Kuantum mekaniği Kopenhag yorumu "gerçeklik biz baktığımızda vardır" diyor ama bu kuantum dünyası ile ilintilidir; makro dünya ile değil.

Bu yoruma göre kuantum parçacıkları aynı anda dalga karakteri de taşırlar ve bu parçacık-dalgaların her biri kendi dalga fonksiyonuyla tanımlanır. Bu fonksiyon, onun aynı anda farklı konumlarda veya farklı hızlarda bulunma olasılığını temsil eder.

Dahası parçacık gözlendiğinde dalga fonksiyonu çökerek tek bir değer alır.

Oldukça karışık değil mi?

Peki, buraya nasıl gelindi?

Yanıt çok kısa: Işığın izini takip ederek.

Işık; dalga mı, parçacık mı?

Işığın gizemli doğası her dönem insan ilgisinin odağında olmuştu.

17. yüzyılda Isaac Newton'a göre ışık, 'corppuscule' denilen taneciklerden oluşuyordu.

Ancak 1800 yılı başında yapılan bir deney ile ışığın dalga gibi davrandığı kanıtlandı. Bu ünlü deney, "çift yarık" deneyidir: İngiliz bilim insanı Thomas Young, aynı kaynaktan gelen ışın demetinin önüne iki minik yarık içeren bir levha koyuyor ve o yarıklardan geçen ışınları bir ekran üzerine düşürüyor. Ekranda karanlık ve aydınlık çizgiler beliriyor. Bunlar ışığın dalga karakterinin kanıtı olarak kayda geçiyor.

Yani ışığın doğası, tartışmasız "dalga" oluyordu.

1800'lerin sonlarına gelindiğinde bilim insanları, sıcak nesnelerin yaydıkları ışığı açıklamaya çalıştılar ama sonuç alamadılar. Bir metal ısıtıldığında elektromanyetik dalga yayıyor ve sıcaklığa bağlı olarak dalga boyu ve dolayısıyla ışığın rengi değişiyordu.

Ve yine aynı dönemde, üzerine ışık düşürülen bir metalden elektronların yayıldığını gördüler; ışık dalgası sanki metalden elektron koparıyordu.

Bunlar klasik fiziğin çözmekte zorlandığı sorulardı: Bilim insanları bu sorulara yanıt ararken atomun kuramsal olarak var olduğu kabul ediliyor ama doğası bilinmiyordu.

Planck ve kuanta

1900 yılına gelindiğinde Max Planck, ısıtılan cisimlerin yaymakta olduğu elektromanyetik radyasyon üzerinde çalışırken deneysel verilere uygun olarak çok sıra dışı bir öngörü getiriyor: Işık dalgasının beklendiği gibi süreklilik göstermediğini, ayrı 'paketler' halinde geldiğini varsayar. 

Yani ışık dalgası, "kuanta" adı verilen parçacıklardan oluşmaktadır ve bu parçacıkların enerjisi dalganın frekansı ile de orantılıdır.

Kuantum Kuramı da adını işte bu "quanta" sözcüğünden alacaktır.

Bir diğer kanıt da Albert Einstein'den gelir. Bir metal plaka üzerine gönderilen ışık dalgalarının metalden elektron koparması, ışığın metal üzerine küçük enerji paketçikleri halinde düşmesinin bir sonucudur. Einstein'ın 1905'te yayınladığı ve "fotoelektrik etki" adını verdiği makalesi, Planck'ın öngörüsüne deneysel bir kanıt niteliğindedir; farklı olarak Einstein enerji paketçiklerine "foton" adını verecektir.

Young deneyi ve Einstein'ın fotoelektrik makalesi gösteriyor ki ışık, hem dalga ve hem de parçacıktır.

Buna parçacık-dalga ikiliği deniyor.

Einstein'ın, bu devrimsel çalışmasıyla kuantum devriminin meşalesini yakmış ama daha sonra kuantumun doğasını kabul etmekte zorlanmıştır. 

Madde, hem parçacık ve hem dalga olabilir mi?

Biliriz ki madde her zaman atom denilen minik parçacıklardan oluşur.

Işığın hem parçacık hem de dalga karakteri sergilediği anlaşıldığında bilim insanları hemen madde parçacıklarına odaklanırlar.

1913'te, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, hidrojen atomunun spektrumunu açıklayan bir hidrojen atomu modeli önerir. Bohr bu varsayımını, hidrojen atomunun spektrumunda yalnızca sınırlı sayıda çizgi olması ve bir elektronun bir yörüngeden diğerine atlaması sıraında yayılan veya emilen ışık nedeniyle bu çizgilerin oluştuğu öngörüsüne dayandırmaktadır.

Bohr, bu yolla elektronların dalga özelliklerine sahip olmaları gerektiğini göstermiş oluyor.

1924 yılında genç Fransız fizikçi Louis de Broglie, doktora tezini hazırlarken Bohr atom modelinin tek elektron içeren atomlar için başarılı olduğunu, ancak daha büyük yapılarda neden başarısız olduğunu araştırmaktadır.

De Broglie, her nesnenin aynı ışık gibi, aynı anda hem parçacık hem de dalga olabileceğini varsayıyor.

Atomik yapıda belirli yörüngelerin, elektronun hem parçacık hem de dalga özelliklerini aynı anda karşılamasına izin verdiğini ileri sürüyor.

De Broglie'ye göre her maddeye bir dalga eşlik eder ancak maddenin bu dalga özellikleri yalnızca atomik ve atom altı parçacıklar düzeyinde tespit edilebilir. De Broglie denklemleri dalga boyunun parçacığın momentumuyla ters orantılı olduğunu gösterir ve bu nedenle büyük cisimlerde bu özellik gözlenemez.

De Broglie'nin kuramsal temelde ele aldığı makalesi, Einstein'ın ışık kuantumu ile Bohr'un elektron dalgalarını birbirine bağlıyordu.

Yapılacak ilk iş, elektronların ışık dalgalarında olduğu gibi birbirleriyle etkileşime girip girmediğini belirlemekti.

Çok beklenmedi; 1927 yılında, C. J. Davisson'un elektronların kırınımını deneysel olarak gözlemlemesiyle De Broglie'nin bu öngörüsü doğrulanmış oldu; dolayısıyla madde- dalga ikiliği de!

Einstein, de Broglie'nin bu cesur yaklaşımını açıkça destekleyen ilk bilim insanıdır. Zaten 1905 yılında, E = mc ² denklemiyle enerji ve maddenin eşdeğer olduğunu ve birbirinin yerine geçebileceğini göstermişti.

Bununla birlikte, ilerleyen süreçte bilim dünyası onun itirazlarına tanık olacaktır!

Kopenhag yorumu

Ve bilim insanları çok daha garip durumlarla karşılaşırlar.

Işığın dalga davranışı gösterdiği deneylerde, foton parçacıkları ölçülmeye çalışıldığında ışık aniden davranış değiştiriyor ve sanki "gözlendiğinin farkındaymış gibi" parçacık kimliğine bürünüyor; sonra elektronların da benzer davranış içine girdikleri görülüyor. Gözlem veya ölçüm yapıldığının bilincindeymiş gibiler.

Bilim insanları için bu bilinçli görünen tavır oldukça gizemlidir ve yorumlamakta zorlanırlar.

Mevcut yorumlardan en çok kabul göreni "Kopenhag Yorumu"dur. İlk olarak Niels Bohr ve öğrencileri tarafından Danimarka'nın Kopenhag kentindeki Niels Bohr Enstitüsü'nde geliştirilmiş olması nedeniyle bu ismi alır.

Kopenhag yorumuna göre gerçeklik, "biz onu ölçtüğümüz veya gözlem yaptığımız için vardır".

Bizim gerçeklik algımızla çelişse de kuantum gerçekliği, belki de "temel gerçekliği" yansıtıyor olamaz mı?

Ve itiraz Einstein'dan gelir: Ne yani, Ay biz ona baktığımız için mi var? O, zaten hep orada!
 

T24 Haftalık Yazarı

Güneç Kıyak

@NGunecKIYAK[email protected]

Kaynakça

https://cerncourier.com/a/copenhagen-interpretation/

https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Thomas_Young

https://cosmosmagazine.com/science/physics/einstein-bohr-and-the-origins-of-entanglement/