Heisenberg’İn Belirsizlik İlkesi, Ve Kuantum Mekaniksel Yaratiliş

200 yıl kadar önce Laplace, Newton kanunlarının ne kadar başarılı olduklarını dikkate alarak, “evrende mevcut maddelerin konumları, momentumları ve onların etkileyen güçler bilinirse, geçmiş hakkında bilgi sahibi olmak ve geleceği kesinlikle bilmek mümkündür”, demiştir


Bu sözler açıkca Laplace’in Newton’a duyduğu güvenin sonsuz olduğunu göstermektedir Son yüzyıl içindeki gelişmeleri duysaydı, mezarında kahrolurdu herhalde Laplace Aslında Newton’a bu kadar güvenmesi kendi hatası idi Laplace’in bu sözleri onun kadere olan inancını da dile getiriyordu


Eğer cisimler değişmeyen bazı yasalara uyarak hareket ediyorlar ve o yasalar her zaman geçerliklerini koruyorlarsa, geleceği tahmin etmek mümkün olduğu gibi, geleceğin değişmeyeceğini de kabul etmek zorunluğu vardır diyordu, Laplace


Başka bir deyişle Laplace’e göre geleceğin akibeti geçmişte saptanmıştır Bu durumda diyebiliriz ki Big Bang sırasında geleceğin akibeti, tabiri caiz ise, kaderi, saptanmış olmalıdır


Bu büyük sözlerin söylenişinin üzerinden 100 yıl geçtikten sonra, Alman asıllı ünlü fizikçi Werner Heisenberg (1901-1976), herşeyin bilinemeyeceğinin bir fizik yasası olduğunu bulmuş ve onu açıkca formüle etmiştir Bu yasa Heisenberg’in belirsizlik (kesinsizlik) yasası olarak bilinir Bu ilginç ve temel yasa için kuantum şüphe terimini de kullanmak mümkündür Ama ben şüphe yerine belirsizlik terimini kullanmayı yeğliyorum


Heisenberg kuantum belirsizliğini atom düzeyinde tanımlamıştır


Ama bu kuramı evrensel boyutlarda da tanımlamak mümkündür

Hatta diyebiliriz ki evrensel boyutlarda bu kuramın anlamı çok daha derin olup, yaratılışın gizemine ışık tutmaktadır Orasına ilerde değineceğiz Şimdilik her iki tanıma kısaca yer vereceğiz


Heisenberg belirsizlik kavramını 1920’li yılların sonlarına doğru somutlaştırmıştır


Kuantum belirsizlik aslında son derece belirli bir kuramdır

Kuantum zerreler, örneğin elektronlar için geçerili olup, önemli bir fizik yasasıdır


Bu yasaya göre elektronların yerini ve momentumlarını aynı anda ölçmek mümkün değildir Burada kullanılan momentum bir yöne doğru hareket etmekte olan objenin hızı ve kütlesinin çarpımının ürünüdür


Günlük yaşamda hareket halinde olan zerrelerin yerini ve momentumlarını saptamak bir sorun oluşturmaz Örneğin bilardo topunun bilardo masasının neresinde olduğunu, hızını ve yönünü aynı anda kolaylıkla biliriz


Kuantum varlıkları, örneğin elektron ve fotonları, yakından inceleyen Heisenberg, onların davranışlarının bilardo topunun davranışlarından çok farklı olduğunu gözlemlemiştir Bu gözlem ilk bakışta insan aklı ve rasyonalitesi ile çelişiyor gibi görünmektedir ama, elektron ve fotonlarla ilgili dalga ve zerre düalitesi dikkate alınırsa, hiç de olağanüstü değildir


Elektron ve fotonların kuantum davranışlarını dalga ve zerre olarak tanımlamak mümkündür Dalgaların uzayda yeri kesin değildirO halde bu varlıkları uzayda kesin olarak lokalize etmek de mümkün değildir


Bunun daha iyi anlaşılması için somut bir örnek olarak deniz dalgalarını gösterebiliriz

Hareket halinde olan dalgayı bir nokta olarak belirtemezsinizBazı yerlerde daha çok, diğer yerlerde daha az belirlidir


Heisenberg ayrıca bu zerrelerin yerlerinin kesinlik kazanması durumunda, momentumlarının giderek daha belirsiz olduğunu bulmuştur Momentumlarının belirli olduğu durumlarda ise yerleri belirsizlik kazanmaktadır


Heisenberg bu iki belirsizliği matematiksel bir formülle bir araya getirmiştir

Ortaya çıkan formül Heisenberg’in belirsizlik ilişkisi olarak bilinir

Bu belirsizlik doğanın en önemli temel yasalarından, hatta yapı taşlarından biridir


Örnek olarak en basit atom olan Hidrojene bakalım

Hidrojende yalnız tek bir protondan oluşan çekirdeğin etrafındaki bir yörüngede tek bir elektron dönmektedir Bu elektronun yeri az çok bilinmektedir Ama buna rağmen hızını ve momentumunu bilmeye olanak yoktur Çünkü tek olmasına rağmen elektron, aynı zamanda dalga da olduğu için, Hidrojen çekirdeğinin etrafında bir bulut oluşturmaktadır Elektronun oluşturduğu bu bulutun bazı yerlerinde daha çok, diğer yerlerinde daha az zaman geçirdiğini söyleyebilirsiniz


Kuantum belirsizlik için ilginç bulacağınız bir örnek daha verebilirim

Aslında bu örnek evrenin varoluş nedenine de ışık tutmaktadır ama, ona sonra değineceğiz Bunda elektronun yeri ve momentumunda olduğu gibi, farklı bir çift kuantum niteliği ele alabiliriz Onlar enerji ve zaman olsunlar


Heisenberg’in belirsizlik kuramı ile Einstein’ın özel görelik kuramını birleştirip, herhangi bir hacimdeki boş uzayı dikkatle izlerseniz, o boşlukta ne kadar enerji olduğunu bilemezsiniz Bunu bilmeyen yalnız siz değilsiniz Doğa da bilemez


Bu doğanın bilinmezlik yasasıdır


O boşluğu ne kadar kısa bir zaman için izlerseniz, enerji muhtevasından o kadar az emin olursunuz O boşlukta enerji yok demeyin Çünkü var! Çok kısa bir zaman için boşluğu enerji doldurur ama, belirsizlik ilişkisi tarafından saptanan belli bir zaman dilimi içinde yok olur gider Enerjinin ömrü 10^-21 saniyedir


Yeri gelmişken bu enerjiden de kısaca bahsedeyim Bu enerji kendini foton şeklinde belli edebilir Hiç yoktan aniden ortaya çıkar ve çıktığı gibi hızla kaybolur gider Bazı durumlarda bu enerji elektron kılığına da bürünebilir Tabii yine belirsizlik ilişkisinin izin verdiği bir zaman dilimi içinde var olabilir O sürenin sonunda yok olup gider


Bu kısa ömürlü varlıklar için yalancı zerreler (virtual particles) denir ve bu süreç kısaca vaküm dalgalanması olarak bilinir


Bütün bu gözlemleri evrenin başlangıcını simgeleyen bir model olarak kabul etmek mümkündür Gözlemler diyorum, çünkü Casimir deneyi ile adı geçen yalancı zerrelerin varlığını göstermek mümkündür


Bu modelde vaküm da denen boş uzay, kuantum düzeyde müthiş bir etkinlik göstermektedir Elektronlar, yalancı zerreler ve fotonlardan oluşan bir okyanus içine serpiştirilmiş elementer zerrelerdir Bu okyanusda fotonlar ve yalancı zerreler birbirleri ile sürekli bir etkileşme halindedirler


Belirsizlik ilkesi ile ilgili önemli bir diğer sonuç da kuantum sistemlerinde hareketesizliğin olmamasıdır Bu sistemde her şey sürekli bir hareket halindedir


Kuantum mekaniğinin hükmettiği bir alemde-ki sınırları bir atomla belirlenmiştir- zerrelerin davranışı geniş bir yelpaze oluşturur Zerreler sert duvarlara penetre olabilirler ve geçmemeleri gereken engelleri aşarlar Elektronlarına bağlı olarak atomlar farklı enerji düzeylerine sahip olabilirler Aynı koşullar altında yapılan aynı deneyler her zaman aynı sonucu vermezler Kuantum olguların sonuçlarını daha önceden saptamak mümkün değildir Deneylerin sonucu da bir yelpaze oluşturur

Sonuçlar olasalık dağılımı olarak ifade edilirler


Kuantum mekaniği her ne kadar kendini, yalnız mümkün olabilecek en küçük ölçüde belirtirse de, aynı zamanda irili ufaklı bütün kozmik yapıların ve evrenin gözlemlediğimiz şekilde ortaya çıkışından sorumludur Bazı kuantum mekanik ilkelerden dolayı hızla genişleyen bir yalancı zerre, evreni oluşturmuştur


Kuantum mekanik dalgalanmalar yaratılışın ilk mikro saniyesi içinde maddenin ortaya çıkmasını sağlamış, daha sonra aynı ilkeler galaksilerin tohumunu atmıştır


Yıldızların merkezinde enerji kuantum ilkelere uyarak açığa çıkmaktadır


Mevcut bütün elementlerin varlık nedeni kuantum ilkeleridir


Kayalardan oluşan gezegenlerin varlık nedeni de kuantum yasalarıdır Kayalar ve evrende mevcut her türlü katı ve solid yapı, kuantum mekanik süreçlere bağlı olarak ortaya çıkmışlardır


Dünyanın derinliklerinde açığa çıkan nükleer enerji de varlığını önemli bir ilke olan kuantum mekanik tunelleşmeye borçludur Kimyasal bağlar ve elektron paylaşmak ana teması üzerine kurulan yaşam bile, kuantum mekanik bir süreçtir


Aralarında belirsizlik ilkesinin de olduğu kuantum mekanik yasaların bu kadar olumlu ve somut sonuçlar vereceğini hiç tahmin etmiş miydiniz?