunu çok daha galibiyetli bir biçimde tespit ederken, bir beyzbol topunun konumunu tespit etmek için gereken hassasiyet 0.000000000000000000000000000008 milimetredir. Kısaca gidişatlar hayli karmaşık.
Kuantum fiziği, en azından şu an için, günlük yaşamda karşımıza çıkan nesneler üzerinde çalışmalar yapmıyor. Kuantum dediğimiz alanı değişik bir dünya olarak görebiliriz. Bildiğimiz fizik kaideleri bu alanda işlemiyor. Bu nedenle kuantum fizikçileri daha çok matematiksel harekâtlar üzerinden kuantum alanındaki çalışmalarını sürdürüyorlar.
Kuantum fiziği prensipleri arasında en dikkat çeken ilke ise bilinmeyenlik. Bir şey hem olabilir hem olmayabilir hem de her ikisi birden olabilir. Bu tanım sanki anlamadığı bir şey hakkında konuşan birinin sözlerine benzese de maddenin aynı anda değişik gidişatlarda olabileceği ispatlandığı için bu anlamsız tanımı bilimsel bir hakikat olarak kabul etmek zorundayız.
Peki, kuantum fiziği çalışmaları neyi kastediyor? Atomların aynı anda değişik gidişatlarda olmasını çözebilirsek, bir atomun bilinmeyenlik prensibi dışında bir hareketini öngörebilirsek, kısaca bu küçük dünyada neler olduğunu anlayabilirsek rahatça söyleyebiliriz ki artık evrende gizem kalmayacaktır. Dünyanın yaradılış süreci, zaman yolculuğu, ışık hızını aşan yolculuklar ve daha nicesi gibi bilim kurgu senaryoları ile hakikat yaşamımızda karşılaşabiliriz.
Meraklıları için kuantum fiziği nedir sorusunu yanıtladık ve en kolay anlatım ile kuantum fiziği hakkında bilmeniz gereken ayrıntıları anlattık. Dediğimiz gibi, bu alanın uzmanları için dahi konuyu birkaç tümce ile anlatmak oldukça güçtür. Buradan edindiğiniz bilgiler üzerine değişik kuramları anlatan bilimsel yazılar okuyarak konu ile alakalı çok daha ayrıntılı bilgi sahibi olabilirsiniz.
