Kuantum Teorisi Üzerine birkaç paragraf...
Kuantum mekaniği birbirinden
bağımsız iki değişik yolla keşfedildi (bu da unutulmaması gereken bir derstir).
Burada da deneysel olarak çok sayıda çelişki ve bilinenlerle kesinlikle
açıklanamayan şeyler ortaya çıkmıştı. Bunun nedeni bilginin tam olmaması değil,
gereğinden fazla eksiksiz olmasıydı. ‘Şöyle’ olacağını tahmin ettiğiniz şey
‘öyle’ olmuyordu. İki değişik yöntemden birisi denklemleri tahmin eden
Schrödinger’in (1933 Fizik Nobel Ödülünü Paul Dirac ile paylaşan Avusturyalı
kuramsal fizikçi) diğeri de ölçülebilir olma kavramını analiz etmek gerektiğini
öne süren Werner Heisenberg’indi. Bu iki değişik felsefi yöntem sonunda aynı
şeyin keşfine yol açtı.
Daha önce sözünü etmiş olduğum,
bir nötronun bir proton, bir elektron ve bir anti-nötrinoya ayrışmasını içeren
zayıf parçalanma yasalarını yakın zamanlardaki keşfi -yine de tam olarak
bilinmiyor- daha farklı bir duruma yol açmaktadır. Buradaki bilginin tam
olmaması, yalnızca denklemlerin tahmin edilmiş olmasıdır. Karşılaşılan özel
zorluk da bütün deneylerin yanlış sonuç vermesidir. Hesapladığınız sonuç deney
sonuçlarına ters düşerse hatanın nerede olduğunu nasıl tahmin edersiniz?
Deneylerin yanlış olduğunu söylemek cesaret gerektirir. Bu cesaretin nereden
kaynaklandığını sonra anlatacağım.
Bugün artık hiçbir paradoksumuz
yok; en azından öyle sanıyoruz.
Bütün yasaları birlikte ele
aldığımızda ortaya çıkan şu sonsuzluk sorunu var.
Ancak çöpleri halının altına süpüren kişiler öyle akıllılar ki, insan bazen
bunun önemli bir paradoks olmadığını düşünüyor. Ayrıca bütün o parçacıkları
keşfetmiş olmamız, bize bilgimizin eksik olduğunu söylüyor. Verdiğim örnekleri
düşünürseniz, fizikte tarihin kendini tekrarlamadığını göreceğinizden kuşkum
yok. Şöyle açıklayayım: “
Simetri yasalarını düşünmek”, “bilgiyi matematiksel olarak ifade etmek” veya “
denklemleri tahmin etmek” gibi yöntemler artık herkesçe bilinmekte ve sürekli
uygulanmaktadırlar. Sorun çıktığında neden bunlardan biri olamaz; çünkü ilk önce
bunları denemiş olsanız gerek. Bu sefer başka bir yol bulmak gerekir.
Güçlüklerin ve problemlerin çokluğu bizi bir çıkmaza sürüklemişse bunun nedeni
uyguladığımız yöntemlerin daha önce uyguladıklarımıza benzer yöntemler
olmasıdır. Yeni proje, yeni keşif tamamen değişik bir yoldan
gerçekleştirilecektir. Görülüyor ki tarih bize fazla yardımcı olmuyor.
Sizlere
Heisenberg’in, ölçülemeyen şeyler hakkında konuşulmaması yolundaki düşüncesi
konusunda bazı şeyler söylemek istiyorum; çünkü çok kimse tam anlamadan bundan
söz ediyor. Bu fikri şöyle yorumlayabiliriz: Keşifleriniz veya buluşlarınız öyle
olmalıdır ki hesapladığınız sonuçlar deneyle karşılaştırılabilsin. Yani hiç
kimse moo veya goo’nun ne olduklarını bilmiyorsa, sonucu, “bir moo üç goo eder”
şeklinde hesaplamanın bir yararı olmaz. Önemli olan yalnızca sonuçların deneyle
karşılaştırılabilir olmasıdır. Moo’ların ve goo’ların tahminde yer almaması
önemli değildir. Tahmini ifade ederken istediğiniz sözcükleri yerli yersiz
kullanabilirsiniz; yeter ki sonuçlar karşılaştırılabilecek şekilde olsun. Bu
nokta her zaman yeterince anlaşılmış değildir. Parçacık, yörünge vb. kavramların
atom dünyasına olur olmaz taşınmasından sık sık yakınılır. Bu yakınma yersiz
olup genellemede sakıncalı bir şey yoktur. Bildiklerimizin ve edindiğimiz
fikirlerin ötesine uzanmamız her zaman gerekir; ve uzanıyoruz da. Bu tehlikeli
mi? Evet. Kesinlikten yoksun mu? Evet. Ancak ilerleyebilmenin tek yolu da budur.
kesinlikten yoksun olsa da bilimi yararlı kılmak gerekir. Bilim ancak size
denenmemiş bir şey hakkında bir şeyler söylerse yararlı olur; yalnız
gerçekleşmiş şeylerden söz ederse bir yararı yoktur. Örneğin, gezegenlerin
hareketlerini anlayabilmek için geliştirilen yerçekimi yasasında eğer Newton
“artık gezegenleri biliyorum” demekle yetinip de bunun Dünyanın Ay üzerindeki
çekimi ile karşılaştırılabileceğini akıl etmeseydi ve daha sonra başkalarının
“galaksileri birlikte tutan şey çekim olabilir.” şeklinde düşünmesine yol
açmasaydı yasa pek de yararlı olmazdı. Bunu yapmaya çalışmalıyız.”Galaksiler
boyutunda şeyler hakkında hiçbir şey bilmediğimiz için her şey olabilir.'"
diyebilirsiniz. Doğru, ancak bu tür bir sınırlamayı kabullenmek de bilimsel bir
tutum olmaz. Galaksiler hakkında öğrenilecek şeylerin sonu yoktur. Öte yandan,
davranışların tümünün bilinen yasalara göre olduğunu varsaymak da çok sınırlı ve
kesin olur; deneyler de olumsuz sonuç verir. Aradığımız şey tam bu türden, kesin
ifadeli ve deneylerle kolayca karşılaştırılabilir hipotezlerdir. Gerçek şudur ki
şimdiye dek galaksilerin davranışlarında bu önermeye ters düşen bir şey
gözlenmemiştir.
Size daha da ilginç ve önemli bir
başka örnek verebilirim. Biyolojinin gelişmesine belki de en büyük katkıyı
yapmış olan varsayım şudur: Hayvanların yaptığı her şeyi atomlar da yapabilir ve
biyoloji dünyasında görülen her şey, hiçbir “ekstra bir şey” olmaksızın,
fiziksel ve kimyasal olayların sonucudur.”Canlılar söz konusu olunca her şey
olabilir” diyebilirsiniz. Bunu kabul ederseniz canlı varlıkları hiçbir zaman
anlayamazsınız. Bir ahtapotun dokunaçlarının kıpırtılarına bakıp bunun,
atomların bildiğimiz fizik yasaları uyarınca yaptığı bazı hareketlerden başka
bir şey olmadığına inanmak çok zordur. Ancak, bu hipotezin ışığı altında
incelenirse, nasıl işlediği hakkında oldukça isabetli tahminler yapılabilir. Bu
yolla, bilgi edinme alanında büyük gelişme sağlanmaktadır. Şimdiye dek bu
hipotezin yanlışlığı ortaya çıkmamış, dokunaçlar da kesilmemiştir.
Bohr'un ve Heisenberg'in öncülük
ettiği düşüncelere kuantum kuramının Kopenhag Yorumu da denilmektedir.Bu
yorum,özellikle Heisenberg'in belirsizlik ilkesinin çevresindeki tartışmaları
içerir.Belirsizlik ilkesi,doğanın bir özelliği midir? Yoksa insanoğlunun
bugünkü, geçici yetersizliğine mi dayanmaktadır? Yani ileride daha duyarlı
araçlar yaparak belirsizlik kıskacından kurtulabilir miyiz? Mikro dünyada
gözlemci gözlenenin davranışını etkiler mi? İşte bunun gibi soruları bu bölümde
tartışacağız.
Kuantumun Kopenhag Yorumuna
dair...
Bohr, 1927 yılında, Heisenberg ve Pauli ile yaptığı bir dizi tartışmanın da ışığında kuantum kuramının bir derlemesini yaptı ve Brüksel’ deki Beşinci Solvay Konferansı’na sundu. Konferansta Einstein da vardı ve Bohr, kuantum mekaniğinin Kopenhag Yorumu denen bu sunuyla Einstein' i de ikna etmeyi ummuştu. Fakat Einstein ikna olmadı. Kuantum kuramının Kopenhag Yorumu, gerçekliğin istatistiksel yapısını göstererek determinizmi yıkmıştı; maddi gerçekliğin gözlemlemenin nasıl yapıldığına bağlı olduğunu göstererek de nesnel gerçeklik denen kavramı çökertmişti.(Nesnel Gerçeklik: Her olguyu makro dünyadaki gibi düşünmek) Bohr, "Fiziğin görevinin doğanın nasıl olduğunu bulmak olduğunu düşünmek yanlıştır" demiştir. Fizik, "bizim doğa hakkında ne söylediğimizle ilgilenir." diyordu. Doğa hakkında bir soru sorduğumuz zaman yanıtı belirlemek için kullanacağımız deney cihazını da belirlemeliyiz. Gözleyen, gözleneni etkiler. Peki bir termometreyi suya daldırıp suyun sıcaklığı şu derece derken yanlış mı söylüyoruz? Hayır da aslında termometre ile su arasındaki sıcaklık farkını ve bizim göz hatamızı ihmal ediyoruz. Bunu bilmek önemli. Büyükler dünyasında yaptığımız bu. Ama kuantum parçacıkları veya dalgaları dünyasında bunu yapamayız. Çünkü gözleme işi, elektronun durumunu değiştirir. İnsanlar bile, eğer gözlendiklerini bilirse davranışlarını ona göre ayarlarlar. Yani gözetlenen bir insanın davranışları, gözetlenmediği zamandaki davranışlarından farklıdır. Çünkü bu sırada yeni kuantum kuramını benimseyen bilim insanları nesli ortaya çıktı. Elektronun çekirdek çevresindeki hareketi tanımlandı; kimyasal bağlar kuramı bulundu; katı hal fiziği (metaller, elektriksel iletkenlik, manyetizma kuramları) geliştirildi. Bu süreç atom çekirdeğiyle ilgili bilimsel çalışmaları başlattı. Kuantum Kuramının yukarıda anlatılan yorumu, Kopenhag Yorumu olarak ün salmıştır. Değişik gerekçelerle bazı bilimciler ve özellikle bazı felsefeciler bu yoruma "öznel idealist" nitelemesiyle karşı çıkıyorlar. Bu karşı çıkışın en yeni örneklerinden biri, Alan Woods ve Ted Grant ikilisinin yazdığı Aklın İsyanı (Tarih Bilinci yayınları-Ocak 2001) adlı kitapta toplanmıştır. Burada onların kuantum kuramıyla ilgili görüşlerine kısaca değinilmektedir.
Alman fizikçi Werner Heisenberg,
kuantum mekaniğinin kendine has bir versiyonunu geliştirdi. 1932'de matris
mekaniği sistemiyle Nobel Fizik Ödülünü aldı. Bu mekanik, elektron
orbitallerinin enerji düzeylerini yalnızca sayılar aracılığıyla, herhangi bir
resme başvurmaksızın tanımlıyordu. Böylelikle "parçacık" ile "dalga" arasındaki
çelişkinin neden olduğu sorunları, olguyu gözümüzde canlandırma çabalarından
bütünüyle vazgeçerek ve onu saf matematiksel soyutlama içerisinde ele alarak
çözmeyi ummuştu. Erwin Schrödinger'in dalga mekaniği de, Heisenberg'in matris
mekaniğiyle aynı soruna yoğunlaşır, ancak mutlak matematiksel soyutlama alemine
geri çekilme ihtiyacı duymaksızın fizikçilerin çoğu çok daha az soyut gözüken
Schrödinger'in yaklaşımını tercih ettiler ve yanılmadılar. 1944'te,
Amerikalı-Macar matematikçi John von Neumann, matris mekaniğiyle dalga
mekaniğinin matematiksel olarak eşdeğer olduğunu kanıtladı, ikisi de tamamen
aynı sonuçları verebiliyorlardı.
Heisenberg, kuantum mekaniğinde
bazı önemli ilerlemeler kaydetmişti. Ne var ki onun tüm yaklaşımına sinen şey,
felsefi idealizmin kendine has damgasını bu yeni bilimin üzerine vurma azmiydi.
Buradan kuantum mekaniğinin "Kopenhag yorumu" denilen şey doğdu. Bu yaklaşım,
gerçekten de bilimsel bir düşünce ekolü kılığına ustalıkla bürünmüş bir tür
öznel idealizmdi.
Heisenberg "matris mekaniği" ni,
Schrödinger de "dalga mekaniği" ni buldu. Bu ikisi kuantum kuramının farklı iki
yoldan keşfidir.Bunların ikisi de kuantum mekaniğinin doğru denklemleridir.
Feynman "Doğanın en şaşırtıcı özelliklerinden biri de olası yorum sistemlerinin
çeşitliliğidir... Bu bana her zaman esrarengiz gelmiş, fiziğin doğru yasalarının
bu kadar çeşitli şekillerde yazılabilmesinin nedenini anlayamamışımdır.Sanki
aynı anda farklı kapılardan geçmeyi başarabiliyorlar" derken doğanın bu
zenginliğini belirtiyor. Felsefi önyargılılık, bu zenginliğe nesnel bakmayı
engelliyor.Felsefi nedenlerle Heisenberg'in buluşuna saldırılıyor.Bunlar, eski
bilimin, 19.yy biliminin verileriyle düşünüyorlar.
Evet
kuantum kuramında "olguyu
gözümüzde canlandırma çabaları"ndan vazgeçmemiz gerekiyor. Bu "modelleme"
anlayışı ya da "daha az soyut olma durumu", Einstein göreliliği açıkladığında da
görülmüştü. P.Lenard ve başka Alman fizikçiler, "modellenemiyor" diyerek
görelilik kuramına karşı çıkmışlardı.Benzer
önyargılılık burada da sergileniyor.Ölçek değişmiştir; mikro evrenin davranışı
ve kavranışı, makro evreninkinden tümüyle farklıdır.
Işık (Foton) vb. madde midir?
Aklın İsyanı'nı yazanlar "Madde,
bize duyu-algı içinde sunulan nesnel gerçekliktir.Yalnızca katı nesneleri
değil,ışığı da içerir. Fotonlar da elektronlar ya da pozitronlar kadar
maddedirler." (s:107)
Sorun tam da burada işte!
Işık,
elektron ve proton,bilimsel anlamda "madde" değildir, yani onlar bir bilardo
topu gibi kavranamaz.Boyutları, hızları ,davranışları ve çeşitli özellikleri
makro dünyadaki "madde"lerden farklıdır.Burada
mikro dünyayı makro dünya ile "aynı" görme eğilimi açıkça görülüyor.Çünkü
yazarlar sürekli olarak "nesnel gerçek" vurgusu yapıyor;ama atom altı
taneciklerin, ışığın davranışlarının ne anlama geldiğini bir türlü
açıklamıyorlar.
Anlaşılması gerekeni yazıyorum,
hem de Feynman'dan:
"Elektronların ve ışığın nasıl davrandıklarını artık biliyoruz.Nasıl mı
davranıyorlar? Parçacık gibi davrandıklarını söylersem yanlış izlenime yol açmış
olurum. Dalga gibi davranırlar dese,yine aynı şey. Onlar kendilerine özgü,
benzeri olmayan bir şekilde hareket ederler. Teknik olarak buna
kuantum mekaniksel bir davranış
biçimi diyebiliriz.
Bu,daha önce gördüğünüz hiçbir şeye benzemeyen bir davranış biçimidir. Daha önce
gördüğünüz şeylerle edindiğiniz deneyimler eksiksiz değildir. Çok küçük
ölçekteki şeylerin davranışı için söyleyeceğimiz tek şey onların farklı
davrandıklarıdır. Bir atom,
bir yay ucuna asılmış sallanan bir ağırlık gibi davranmaz. Çekirdeği saran bir
bulut veya sis tabakasına da pek benzemez. Daha önce gördüğünüz hiçbir şeye
benzemeyen bir şekilde davranır.
En azından bir basitleştirme yapabiliriz: Elektronlar bir anlamda tıpkı fotonlar
gibi davranırlar; ikisi de
acayiptir ;ama aynı
şekilde. Nasıl davrandıklarını algılamak bir hayal gücü gerektirir; çünkü
algılayacağınız şey bildiğiniz her şeyden farklıdır... Bunun neden böyle
olabildiğini hiç kimse bilemiyor."
Kuantumlar dünyası, gerçekten
"acayip".
Bunu anlamadan "nesnel gerçek" diye tepinmek ya da "modellemeye çalışmak" boşuna
bir çabadır.Aklın İsyanı'nı yazanlar, "maddecilik" kisvesi altında bilime karşı
kuşku tohumları ekiyorlar. Bunu da Einstein, Heisenberg, Hawking, Penrose gibi
dehalara saldırarak yapıyorlar. Elbette bilim de bilim adamları da eleştirilemez
değildir;dahası bunlar olmadan bilim ilerleyemez. Ama Alan Wood ve Ted Grant'ın
yaptığı eleştiri,nesnel değil,tümüyle özneldir.Çünkü onlar,kuantum dünyasının
maddeleriyle görünür dünyanın maddelerini aynı "görüyorlar".Işık kuantumuyla,
elektronla, bir ağacı aynı maddelermiş gibi algılıyorlar.İkide bir büyük
bilimcilere yakıştırdıkları "öznel idealizm" suçlaması, kendilerinin "nesnel"
kaldığını göstermiyor. Elektronla ağaç karşısında bile nesnel
duramıyorlar.Onların davranışları, yani kuantum yasaları karşısında nasıl nesnel
olabilirler?
Olasılık
Olasılıkçı yorum, kuantum
mekaniğinin yorumudur.Bu yorum, nedensellik ilkesi ya da determinizme karşı
insan düşüncesinin ulaştığı yeni bir düşünme biçimidir.Bunu radyoaktiflikle
örnekleyelim. Her radyoaktif çekirdeğin bir yarı ömrü vardır.100 gram radyoaktif
çekirdeğimiz olsun, yarı ömrü beş gün diyelim.5 gün geçince 50 gram çekirdek
bozunur, geriye 50 gram radyoaktif çekirdek kalır; yine ben gün geçince elimizde
25 gram radyoaktif çekirdek kalır. Bu böyle sürer gider.
Radyoaktif çekirdeklerin
enerjileri, kütleleri aynıdır,
ama yarısının bozunup da neden ötekilerin bozunmadığını bilmiyoruz. Bildiğimiz
şey her yarı ömür geçişinde ortalama olarak çekirdeklerin yarısının bozunduğu
yarısının ise bozunmadan kaldığıdır.
Uranyum-238 veya herhangi bir alfa yayıcı çekirdeğin enerji ve kütle durumuna bakıldığında bu yayımın kendiliğinden olamayacağı sonucuna varırız. Daha doğrusu klasik fiziğe göre, alfa parçacığı potansiyel kuyusuna hapsedilmiştir .Alfa parçacığının E enerjisi, engel yüksekliğinden daha düşüktür. Oysa bu, kendiliğinden olabilmektedir. Öyleyse alfa parçacığı çekirdekten nasıl kaçabilmektedir?
Kaynaklar:
1) (Richard P. Feynman, Fizik Yasaları Üzerine s: 193-196, s:56, s:149-151)
2) (Aklın İsyanı, s: 111)
3) (Atominsan.Com)