buzlu.org

Belirsizlik Ä°lkesi nedir? Ä°nsanoÄŸlu olarak bizler her ÅŸeyi bilebilir miyiz? Yoksa bilme yetimiz sınırlı mı? Kuantum kuramının Kopenhag Yorumu, “öznel idealist” bir yorum mudur? elektron aynı anda iki delikten geçer mi?çift yarık deneyi Otomobille yola çıkan ve bize yola çıkış saatini bildiren insanların yaklaşık da olsa saat kaçta nerede olacaklarını tahmin ederiz. Bu tahminimiz, arabayı kullananın trafik canavarı ruhuna sahip deÄŸilse çoÄŸunlukla doÄŸru çıkar. Bir uyduyu Dünya çevresine yerleÅŸtirmek istesek, istediÄŸimiz uzaklıktaki bir yörüngeye yerleÅŸtirebiliriz.
Klasik fizik yasaları, bize kesin öngörme olanakları verir. Örneğin bir roketin ateşlendikten sonra izleyeceği rotayı, bir süre sonra varacağı noktayı kesin olarak hesaplayabiliriz. Roketin hızını ve rotasını etkiyebilecek değişkenleri daha duyarlı ölçersek hesaplarımız daha doğru olur. Gerçekte erişebileceğimiz doğruluğun sınırı yoktur. Klasik fizikte hiçbir şey şansa bırakılmaz, fiziksel davranışlar önceden tahmin edilebilir. Oysa modern fizikte fiziksel davranışlar, olasılıklar açısından öngörülebilir.

1920′lerde Niels Bohr ve Werner Heisenberg, atomlardan daha küçük (atomaltı) taneciklerin davranışlarının ne dereceye kadar belirlenebileceÄŸini görebilmek için düşünsel (hipotetik) deneyler tasarladılar. Bunun için taneciÄŸin konumu ve momentumu gibi iki deÄŸiÅŸkenin ölçülmesi gerekliydi. Tanecik ya da parçacık ÅŸu anda nerededir? Kütle ve hız çarpımı nedir? Onların eriÅŸtiÄŸi sonuca göre ölçümde daima bir belirsizlik olmalıydı ve bu belirsizliklerin çarpımı Planck sabitinin 4 pi’ye bölümüne eÅŸit veya ondan daha büyük bir sabit oluyordu.

Heisenberg belirsizlik ilkesi diye anılan bu ilkeye göre: bir taneciğini konumu ve ve momentumu aynı anda tam bir duyarlılıkla ölçülemez. Örneğin bir taneciğin konumunu kesin şekilde belirleyecek bir deney tasarlasak, onun momentumunu duyarlı şekilde ölçemeyiz; momentum belirlenebiliyorsa bu kez de taneciğin konumunu belirleyemeyiz. Basit bir deyişle, eğer bir taneciğin nerede olduğunu kesin olarak biliyorsak, aynı anda taneciğini nereden geldiğini veya nereye gittiğini kesin şekilde bilemeyiz. Benzer şekilde bir taneciğini nasıl hareket ettiğini biliyorsak onun nerede olduğunu belirleyemeyiz. Bir parçacığın momentumunun ya da konumunun ayrı ayrı belirlenmesinde bir sınır yoktur. Ancak momentum ve konum aynı anda yani aynı dalga fonksiyonu için belirlenmesinde temel bir sınır vardır. Atomaltı dünyada nesneler, daima belirsizliklere neden olmalıydı. Neden böyle olması gerekiyordu?

Elektronu “Görmek”
Hidrojen atomundaki elektronu “görmek” ve hareketlerini “izlemek” istiyoruz. Bir mikroskop kullanmak zorundayız. Mikroskopta görmek istediÄŸiniz en küçük taneciÄŸi görebilmek için tanecik boyutu ile ışığın boyutu aynı olmak zorunda. Görünür ışıktan yararlandığımız normal bir mikroskopta görülebilecek en küçük boyut yaklaşık 1000 nm dir. Bir elektron mikroskobunun çözümleme gücü ise yaklaşık 1 nm dir. Elektronu görünür ışıkla göremeyiz . Çünkü görünür ışığı, hidrojen atomuna gönderdiÄŸimizde elektron, atomdan kopup gider; yani görünür ışık hidrojen atomunu iyonlaÅŸtırır. YapabileceÄŸimiz tek ÅŸey var: Dalga boyu daha küçük ışık seçmek. Durum yine deÄŸiÅŸmiyor. Çünkü elektrona çarpan fotonlar, elektronunun atom içindeki “konumunu” ve “hızı”nı deÄŸiÅŸtiriyor. Ve biz elektronu asla atomdaki gerçek konumunda göremiyoruz. Ayrıca elektrona çarpan foton, elektronun hızını ve buna baÄŸlı olarak momentumunu (kütle ile hızın çarpımını) deÄŸiÅŸtirir. Biz bu deÄŸiÅŸmiÅŸ olan nicelikle karşılaşırız.
“Heisenberg’ in belirsizlik ilkesi, bir sitemin durumunun tam olarak ölçülemeyeceÄŸini, bu yüzden onun gelecekte tam olarak ne yapacağı konusunda kestirimde bulunulamayacağını göstermiÅŸtir.

Tüm yapılabilecek ÅŸey, farklı sonuçların olasılıkları hakkında kestirimde bulunmaktır. Einsten’ i o kadar huzursuz eden ÅŸey, iÅŸte bu ÅŸans ya da rasgelelik unsuru idi. Albert Einstein, fiziksel yasaların, gelecekte ne olacağına iliÅŸkin belirli, muÄŸlak (belirsiz) olamayan bir kestirimde bulunulmasına inanmayı reddetti. Fakat, nasıl ifade edilirse edilsin, kuantum olayı ve belirsizlik ilkesinin kaçınılmaz oldukları ve fiziÄŸin her dalında onlarla karşılaşıldığı konusunda her tür kanıt vardır.”
Foto elektrik olayın tam sonuçları, 1925 de Werner Heisenberg’ in açıklamasıyla anlaşıldı.
Foto elektrik olay, bir parçacığın konumunu tam olarak ölçme olanağı tanıyordu.

Bir parçacığın ne olduÄŸunu anlamak için onu ışığa tutmalısınız. Peki ışık, sonsuz olarak bölünebilir mi? Bu sorunun yaklaşık yüz yıl önce maddeler için sorulduÄŸunu anımsayınız. Ä°lk bakışta ışık niye sonsuz dilimlere ayrılmasın serzeniÅŸiyle yanıtlanır. Einstein, ışığı sonsuz küçük miktarda kullanamayacağımızı göstermiÅŸtir. En azından bir paket yani bir kuantum kullanabiliriz. Bu ışık paketi, parçacığı etkiler ve onun herhangi bir yönde bir hızla hareket etmesine yol açar. Parçacığın konumunu ne kadar duyarlı (hassas) ölçmek isterseniz, kullanmak zorunda kalacağınız paketin enerjisi o kadar büyük olur , ama ışık bu durumda parçacığı daha fazla etkiler. Ancak siz parçacığın konumunu nasıl ölçmeye çalışırsanız çalışın, konumdaki belirsizlik ile hızındaki belirsizliÄŸin çarpımı, her zaman belirli bir minimum miktardan büyük olur. Ãœnlü Belirsizlik ilkesini dinlediniz, hem de Stephen Hawking’ den.

Fotoelektrik Olay ve Belirsizlik Ä°lkesi
Özel görelilik kuramını anlatırken Einstein’in 1905 yazılarından birinin foto elektrik olayın açıklaması olduÄŸunu belirtmiÅŸtim. Foto elektrik olayın tam sonuçları, 1925 de Werner Heisenberg’ in açıklamasıyla anlaşıldı. Foto elektrik olay, bir parçacığın konumunu tam olarak ölçme olanağı tanıyordu. Ama onun momentumu belirsizleÅŸiyordu.

Bir parçacığın ne olduğunu anlamak için onu ışığa tutmalısınız. Peki ışık, sonsuz olarak bölünebilir mi? Bu sorunun yaklaşık yüz yıl önce maddeler için sorulduğunu anımsayınız. İlk bakışta ışık niye sonsuz dilimlere ayrılmasın serzenişiyle yanıtlanır. Einstein, ışığı sonsuz küçük miktarda kullanamayacağımızı göstermiştir. En azından bir paket yani bir kuantum kullanabiliriz. Bu ışık paketi, parçacığı etkiler ve onun herhangi bir yönde bir hızla hareket etmesine yol açar. Parçacığın konumunu ne kadar duyarlı (hassas) ölçmek isterseniz, kullanmak zorunda kalacağınız paketin enerjisi o kadar büyük olur , ama ışık bu durumda parçacığı daha fazla etkiler. Ancak siz parçacığın konumunu nasıl ölçmeye çalışırsanız çalışın, konumdaki belirsizlik ile hızındaki belirsizliğin çarpımı, her zaman belirli bir minimum miktardan büyük olur.

Belirsizlik ilkesinin kabul edilmesi çoÄŸumuz için kolay deÄŸildir. Einstein bile 1920′ lerin ortasından 1955′te ölümüne dek bu kuramı çürütmek amacı ile yaptığı baÅŸarısız giriÅŸimlerle zamanının önemli bir kısmını harcamıştır.

Karadelikler ve Belirsizlik Ä°lkesi
Kara delikler ayrı bir dosyamızda. Burada belirsizlik ilkesiyle ilgisine kısaca deÄŸineceÄŸim. Söz Hawking’de. Genel görelilik kuramı, artık klasik bir kuramdır; çünkü belirsizlik ilkesini kapsamıyor. Einstein de, bir klasik fizikçidir; çünkü kuantum olaylarındaki rastlantıyı ve bilinemezliÄŸi kabul etmiyor. ” 1973 yılında, belirsizlik ilkesinin bir kara delik yakınında eÄŸrilmiÅŸ uzay-zamanda bir parçacık üzerindeki etkisini araÅŸtırmaya baÅŸladım. Çok dikkate deÄŸer ki, kara deliÄŸin tam olarak kara olmayacağını buldum. Belirsizlik ilkesi, parçacıkların ve radyasyonun düzgün bir hızla kara delikten dışarı sızmasına olanak verecekti. Bu sonuç ben ve baÅŸka herkes için tam bir sürpriz oldu. ve genel bir inançsızlıkla karşılandı.

Fakat önceden görülebilmesi ve durumun açık olması gerekiyordu. Bir kara delik, ışığın hızından daha yavaÅŸ bir hızda hareket edildiÄŸinde kaçıp kurtulması olanaksız olan bir uzay bölgesidir. Fakat Feynman’ ın geçmiÅŸlerin toplamı, parçacıkların uzay-zamanda herhangi bir yoldan gidebileceklerini söyler. Bu yüzden bir parçacığın ışıktan hızlı ilerlemesi mümkündür. Işık hızından daha yüksek hızda uzun bir yol almanın olasılığı düşüktür, fakat kara delikten çıkmasına yetecek kadar ışıktan daha hızlı gidebilir ve daha sonra ışıktan yavaÅŸ ilerleyebilir. Bu ÅŸekilde belirsizlik ilkesi, parçacıkların en son hapishaneden, bir kara delik olarak düşünülen yerden kaçıp kurtulmalarına olanak verir. Bir parçacığın GüneÅŸ kadar kütlesi olan bir kara delikten dışarı çıkmasının olasılığı çok düşüktür.; çünkü parçacık kilometrelerce ışıktan hızlı gitmek zorunda kalacaktır.

Fakat Evren’in ilk zamanlarında oluÅŸmuÅŸ çok daha küçük kara delikler olabilir. Bu ilksel kara delikler bir atomun çekirdeÄŸinin büyüklüğünden daha az büyüklükte olabilir, yine de kütleleri yüz milyar ton, Fuji dağının kütlesi kadar olabilir. Bu kara delikler büyük bir trafo kadar çok enerji yayıyor olabilirler. KeÅŸke bu küçük kara deliklerden bir tane bulup enerjisini kullanabilseydik! Fakat göründüğü kadarıyla Evren’de bunlardan fazla sayıda yoktur. ”

Belirsizlik ilkesinin kabul edilmesi çoÄŸumuz için kolay deÄŸildir. Einstein bile 1920′ lerin ortasından 1955′ te ölümüne dek bu kuramı çürütmek amacı ile yaptığı baÅŸarısız giriÅŸimlerle zamanının önemli bir kısmını harcamıştır.
Genel görelilik kuramı, artık klasik bir kuramdır; çünkü belirsizlik ilkesini kapsamıyor. Einstein de, bir klasik fizikçidir; çünkü kuantum olaylarındaki raslantıyı ve bilinemezliği kabul etmiyor.

Belirsizlik İlkesine Felsefi Saldırı
Belirsizlik Ä°lkesi,kimi felsefeciler tarafından hala anlaşılmış görünmüyor. Onlar,doÄŸrudan belirsizlik ilkesine karşı çıkmadan Kuantum kuramının Kopenhag Yorumuna saldırıyorlar,Werner Heisenberg’e saldırıyorlar. Kopenhag Yorumunu, “öznel idealist” likle itham ediyorlar. Bu arada büyük Einstein’ı yanlarına almaya çalışıyorlar! Ama büyük Einstein onları ÅŸaşırtıyor. Çünkü onlar özel göreliliÄŸi ve genel göreliliÄŸi de güvenilir görmüyorlar. Dolaysıyla elde saldırılmadık kuram kalmıyor. Bu insanlar,bilimde kesinsizliÄŸi,bilimde belirsizliÄŸi kabullenemiyorlar. DoÄŸanın böyle olmadığını kuramın eksik ve belirsiz olduÄŸunu iddia etmeye devam ediyorlar. “Devam ediyorlar” diyorum,çünkü kurama yöneltilen bu eleÅŸtiriler 70 yıldır sürüyor. Oysa kuantum kuramı ve de bunun Kopenhag Yorumu,bu zaman diliminde gözlemlerle uyuÅŸmaya devam ediyor. Elbette ölümsüz kuram yoktur,zaman eleÄŸin daha dar gözeneklerini bilimin önüne dikecektir;ama bunun belirsizlik ilkesini aÅŸamayacağı büyük bir olasılık gibi görünüyor.

Bilimin ya da bildiÄŸinin “kesinliÄŸini” iddia edenler, tarihte görüldüğü gibi çok tehlikeli düşüncelerdir. Böyle düşünen insanlar, deÄŸiÅŸime açık deÄŸildir;yeni ÅŸeyler öğrenmeye açık deÄŸildir. Kimi insanların akÅŸam sabah “bir ırmakta iki kere yıkanılmaz”(Herakleitos) demesi,onun tutucu olmadığının bir kanıtı deÄŸildir. Bu insanların bilim anlayışı 19.yy mekanizmine takılıp kalmıştır.

Bir baÅŸka nokta,belirsizlik ilkesinin “insan onurunu” çiÄŸnediÄŸi,insanın bilme olanaklarına sınır getirdiÄŸi düşüncesidir. Buna göre belirsizlik ilkesi,insanı neredeyse evrenin çok önemsiz bir varlığı haline getirmektedir. Oysa belirsizlik ilkesi,insanoÄŸlunun yetersizliÄŸine,güçsüzlüğüne yorulan bir gerçek deÄŸildir. Tam da tersine,belirsizlik ilkesinin keÅŸfi, doÄŸanın önümüze koyduÄŸu ince bir uyarı levhasının görülmesidir. Ä°nsanın neyi ne kadar bilebileceÄŸini bilmesidir.

Kaynakça:
Hawking,Kara Delikler Ve Bebek Evrenler
S.Hawking, Karadelikler Ve Bebek Evrenler
R.Feynman, Her Şeyin Anlamı