Ramazan Karakale Kimdir ?

Ege Üniversitesi Fen Fakültesi – İzmir Yüksek Öğretmen Okulu – KimyaFizik Bölümü mezunuyum.

Şu anda da kimya öğretmenliği ve yazarlıyapıyorum.  Bu mesleği isteyerek ve severek yapıyorum.

Hani denir ya bir kez daha dünyaya gelirsem -eğer seçme olanağım varsayine kimya öğretimini seçeceğim.

Daha Fazlası

 

 

facebook

Adınız
E-mail adresiniz
Konu
Mesaj
Güvenlik Kodu
Buradasınız: Anasayfa BİLİM ve YAŞAM Şairler İçin Kuantum Teorisi

Şairler İçin Kuantum Teorisi

alt

Chicago Üniversitesi’nde bir kursta bilim dışı öğrencilere ders verdim. Kursun adı Şairler İçin Kuantum Mekaniği idi. Matematiği, Tanrı affetsin, tüm sınıfın önünde yapmadan sadece ona değinerek konunun üzerinde durdum. O zaman bile tahtadaki soyut simgelerin, otomatik olarak gözleri matlaştıran suyu salgılayan organı uyardığını gördüm.

                                                                                   – Leon Lederman (Fizik Nobel 1988)

 

 

alt

Şairlerin düş gücünün (imajinasyonun) yüksek olduğu söylenir. Şairler de insan olduklarına göre bunda şaşılacak fazla bir şey yok. Yalnız, şairler için bu niteleme yapılırken bilimcilerin bu düş gücünden yoksun, kafası gözü metalik şeylerle dolu katı bir cisim olduğu kastedilir, genellikle. Bundan matematikçiler de benzer şekilde payını alır. Kendini sayılara kaptırmış, ruhsuz, hayal gücünden yoksun kişilermiş gibi gelir matematikçiler, kimi şairane insanlara. Matematikçiler ve bilimciler, şiirden anlamayan, evrenin ruhsal derinliklerinden bihaber metalik varlıklardır! Bu yazıda bilimcilerin de basbayağı birer insan olduğu üzerinde durulacaktır. Bir başka deyişle şairlerle matematikçilerin ve bilimcilerin akraba olduklarına değinilecektir!

Bilimciler hakkındaki önyargıların çoğu şairler için de geçerlidir. Onların bir dize yazabilmek için günlerce düşünmelerini, boş uğraşlar olarak görenler çoktur. Ayrıca bir elinde şarap kadehi, öteki elinde ne olduğu belli olmayan şair tipiyle saçları taranmamış, giydiği iki çorabın rengi farklı, hırpani bilim adamı tipi neredeyse yanyana karelerdir!

Bir başka ortak nokta, bilimcinin yaratıcılığı ile şairin sesi, her zaman düşünce özgürlüğü olan ortamı gerektirir. Her ikisi de farklı ya da değişik düşünmenin zincire vurulmadığı koşullarda gelişir. Zihnimizin üzerine şallar örtülmesine izin vermemeliyiz. Kanallarımızı açık bırakmalıyız, yeni yollar keşfetmek için, problemleri çözmek için düşünce özgürlüğünün dalgalarına izin vermeliyiz. İçimizdeki çocuğa, içimizdeki açık denizlere açılmak isteyen macera ruhuna izin vermezsek, yeni kıtaların keşfedilmesi mümkün değildir. Bilgimizin eksik, düzeltilmesi gereken ham bilgiler olduğunu kabul etmezsek yeni bilgilere erişme şansını azaltmış oluruz. Onun için büyük bir hoşgörü ortamına ihtiyacımız var. Birbirimizden öğrenmemizin, birbirimize yararlı olmamızın koşulunun bu özgürlük ve hoşgörü ortamı olduğunu akıldan çıkarmamalıyız. Eski zamanlarda insanlar, doğayı yalnızca hayal gücüne dayanarak açıklıyordu. Unutmayın ki Güneş’in ve gökteki öteki yıldızların ve gezegenlerin birer madde olduğunun kabulü ya da Güneş’in etrafında fırıl fırıl dönüyor olmamızın kabulü kolay olmadı. Korkuların dağları beklediği, dağdaki ve gökteki tanrıların, cinlerin, perilerin karanlık evrenini bilimciler aydınlattı. Hayal gücü gerekli; ama onu bir güce dönüştüren şey bilimdir.

Bilimsel keşiflerin uygulama amacıyla yapıldığı yolunda yaygın faydacı bir yaklaşım vardır. Onun için eskiden bilginin kaynağının  hayal gücünün dışında, çok sayıda gözlem yapmak olduğu sanılırdı. Hayır bilimsel çalışma, bir uygulama uğruna yapılmaz. Bu işin bir tutkusu, heyecanı vardır. Bilimin ve bilimsel çalışmanın muazzam bir macera ve heyecan verici bir şey olduğunu anlamak kolay değildir. Çünkü bilimsel keşiflerle onların uygulamaya geçirilmesi apayrı süreçlerdir. Bu konuyu ayrıca ele alacağız.

Buraya kadar şairlerde ve bilimcilerde hayal gücünün ortak yönlerine vurgu yapmaya çalıştıkNe denli yaklaştırmaya çalışsak da şairler ve bilimciler iki ayrı sosyal kategori, onların ürünleri de iki ayrı kültürel yaratıdır. Bu farklılığa aşağıda şairler ve bilimciler ara başlığında değineceğiz.

Bilgi Çağında Gayri Bilimsellik

 

alt

Teknolojinin harikalar yarattığı bir çağda yaşıyoruz. Ulaşımda, iletişimde, tıpta ve biyolojide harikalar yaratıldığını görüyoruz. Amerikalı büyük fizikçi Richard Philip Feynman (1918 - 1988, Fizik Nobel 1965), 20. yüzyılı şöyle niteler: “ Bir bilim adamı tarafından kahramanlık çağı olarak adlandırılmıştır haklı olarak. Bilim adamı olmayanlar bilmez bunu. İleride tarihçiler bu çağa dönüp baktıklarında, bu çağın dünya hakkında hiçbir şey bilmemekten daha önce bildiklerinden çok daha fazla bilmeye dönüşen en dramatik ve en olağanüstü çağ olduğunu görecekler.” Peki daha ne diyebiliriz? Feynman sözlerini şöyle sürdürür: “ Fakat bu çağın sanatta, edebiyatta, insanların tavır ve anlayışlarında bilimin büyük rol oynadığı bilimsel bir çağ olduğu anlamında söylerseniz, bunun o kadar da bilimsel bir çağ olmadığını düşünüyorum.”

Feynman Öyküleri:“Anılar ve Görüşler”

Bilimin fabrika gibi, insan gibi, bir üretici güç konumuna yükseldiği büyük bir çağda yaşıyoruz. Fakat insanlar hâlâ bilimin kendisine değil, sahte bilime ya da batıl inançların sinsice içine gömüldüğü görüşlere sahip çıkabiliyor. Gazetelerimizde astroloji sayfaları var; ama haftada bir bile olsa bilime ait bir köşe bile yok. Piyasalarda içinde “kuantum”, “fizik”, “kuark” sözcükleri geçen içeriği bilimsel olmayan kitaplar, bilim raflarında hem de en çok satanlar bölümünü işgal ediyor. 1970’lerde yazılan iki kitabı anımsayacaksınız: Fritzof Capra’nın yazdığı Fiziğin Taosu ve Gary Zukav’ın yazdığı Danseden Wu Li Ustaları. Leon Lederman’ın dediği gibi, her iki kitapta da iyi fizik yazıları olsa da yazarların buradan sıçramaları bilim dışıdır. Örneğin Zukav, çift yarık deneyinde parçacıkların hangi yarığın açık olup olmadığını “bildiğini”, parçacıkların “organik” göründüğünü söyleyebilmiştir. Yine Capra yapı taşlarının “mekanistik tablosunun terkedilmesi” gerektiğini öğütlemeye kadar vardırmıştı işi. Fakat giderek bu yoldaki çabalar, azalacak yerde arttı. Üstelik ülkemizde bile bu çılgınlığın ne kadar arttığının farkında değiliz. Bazı kitapların adlarını veriyorumKuantum Yaşam Mucizesi İçin 5 Adım, Kuantum Düşünce Tekniği, Kuantum Beyin, Kuantum Koçluğu İle Düşünceleriniz Nasıl Değişir?, Kuantum ve Kuran vb... Bu son örnekte şöyle deniyor: “Kuantum Fiziği’nin temel önermeleri, Kuran’da ulaşılmaya çalışılan mesajla bire bir örtüşüyor. Örneğin sadece Fatiha Suresinin anlamını çözmek, bütün dünyanın bir hafta bayram yapmasına neden olabilir.” Tahmin edersiniz, ben, kuantum teorisini bu derece derin (!) yorumlayacak bilgi ve beceriye sahip değilim. Bu kitaplarda bilimin kanıtlanmış ve kuantum parçacıklarıyla ilgili olguları, el çabukluğuyla, mantıksal bir atraksiyonla bilim dışındaki konulara bağlanmaktadır. Kuantumun bu derece hayatımızın içine girip, zihnimize girmemiş olması şaşırtıcı. Peki bu durumu nasıl açaklayacağız? Eğitimle mi? Eğitim, büyük bir güç, fakat her iki yönde de görebilir: Onunla iyi şeyler kadar kötü şeyler de öğretilebilir. Üstelik, kötü şeyler dedidiğimiz şeyler insanoğlu için daha basit ve çekici olabilmektedir. İnsanoğlunun doğuştan bilime meraklı olduğu yolundaki görüş, hiçbir deneysel temele dayanmıyor.

Bilime ve teknolojiye duyulan ilgisizliğin, temelde zihinsel bir tembelliğe dayandığını düşünüyorum. Örneğin doğa yasaları, sağ duyudan uzaklaşan özellikleri sahiptir. Bugün bile Dünya’nın Güneş çevresinde döndüğünü anlamayan insanlar var. Mikrodünya sezgi karşıtıdır. Kuantum mekağini 1920’lerin ortalarından itibaren Einstein’ın itirazlarına karşı savunmada öncü rol oynayan büyük Bohr bile “kuantum kuramıyla şoka girmeyen kimse” ona yaklaşamaz demişti. Kuantum kuramının ikinci kuşak öncülerinden, kuantum elektrodinamiği (QED) denen kuramın yaratıcılarından Feynman “kuantum kuramını, ben  anlayamıyorum, kimse anlayamıyor” demişti. Bunu söylerken anlatmak istedikleri, teorinin anlaşılmazlığı değil, “neden” parçacıklar dünyasının davranışları böylesine garip sorusunun yanıtını bilmediklerini söylüyorlardı. Yoksa kuantum teorisi, anlaşılabilir bir teori olmanın ötesinde bugün dev bir teknoloji haline gelmiştir. Yine de Asimov’un dikkat çektiği gibi, Kopernikle başlayan doğru bilginin yanlış bilgiyle savaşı, henüz tüm yönleriyle kazanılmış değildir. Sahte bilim ya da bilime düşmanlık, aslında uygarlığı tehdit eden bir hastalıktır. Physical Review adlı ünlü bilim dergisinin bir sekreteri, abuk sabuk makalesi yayımlanmayan bir adam tarafından vurulup öldürülmüştü. Uygarlığı tehdit eden bir sürü sorun var. Bunlar içinde en öldürücü olanın bilim düşmanlığı olduğunu sanıyorum.

Neden Şairlere?

O zaman ilk olarak şu soruyu soracaksınız: Neden yalnızca şairlere kuantum mekaniği? Bunun için birkaç nedenim var. Birincisi, bu makaleye ilgi çekici, havalı  bir başlık bulmam gerekiyordu.  Bir de ne göreyim dünyanın en büyük parçacık hızladrıcılarından olan Fermilab’ın yöneticisi, Nobel Ödüllü Leon Lederman da aynı adla kitap yazmış! Hey Tanrım, yine geç bıraktın diye haykırdım. Kitabı Internette görmesem isimde öncelik hakkı için dava açacaktım; ama bu durumda kayebedeceğim açık olduğu için vazgeçtim! Tek tesellim, bu adı Lederman’ın tescil ettirmemesi. Bir de Tanrı’nın matematik yapmadan konuyu anlatan profesyonel bir bilimciyi affettiğine göre benim gibi bir amatörü haydi haydi affedeceğinin açık olması! İkincisi, hedef kitleyi belirlemem ve oldukça sınırlı tutmam gerekiyordu. Kuantumu böylesine hayatına sokmuş bir toplumda herkese anlatmaya kalkarsanız karizmanız kolay çizilir. Zaten bizim burada anlattıklarımız, matematikten arınmış, tarihsel satır başları; ama yine de kavramları somutlamaya çalışacağız.  Üçüncüsü, şairler, ince ruhlu, hoşgörülü, hayal gücü yüksek insanlardır. En azından bir dize oluşturmak için sizi dinlerler. Kuantum nesnelerinin davranışını anlamak da bir hayli hayal gücü gerektirir. Şairlerde de olan hayal gücü. Bundan cesaret alarak böyle bir yola başvurdum.

Bilim adamlarının çoğu konuşma yaparken, yazı yazarken şairlerin dizelerinden yararlanır. Bu, bilimcilerin ne kadar işbirliğinden yana ve rakiplerinin bile düşüncelerinden yararlanma eğiliminde olduğunu gösterir. Bunun çok somut örneklerinden biri büyük fizikçimiz Feza Gürsey'dir (1921-1992). Gürsey, konuşmalarını yaparken Ümit Yaşar Oğuzcan, Fazıl Hüsnü Dağlarca, Muhyiddin Abdal ve Nesimi gibi bir çok şairden dizeler okurdu. Sitemizdeki "Feza Gürsey Demişti ki"  başlıklı makaleye bakınız.

Bu yazıya başladığım zaman şairlerin kuantum mekaniğine ne kadar ilgili duyduğunu bilmiyordum. Biraz kitap karıştırınca ve Internette dolaşınca gördüm ki şairler de kuantum sorununa büyük ilgi gösteriyor. Bırakın ilgilenmeyi, kuantum şiirleri yazıyorlar. O zaman daha da keyiflendim, çünkü boş sıralara ders anlatmayacaktım. Belki ders anlattıkça sıralar boşalır; ama son dinleyici de sandalyasinden kalkıncaya kadar bir şeyler söyleyebilirim. Gerçi bu konuda şiir yazan arkadaşların şiirleriyle konuyu örneklemeye kalkmak çok daha mizahi olurdu, bu da dinleyiciyi salona mıhlardı; ama ben biraz daha zorunu seçeceğim, doğayı kendi şiir anlayışı içinde tasvir eden eski kuşaklardan örnekler vereceğim.

1. Şiir ve Matematik

Şairlerle kralların ortak bir yanı var mı bilmiyorum; ama kralların kralı Büyük İskender’e yakıştırılan bir öykü vardır. Bu uzak görüşlü, hırslı fatih, Aristo’dan ders alırken zamanının aritmetik ve geometri derslerine bir türlü kafası yatmaz. Aristo’ya bunu öğretmenin daha kolay bir yolu olup olmadığını sorar. Aristo  da matematiği öğretmenin ve öğrenmenin “krallara özgü” bir yolu olmadığını söyler. Bu da tarihe geçer. Gerçi o zamandan bu yana öğretme ve öğrenme yöntemlerinde  (ve araçlarında) çok yol alında; ama öğrenenlerin sorduğu soru yaşamını sürdürüyor : “Matematiği öğrenmenin daha basit bir yolu yok mu?” (Öteki soruyu – “matematik öğrenip de ne olacak?-  duymak  bile istemiyorum!)

Matematiğin gündelik hayatta da ne kadar önemli olduğunu bir iki fıkra ile size anımsatmak istiyorum. Hani şu Amerikalı şakacı fizikçi Feynman var ya, o anlatıyor: Bir polis, lüks bir arabadaki kadını durdurur ve çıkışır: “Hanımefendi! Saatte 120 ile gittiğinizin farkında mısınız?”  Kadın, kendinden emin yanıt verir: “Saçmalamayın lütfen” der kadın “evden çıkalı daha on beş dakika oldu.” Diferansiyel hesaba mizahi bir giriş icat ettiğini düşünen Feynman, bu öyküyü anlattığı için cinsiyet ayırımcılığıyla suçlandığında şok olmuştu!

Benzer bir espri de Çinlilerle ilgili. “Her beş kişiden biri Çinli diyorlar” diyen kadına öteki arkadaşı soruyor: “Nasıl olur? Yüzlerce insan tanıyorum ve hiçbiri Çinli değil.”

En son duyduğum bir istatistik de şöyleydi. Sovyetler Birliği’nde istihbarat örgütü KGB, çok kalabalık ve güçlü bir örgüttü (tabii ki Amerika’nın CIA’sı da). Sovyetler Birliği yıkılmadan once iki arkadaş konuşarak yolda yürürken : “Yoldaş” demiş “biliyor musun bilmem ama Rusya’da şu anda iki kişiden biri polis”.  Bunun üzerine ötekisi hızla arkadaşından uzaklaşıp gitmiş!

Düş gücü (hayal gücü, imajinasyon) konusunun bilimdeki rolü, 20. yüzyıl ile birlikte matematikçilerin ve bilimcilerin dikkatini çekmeye başlamıştır. Büyük Alman matematikçi David Hilbert (1862-1943), bir gün öğrencilerinden birinin artık derslere gelmediğini farkedip niye gelmediğini  soruşturur: Öğrencinin matematiği bırakıp şair olmak istediğini öğrendiğinde : “İyi yapmış” der,“zaten matematikçi olmak için yeterli hayal gücü yoktu onda.”  Hayal gücü önemli.

Büyük matematikçimiz Cahit Arf (1910-1997) sözcüklerin yetmediği yerde matematiğin başladığını açıklıyor: “Beynimizle örgütlü bir sistem oluşturuyoruz. Fakat bu sistemi oluştururken sözcükler yetmiyor. Biraz daha ileri gitmek gerekiyor. Matematik işte burada başlar. Doğa sırf sözcüklerle organize edilmeyecek kadar zengin. Bu nedenle insan beyni takip edemiyor oluşturduğu kavramları. Bir takım sembollar kulanmak mecburiyetinde kalınıyor.”

Paul Dirac’ın ünlü “Tanrı, dünyayı yaratırken güzel matematik kullanmıştır” sözü de sık sık alıntılanmıştır. Yine Dirac: “ İnsanın denklemlerinde güzelliğin olması, onların uygun deneyinin olmasından daha önemlidir.. Çünkü ayrılık, kuramın daha ileri gelişmeleriyle aydınlatılacak olan ve hesaplama içinde uygun şekilde alınamayan en küçük özelliklen nedeniyle olabilir… Görünüyor ki insan, insanın denklemlerdeki güzelliği yakalama görüşü açısından çalışıyorsa ve insanın gerçekten güvenilir bir iç güdüsü varsa,insan sağlam bir ilerleme çizgisi üzerindedir.”

Brtinyalı matematikçi ve düşünür Bertrand Russell (1872-1970, Edebiyat Nobel 1950) de matematiğin güzelliği için şöyle demişti:  “En yüksek sanatın gösterebileceği kesin kusursuzluğa muktedir, yüce bir güzellik.”  Sonra da eklemişti:“Matematik bir sanattır… Arzu edilen şeyin sadece yaşamak olgusu olmayıp yüce şeyler üzerinde düşünerek yaşamak sanatı olduğunun anımsanmasında yarar vardır.”

Şairler, matematikten uzak durmaya çalışsa da matematikçiler, hiç bitmeyen bir aşkla kendilerini şairlere yakın hissederler ve bunu da açık açık yazarlar. İşte bunun en çarpıcı örneği. Matematik profesörü, Jerry P. King, Matematik Sanatı (1998) adlı kitabında, “Matematikçiler, şiirlerini “matematik” ile yazarlar” der. Şairler, buna ne kadar katılır bilmem ama matematikçiler, matematiğin güzelliğini ve gücünü algalamadan evren kitabının okunamayacağını söylerler. Büyük olasılıkla çoğu şair, matematikçileri birer Pithagorasçı ve Platoncu olarak etiketleyecektir. Matematikçiler, Platon’un ünlü “Dünya, Tanrı’nın insanlığa mektubudur. Ve bu mektup, matematiksel harflerle yazılmıştır” sözünü sık sık alıntıladılar. Evrene bu bakış elbette bundan yaklaşık iki bin beş yüz yıl öncesine dayanıyor; ama bunun gerçekten böyle olduğu 17. yüzyıldaki bilimsel devrimler çok daha iyi anlaşılmıştır ve devrimin zirvelerinden Galileo bunu “Doğa’nın büyük kitabı yalnızcı onun yazıldığı dili bilenler tarafından okunabilir; o dil matematiktir.”

Felsefeci Ahmet İnam, matematikçide  ve edebiyatçıda olması gereken hayal gücü için şöyle diyor: “Matematiğin bir engin hayal gücü gerektirdiğini söylüyorum. Bu anlamda matematikçinin en aşırı hayal gücüyle donatılmış edebiyatçıdan farklı olmadığına inanıyorum.” İnam, belki de hepimizin ihtiyaç duyduğu şiirin şuurunu bilimcilerden ve teknokratlardan da bekliyor: “ Şiirin şuuruna sahip olmayan akıl, bilim de yapsa, teknoloji de üretse eksiktir.”   

Evet, matematik ve şiir hakkında bu kadar yeter. Neden matematiği bilimden ayırdık ve ona öncelik verdik? Çünkü matematik, bizim anladığımız doğa bilimi anlamında, bir bilim değildir; ama bilimin “dil”idir. Bu dilin kullanılmadığı görüşler, bilimin dışında kalır. Göreceğimiz gibi bilim , gözlem ve deney üzerine kuruludur. Bu da ölçmeyi içerir: kütlesi, hacmi, enerjisi, hızı, momentumu, yapısı, yoğunluğu vb…

Biraz da  şairler ve bilimcilerden söz edelim.

2. Şiir ve Doğal Bilim

Şairler de doğa, çiçek, böcek, ışık, renk,  yıldızlar ve atomlar hakkında yazıp çizmişlerdir. Önce büyük bir şairimizin şiir-doğa ilişkisine göz atalım. Fazıl Hüsnü Dağlarca (1914-2008)  şöyle diyor:

“Şiir, sözcüklerle yaratılan bir gerçek... Ozanlar, şiir biçimindeki başarıya erişirlerken, doğanın bir ağacı gibidirler. Topraktaki binlerce yıl yaşamış güneşin binlerce aşamasından geçmiş o verime, berekete erişirlerken adandıkları ölçüde doğadırlar. Şiir, doğanın sözcüklere dönüşmüş güzelidir, açarıdır.”

Sözcüklerle yaratılan gerçek. Doğanın ağacı. Ve doğanın sözcüklere dönüşmüş güzeli, açarı. Herhalde buradaki ‘sözcükler’ yerine ‘denklemler’ konursa ‘şiir’ ve ‘bilim’ dünyası arasında aşılmaz duvarlar olmadığı kolayca görülür. Belki matematik, şiirin bir alt kümesi, yoksa tersi mi? Belki de bunlar bir küme oluşturmaz.

Bilimsel çalışmada hayal gücünün oynadığı role ilk değinen kişinin yirminci yüzyılın en büyük filozofu Karl Popper (1902-1994) olduğu bilinmektedir. Einstein da “yaratıcı hayal gücü olamadan” bilimsel çalışma yapılamayacağının altını açıkça çizmiştir. Tamam o zaman yaratıcı hayal gücü konusunda şairlerle matematikçiler ve bilimciler arasında “benzerlik” olduğunu görebiliyoruz. Fakat bu benzerlik, çok ileri götürülemez. Bir kere ikisi de Tanrı vergisi zekaya sahip olsa bile  yaratıcı hayal gücünü kullanırken sahip olmaları gereken arkaplan ya da kültür aynı değildir. Açıkçası, artistik yaratıcılıkla bilimsel yaratıcılık aynı değildir. Bilimcinin dayanmak zorunda olduğu, bir bilimsel birikim vardır.  Artistik yaratıcılıkla bilimsel yaratıcılık, çok temel düzeyde, yazma ya da ifade etme düzeyinde eşit sayılabilir. Ama ikisinin backroundu aynı değildir. Üretimi de aynı değildir. Şair olan arkadaş, bir Homeros, bir Dante, bir Shakespeare, bir Nazım ya da bir Tagore okumadan şiir yazabilir. İşte buna bir ayrıcalık derim. Ama bizim bilimci diyeceğimiz kişi, tezi hiç ilgilendirmiyor olsa bile Kepler yasalarını ya da  Coulomb yasalarını bilmesi gerekir. Bir şaire diyelim ki “Dante kim?”  diye sorulduğun da “O da kim?” sorusuyla karşılık verse, kimse onu yadırgamaz; ama bir fizikçiye kazara tez hocası ya da öğrencisi “Newton kim?” diye sorduğunda hiç olmazsa “ Ha o mu, F= ma’dır, bilmiyor musun?” yanıtını vermek zorundadır. Şairlerin çok bilgisiz ve ilgisiz olduğu sanılmasın diye şunu da eklemek isterim. Pek çok fizikçiye ya da fizik öğretmenine “Feza Gürsey kimdir?” ya da “Cahit Arf’ın mesleği nedir?” diye sorsanız,  büyük olasılıkla  “100 büyük Türk’ten 99.ve 100. sü” ya da “Onlar mı? Divan şairidir” yanıtını alabilirsiniz. Çünkü bilmek zorunda oldukları çok şey vardır, onlar da bazen bilemeyebilirler!

İkinci olarak, şair, bireysel çalışır ve üretir, o bir tür “bir kalem ve bir kağıtla” çalışan  teorik bilimciye benzetilebilir; ama şairin işi dizeleri yazdıktan sonra sonuçlanmıştır; ama bilimcinin ortaya koyduğu “şiir”, deneyin eleklerinden geçmedikçe sonuçlanmış sayılmaz. Bilimci dörtlüğünü, düşünsel bir deneyle de olsa desteklemek zorundadır. Düşünsel deney demek, hayal gücünün zirvelere tırmanması demek. Bunun ilk büyük öncüsü Galileo, sonraki heybetli öncüsü ise Albert Einstein’dır. Galileo’nun eğik düzlem ve Piza kulesi deneyleri, sürtünmenin sıfır olduğu yolundaki deneyleri,  hayal gücü deneyleridir. Onun hayatını sitemizden okursanız ne büyük bir yaratıcılık içerdiğini daha iyi göreceksiniz. Einstein’ın düşünsel deneyleri ise hem nicelik hem de nitelik olarak daha üst düzeydedir. Einstein, evrenin en yüksek hızı olan ışık hızında gidilseydi kütlenin, zamanın ve uzayın nasıl değişeceğini düşlemiş ve buradan düşünce dünyamızda derin değişikler doğrucak sonuçlar çıkarmıştır. Bizi Öklit’in iki boyutlu dünyasından öte geçmeye zorlamış,  üç boyutlu küresel dünyasıyla yüzleştirmiştir. Hemen ekleyelim. Hem Galileo’nun hem de Einstein’ın düşünce deneyleri, sonradan gerçek deneylerle doğrulanmıştır.

Üçüncüsü, bilimcinin üretimi, kısa süre sonra toplumun malı haline gelir. Şairin şiirini, mermerden yapılmış harikulade bir esere benzetirsek, bilimcinin şiirini sürekli bakımdaki muhteşem bir katedral gibi görebiliriz. O, sürekli onarımdadır, eskiyen taşları değiştirilir, dökülmüş boyaları yenilenir vb. Bir insanın elinden çıkmış olsa bile pek çok insanın katkısıyla yoluna devam eder. Bilimin toplumsallaşmasının bir yönü bir çok insanın onun onarımına katılmaysa, ikinci yönü onun uygulamaya konarak teknoloji halinde yeniden toplumsallaşmasıdır. Kuantum mekaniği tam da böyle bir bilimsel yaratıdır. Konuya girmek için ayak sürüdüğümü düşünmeyecek olsanız devam edeceğim; ama artık konuya girmek zorundayım. Bu konuda makalenin sonunda bir iki sözüm daha olacak.

Evet şimdi gelelim kuantum konusuna.

3. Herkes İçin Kuantum Teorisi

Okur sayısını çoğaltmak için başlığı comertçe genişlettim. Kuantum teorisi, 20. yüzyıl başında doğdu. Öncelikle buradaki teori (kuram) sözcüğünü, gündelik dildeki anlamında değil, yasalar, ilkeler ve varsayımlar (hipotezler) içeren kapsamlı bir açıklama anlamında kullandığımızın altını çizelim. Görüyorsunuz, anlaşmak için çok çabalamamız gereken konu var! Teorinin doğuşunda ışık-madde, ışık-elektrik ilişkilerinde görülen deneysel verileri açıklamada eski teorilerin yetersiz kalması etkili olmuştur. Klasik ışık teorisinde anahtar problem, ışığın enerjisinin neye bağlı olduğudur. Klasik elektromanyetik ışık teorisine göre dalgadaki enerji yalnızca onun genliğine bağlıdır. Genlik, kısaca dalganın yüksekliğidir. Bir elektromanyetik dalga için  elektrik alanın kuvvetidir. Bir su dalgası için, dalganın denizden yüksekliğidir (bir kayığın su dalgası geldiğinde inip kalkarken aldığı mesafe, genliğin iki katıdır). Bu eski teoriye göre bir dalganın enerjisi, onun renginden (yani dalga boyundan) bağımsızdır. Bu mantığa göre aynı genlik ya da yoğunluktaki mavi ve kırmızı ışık, aynı enerji içeriğine sahiptir. Sönmekte olan bir ateşin (odun veya kömür ateşinin) kırmızı kırmızı parladığını anımsayınız. Soğuyan kömürlerin her sıcaklıkta kırmızı ışık kadar mavi ışık da yayması gerekir. Çünkü bunların enerjileri aynıdır, yoğunlukları farklıdır!

Bu sorunları üç başlık halinde topralayabiliriz:

i.  kara cisim ışıması,

ii.  fotoelektrik olay,

iii. atomların kararlılığı.

Vaktiniz varsa bunlardan söz edeyim. Haa yok mu, o zaman size yalnızca sonuçlardan söz edeyim. Meraklı olanlar sitemizdeki Kuantum Kuramı bölümüne başvurabilir.

Enerji, kuantumludur.

Soruyu şöyle ortaya koyabiliriz: Madde, atomlu yapıdadır; bir elementin temel birimi atomdur. Acaba enerji ve onun bir bileşeni olan ışık, sürekli midir, yoksa belirli birimlerden mi oluşur?

 

alt

Büyük Alman fizikçi Max Planck (1858-1947, Fizik Nobel 1918) kuantum kuramının kurucusudur ve bilimcilerin “sezgiye dayanan canlı bir hayalgücü olması gerektiğini, çünkü yeni fikirlerin, sanatkarca bir hayalgücünden doğduklarını” savunur. Işığın enerjisinin ışığın şiddetiyle arttığına inanılan bir ortamda, bir sürü parlak fizikçinin yaşadığı bir zamanda, ışığın enerji paketçikleri halinde yayıldığı görüşünü ortaya atmak, elbette bir hayal gücünün ürünüydü. Fakat Planck’ı dürten şey, deneylerle ortaya çıkan sonuçların zamanın fizik teorileri ile açıklanamamasıydı. Yani oturup üç beş satır döktürmek için değil de ortadaki bir sorunu (deneyle teori arasındaki çelişkiyi) çözmek için hayal gücünü kullanmak zorundaydı. Sorun, kara cisim ışıması adıyla bilinir. Kara cisim, üzerine düşen radyasyonun tamamını soğuran cisim demektir. Kara delik, bunun daha canavarlaşmış, çevresindeki maddeleri ve her şeyi yutan anlamındadır. Kara cisim, soğukken kara/siyah görünür. Orta sıcaklıklarda demir kırmızı parlıyor, fakat sıcaklık yükseltilince renk mavi-beyaza dönüyordu. Başka sözlerle sıcaklık yükseldikçe ışığın zirve şiddeti, kızıl ötesinden kırmızıya, sarıya, maviye doğru hareket ettiği anlamına gelir. Zirve mavi olduğunda o kadar çok başka renk yayılır ki sıcak cisim gözlerimize beyaz görünür. Bu haldeki cisme akkor deriz. Planck, Maxwell-Newtoncu denklemleri kullanarak yaptığı ayrıntılı hesaplar, demirin her sıcaklıkta mavi renkte parlaması gerektiği sonucunu veriyordu. Düşük sıcaklıklarda soluk mavi, yüksek sıcaklarda parlak mavi renk gözlenmeliydi. Oysa öyle değildi. Bilimciler buna “mor ötesi felaket” diyorlardı. Yani doğa başka bir şey söylüyor, eski teori başka bir şey söylüyordu. Planck, Maxwell’in ışık teorisinde büyük bir problem olduğu anladı ve gözleme uyan bir çözüm arayışına girdi ve sonunda kuantum mekağini denen yeni bir anlayışın kapılarını açtı.

Problemi ışığın enerjisi, onun şiddetiyle değil, frekansıyla doğru orantılıdır diyerek çözdü ve bu sözleri E=hf şeklinde özetledi. Yani hayal gücünün imzası bir denklem oldu; ama verilerle uyuşan bir imzaydı bu. Burada E, fotonun enerjisi, f frekansı ve h ise Planck sabiti denen orantı kat sayısıdır. Frekans, ışığın hızının dalga boyuna bölümüdür. Yıl 1900 ve işte kuantum teorisi, bu denklemle doğdu (Fizikçi Ömür Akyüz’ün deyimiyle küveze düştü). İlk bakışta Planck’ın çözümü, sıcaklık problemine bir çözümmüş gibi görünür; ama onun daha çok problemi çözdüğü anlaşıldı. Sonradan şöyle demişti Planck : “Hayatımın en yoğun çalışma döneminden birkaç hafta sonra karanlık bitti ve yeni, hayal edilemeyecek yeni bir görüntü aydınlamaya başladı.” Böylece kuantum teorisi doğdu işte.

Planck, h’nin sayısal değerini, eldeki verilere uydurarak bulmuştu. Bulduğu sayı, bugün doğrusunu bildiğimiz sayıdan yanızca yüzde birkaç farklıydı. Planck sabiti, kuantum teorisinin temel bir sabiti olması yanısıra, yayılan enerjiyi frekansa bağla bağlayarak orjinal rolünün çok ötesine geçmiştir. Buradan bir başka gerçeğe de ulaşmış oluyoruz. Isı bir enerji türüdür ve bu yüzden ışık yayan bir cismin enerjisi sıcaklığıyla sınırlıdır Nesne ne denli sıcaksa o kadar fazla enerji sağlanabilir. Klasik kuramda bu enerji, farklı dalga boylarında eşit olarak dağıtılmıştır. Oysa bu denklemden de anladığımız gibi Frekans dalga boyu ile kers orantılıdır; kısa dalga boyları (yüksek frekanslar) daha fazla enerjilidir.

Planck sabiti, Schrödinger denkleminde, Belirsizlik ilkesinde, parçacıkların spinlerinde hep karşımıza çıkar. Bu sabit, sıfır değildir; ama çok küçüktür. Eğer fiziksel bir sistemin hareketleri çarpıldığında h’ye yakın ya da ondan az değerler üreten enerji va zaman ölçekleri (ya da uzaklık ve momentum ölçekleri) düzeyinde ise kuantum parçacıklarıyla yüz yüze olduğumuzu söyleyebiliriz.

 

alt

Aradan yalnızca beş yıl geçince sahneye Albert Einstein (1879-1955, Fizik Nobel ) çıktı. Einstein yalnızca o yıl, her biri Nobellik beş makaleye imza attı. Bizim konumuzla ilgili olanın adı “fotoelektrik olay”dır. Bu, kısaca ışığın metal yüzeyinden elektron sökmesinin adıdır. Bu olay, günümüzde televizyon kameralarının ve dijital kameraların temelidir; burada ışık, elektrik sinyaline dönüşür. Deneylerde karşılaşılan sorun şöyledir: Gök kuşağını oluşturan renklerden mor ışık, metal yüzeyine düşer düşmez elektron sökerken ne kadar şiddetle olursa olsun kırmızı ışık elektron sökemiyordu.  Sönük mavi ışık bile bir kaç tane de olsa elektron sökebiliyordu. Bunun beklenmeye bir şey olduğunu bir kere daha hatırlatırım. O zamanın ışık teorisine göre şiddetli kırımızı ışık, mor ışıkla aynı enerjideydi. İkinci bir şey daha vardı. Mavi ışık olsa bile elektronun sökülmesi için bir eşik enerjisi (veya eşik dalga boyu) gerekiyordu; oysa o zaman için böyle bir eşik frekansı olmasının bir anlamı yoktu. Einstein, sorunun çözümü için Planck’ın “enerji paketçikleri” kavramını kullandı. Atomlardaki elektronlara enerji paketçiklerinin çarptığını düşündü. Bu enerji paketçikleri sonradan foton adını alacak ve biz ona yeni teorinin hatırına ışığın kuantumu adını koyacağız. Işığın fotonları, elektronlara çarpmaktaydı. Eğer fotonun enerjisi bir elektronu metalin dışına atmak için yeterli değilse, o zaman ne kadar çok foton kullanırsak kullanalım, fotonlar elektron koparamıyordu. Yoğun kırmızı ışığın durumu buydu. Oysa mavi ışığın fotonları, yüksek enerjiliydi ve elektrona çarpan her mavi ışık fotonu onu metalin dışına atabiliyordu.

Planck, enerji paketçikleri (foton) kavramını keşfeden olmasına karşın, kavramı kullanmakta oldukça temkinliydi. Zekiydi ve profesörceydi. Kırklı yaşlarındaydı;ama minyon bir görünümü vardı. Bir keresinde konferansının hangi salonda olduğunu unuttu ve bölüm ofisine uğradı: “Lütfen bana profesör Planck’ın bugün hangi salonda konferans vereceğini söyler misiniz?”diye sordu. Ofis memurundan aldığı yanıt şuyleydi: “Oraya gitme genç adam. Bizim derin bilgili Profesör Planck’ımızı anlayamayacak akadar gençsin.”

Fikri devrimciydi; ama kendisi oldukça özenli bir reformcuydu. O zaman 26 yaşındaki Einstein ise çok daha ataktı ve anlatımları da kristal berraklığındaydı: “Burada gözönünde tutulması gereken varsayım uyarınca bir ışık ışınının enerjisi” diye yazmıştı “gittikçe artan bir uzay boyunca kesintisiz dağılmaz, uzayda lokalleşmiş halde yer alan, bölünmeksizin hareket eden ve ancak tam birimler halinde üretilip emilebilen sonlu sayıda enerji kuantumundan oluşur.”

Burada ışık enerjisiyle ilgili tanımlama çok açıktır. Işık ışınları enerji kuantumlarından oluşur ve biz bu enerji kuantumlarına foton deriz. Einstein da hayal gücünü kullandığı açıklamasını bir denklemle ortaya koymak durumundaydı ve o da öyle yaptı. Fotoelektrik deneylerinde gözlenen sonuçlar, kuantum (foton) kavramıyla açıklanabiliyordu. Başka sözlerle  bir kaynaktan çıkan ışık, sayılabilir her biri hf enerjili fotonlar halinde yayılır ve başka bir madde tarafından da bu şekilde soğurulur.

Atomların Kararlılığı

Atomda pozitif yüklü bir çekirdek ve onun çevresinde dönen elektron modeli, Güneş sistemine benzeyen zarif bir model gibi dursa da bu yapıdaki atomların kararlı olamayacağı açıktı. Çünkü çekirdek çevresinde dönen elektron, sürekli enerji yitirmeli ve bir süre sonra çekirdeğin üzerine düşmeliydi. Oysa atomlar bütün kararlılığıyla ortadaydılar. Her elementin tıpkı insanlardaki parmak izi gibi ayırt edeci çizgisel bir spektrum veriyordu. Bohr spektral çizgiler konusunda şöyle demişti: “İnsan tayfların mucizevi olduğunu düşünür. Ama oradan ilerleme kaydedilemez. Tıpkı kelebeğin kanadında olduğu gibi renkler çok düzgündür filan. Ama hiç kimse kelebeğin kanadının renklerinden biyolojinin temelini anlamayı düşünmez.” Ama yine de hidrojenin spektral çizgilerinin yani kelebeğin kanadının renkleri Bohr’a hayati ipuçlarını sağladı.

 

alt

İşte 1913 yılına geldik ve sahnede kuantum teorisinin filozof fizikçisi, Danimarkalı  Niels Bohr (1885-1962, Fizik Nobel 1922) var. Tahmin edeceğiniz gibi Bohr, atom spektrumlarını, elektronların kuantumlu enerjiler almasına bağlayarak açıkladı. Bohr’un 12 yıl kadar sürecek destansı açıklaması için atomla ilgili bir iki noktayı anımsatmamız gerekiyor. J. J. Thompson 1898’de atomun en küçük parçacığı olan negatif yüklü elektronları keşfetmişti. 1911’de Ernest Rutherford, her atomda pozitif yüklü, çok yoğun ve çok küçük hacimli bir çekirdek bulunduğunu kanıtlamıştı. Bohr, kuantum teorisini, çekirdekli atomu açıklamak için kullandı. Burada çok kısaca Rutherford’un çekirdekli atom modelinden söz etmeliyiz, yoksa Bohr kuramını anlayamayız. Rutherford’un 1911’de açıkladığı atom modeli, Güneş sistemine benzetilmekteydi. Güneş sisteminde Güneş ve gezegenler arasındaki çekim kütlesel, atomda çekirdek ile elektronlar arasındaki çekim elektrikseldi. Elektriksel çekim kütle çekime göre olağanüstü büyük bir çekimdir ve elektronların çok kısa bir zaman içinde çekirdeğin üzerine düşmesi gerekir. Bu durumda atomların kararlılığından söz edilemezdi. Oysa madde ortadaydı ve kararlı atomların varlığı bir gerçekti. Bohr, En basit atom olan hidrojeni seçti. Klasik fizikte hiçbir şeyin hidrojen atomundaki elektronun yörüngesinin yarıçapını belirleyemediğini saptadı. Bunun üzerine eskiden beri bilinen spektrum çizgilerinin değişen yarıçaplar (yörüngeler) dizisine karşı geldiğini düşündü. Atomlarda ancak belirli yörüngelerin mümkün olduğunu ve bu çok özel yörüngelerde elektronun ışık yaymadığını ileri sürdü. Bunlar, mantıklı ama çok aykırı cüretkarca düşüncelerdi.

Hidrojenin çekirdeği, bir protondur, onun çevresinde de bir elektron vardır. Bohr, hidrojendeki elektronun bir araba vites kutusundaki vitesler gibi ancak belirli vitesler pardon enerjiler alabileceğini düşündü. Bir nolu vitese temel enerji durumu adını verdi (K düzeyi). Elektrona ışık verirsek, bir foton bir elektronu ikinci enerji düzeyine ya da üçüncü enerji düzeyine... vb çıkarıyordu. Enerji atlama aralığı fotonun enerjisine bağlıydı. Böyle enerji almış atoma uyarılmış atom dendi. Uyarılmış atoma enerji vermeyi kesersek, yüksek enerjili elektron, tıpkı merdiven basamaklarından düşen top gibi temel enerji düzeyine (1. vites ya da K düzeyi) kadar iniyor ve aldığı enerjiyi geri veriyordu. Enerji düzeylerindeki geçişler de fotoğraf plağında çizgiler olarak kendini gösteriyordu. Bohr, bizi ilk kez atomun içine böylece baktırdı. Bu muhteşem bir hayal gücüydü. Bohr modelinin 12 yıl kadar yaşadığını söylemiştim. Bohr teorisi hidrojeni ve bir elektronlu başka iyonları başarıyla açıkladı; ama çok elektronlu atomların söylediğimiz kadar basit olmayan spektrum çizgilerini açıklayamadı. Şairseniz kitabınızı yazarsınız, en fazla kitabınız satmaz, eleştiri alırsınız falan. Bilimcide bunlara ek olarak bir de teoriniz çöpe atılır ve siz yeniden başlarsınız.

Aradaki bazı gelişmeleri atlayacağım, yoksa bu öyküyü bitiremeyiz. 1924 yılına geldiğimizde, dünyada 1900’e yakın yıllarda doğan bir yıldızlar kümesi genel olarak Avrupa’da öğrenim görüyordu. Bohr, Kopenhag’da fizikçilerin birbirine elektrik kıvılcımları saçtığı bir enstitü yaratmıştı. Kendisi dışındaki şairleri örgütleyen büyük bir şair var mı bilmem. 1913-1925 arasında gelişen Bohr’un kuramı şimdi “eski kuantum kuramı” diye anılır. Planck, Einstein ve Bohr, her biri klasik fizikten ayrılan yolların keşfine katıldı. Planck, kara cisim tayfını; Einstein fotoelektrik olayı ve Bohr da hidrojen atomunun (ve bir elektronlu iyonların) tüm spektral çizgilerini açıkladı; bu üç büyük adam, aynı zamanda çözdükleri problemlerle ilgili formülleri yarattılar. 1920’lerin ortalarından itibaren parçacık-dalga ilişkisinin dallanıp budaklandığı yeni bir dönem başladı.

Yeni Bir Simetri

Önce bir Fransız aristokrat fizikçiden basit görünüşlü; ama derin anlamlı bir hamle geldi. İşte bu nokta tüm şairleri kuantumcu ve tüm kuantumcuları da şair yapacak açıklık ve basitlikte. Louis de Broglie, 1900 yılında Max Planck’ın ve 1905 yılında Albert Einstein’ın bulduğu iki enerji denklemini eşitlemeyi akıl etti. E= hf   ve  E=mc2. Bunlar üzerinde küçük fırça darbeleri yaparak müthiş bir sonuca vardı. Böylesi bir şeyi nasıl olup da başka insanların, hele hele Einstein’ın akıl edemediği kafama takılmıştır. Derslerimde bu noktayı anlatırken büyük keyif alıyorum ve öğrencilerimin çoğuna da bunu yaşattığımı sanıyorum. Burada ortaöğretimden tanıdığımız iki kavram daha sıkıştırırsak siz de o keyfi alacaksınız.

  Birincisi, frekans ile dalga boyunun çarpımının hıza  eşit olduğu. (c = f λ )

  İkincisi de kütle ile hızın çarpımının momentuma eşit olduğu. (p = mv)

 

Evet bunlardan çıkarılacak sonuç şu:Kütlesi m, hızı volan her nesnenin bir dalga boyu vardır. Dalga boyu, Planck sabitinin momentuma bölümüne eşittir.

  λ = h / p

Herhalde bu sonuçta yadırganacak bir şey görmüyorsunuz. Her parçacığın bir dalga boyu var! O zaman örneğin elektronun da bir dalga boyu olacaktır, fotonun da.

İşte bizi bekleyen iki dehşetli soru: Birincisi, her dalganın yayıldığı bir fiziksel ortam vardır. Su dalgası suda, ses dalgası havada yayılır; peki ışık, nerede yayılmaktadır? İkincisi, elektronun ya da başka bir parçacığın dalga boyunun anlamı nedir? Taneciğin arkasında, yanında bir dalga mı vardır? Yoksa bizim parçacık dediğimiz şeyin kendisi mi dalgadır?

Kolay olduğu için ve 1905’te Einstein’ın dahi vuruşuyla çözüldüğü için birinci sorudan başlayalım. Gerçekten ışığın nasıl yayıldığı, bir ortam gerektirip gerektirmediği basit bir deneyle gösterilebilir. Havası boşaltılmış (nasıl boşaltılacağı ayrı bir sorun) bir cam kabın içinde bir zil ve ampul yardımıyla bu deney yapılabilir. Boşlukta zil sesini duyamayız, ama ışığı görebiliriz. Demek ki ses, yayılmak için havayı gerektiriyor; ama ışık için hava gerekmiyor. Fakat fizikçilerin bu konuda ikna olması için Michelson-Morley Deneyi (1888)  olarak anılan deneyin yapılması gerekti. Bu harika bir alet tasarımıyla birlikte yürütülen dahiyane bir deneydi. Kıymetli vaktinizi almak istemem. Sonucu söyleyeyim. Bu deney, ışığın yayılması için uzayda  esir ya da eter denen bir şeyin olmadığını kanıtladı.

 

alt

İkinci soru, tartışmalarda kıyametin koptuğu noktadır. Kıyameti koparan De Broglie olmadı; ama onun görüşlerini, harikulade bir dalga denklemiyle kristalleştiren Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger oldu. Erwin Schrödinger (1887-1961, Fizik Nobel 1933),  1926 yılının başında bir denklem yazdı.  Schrödinger, kariyerine bir deneyci olarak başladı, sonradan kurama (teoriye) kaydı. Yarattığı denklem, kerameti kendinden menkul bir denklemdi, çünkü başka herhangi bir denkleme dayanmıyordu. O, Schrödinger’in beyninden çıkmış bir mücevherdi, bir ilkti. Bu denklem, bir parçacığın, belli bir zaman sonra nerede olacağıyla ilgili bir “dalga denklemi”dir. Newton’un klasik fiziğinde ve Einstein’ın özel göreliliğinde bir parçacığın tasviri için şöyle söyleriz: Parçacık, t anında uzayın x konumundadır. Bu tanım makroskopik düzeyde araba, tren, uçak, gemi, mermi, uzay aracı ya da roket için doğrudur; ama su dalga için doğru değildir. Diyelim bir okyanus dalgası için şöyle konuşuruz:  dalga yüksekliği, belli bir t zamanında ve x yerinde,  deniz seviyesine göre şu kadar metredir. Şairlere konuştuğumuz için  Schrödinger’le ilgili birkaç duygusal ayrıntıya değinmekte yarar var. O ayrıntıları anlatacağım; ama deniz ve dalgaları hakkında iki şairimizin mısralarıyla  bir soluk alalım. Bu dizeler dalga fonksiyonunu anlatmıyor; ama onu anlamak için enerji sağlayabilir.

Ömer Bedrettin Uşaklı (1904-1946) yazmış:

Gözümde bir damla su, deniz olup taşıyor,

Çöllerde kalmış gibi yanıyor, yanıyorum.

Bütün gemicilerin ruhu bende yaşıyor ,

Başımdaki gökleri bir deniz sanıyorum.

Orhan Veli (1914-1950), bakın ne diyor:

Denizden yeni mi çıkmıştı neydi,

Saçları, dudakları.

Deniz koktu sabaha kadar,

Yükselip alçalan göğsü, deniz gibiydi.

 

Deniz ve insanı böyle tasvir etmek benim de hoşuma gidiyor. Kesinlikle. Fakat bir de  hava durumunun tahmini, dalga boylarının hesabı yapılmazsa o zaman “sabaha kadar deniz kokan, göğsü deniz gibi yükselip alçalan” leydi denizlerde kaybolup gidebilir. Bilimciler, şiir yazmayı sevmediklerinden değil, size yaklaşan dalgalardan sizi korumak için uğraşırlar.

Ben Lederman’ın yalancısıyım. Schrödinger, İsviçre Alplerinde iki buçuk hafta için bir villa kiraladı ve karısını evde bırakıp yanına defterlerini, iki inci ve eski bir Viyanalı kız arkadaşını aldı. Schrödinger’in görevi belirlenmişti. Yeni bir kuram yaratması ve kız arkadaşını mutlu etmesi gerekiyordu.  Leon Lederman “ Böyle taleplere hazır değilseniz fizikçi olmayın” diye uyarıyor. Kız arkadaşını ne kadar mutlu etti bilemeyiz; ama Schrödinger, bu tatilden bir denklemle çıkageldi.

 

Yorum Farkı

 

Schrödinger, denklemin çözümüyle bulunan sonuca “dalga fonksiyonu” adını verdi. Fonksiyon, bilirsiniz bir şey belli bir hızla giderse t zamanda nerede olacağını bulmaya yarayan işlemin adıdır. Dalga fonksiyonu. Bu, nedir? Schrödinger belli bir parçacığı temsil eden dalga fonksiyonunun, uzay ve zamanda sürekli bir fonksiyon olan herhangi bir dalgaya benzediğini, ne var ki bunun reel sayılardan olmayan değerler alması gerektiğini fark etti. İşte konunun şairleri en çok heyecanladıracak noktası burasıdır. Su dalgasının genliği 2 metredir, 5 metredir, 10 metredir; yani gerçel sayılardır. Schrödinger’in denklemi ise önümüze gerçel sayıları değil de kompleks sayıları koyuyordu. Yani dalga genliği olarak 2 + 5i gibi kök eksi biri içeren sayılar veriyordu. “Reel sayı artı reel sayı çarpı i” den oluşan sayılara kompleks sayılar denmektedir. İşlemler bakımından kuantum mekaniğinde kök eksi bir, yani i, temel bir rol oynamaktadır. Bu elbette şaşılacak bir şeydir; ama son derece kullanışlı, işe yarayan bir araçtır.Nasıl olur diyebilirsiniz; ama hem Schrödinger denklemi bir gerçek, hem de kompleks sayılar birer gerçektir. Sizi uyarmak istiyorum, makrospik şeylerden arabalardan, deniz dalgasından, denizden yeni çıkmış güzelden ya da yakışıklıdan bahsetmiyoruz; kuantum parçacıklarından bahsediyoruz. Şimdi şunu görüyoruz: Kuantum mekaniksel bir parçacığın dalga fonksiyonunu asla doğrudan ölçemeyiz;

alt

çünkü biz deneylerle değeri gerçek sayı olan şeyleri ölçebiliriz. Daha tartışmanın başındayız. O kavga gürültü ortamında gençlerle birlikte çalışan bir orta yaşlı sakince devreye giriyor. Bu adam Max Born’dur (1882-1970, Fizik Nobel 1954). Max Born, Schrödinger dalga denkleminin anlamını çözen ilk bilimcidir. Born, dalga fonksiyununun mutlak değerinin karesinin bir anlamı olduğunu, bunun da parçacığın belli bir zamanda uzaydaki belli bir noktada bulunma olasılığını gösterdiği açıkladı. Dalga fonksiyonu, bu parçacığın uzayın her bir noktasında bulunma olasılığını veren bir niceliktir. Leon Lederman, Tanrı Parçacığı (1993)  adlı bilgi deposu eserinde “Schrödinger denkleminin Born yorumu” der, “Newton’dan bu yana dünya görüşümüzdeki tek en dramatik ve büyük değişiklikti. Schrödinger’in fikri tamamen kabul edilemez bulması ve böyle saçmalıklarla ilgili bir denklem icat etmiş olduğunu reddetmesi şaşırtıcı değildir.”

 

Ne oldu biliyor musunuz? Scrödinger, denkleminin bu yorumunu reddetti. Elbette Einstein da ona katıldı. Bu, tarihte ender görülen örneklerdendir. Schrödinger, daha başka şeyler de yaptı; ama denkleminin yorumunu reddeden ilk bilimci Schrödinger değil, Einstein’dır. Einstein, 1915’te genel görelilik kuramıyla ilgili bir denklem türetti. Denkleme göre evren, durağan değildi. Fakat Einstein, durağan ve sonsuz bir evreni korumak için denklemlerine kozmik sabit adı verilen bir sabit ekledi. Bu sabit uzay zamanı, aksi anlamda büküyordu. Evrensel sabitin itici etkisi, maddenin çekici etkisini dengeleyerek, evren için durağan bir çözüm yolu bulunmuş oldu. Sonra Evrenin genişlediği gözlenince, bir dehaya yakışır büyüklükle  “kozmolojik sabit, benim en büyük hatamdı” dedi.

Newton’un fiziği büyük kütleler dünyasında çalışır; atomun içinde çalışmaz. Schrödinger’in denklemi mikro fenomenler için geliştirildi. Yine de Schrödingerin denklemi makroskopik koşullara uygulandığında Newton’unkilerle aynı sonucu verir.

Burada bir başka tarihsel ironiyi anmadan geçemeyiz. Max Born, Schrödinger denkleminden elde edilen dalga fonksiyonunun olasılık yorumunu getirirken kimden esinlendi biliyor musunuz? Einstein’dan. Einstein, 1911’de fotonlarla Maxwell’in klasik alan eşitlikleri üzerine bir makale yazmıştı. Einstein bu makalesinde alan niceliklerinin fotonları daha yüksek olasılıkları olan yerlere yerleşmeye yönelttiğini öne sürmüştü.  Born’un parçacık dalga çelişkisine getirdiği çözüm basitçe buydu: elektron (ve arkadaşları) en azından araştırıldıklarında parçacık gibi davranırlar ama ölçümler arasında uzayda dağılımları dalga benzeri olasılık örüntülerini izler. Başka bir deyişle Schrödinger’in dalga fonksiyonu elektronların olası yerleşimini betimler. Bu olasılık da bir dalga gibi davranabilir. Dalga fonksiyonunun olasılık yorumunu hem Einstein, hem de Schrödinger, hiçbir zaman kabul etmediler.

 

Belirsizlik İlkesi

 

alt

Kuantum mekaniği konusunda 1927 yılında, yani Schrödinger’in denklemini keşfetmesinden bir yıl sonra bir keşif daha yapıldı. Güçlü bir teorisyen olan Werner Heisenberg (1901-1976, Fizik Nobel 1932), Belirsizlik ilkesini keşfetti. Bu ilkeye göre, bir parçacığın hızını veya uzaydaki konumunu tam bir kesinlikle belirleyemeyiz. Bunlardan birini kesin olarak ölçmeye kalktığımızda öteki son derece belirsiz olur. Belirsizlik ilkesi, kuantum teorisi konusundaki tartışmalarda en keskin dönüm noktası oldu.

Daha net sözlerle belirtmek gerekirse, momentumdaki belirsizlik ile konumdaki belirsizlik çarpımı, Planck sabitinin 2 pi’ye bölünmesiyle elde edilen değerden her zaman büyük olacaktır. Yani iki şeyin belirsizliğinin çarpımı bir sabite (h/2p) kilitli.

   Δx . Δp > h/2p

Yukarıdaki fişi ezberlemek zorunda değilsiniz. Aslında hiçbir şeyi ezberlemek zorunda değilsiniz; ama herkes benim kadar hoşgörülü olmayabilir! Şöyle anlamalıyız: Kuantum dünyasında parçacıkların kesin bir konumu ve hızından söz edemeyiz; yalnızca olasılıklardan söz edebiriz. Aklınızdan geçen soruyu duyar gibiyim (zihin okuyuculuk yaptığımı düşünmeyin): “Nasıl bu kadar kesin konuşabiliyorsunuz? Bir gün insanoğlunun sınırsız yeteneklerinin, belirsizlik ilkesinin sınırlarını paramparça etmeyeceğini nasıl bilebilirsiniz? Nereden çıkıyor bu insanın yeteneklerini sınırlama gayretleri? vb.. vb.”

Belki burada Can Yücel’in (1926-1999)  eşsiz satırlarını anımsayabiliriz:

 

Yerin seni çektiği kadar ağırsın,

kanatların çırpındığı kadar hafif.

Kalbinin attığı kadar canlısın ,



gözlerin uzağı gördüğü kadar genç,


sevdiklerin kadar iyisin.

 

Gerçekten Yer’in çektiği kadar ağırız. Sınırlarımız vardır, sonsuz bilgiye sahip değiliz. İnsanoğlu olarak, kendi kendimize övgü hep hoşumuza gider. İnsanoğlu, okşanmayı sever. Okşandıkça şişinir. Yine de belirsizlik ilkesiyle yüzleşmekten kaçınamayız. Daha güçlü araçlar yapsak da, daha zeki beyinler dünyamıza gelse de bu ilke alt edilemez. Bir nesnenin momentumunu (ya da hızını) ne kadar kesin olarak belirlersek, onun konumunu o kadar belirsiz bir şekilde belirlemiş oluruz ya da tersi. Bu duruma Einstein ve Schrödinger gibi iki büyük öncü de itiraz etmeye devam ediyordu.

 

Antimaddenin Keşfi

 

alt

Madde bilgimiz küçükten büyüğe şöyle gidiyor: Moleküller, atomlardan oluşur. Atom deyince bir çekirdek ve onun çevresinde elektronları düşünürüz. Çekirdek, proton ve nötrondan oluşur. Proton ve nötronların yapıtaşları ise kuarklardır. Antimaddenin keşfi, bilim tarihinin en önemli keşiflerinden biridir. İngiliz fizikçi Paul Dirac (1902-1984, Fizik Nobel 1933), 1928’de özel görelilikle kuantum mekaniğini birleştiren bir denklem yazdı. Deha belirtileri çok sık görülen Dirac’ın bu “akıllı” denklemi iki öngörüde bulunuyordu. Birincisi elektronun bir spine (açısal momentuma) sahip olması ve mıknatıslık üretmesi gerektiği ortaya çıktı. Elektronun yarım spinli olduğu daha önce deneylerle keşfedilmişti. Ancak bunun niçin olduğunu ve hatta bu özelliğin bir matematik teorisinden çıkacağını bilmiyordu. İkincisi, denklemin iki çözümü vardı. Biri elektronu tanımlıyordu, diğer çözüm  pozitif elektrikle yüklü yeni bir parçacığı tanımlıyordu. Yani Dirac denklemi bir simetriye işaret ediyordu. Denklem 4’ün kare kökünün hem +2 ve hem –2 olması gibi iki sonuç veriyordu. Buna göre elektronun bir antielektronu, yani pozitif yüklü bir eşi olması gerektiği sonucu çıkıyordu. Antimadde dünyasının kapısı böyle açıldı. Ancak bir noktayı eklemek gerek. Fizikçiler bile özel görelilikle uğraşmaya başladıklarında negatif kökleri saçma bularak bunların doğada bir karşılığı olmayacağını düşündüler. Hayal gücü yerini sık sık önyargıya terkeder. Aslında kuantum teorisi elektronların belli momentum değerleri için negatif belli momentum değerleri için pozitif enerji değerlerini aldıklarını öngörür. Negatif enerjili elektronun, onun olası bir kuantum durumu olduğunu söyleyebiliriz.

1932’de Amerikalı fizikçi Carl Anderson (1905-1991, Fizik Nobel 1936), Sis Odası denen parçacık yakalama odasında, uzaydan gelen kozmik ışınlardaki bu yeni garip parçacığı yakalamayı başardı ve ona pozitron adını verdi. Sonradan antinötron, antiproton  ve antihidrojen de keşfedildi. Ayrıca birçok başka parçacık ve onların antiparçacıkları olduğu anlaşıldı. Örneğin bilinen altı kuarkın, altı antikuarkı vardır. Madde ve antimadde birbirine değdi mi enerjiye dönüşüyorlar.

 

 

alt

Örneğin elektron ve pozitron birleşince foton şeklinde enerji oluşur. Korunum yasaları bu süreci sevmez bu yüzden foton geçicidir ve hemen yerinde iki parçacık örneğin bir elektronla bir pozitron yaratır. Daha seyrek olarak foton bir muonla bir antimuona ya da hatta bir protonla bir antiprotona ayrışabilir. Yok olma Einstein’ın E = mc2 sine uygundur. Bir nükleer bomba patladığı zaman kütlenin yalnızca yüzde 1 kadarı enerjiye dönüşür. Madde ve antimadde çarpışmasında ise bu dönüşüm yüzde 100 olur. Parçalanma reaktörlerinde bu sayı yüzde 0.1’dir.

Antiparçacıkların keşfi, kuantum teorisinin büyük başarılarından biridir. Dikkat ederseniz denklem, bir garip maddenin varlığına işaret ediyor; sonra o madde Sis Odasında gözleniyor.  Maddeyle temas edince enerjiye dönüşüyor. Bir kilogramlık antimadde olsa ABD’nin bir günlük enerji gereksinimini karşılayacak.

Madde baskın bir evrende yaşıyoruz. Antimadde üzerindeki teorik ve pratik çalışmalar sürüyor. Antimaddeden yararlanabileceğimiz anlaşılıyor; ama onun daha ne gibi potansiyeller barındırdığı konusu araştırılıyor.

 

4. Devlerin  “Savaşı”

alt

Bu “savaş”, kovboyların, bizim tarihte okuduğumuz kahramanların yaptığı savaşlardan çok daha büyük bir savaştır. Bu bir savaştır, çünkü birinin dediğini öteki kabul etmemektedir; iki bu bir kansız, intikamsız, eşsiz bir savaştır; çünkü modern uygarlığın gelişiminde bu iki kahraman ekibin ikisinin de katkısı olmuştur. Anlatım kolaylığı için cephenin komutanlarını Einstein ve Bohr olarak anmak istiyorum. Bu çatışmayı anlatmak için kitaplar gerekir. Şöyle kuş bakışı birkaç noktaya değinelim.  Einstein, daha 1927’de itirazlara başladı. Olasılık yorumuna karşı, determinizmi savunmak için “Tanrı, zar atmaz” cümlesini bulmuştu, onu sonraları da sık sık kullandı. 1930’da kutudaki saat deneyiyle  Bohr’un karşısına çıktı. Bohr, onu uykusuz bir geceden sonra çürüttü. O, yılmadı. 1935’te yanına iki genç bilimciyi de alarak ünlü EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) makalesini kaleme aldı. Einstein’ın bu süreçte  korumaya çalıştığı şey “nesnel gerçek” kavramıdır. Yine 1935 yılında Schrödinger, ünlü kedi deneyiyle kuantum mekaniğinin saçma sonuçlara gebe olduğunu ileri sürdü. Nesnel gerçek, bir şeyin bizim bilincimiz ya da ölçümümüz dışında var olmasıdır. Örneğin biz ister bakalım, ister bakmayalım Ay, hep vardır, Güneş hep vardır gibi. Biraz sonra bunun üzerinde düşünülmesi gereken bir konu olduğunu göreceğiz. Bunun için kuantum mekaniğinin olasılık yorumu ve belirsizlik ilkesi onu rahatsız etmiştir. Bu konunun sizin de ilginizi çekeceğini düşünürek üzerinde durmak istiyorum.

Çok küçük bir şeyi incelemek istediğimizde, bu nesneden çok daha küçük bir sondaya gerek vardır. Badana fırçasıyla minyatür çizemezsiniz. Bu durum, mikroskopta da geçerlidir; sondanın dalga boyu incelemek istediğiniz nesneden daha küçük olmalıdır. Görünür ışığın dalga boyu yaklaşık 5x10-5 m = 0.00005 m’dir. Laboratuvarlarda kullanılan normal mikroskoplar bu uzunluk ölçeğinden daha küçük nesneleri ayırt edemez. Elektronlar hızlandırıldıklarında daha küçük dalga boyuna sahip olabilirler. Elektron mikroskopları ilke olarak yüksek hızda (yüksek momentumda) elektron kullanılmasına dayanırı. Elektron mikroskopları, çok küçük bölgeleri normal mikroskoplardan çok daha berrak şekilde gösterir. Günümüzde parçacık hızlandırıcıları ve dedektörleri çok daha ayrıntılı sondalar durumundadır. Bütün bunlar parçacıkların dalga özelliğini ortaya koymaktadır. Tartışmanın özü parçacık-dalga ikiliğinin yorumundan kaynaklanmaktadır. Klasik mantığımaz göre bir şey ya dalgadır, ya parçacık; ikisi de olamaz. Onun için klasik resimde “parçacığa eşlik eden dalga” düşüncesi vardır. Oysa kuantum dünyasında bir parçacık, bazen dalga gibi davranır. Kabullenilmesi zor olan durum işte budur. Fakat bu durum, artık kanıtlanmıştır. Örneğin elektron, bir parçacıktır; Geiger sayaçlarında onları tıkırtılarından tek tek sayabiliriz. Öte yandan elektron, kristallerden geçince kırınım oluşturur; çift yarık deneyinde girişim desenleri oluşturur; elektron, bir dalgadır. Işık, benzer şekilde hem foton adını verdiğimiz parçacıklardan oluşur, hem de kırınım, girişim gibi dalga özelliği gösterir. Bütün bunların dalga boylarını ölçüyoruz ve biliyoruz.

Bilimciler, 1980’lerden sonra tünelleme denen olayı yönetmeyi öğrenmişlerdir. Eğer iki maddeye aralarında çok az voltaj farkı olan (bir volttan daha az) elektrik akımı verilirse ve bu maddeler birbirlerine çok yaklaştırılırsa, maddelerden birindeki elektronlar- klasik fiziğin elektronların bir maddeden diğerine geçemeyeceğini öne sürmesine rağmen- aradaki boşluktan tünelleme yoluyla diğer maddeye geçer. Tarama ve Tünelleme Mikroskopu (Scanning Tunneling Microscope = STM) denen bu mikroskop, Zürich’teki IBM Laboratuvarlarında geliştirilmiştir. STM, aslında bir mikroskop değildir; bir katı yüzeyindeki atomların haritasını çıkarır; ama atomları gösterdiği için ona mikroskop denmiştir. Gerd Binning ve Heinrich Rohrer bu başarılarından dolayı 1986 Nobel Fizik Ödülünü paylaştılar. Tünelleme olayının bir başka uygulaması da Tünel Diodlarıdır.

 

 

alt

Bu stadyum şeklindeki bu resim, bakır  yüzey üzerindeki demir atomlarını gösteriyor. STM’nin harika bir başarısı. Artık atomları görüyoruz.

Daha çıraklık döneminde olmakla birlikte atomlara tek tek hareket ettirme ve yüzey atomları oluşturma sürecine girmiş bulunuyoruz. Tünel etkisi, çağdaş bilgisayarlar ve diğer elektronik aygıtlar için temeldir. Nanoteknoloji, büyük umutlar vaadediyor. Bilimciler, uzun süredir molekül boyutlarında mikroskopik makineler- motorlar, vanalar, alıcılar ve bilgisayarlar- yapmaya çalışıyorlar. Onların hayalleri gerçeğe dönüşme potansiyellerine sahiptir. Bu dönüşümden elbette şairler de etkileneceklerdir.

Gelelim belirsizlik ilkesinin yarattığı sorunlara. Hemen dikkatinize sunmak isterim ki belirsizlik ilkesiyle olasılık yorumu birbirine bağlıdır. Onun için isterseniz önce şu olasılık konusuna eğilelim. Bir mağazanın ya da camlı dükkandan içeri bakarken yansımanızı görürsünüz. Günüş ışınları yüzünüze geliyor, buradan bazı fotonlar cam yüzeye doğru hareket ediyor. Camın üzerinde fotonların bir kısmı içeri giriyor, bir kısmı ise camdan yansıyarak gözlerinize geliyor ve siz de silüetinizi cam üzerinde görüyorsunuz. Bunun konumuzla ilgisi ne? Bir fotonla değil de çok fotonla düşünürseniz sorun yok gibidir; ama bireysel fotonla ilgilenmeye başladığınızda soracağınız soru şudur: Ne yani foton bölünüyor mu? Hayır foton bölünmüyor. Dalga fonksiyonunun karesine göre içeri gireceklerin olasılığı yüzde 96 ve yansıyacakların olasılığı yüzde 4 olabilir. Bir foton için de olasılık budur. Foton camdan girecektir ya da girmeyecektir; hangi olayın gerçekleşeceğinin sadece olasılığını bilebiliriz; kesin sonuç belirlememiz olanaksızdır. Foton ve cam hakkındaki her şeyi bildiğimiz ve aletlerimizi süper duyarlı hale getirdiğimizde de, yalnızca fotonun camdan içeri girip girmeyeceğinin olasılığını söyleyebiliriz. Bu olasılığı bilmek, olanaksızlıkları bilmek iyi bir bilgidir.

Şimdi başka bir örnek alalım. Diyelim ki hidrojen atomundaki elektronun yerini belirlemek istiyoruz. Yani çekirdekten ne kadar uzakta olduğunu bilmek istiyoruz. Bir sayı bulacağız. Bunun için bir ölçüm yapmanız yetmez. Neden? Çünkü her ölçümün sonucu aynı değildir. Sonuçta ölçümlerinizi grafiğe geçirdiğinizde bir tepesi, yumrusu olan bir şekil elde edersiniz. Buradan dersiniz ki, elektron yüzde 90 olasılıkla şu uzaklıklarda bulunur. Teoriyle kıyaslanabilecek olan sonuç, işte bu eğridir. Schrödinger eşitliğinden dalga fonksiyonu elde ediyoruz, onun mutlak değerinin karesini alıyoruz ve işte onun öngörüsü ile deneysel sonuç birbirine uyuyor.

Benzer bir örnek, radyoaktif maddelerde ve parçacıklarda görülen yarı ömürdür. Örneğin fisyon tepkimelerinin ürünleri arasında bulunan bir stronsiyum izotopunun yarı ömrü 29 yıldır. Tek bir stronsiyum atomunun ne zaman bozunacağını asla bilemeyiz. Daha az ve daha çok başında beklemek gerekebilir; ama çok sayıda atomla yapılan ölçümler, bize yaklaşık olarak bu değeri vermektedir.

Ölçüm Sorunu

Kuantum mekaniğinde ölçüm sorunu önemlidir. Belirsizlik ilkesi bize kuantum diyarında, kütle, konum, hız ve enerji gibi birbirini tamamlayıcı ikili kavramların ancak Planck sabitinin öngördüğü kesinlikle olabileceğini söyler. Dünyamızın kuantum belirsizliğine sahip olması, Planck sabitinin sıfır olmamasının bir sonucudur.

Bunu bağlı olarak iki şeyi daha ekleyilim. Birinci olarak Schrödinger denklemi, parçacıkların nicelikleri hakkında olasılıkları verir. İkinci olarak ölçüm, ölçüleni etkiler. Fakat bu bazen eksik anlaşılmaktadır. Ölçme sorunu, yalnızca ölçme sırasında parçacığı etkilemiş olmamızla sınırlı değildir. Elektronun momentumunu ölçerken, onun üzerine foton yolluyoruz ve onun hızını değiştiriyoruz. Bu doğru; ama eksik. Şöyle anlıyor olabilirsiniz: Biz ölçmeden önce elektronun kesin bir hızı/momentumu var da biz ölçme sırasında onu değiştiriyoruz. Hayır. Biz ölçüm yapmadan önce de kuantum nesnesinin doğasında dolanıklık, karışık durumda bir nicel yapılanma var. Tamam bunu anlatmak için biraz daha gayret göstermeliyim. Görüldüğü gibi bazen söz yetersiz kalıyor.

Kuantum teorisinde parçacıkların niceliklerinin doğası gereği belirsiz olduğunun anlaşılması temel önem taşır. Klasik anlayışta, örneğin çekirdek çevresindeki bir elektronun her an belirli bir hızı, momentumu ve enerjisi vardır. Bu nicelikler bir andan ötekine değişir; ancak hızın, momentumun ya da enerjinin aynı anda iki ya da daha fazla değere sahip olması fikri yalnızca kuantum teorisinde mümkündür. Bunu şöyle anlatalım. Bu niceliklerden birini örneğin momentumu alalım. Eğer şöyle sorarsanız “bir hidrojen atomunun içinde elektronun belirli bir anda momentumu kaçtır?” Buna yanıt şöyle olacaktır: Elektron, çok sayıda momentumun karışımı halindedir. Önceden bilemeyiz. Kuantum parçacığı, biz ölçmeden önce birden çok momentumun sarmalı halindedir, yani parçacık farklı niceleklerdeki momentumların dolaşıklığı içindedir, biz ölçtüğümüz zaman, dolaşık durumdaki momentumlar arasından birini ölçmüş olurum. Her ölçümde farklı bir momentum bulmamızın gerekçesi işte budur. Ancak klasik fizikçiler ve en son klasik fizikçi Einstein, bu fikri saçma buldu. Ölçtüğümüz momentumun parçacığın ölçmeden önceki kimliğinde taşıdığı biricik momentum olduğunda ısrar etti.

Şimdi biraz da belirsizlik ilkesinden söz edelim. Bir parçacığın yeri ve hızı (aslında momentumu) ölçmelerimiz, birbiriyle ters orantılıdır. Biri hakkında ne kadar çok şey biliyorsak diğeri hakkında o kadar az şey biliriz. Schrödinger eşitliği bize iki değer hakkında olasılıklar verir. Bir parçacığın kesin bir hızı ya da kesin bir konumu olmadığı görüşü Einstein’ın dikkatini çeken çok önemli bir nokta oldu. EPR makalesinde işte bu konu ele alındı ve “kuantum teorisinin tamamlanmamış” olduğu ileri sürüldü. Daha sonra konu, 1951’de David Bohm tarafından somut bir düşünsel deney önerisi ile gündeme yeniden taşındı. Parçacıkların spin özelliğinden bahsettik. Helyum atomundaki iki elektron zıt spinlidir. Normalde bir elektronun sadece iki yöne doğru, yukarı ve aşağı yönelimli döndüğünü söyleriz. Zıt spinli iki elektron demek, aynı eksen boyuca dönüş yönleri zıt iki elektron demektir. Ancak bu spin farkı herhangi iki yönde de olabilir. Doğu-batı ekseninde doğuya yönelmiş bir elektron, eşit dalga genliği olan, aşağı ve yukarı dönüşün çakışması şeklinde düşünülebilir. Eğer bir deneyci, dönüşün yukarı olup olmayacağını belirlemek için bir ölçüm cıhazı kurarsa, yüzde 50 olasılıkla yukarı yönelime rastlayacaktır. Sayısal olarak yukarı ve aşğı dönüşün dalga genliği 0.707’dir; bunların karesi ise 0.50’dir. Bu durumda doğuya dönüşün dalga genliği 1.00, batıya dönüşünkü ise sıfırdır. “Şu anda başınızın hangi yöne döndüğünü merak ediyor olabilirsiniz. Daha kötüsü de olabilirdi. Eğer başınız bir elektron olsaydı, seçtiğiniz herhangi bir eksen üzerinde aynı anda iki farklı yönde dönerdi.” Doğu yönelimli bir elektronda kuzey-doğu ve güney –batı yönelimi de karışmış haldedir. Deneyci bunu belirlemeye yöneldiğinde yüzde 85 kuzey-doğu, yüzde 15 güney-batı yönelimi bulacaktır. Deney, aynı şekilde pek çok kere yinelendiğinde bu sonuç ortaya çıkar.

Bütün bu direnmelerde, gerçekte parçacıkların kesin bir hıza ve konuma sahip olduğu; ama bunu kuantum teorisinin belirsiz hale getirdiği iddiası yinelendi.

 Kuantum dünyasının makroskopik dünyadan en önemli farkı, ölçüm sorunudur. Bunu şöyle basit bir örnekle anlatmak isterim. Bir denize bir termometre daldırdığınızda bu, deniz suyunun sıcaklığını etkilemez. Ancak küçük bir beherdeki suya büyücek bir termometre daldırırsanız bu, beherdeki suyun sıcaklığını etkiler. Kuantum dünyasında bu özellikle geçerlidir. Çok basit bir örnek foton-elektron ilişkisidir. Elektronun hızını ve yerini belirlemek için ışık kullanmaktan başka çaremiz yoktur. Bir foton bir elektrona çarpar. Foton, elektrona çarpınca onun hızını (momentumunu) ve konumunu değiştirir. Biz, bu çarpışmadan sonraki hızı (ve konumu) bile ancak olasılık olarak belirleyebiliriz. Daha duyar ölçüm yapalım dersek, dalga boyu daha küçük ışık seçmemiz gerekir; ama dalga boyu daha küçük ışık demek daha yüksek frekanslı (daha yüksek enerjili) ışık seçmek demektir ve bu durumdaki fotonun elektrona etkisi daha fazla olacaktır. Yani elektronun hızı (veya konumu) ilk haline göre daha çok değişmiş olacaktır. Belirsizlik, deneycinin işe burnunu sokmasından kaynaklanmıyor, biz ölçüm yapıyor olsak da olmasak da dalga doğasının sonucu olarak belirsizlik vardır.

Belirsizlik ilkesi, kuantum teorisinin temel bir ilkesidir. Eğer Einstein’ın metaforunu kullanacak olursak, Tanrı bile belirsizlik ilkesiyle haraket eder.

Einstein 1955’te öldü. O sıralarda bilimciler yeni parçacıklar keşfettiler. Bunların bazılarının yarı ömrü saniyenin milyarda birinden bile çok küçüktür. Bilimciler, bu parçacıkların kütlelerinin bile sabit olmadığını gördüler. Einstein sağ olsaydı saçını başını bir kere daha yolardı. Çünkü kütle, bir parçacık için kesin bir nicelik olarak algılanıyordu. EPR ile getirilen itiraz 1964’te İrlandalı fizikçi John Bell (1928-1990) tarafından bir eşitsizlikle birlikte laboratuvara taşındı. Bell, Einstein’ın,  Bohr’un ve öteki devlerin göremediği bir şeyi görmüştü. Eğer EPR haklı ise bir kaynaktan çıkan iki parçacığın A ve B gibi birbirinden çok uzağa yerleştirilmiş dedektörlerde ölçülen sonuçların (örneğin fotonların rastgele seçilmiş eksenlerdeki spinleri) yüzde 50’den fazla uyumlu olmalıydı. Bell, bunu ortaya attığında deneyle sonucu yoklayacak teknoloji ortada yoktu; ama 1970’lerde bu teknolojiye kavuşuldu. 1982’de Alan Aspect ve arkadaşları daha incelikli deneylerle birbirine bağlı parçacıkların davranışlarını incelediler. Deney aslında A ve B dedektörlerinin sonuçlarıyla ilgili sayıyı ölçüyordu. Deney, açık olarak  parçacıklar arasında uzun mesafede de karşılıklı ilişkinin sürdüğünü, yani bu ilişkilerin doğanın bir çalışma biçimi olduğunu gösterdi.

O zamandan bu yana yapılan tüm deneyler ve kurama yapılan tüm katkılar, Einstein’ın haksız, kuantum mekaniğinin doğru olduğunu gösterdi.

Kuantum mekaniksel etkiler, aşırı derecede küçük fiziksel sistemlerde kendini gösterir. Bu küçük ölçekten kastımız, atom ve atomaltı dünyadır. Kuantum mekaniği doğanın her ölçeğinde doğru ve geçerlidir; ama atomlar dünyasına doğru yol alırken kuantum etkileri daha fazla belirgin olur. Gezegenleri, insanları, hayvanlar çok sayıda atomdan oluştukları için onların davranışlarında kuantum mekaniği etkileri görülmez. Bizim klasik fizik, ya da Newton fiziği diye andığımız kurallar, makroskopik nesnelerin ortalama davranışlarını açıklar. Fakat kuantum etkileri makroskopik ölçüklerde de karşımıza çıkabilir. Nötron yıldızları, kara delikler, süpernovalar, lazer kullanan aletler (CD ya da DVD oynatıcılar), süper iletkenlik, süper akışkanlık fenomenleri direkt kuantum etkileridir.

Bir kuantum parçacığı, örneğin foton ya da elektron, aynı anda iki yarıktan geçebilir; ama şair ruhu taşısanız bile çok sayıda atomun bileşik sistemi olduğunuz için siz geçemezsiniz, kediniz de geçemez. De Broglie’nin dalga boyu ile momentum arasında kurduğu ilişki, bir kuantum ilişkisidir. Çünkü daha önce dalga boyu ile momentum birbiriyle ilgisiz iki kavram sanılıyordu. Bizim de dalga boyumuz var mı? Evet var; ama çok çok küçük. Saniyede 1 metre hızla yürüyen bir insanın dalga boyu yaklaşık 10-35 metre. Bu öyle bir küçüklük ki bir atom çekirdeğinin boyutundan bile çok küçük. Hatırlarsanız dalga boyu ile momentum ters orantılıydı. Çünkü insanın momentumu, bir parçacığa göre çok büyük.

10 000 voltluk bir akımla hızlandırılmış bir elektronun kinetik enerjisi 10 000 elektron volt veya 1.6x10-15 joule’dür. Kinetik enerji formülünü kullanırsak elektronun hızını hesaplayabiliriz. Elektronun kütlesi, 9.1x10-31 kg dır.

Ek = (1/2 )(mv2) den v = 6 ´107 metre/saniye bulunur.

Elektronun dalga boyu için;

alt

Benzer bir hesabı bir gramın milyonda biri ağırlığındaki bir toz zerresi için (10-9 kg) yapacak olursak,

alt

Burada asıl sorun kütlemizin çok büyük olmasında. Kütlemiz, bir parçacığa göre astronomik. 66 kg’lık binsanın dalga boyunun 10-35 metre olduğunu siz de kolayca hesaplayabilirsiniz. Elektronun dalga doğası, kendi boyutlarında önemli. Onun dalga doğası her atoma bir hacim veriyor ve atomların çökmesini önlüyor.

Parçacıklar “tünelleme” etkisi gösterebilir; enerjisi yeterli olmadığı halde aşamaz gibi görünen engeli, örneğin bir atom çekirdeğini, bir aralığı geçebilir.

Bir kuantum nesnesi, aynı anda diyelim tüm momentumlara sahiptir. Tüm spin olasılıklarına sahiptir. Bunlar gözde canlandırılamaz. Merak etmeyin kimse canlandıramıyor; ama onunla birlikte yaşıyor. Kuantum parçacıklarının davranışı sezgi karşıtıdır; ama teori işlemektedir. Fizikte, kimyada, biyolojide ve astronomide çalışır. Atomlarda çalışır. Moleküllerde çalışır. Karmaşık katılarda, metallerde, yalıtkanlarda, yarı eletkenlerde, süper iletkenlerde ve uygulandığı her yerde çalışır.

5. Sanatta ve Bilimde Hayal Gücünün Ürünleri

Şairlerle biraz da onlarla uğraşarak konuşanlardan biri Amerikalı fizikçi Richard Feynman’dır. Feynman, gül konusuyla ilgili olarak bilimcilerin şairlerden daha zengin bir deneyime sahip olduğunu söyler. Herkes gibi gülü koklayaşında, gülün kokusunu aldığını, güzelliğini gördüğünü; ama fizik bilgisi sayesinde o güzelliğin altındaki moleküller, atom ve atom altı düzeydeki mucizevi görkemi de kavrayabildiği için yaşadığı deneyimin ne kadar zengin olduğunu dile getirir. Feynman, seçkin ve yaratıcı  bir fizikçi olmanın yanısıra bir yurttaş olarak da düşüncelerini açıklamaktan hoşlanan bir bilimciydi. 1963 yılında “bilimin insanın diğer alanlardaki düşünceleri üzerine etkisi”ni tartışan üç bölümlük bir konferans vermişti. Bu konferanslardan birinde bilimde ve sanattaki imajinasyon farkına şöyle değinmişti:

“İnsanların bilimde imajinasyon olduğuna inanmaması şaşırtıcıdır. Bilimdeki imajinasyon, sanattakinden farklı olan çok ilginç bir imajinasyon türüdür. İmajinasyon yapmaya çalışmadaki büyük zorluk şunlardan kaynaklanır; daha önce hiç görmediğiniz bir şey olacak, daha önce görülmüş, ele alınmış her detayı kapsayacak, o ana kadar düşünülmüş olandan farklı olacak ve daha da ötede kesin olacak ve herhangi bir muğlaklığı içermeyecek. Bu, gerçekten zor bir şeydir.”

Bilimciler elbette yaratıcıdırlar, sanatçılar elbette yaratıcıdırlar; ama onların yaratıcılıkları artistik yaratıcılığa benzemek zorunda değildir. Sanatsal yaratıcılıkla bilimsel yaratıcılık arasındaki farklılıklar bilim ve sanat arasındaki önemli farklılıkları da yansıtır. Sanatta yaratıcılığın ayırt edici özelliği son derece kişisel olmasıdır; bu yaratı, sanatçının hem fikirlerini hem de duygularını yansıtır. Bunun aksine bilimsel yaratıcılık, her zaman iç tutarlılık, doğayı anlamaya çalışma ve önceden edinilmiş bilgiyle belirlenir. Dahası bilim adamının “yaratısı” sonuçta anonimdir ve birkaç istisna dışında genel bilgi dağarcığının içinde eriyip gider. Elektrikli aletleri kullananlar, Faraday’ın ya da Coulomb’un adını bilmeyebilir; ama Ağrı Dağı Efsanesi, Yaşar Kemal’indir.

Sanatçı özgün bir şey yaratır. Bu da çok değişik biçimlerde yorumlanabilir, çünkü bu konuda çok kesin kriterler yoktur; oysa bilimsel buluşlar deneyin yargıçlığında anlam kazanır. Bilim özel bir iş değildir; tamamen evrenseldir. Bunun için objektiftir. Kuantum mekaniği, yalnız Amerika’da değil, her yerde geçerlidir.

İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra bilimsel çalışma, büyük ölçüde artık bir ekip çalışmasına ve bazı ulusal devletlerin bütçelerini bile aşan yatırımlara, laboratuvara dayanmaktadır.

Bilimsel bilgi bir güçtür. Bilgi, eğer bir şey yapacaksanız, yarın neler olacağını söylemek için gereklidir. Bilgi, geleceğe bakan bir araçtır, öngörücüdür. Günümüzde bu durum, eski çağlardan tümüyle farklı olarak bilim-teknoloji sarmalına dönüşmüştür. Sonuç olarak bilimsel bilgi, bir güçtür; ama şiir, böyle bir güce sahip değildir.

Genel sanatsal yaratıların etik yaklaşımları ve vurgulamaları olabilir. Müzik yapan ritm, resim yapan görsellik, şair sözcük dizimi gibi bazı yaklaşımları dikkate alabilir. Oysa ki bilim, ilke olarak etik değerlerden bağımsızdır. Bilim adamı, buluşunun uygulamalarından sorumluluk duyarak çalışmaz. O, gerçeği ya da doğa yasasını, ne bulduysa onu açıklamakla sorumludur.

Son olarak bir noktaya dikkat çekmek isterim. Bilim kültürünün oluşması, kendiliğinden gerçekleşecek bir şey değildir. Her gün yeni kuşaklar doğuyor. Bu kuşaklara sahip olduğumuz yeni bilgileri ve düşünceleri aktarmazsak bu bilgilerin yaşama şansı az olacaktır.

Ramazan Karakale

Diğer Makaleler

Facebook

ZİYARETÇİ SAYACI

BugünBugün130
DünDün436
Bu HaftaBu Hafta1221
Bu AyBu Ay5931
ToplamToplam362013