2.1. KUANTUM TEORİSİNİN ORTAYA KONUŞU VE ÇİFT YARIK DENEYİ

Max Planck’ın 1900 yılında, radyasyonun, ‘kuanta’ dediği paketler halinde yayıldığını veya emildiğini göstermesi kuantum teorisine giden yolda ilk adım olarak kabul edilir.Nobel Ödülü’nü getiren bu keşfinden başta Planck’ın kendisi de emin değildi. Çünkü Maxwell elektromanyetizmayı formüle ettiğinden beri, elektromanyetik radyasyonun bir dalga olduğu kabul ediliyordu. Ayrıca Hertz de elektromanyetik dalgaları bulmuştu ve bu dalgaların aralarında bir kesiklik yokmuş gibi gözüküyordu. Planck’ın, radyasyonunun ‘kuantalar’ şeklinde yayıldığını göstermesi, yayılmanın kesikli olduğu anlamına geliyordu ve fizikteki hakim görüşe aykırı bu iddia, olguları mükemmel açıklıyordu.

Kuantum teorisine giden yolda ikinci önemli adımı Einstein attı. 1905 yılında Einstein, Planck’ın çalışmasından yola çıkarak ışıktaki enerjinin ‘kuanta’ veya ‘foton’ denilen paketler halinde taşındığını ileri sürdü. 1905 yılı, Einstein’ın izafiyet teorisi hakkındaki görüşlerini de ilk açıkladığı yıldır. Birçok kişinin beklentisinden farklı olarak, Einstein’a Nobel Ödülü’nü kazandıran, kuantum teorisi açısından önemli olan ışıktaki enerjinin ‘kuantalar’ şeklinde yayıldığını gösterdiği, fotoelektrik etkiyi açıklayan çalışmaları oldu. İronik olan ise Einstein’ın, katkıda bulunduğu kuantum teorisiyle ilgili ileri sürülen fikirlerden hiçbir zaman hoşlanmamış olması ve bu teoriye en büyük muhalefeti gerçekleştirmesidir.

Einstein’ın ışık hakkındaki görüşleri başlangıçta çok ciddiye alınmadı. Aslında Einstein’dan önce Newton da ışığın parçacıklardan oluştuğunu savunmuştu, fakat ışığın dalga şeklinde olduğu, Maxwell ve Hertz’in çalışmalarıyla deneylerle destekli bir şekilde sunulmuş ve geniş kabul görmüştü. Işığın parçacık şeklinde olmasının gözlenen birçok olguyu daha iyi açıklayacağının anlaşılması, bilim dünyasında geniş bir şaşkınlık yarattı. Işık tanecik miydi, yoksa dalga mıydı? Tanecik ve dalga kavramları birbirleriyle uzlaştırılamaz şekilde zıt gözükür. Diğer yandan birbirlerine ters bu iki iddiayı da destekleyen deneysel sonuçlar vardır. Bu durumun sonucunda bilim insanları artık pazartesi, çarşamba ve cuma dalga teorisini; salı, perşembe, cumartesi de tanecik teorisini kullanacaklar diye şakalar dahi yapılmaya başlandı.

Kuantum teorisi ile ışığın olduğu gibi diğer mikro parçacıkların da, hem parçacık hem de dalga gibi davrandıkları ortaya konulmuştur. Bu durumu ortaya koyan en ünlü deneylerden biri ‘çift yarık deneyi’dir. Bu deneyde, bir par-çacık-dalga demeti (foton, elektron veya diğer mikro parçacıklar), bir çift dar yarıktan geçirilerek arkadaki ekrana düşürülür. Bu deneyi ışıkla yaparsak (elektron veya diğer parçacıklarla da yapılabilir), ışığın parçacıklardan oluştuğu, ekrandaki nokta nokta izlerden anlaşılır. Aydınlanmadaki bizim gözlediğimiz düzgün -nokta nokta olmayan- durum, ışık kaynaklarının fotonlarının çok yüksek sayıda olmasından kaynaklanır. Örneğin altmış mumluk bir ampulden saniyede 100 milyon x 1 trilyon adet foton çıkar. Fakat düzenek, çevreden gelen ışıktan korunur ve az sayıda fotonla deney gerçekleştirilirse, ışığın parçacık yapısını belli eden nokta nokta izleri gözleyebiliriz.

Işığın parçacık nitelikleriyle ilgili sorun her iki yarığın açılmasıyla ortaya çıkar. Ekranda fotonların oluşturduğu en parlak noktalarda, tek yarığın açık olduğu duruma göre aydınlanma genliği dört kat artmıştır. Asıl problem ise sıfır genlikli noktalardadır, çünkü buralara tek yarık açıkken fotonlar ulaşmaktaydı. Burada karşımıza “Fotona izleyeceği yol için ikinci bir seçenek sunarak, nasıl oluyor da ilk izlediği yolu kullanmasını önlüyoruz” sorusu çıkmaktadır. Bundan anlaşılan, ışığın yarıklardan geçerken parçacık gibi değil dalga gibi davrandığıdır. Çünkü dalgaların ‘yıkıcı girişim’ denilen özelliğiyle bu durum açıklanabilir; dalganın yayılması için iki yol varsa, iki ayrı yoldan gelen dalgaların birbirini söndürmüş olması olasıdır.

Burada garip olan, fotonlar veya elektronlar veya bütün halinde atomların tek tek bile gönderildiklerinde aynı şekilde girişim çizgilerinin çıkıyor olmasıdır; bu ise fotonların her iki yarıktan da aynı anda geçiyor olması demektir. Roger Penrose, burada aynı varlık türünün hem parçacık hem dalgalar gibi davranmasından daha olağanüstü olanın; her bir parçacığın, tamamen tek başına, bir dalga gibi davranması ve bir parçacıkla ilgili değişik olasılıkların birbirini yok etmeleri olduğunu söyler. Burada felsefi açıdan önemli olan nokta; kuantum teorisindeki bu tip deneylerin sonuçlarının, mantığın ‘üçüncü halin imkansızlığı’ ilkesinin değiştirilmesi gerektiğine dair iddialara sebep olmasıdır. Bir insanın aynı anda iki yerde olduğu iddiası, bilim dünyasında bir hurafe, tıp dünyasında ise psikiyatrik bir hastalığın belirtisi sayılır; fakat atom-altı dünyada, ‘aynı anda iki yerde olma’ olgusu bilimin ta kendisidir. Bir parçacığın aynı anda iki ayrı yerde olması veya hem dalga hem de parçacık özelliği göstermesi gibi kuantum teorisinde karşımıza çıkan olgular, kuantum teorisinin ortaya konmasında önemli katkısı olan Werner Heisenberg’e göre, klasik mantığın ‘üçüncü halin imkânsızlığı’ ilkesinin değiştirilmesini gerektirir. Heisenberg, kuantum mantığının klasik mantığı kapsayacağı bir yeniden yapılanmayla sorunun düzeltilmesini teklif etmektedir. Bu ise epistemoloji ile ilgili temellerin sorgulanmasını gerektirecek kadar önemli bir iddiadır. Bu iddianın ciddiyetini arttıran ise Heisenberg gibi modern fiziğin en ünlü isimlerinden birinin bu iddiayı dile getirmesi ve bu görüşü savunanların deney alanındaki olgularla kendilerini desteklemeye çalışmalarıdır.

ÖNCEKİ YAZI: 2. BÖLÜM TANITIMI

SONRAKİ YAZI: 2.2. BOHR’UN ATOM MODELİ VE TAMAMLAYICILIK İLKESİ

default
Post Written by
?>