Kuantum Mekaniği Bölüm 2; Olasılıkların Dünyası

Gezegenlerin güneşin etrafında dönmesini sağlayan yasaları, elimizden bıraktığımız bir cismin yere nasıl düştüğünü, havuzun yüzeyinde ki dalgaların nasıl hareket ettiğini kısa bir süre önce çözdüğümüzü düşünüyorduk. Bu olayları açıklayan yasaların hepsi klasik mekanik denilen denklemlerle ortaya çıkıyor ve bu yasalar sayesinde maddelerin davranışlarını kesin bir şekilde önceden kestirebiliyorduk.

Kurucularından Niels Bohr’’a göre Kuantum Mekaniği düşündüğümüz gibi garip bir şey değildir. Yalnızca düşünebildiklerimizden daha gariptir. Kuantum Kuramı her şeyi değiştirmişti çünkü, eskiden mekanik bir sistem olarak düşünülen dış evren artık bir zeka ağına dönüşmüştü.

Bohr bu gizemi çözmenin yolunun maddenin kalbinden yani atomun yapısından geçtiğine inanmıştı. 1910’ların başında Niels Bohr maddenin atomlar düzeyinde incelenmesinde klasik fiziğin yetersiz kaldığını düşünüyordu. Bunun üzerine çalışmalarını atom üzerine yoğunlaştırdı ve 1913 yılında Rutherford’un atomik yapılarını, Max Planck’in kuantum teorisine uyarladı ve kendi Bohr atom modelini yarattı.

Niels Bohr atomların küçük güneş sistemlerine benzediğini ve elektron denilen çok daha küçük moleküllerin güneş etrafında dönen gezegenler gibi çekirdeğin etrafında döndüğünü düşünüyordu. İlerleyen zamanlarda Dünya’yı sarsan ışığın hem parçacık hem de dalga hareketi yapması üzerine çalışmalara başladı ve bunun sonucunda da çok ilginç bazı sonuçlara vardı.

Bohr, atom ısıtıldığında elektronlarının uyarılabileceğini ve sabit bir yörüngeden diğerine sıçrayabileceğini keşfetti. Her bir sıçrama ışık formunda çok belirgin frekanslarda enerji yayabiliyor ve atomların bu ışımalar sonucunda çok belirgin renkler ürettiğini gördü. Kuantum sıçraması tabiri de buradan gelmektedir. Bu sıçramanın ilginç noktası ise elektronun bir yörüngeden diğerine atlamasıdır. Yani elektron iki yörünge arasında ki boşlukta hareket etmiyordu. Bohr bu durumun atomların içinde ki elektronların özelliklerinden kaynaklandığını öne sürdü. Tüm enerji tekrar bölünemeyen belirli minimum miktarlarda kuantumlar denilen farklı parçalardan geliyordu ve bu yüzden elektronlar belirli farklı yörüngeleri işgal edebiliyordu.

Peki parçacık olan elektronlar nasıl oluyor da dalga hareketi yapabiliyorlardı?

1920’lerde yapılan çifte yarık deneyinin ardından bilim insanları dalgaların tam anlamıyla nasıl hareket ettiklerini bilmiyorlardı. Evet bir girişim deseni ortaya çıkıyordu fakat detaylarını bir türlü anlamamışlardı.

Sonunda Max Born adında bir bilim adamı dalga denkleminin ne anlama geldiği konusunda yeni ve devrim niteliğinde bir fikir ortaya attı. Born dalganın elektrondan ya da daha önce bilimde karşılaşılmış hiçbir şeyden yayılmadığını söyledi ve oldukça tuhaf bir şeyden bahsetti “Olabilirlik Dalgası”…

Born herhangi bir yerdeki dalga boyutunun orada bulunan elektronun olasılığının önceden tahmin ettiğini ileri sürdü. Bir elektronu fırlattığımız zaman nereye gideceğini tam olarak asla bulamayız. Fakat Schrödinger Denklemi’ni kullanırsak fırlattığımız herhangi bir elektronun gideceği yeri kesin bir şekilde tahmin edebiliriz. Burada kafamız biraz karışmış olabilir. Bunun için basit bir örnek verelim. Hatırlarsanız çifte yarık deneyinde gönderdiğimiz elektronlar bir girişim modeli oluşturmuşlardı. İşte bu girişimde bantlarda ki yoğunlukların oranını veren bir denklemdir Schrödinger Denklemi. Örneğin elektronların perde de en kenara gitme olasılığı %8 iken perdenin ortasına gitme olasılığı %33’tür. Bu tarz tahminler sürekli deneyler yapılarak defalarca kez doğrulanmıştır. Yani Kuantum denklemleri inanılmaz şekilde kesin ve doğru bir hal almıştır.

Sizinde kabul edeceğiniz gibi Kuantum tamamen olasılık üzerine kurulu bir sistemdir.

Evrendeki bütün cisimler kesinlik değil olasılık kurallarına göre yönetilen atomlardan ve atomu oluşturan moleküllerden meydana gelmiştir. Kuantum açısından kabul görülen düşünce artık buydu. Fakat bu düşünceyi Einstein hiç ama hiç sevmedi ve o ünlü sözü söyledi: “ Tanrı zar atmaz.” Diğer fizikçiler ise bu konudan çokta rahatsız olmadı çünkü kuantum denklemleri onlara atom gruplarının ve ufak moleküllerin davranışlarını çok net bir şekilde tahmin edebilme gücü veriyordu. Çok geçmeden bu güç inanılmaz buluşlara öncülük etti. Lazerler, transistörler, kuantum bilgisayarlar ve tüm elektronik dalları gibi.

Tüm bu zaferlere rağmen kuantum hala gizemini korumaktadır.

Niels Bohr’a göre ölçüm her şeyi değiştirir. Molekülü ölçmeden ya da gözlemlemeden önce özelliklerinin belirsiz olduğunu düşünüyor. Yani ölçme hareketi moleküle karar vermesi için zorluyordu. Bohr gerçekliğin temelinde olasılık olduğunu kabul etti. Fakat Einstein kesinliğe inandı ve 1935 yılında nihayet kuantum mekaniğinin zayıf noktasını bulduğunu düşündü. Kuantum Mekaniği’nde bu dolanıklık olarak geçmektedir.

Dolanıklık, kısaca kuantum denklemlerinden gelen teorik bir tahmindir. Bir sonra ki makalede kaldığımız yerden devam edeceğiz.