Bu Gerçek Olamaz! : Kuantum Fiziği – Çift Yarık Deneyi

Bir bebeğin ilk adımları. Bir insan için hayatının en önemli anı. Antik çağlarda insanların farklı kıtalara keşfe çıkması ve tüm dünyayı mesken edinmesi gibi. Her şeyi keşfetmeye başladığı an. O ilk adımdan sonrası bir süre dengesizdir, düşer, çarpar… Yavaş yavaş çok daha sağlam adımlarla ilerlemeye başlar. Önce evinin çevresini, parkları… Sonra… Sonra bir yetişkin olur. Gerekli olgunluğa ulaşır. Ama keşfetmesi hiç durmaz. Sürekli yeni yerler, sürekli yeni deneyimler… Anlam arayışı yolculuğunda atılan her bir adım, gerçeğe doğru yapılan bir koşu gibi…

İnsanoğlu gibi… 200.000 yıl önce doğduk… Henüz 6.000 yıl önce medeni hayata geçtik. Ve henüz 300 yıl önce “biz neredeyiz” diye sormaya başladık. Belki de o zaman gerçekten doğdu insanoğlu. Isaac Newton ile. Evreni anlama yolculuğumuzu başlatan insan desek çok da yanlış olmaz…

Sonra… Emeklemeye başladık. Albert Einstein ile… Ondan önceki bilim insanlarının katkıları ile keşfetme merakımız Einstein ile zirve yaptı. Sağa sola sürünerek de olsa yol aldık. “Bu ne? Ne demek bu?” demeye başladık.

Sonra işte yetmedi. Yeter artık dedik. Daha çok şey öğrenmem lazım.

Max Planck, Niels Bohr, Heisenberg, Schrödinger ve başka bir sürü bilim insanı el ele verdiler ve emekleyen insanoğlunu bir anda ayağa kaldırdılar.

KUANTUM FİZİĞİ İLE.

200.000 yıldır üzerinde olduğumuz şu dünyada ilk adımlarımızı attık.

Çok heyecanlıydık! Ve bir o kadar da korkmuş…

Keşfetmeye kalktığımız bu dünya çok karmaşık, çok sıradışı, çok başkaydı…

Ama…

Artık ayağa kalkmıştık işte. Bir daha geri dönüş yoktu.

“Bak manyak olursun, uğraşma dediler”

Ama vazgeçmedik. Bu yolda dönüş yoktu.

Tam olarak anlayamadığımız kuantum mekaniğinin anladığımız belki de 100’de 1’i ile önce lazeri, sonra insanlık tarihinin belki de en önemli buluşlarından biri olan “transistörleri” icat ettik. Ayrı bir video gelecek mutlaka transistörlerle alakalı. Transistörleri bulduktan sonra aman yarabbi. Öyle hızlı öğrendik ki yürümeyi… Koşmaya başladık… Bilgisayarlar, çok daha küçük bilgisayarlar, cep telefonları… Yapay zeka… Makine öğrenmesi… Artırılmış gerçeklik… Derken… Kuantum bilgisayarları… İnsanoğlunu çok kısa sürede “farklı gezegenlerde yaşayabilir miyiz” acaba sorusuna getiren, yıldızlararası yolculuklara cesaret edecek seviyeye getiren olaylar…

Hepsi. Evet. Hepsi…

İşte KUANTUM FİZİĞİ SAYESİNDE…

Ama daha gidecek çok ama çok yolumuz var… Tüm bu gelişmeler bir bebeğin ilk kelimelerini mırıldanması gibi sadece gelecek olasılıkları düşününce… O yüzden. Biz kuantum yolculuğumuza kaldığımız yerden devam edelim. Gelecek olasılıkları gelecekte bol bol konuşacağız zaten.

Bir önceki videoda Niels Bohr’un atom modeliyle bırakmıştık. Henüz çok başında.

Daha kuantum fiziğinin en acayip konularına girmedik bile… Belirsizlikten, parçacık-dalga ikiliğinden ve asıl “yok artık” dedirten kuantum dolanıklığından bahsetmedik.

Ve her şeyi. Tüm kuantum teorisini bir temele oturtacak ve sonrasında bahsedeceklerimizi daha anlamlı ya da daha anlamsız kılacak bir deneyden bahsedelim bu videoda özellikle.

Ama öncesinde tekrar gerçeklik algımıza bir kez daha saldırmamız gerekiyor. Algımızı bir kez daha gözden geçirmemiz.

Tüm hayatınızı, deneyimlerinizi, çevrenizle iletişiminizi düşünün bir süreliğine.

Şahsen yaşadıklarınızı.

Çevrenizle, eşyalarla, dünya ile iletişiminizi göz önüne aldığınızda her şeyin çok tahmin edilebilir olduğunu görüyorsunuz. Çok tahmin edilebilir ve açıklanabilir deneyimler bunlar.

Mesela neyin katı, neyin sıvı, neyin somut bir parça olduğunu, mesela bir kayanın bir parça olduğunu biliyoruz, ya da neyin dalga oluşturduğunu, sıvının, havanın… Net.

Her şey tahminlerimize ve beklentilerimize göre hareket ediyor. Ay mesela. Hava karardığında görünür oluyor ve biz ayın bakmasak bile orada olduğunu biliyoruz. Eminiz bundan değil mi?

Şimdi.

Kuantum evreninde, atom altı parçacıkların dünyasında öyle değil işte.

Yani. Bakmadığınız zaman “ay”ın orada olduğunu bilmeniz.

Mümkün değil.

Bu benzetme bu arada Albert Einstein’ın bir benzetmesidir. Kuantum fiziğini anlamlandırma hikayesinde sorduğu en önemli sorulardan biri.

Kuantum Fiziğindeki belirsizlik olgusunu duyduğunda sorduğu soru.

Tam olarak şöyle söylemişti:

“Yani ben bakmadığımda ayın orada olmadığını mı söylemeye çalışıyorsunuz?”

Evet. Tam olarak bunu söylemeye çalışıyorlardı.

Burada bahsettiğimiz ise elbette ay değil. Biz atom altı parçacıklardan, elektronlar, fotonlardan bahsediyoruz.

Max Planck’ın devrimsel bulgusunu hatırlıyorsunuz, bahsetmiştik bir önceki videoda.

Işığın dalga olarak değil “paketler” halinde taşındığını söylemiş ve “kuantum dünyasının” kapılarını açmıştı.

Ama tabi işler o kadar kolay olmayacaktı.

Özellikle atom, elektron, proton vs. resimlerine, canlandırmalarına baktığımızda veya elektron dediğimizde atom çekirdeğinin çevresinde dönen yuvarlak bir parça gözümüzde canlanıyor.

Fakat bu sadece bir canlandırma. Aslında atom, çekirdeği, elektronlar… Hiç de öyle görünmüyorlar.

Ki ölçmediğinizde, bakmadığınızda orada olduklarından bile haberdar olmamız mümkün değil.

Maddeyi düşünmenizi istememin sebebi de bu. Normal şartlarda gözlemlediğimiz dünyanın boyutunu küçülttüğümüzde, atomlara, elektronlara baktığımızda “tahmin edilemez” bir “olasılıklar” dünyası karşımıza çıkıyor.

İşte bunun da en belirgin göstergesi “Parçacık – Dalga İkilemi” adını verdiğimiz olgu.

Elektron. Bir parçacık değil. Ama dalga da değil.

Bunu da kuantum fiziğinin en popüler deneylerinden biri olan “Çift Yarık” deneyi ile gözlemliyoruz.

Çok karmaşık gibi görünen bu deneyi ve sonuçlarını örneklerle, en basit haliyle açıklamaya çalışayım.

Sonuçları gördüğümüzde artık hep beraber şaşırır, “yok artık” deriz.

Önce bildiğimiz dünyadan örneklerle başlayalım.

Elinizde bilyeler var diyelim. Karşınızda ortasında bir yarık olan bir tabela ve arkasında da bu bilyelerin çarptığı bir tür levha olsun.

Tek tek bilyeleri atalım bu delikten. Kimisi tabelaya çarpar karşıya geçmez, kimi geçer ve deliğin karşısındaki levhada bir tür desen bırakır. Tek bir çizgi gibi.

Tabeladaki yarık sayısını ikiye çıkardığımızda da karşıdaki levhada iki ayrı çizgi deseni görürüz. Mantıklı olan ve olması gereken budur. Bir parçacık bu şekilde davranır.

Şimdi aynı deneyi bir su birikintisi ile yapalım ve bakalım dalgalar nasıl davranıyor.

Tek bir yarık olan tabeladan su birikintisinde oluşturduğumuz dalgalar geçerek tek bir dalga şeklinde karşı levhada dalganın en güçlü olduğu noktada yine tek yarıktan gönderdiğimiz bilyeler gibi tek bir çizgi deseni oluşturur. Yine burada beklenmedik bir şey yok.

Fakat.

İkinci bir yarık açtığımızda iki yarıktan geçen tek bir dalga iki farklı dalga oluşturur ve bu iki dalga birbiri ile kesişerek karşı levhada bir tür çoklu çizgi deseni oluşturacaktır. Birbiri ile kesişen ve farklı dalga boyları oluşturan dalgaların bir sonucu.

Burada da beklenmedik bir şey yok aslında. Normalde gözlemleyebileceğimiz bir durum.

Fakat.

Gelin kuantum fiziği düğmesine basalım ve kuantum dünyasına adım atalım.

Ve bu deneyi orada tekrarlayalım.

Şimdi.

Işığın “foton” dediğimiz paketler halinde taşındığını ve özünde bir parçacık olduğunu söylemiştik.

O nedenle fotonları bilyeler gibi düşünürsek ve bir foton tabancasından tek yarıktan gönderirsek bu deneyde.

Sonuç. Süper. Tahmin edilebilir bir sonuç çıkıyor. Karşı levhada bilyelerde gördüğümüz tek bir desen ortaya çıkıyor.

Fotonlar da bilyeler gibi, parçacık gibi davranıyor.

Tamam. Sorun yok.

Şimdi ikinci yarığı açalım. Sırf meraktan. Parçacık olduğunu kanıtladık gibi aslında.

Fakat.

Burada işler çığırından çıkıyor. Beyin yakma seremonisi bu noktada başlıyor.

O yüzden sıkı durun.

Parçacık olduğunu bildiğimiz, kanıtladığımız fotonları iki yarık bulunan tabelaya fırlattığımızda beklediğimiz bilyelerde olduğu gibi karşı levhada iki ayrı çizgi deseni oluşması.

Fakat.

Sonuç bu.

Tek tek fırlattığımız fotonlar.

Karşıda tam da bir su dalgasının oluşturduğu bir desen oluşturuyor.

Çoklu çizgi deseni.

Diğer adıyla girişim ya da kesişim deseni.

Bir saniye.

Nasıl yani?

Sayıyı azaltıyoruz. Fotonları çok fazla gönderdik de ışık dalgası mı oluşturdular diyoruz.

Saniyede tek foton gibi bir sıklıkla foton gönderiyoruz.

Saatler sonra.

Sonuç.

Aynı.

Nasıl ya?

Parçacık ama foton?

Nasıl dalga deseni oluşturur.

Biz bilye attık. Bilye nasıl su gibi davrandı?

KUANTUM DÜNYASINA HOŞ GELDİNİZ!

Bitti mi?

Daha değil. Çok acayip.

Sıkı durun.

Şimdi. Foton belki garip davranıyordur, işin içinde ışık var sonuçta. Işık da garip davranıyor olabilir diyor bilim insanları.

Bunu elektronlarla tekrar denemeye karar veriyorlar. Bildiğimiz bilyelere daha benzer bir parçacıkla.

Bir elektron tabancası yapıyorlar.

Elektronları tek yarıktan gönderiyorlar.

Süper. Tek çizgi. Bilyeler gibi.

Sonra. Sonra ikinci yarığı da açıyorlar.

Ne oluyor peki?

İki çizgi?

Hayır.

Çoklu çizgi deseni.

Elektronlar da dalga gibi davranıyor çift yarık açıldığında.

Haydaa!

Evet. Haydaa!

Bir gariplik var. Çok acayip bir şey bu.

Bitmiyor ama durun.

Mantık olarak bilim insanları bu olayı çözmek istiyorlar.

Yarıkların önüne bir algılayıcı, sensör yerleştiriyorlar. Her elektron geçtiğinde ses çıkaran bir cihaz.

Ve testi tekrar ediyorlar.

Burası işte gerçekten dünyanın en garip olayının gerçekleştiği an…

Bu sensörü yerleştirdikten sonra elektronları çift yarıktan fırlatmaya başlıyorlar.

Test bitiyor.

Karşıdaki levhayı kontrol ettiklerinde ne görüyorlar sizce?

İki çizgi.

Olması gerektiği gibi. Parça parça gönderilen elektronlar bilyeler gibi iki çizgi oluşturuyor levhada.

Kapatıyorlar sensörü tekrar.

Testi tekrar ediyorlar.

Sonuç

Çoklu çizgi. Dalga deseni.

Nasıl yani?

Evet.

Bir gözlemci, bir cihaz yerleştirdiğinizde elektronlar olması gerektiği gibi davranıyor.

Sanki izlendiklerini biliyorlar gibi.

Sanki bilinç sahibi gibi.

Baktığımızda normal davranan, bakmadığımızda çok acayip işler yapan birer birey gibi…

Çocuk gibi…

Açıklaması ne peki?

Yok.

Henüz yok.

Aranızdan birileri için “NOBEL FİZİK ÖDÜLÜ” kazanmak adına müthiş bir fırsat.

Bunu açıklayabilen Einstein kadar meşhur olacaktır tahminim o ki.

Dünyanın en garip olayı.

Einstein bu durumu ve daha sonra bahsedeceğimiz tüm olguları, iddiaları tek bir kelimeyle tanımlayacaktı.

“KORKUNÇ!”

Tahmin edilemez, kafasına göre davranan bir dünya…

Ve bizi. Tahmin edilebilir, sıradan dünyamızı, seni, beni, her şeyi oluşturan parçaların dünyası.

Bu dünya hiç de tahmin edilebilir değil…

Bir olasılıklar dünyası.

Göz alıcı ve bir o kadar da korkunç aslında.

Ve öğrenecek daha çok şeyimiz var. Konuşacak da daha çok şeyimiz var bu evrenle ilgili.

Dedim ya videonun başında. Daha yürümeyi yeni öğrenen bir bebekten farkı yok insanoğlunun.

Anlamlandıramadığımız bir çok şey var. Cevaplanmamış yığınla soru.

Her cevap yeni bir soruyu da doğuruyor haliyle.

Ve bu cevapları arayan insanlar. “Önce ben bulacağım” diye yarışan, dünyanın en güzel savaşını veren insanlar.

Bana kalırsa her insanın vermesi gereken bir savaş bu.

Anlam arayışı savaşı.

 “Nobel Fizik Ödülü” kazanma fırsatınız var derken de çok ama çok ciddiydim. Bu hikaye bizim hikayemiz çünkü. Bu arayışın bir “sorumlusu” yok. “Bana düşmez” yok burada. Bahsettiğimiz hiçbir bilim insanından da farkımız yok.

Yine Einstein’ın kendisi söylesin bize:

“Ben dahi değilim. Sadece doyumsuz bir merakım var.”

O nedenle. Tek yapmanız gereken. Merak etmek ve soru sormak. Cevaplar sizi bulacaktır.

Kuantum hikayesinde konuşacak çok şeyimiz var daha. Ancak tahmin edersiniz özellikle kuantum ile ilgili videoların hazırlanma süreci bir miktar daha uzun sürüyor. Tam zamanlı bir işiniz olduğunda da haliyle vakit yaratmak kolay olmuyor.

Fakat “BebarBilim” işi gücü bıraksın sadece video yapsın derseniz bunu ancak sizin desteğiniz ile yapabilirim.

YouTube’un sunduğu yeni özellik “Katıl” butonu ile daha fazla ve daha kaliteli içerik üretmesini istediğiniz içerik üreticilere destek olabiliyorsunuz. Siz de isterseniz “Katıl” butonundan istediğiniz seviyede katkıda bulunabilirsiniz. Bu sayede hep birlikte çok daha soru soracağımız ve cevaplarını birlikte arayacağımız daha fazla ve daha kaliteli videolar ortaya çıkarabilirim.

Şimdiden çok ama çok teşekkürler.

Ve her zaman olduğu gibi.

Tekrar görüşene dek.

İyi ki varsınız!

Sevgiler!

Kaynaklar:

https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/01._Waves_and_Particles/Chapter_1%3A_Atoms_and_Photons%3A_Origin_of_Quantum_Theory

https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/01._Waves_and_Particles/Chapter_2%3A_Waves_and_Particles

What Is Quantum Mechanics? Quantum Physics Defined, Explained | Live Science

https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/what-does-the-new-double-slit-experiment-actually-show/