Quantum üzerine çeşitlemeler

Quantum’u öğrenmeyen, bilmeyen kalmadı.  Herkes Quantum ustası oldu, quantuma göre şöyle, quantuma göre böyle… Neredeyse  quantum usulü yemek tarifleri falan yapacaklar…Biraz da ben  ukalalık edeyim müsadenizle. Sürç-ü lisan edersem affola…

Efendim, quantumu anlamak için belki en iyi referans klasik fizik olabilir. Quantum fiziği belki en iyi olarak klasik fizikle mukayeseli olarak anlatılabilir. Bildiğiniz gibi klasik fiziğin babası (veya babalarından biri) meşhur İngiliz matematikçisi ve fizikçisi Newton.  Malüm matematik bilmeden fizik olmaz. Newton’un meşhur kitabı “Matematiğin Prensipleri – Principia Mathematica…”ni bugün dahi dünyada layikiyle anlayabilen az kişi olduğu söylenir.  Meşhur quantum fizikçisi Stephan Hawkins bile kendisi koskoca fizik profesörü iken, quantum fiziği ile ilgilenmeye başlayınca, matematik bilgisinin yeterli olmadığını görüyor, fiziği bırakıyor, iki yıl sadece matematik çalışıyor, ileri derecede matematik öğreniyor ondan sonra quantum fiziğine dönüp üzerinde çalışmaya başlıyor. Yani quantum fiziği öyle bir şey ki , koskoca bir fizik profesörünün bildiği  matematik yetmiyor, adam işi gücü bırakıp iki yıl daha ileri derecede matematik öğrendikten sonra ancak dönüp quantum fiziği üzerinde çalışmaya başlayabiliyor.

Klasik fizik büyük objelerle ilgileniyor, gözle görülür, elle tutulur objelerle, gök cisimleri dahil. İkincisi klasik fiziğin kanunlarında belirlilik ve kesinlik var. Newton’un kanunlarından bazılarını hatırlayalım. Bir tanesi atalet kanunu (law of inertia). Buna göre bir cisme bir hareket verirseniz, yani onu bir defa ittirirseniz o cisim sonsuza kadar bu hareketine devam eder, sonsuza kadar gider, ta ki önüne bir engel çıkıncaya kadar veya başka bir kuvvetin etkisi altına girinceye kadar. Başka bir kanunu her amelin eşit ve aksi yönde bir aksülameli vardır (every action has an equal and opposite reaction). Gerçi Einstein bu reaksiyonun mutlaka aksi yönde olmayabileceğini veya eşit derecede olmayabileceğini söylemiştir.

Newton’un başka bir kanunu cisimler birbirlerini kütlelerinin çarpımıyla direk, aralarındaki mesafenin karesiyle endirek orantılı olarak çekerler. Bir başka kanunu yer çekimi kanunu, hani şu 9,8 metre bölü saniye kare kanunu, vs vs. Bu kanunlarda, iki özellik var, birincisi gözle görülür büyük cisimler söz konusu, ikinci özellik ise belirlilik ve kesinlik söz konusu, yani çarpıyorsunuz, bölüyorsunuz, topluyorsunuz, çıkarıyorsunuz ve kesin sonuca, kesin rakama ulaşıyorsunuz. Quantum fiziği ise, madde bir, gözle görünmeyen küçük parçacıklarla ilgileniyor, mesela elektronlarla, hatta elektrondan da küçük parçacıklarla. Bunlar bazen öyle küçük parçacıklar ki kütleleri bile yok, fotonlar gibi. Nasıl Einstein’ın izafiyet teorisinde madde enerjiye dönüşebiliyorsa, bu küçük fotonlar da bazen parçacık oluyor bazen dalgaya dönüşebiliyorlar.

Quantum fiziğinin ikinci özelliği ve klasik fizikten ikinci farkı ise burada söz konusu olan küçük parçacıkların davranışlarında belirlilik ve kesinlik yok. Mesela bir elektronun geçebileceği  iki delik varsa, bazen birinden, bazen diğer delikten, bazen her iki delikten birden geçebiliyor. Dolayısıyla hangi delikten geçebileceğini söylerken ancak ihtimal hesaplarına göre, belki geçmiş istatistiklere göre falan rakamlar verebiliyorsunuz.

Klasik fizikte bir cismin konumunu, hızını, ve yönünü bilirseniz, onun geleceğini de bilebilirsiniz, yani ne zaman nerede olacağını da bilebilirsiniz, hatta geçmişini de yani ne zaman neredeydi ise onu da bilebilirsiniz. Örneğin gök cisimleri için bu çok önemli ve yararlı bir bilgi olabilir.  Quantum fiziğinde ise bu mümkün değil. Quantum fiziğinin ilk kanunlarından biri, “bir parçacığın konumu ve hızı aynı anda belirlenemez”. Gördüğünüz gibi quantum fiziğinde klasik fizikte ki belirlilik ve kesinlik yok.

Klasik fiziğe süje olan cisimler aynı anda iki yerde birden olamaz. Quantum fiziğinde ise bir elektron aynı anda iki ayrı yerde birden  olabiliyor. Yani diyelim ki, bir elektronu bir kutuya koydunuz sonra o kutuyu sol ve sağ olarak  iki ayrı bölmeye böldünüz. Elekron  hem sol bölmede hem sağ bölmede, aynı anda iki ayrı yerde birden olabiliyor. Hadi biraz yumuşatalım, en azından her iki bölmede birden varmış gibi belirtiler veriyor, yani her bir bölmede ayrı ayrı olsaydı  her birinde nasıl belirtiler verir idi ise aynen öyle belirtiler veriyor. Pek aklınızı karıştırmak istemiyorum ama şu kadarını söyleyeceğim, elekronlar o kadar tuhaf ki, gözlemcisine göre davranıyor. Mesela bu misalde gözlemcinin nerede olduğuna  göre davranıyor  ve mesela gözlemcisi kutuyu açarsa elekron da hangi bölmede olacağına karar veriyor ve diyelim ki sadece sol bölmede boy gösteriyor.

Quantum fiziği kainatın yaradılışı ile de ilgileniyor. Çünkü kainatın yaratıldığı ilk büyük patlama anında evren çok  hızla genişleyen ve çok sıcak elektron ve proton gibi küçük parçacıklardan ibaretti. İlk atomlar, hidrojen, helium dahi nispeten sonra oluştu.  Bugün dahi evrenin büyük kısmı hala plazma denilen ve henüz atom haline gelmemiş böyle küçük parçacıklardan oluşuyor. Quantumcular (örneğin Einstein)  ışık hızıyla da ilgileniyorlar, çünkü evrende değişmeyen sabit olan tek şey ışık hızı. Einstein evrenin bükülebilir olduğunu, esasen yer çekiminin bundan kaynaklandığını söylüyor. Einstein bununla da kalmıyor, zamanın da izafi (relative) olduğunu hatta zamanın da bükülebilir olduğunu söylüyor. Buna göre evrenin değişik noktalarında zaman farklı olabilir, hatta evrenin değişik evrelerinde zaman farklı olabilir. Mesela ilk patlama zamanında bir gün (patlamanın birinci günü) bugünkü ölçülere göre sekiz milyar yıla, ikinci gün dört milyar yıla, üçüncü gün iki milyar yıla vs tekabül ediyor. Böyle böyle hesap edilince (ne tesadüf ama) dünyanın yaratılışı altıncı güne denk geliyor. Hani hep derler ya, tanrı dünyayı altı günde yarattı, yedinci günde de dinlendi diye. Diğer bir açıdan bakınca bu şekilde hesaplanınca ilk patlamadan günümüze 14 -15 milyar yıl geçti gibi bir sonuç çıkıyor. Ne tesadüf ki bilimsel hesaplamalara göre de ilk patlamadan günümüze 13,8 milyar yıl geçtiği bulunuyor.

Dedik ya, quantumcular, evrenin yaratılışıyla, ilk patlama ile, zaman-mekan kavramıyla, evrenin bugünkü durumuyla, mesela hala genişlemekte olup olmadığıyla, evren sonlu mu sonsuz mu,  evrenin sonu ne olacak sorusuyla da ilgileniyorlar ve tabi bunlarla ilgili olarak eğer bir yaratılış varsa bir yaratan (tanrı) da var mı gibi sorularla da ilgileniyorlar. 1920 Yılında Edwin Hubble, Samanyolu’nun dışında da galaksiler olduğunu, bunların gittikçe uzaklaştıklarını, ve hatta en uzaktakilerin en hızlı bir şekilde uzaklaştıklarını, yaydıkları ışıkların spektrumunu ölçmek suretiyle ispatladı. Ve böylece Edwin Hubble bir açıdan büyük patlama (big bang) teorisini de ispatlamış oldu. Öyle ya, evren 13.8 milyar yıl sonra hala genişliyorsa, biz günümüzden geriye doğru gidersek, giderek küçülerek, gide gide (ilk patlama anında) bir nokta küçüklüğüne ulaşması da mantıklı bir sonuç olur.

Evrenin sonu ne olacak sorusuna gelirsek burada da iki ihtimal var. Ya genişleye genişleye enerjisi bitecek (termodinamiğin ikinci kanunu) ve soğuk bir kütleye dönüşecek ya da tersine bir hareketle büzüşerek çok yoğun bir kara delik haline gelecek.

Lafı daha fazla uzatmayacağım. Yukarıda da dediğim gibi quantumcular yaratılış ile (big bang) yakinen ilgilendikleri için ister istemez yaratan fikriyle de, hadi daha açık söyleyelim, “Allah var mı yok mu” sorusuyla da ilgileniyorlar. Buna Stephan Hawkins de, Einstein da dahil.  Ama henüz Tanrının varlığını da yokluğunu da bilimsel olarak ispat edemediler.

Kalın sağlıcakla….