Site Rengi

Yeni Döngü

Kuantum Fiziğine Çığır Açan Buluş: Heisenberg Belirsizlik İlkesi

Kuantum Fiziğine Çığır Açan Buluş: Heisenberg Belirsizlik İlkesi
YENİ DÖNGÜ

1927 yılında Kuantum Fizik Bilimi dünyasında deprem yaratacak Heisenberg Belirsizlik İlkesi adını alan buluşun etkilerini bilim dünyası hala artçı şoklarla yaşamaya devam etmektedir.

Max Borh’un baş asistanı Werner Heisenberg atom altı bir parçacığa ait olan iki değerin aynı anda kesin doğrulukla ölçülemeyeceği konusunda olan teorisini açıkladı. Konum ve momentum olarak belirlediği iki değişkeni matrislerle örnekleyerek o zamanlarda açıklanamayan kuantum etkilerini “Heisenberg Belirsizlik İlkesi” ile aydınlatmayı başarmıştır.

Kuantum Fiziği Nedir?

Kuantum fiziği atom altı evrende bulunan parçacıkların hareketlerini ve doğasını inceleyen bilimdir. Atomun içi boş  bir küre olmadığı elektron, proton ve nötronlardan oluştuğunun ispatlanmasıyla atom altı evren keşfedildi. 20. Yy. başlarında Max Planck, Albert Einstein ve Niels Bohr gibi bilim adamlarının ilk olarak atom altı evrenin varlığının ispatı ile ilgili deneyler yapamaya başladı. Bu evrendeki parçacıkların doğası ve davranışları üzerinde geleneksel fizik kurallarını uygulamaya çalıştılar. Ama her seferinde değişik sonuçlar elde ettiler. Bu alanın bir bilim olduğunu kanıtlamak için kesin ve değişmez verilerle ispatlanması gerekiyordu. Bu nedenle her seferinde farklı sonuçlar görmek hoş karşılanmadı haliyle. Yanıldıkları nokta ise makro evren kuramlarıyla mikro evreni ispatlamaya çalışmalarıydı.

Çünkü evrendeki zerrecikler hem dalga hem de tanecik gibi hareket etmektedirler. Ve bu zerreciklerin konumunu belirlemeye çalışırken momentumunun ölçümü konusunda hata yapmamız olasıdır.  Momentumunu hesaplarken de konumunu ve hızını tam olarak hesaplamamız mümkün olmamaktadır.

Hatta bir parçacığın konumunu kesin olarak tespit etmeye çalıştığımız zaman, elde edilmek istenen kesinlik kadar büyük bir sapmayı momentuma yansıttığını ifade etti.

Heisenberg kabaca atom altı evrende bir parçacığın konumunu momentumunu ya da net hızını bulmanız mümkün değildir. Ama en azından aşağı yukarı nerede olduğunu tahmin edebilirsiniz diyerek kuantum fiziğinde atom altı evrende bir ışık yakmış oldu. Karanlık bir odada birden ışığın açılması ile herkesin ilk olarak gözleri kamaşır. İşte kuantum fiziği bilim insanları için de öyle oldu. Bu ilkeyi çürütmek içi o zamandan beri çeşitli deneyler yapmaya hala devam ediyorlar.

Klasik Fizik ve Kuantum Fiziği Arasındaki Farklar Nelerdir?

Klasik fizik ve Kuantum fiziği arasındaki farklar nelerdir? Diye irdelediğimizde ilk önce,  bir kum tanesi ile bir çölü kıyaslamanın dahi hafif kaldığı iki evrenden bahsetmekte olduğumuzun farkına varmak gerekir.

Klasik fizik, bizim makro evrenimizdeki maddeler ve tanecikler için geçerlidir. Biz görebildiğimiz evrende fark edebildiğimiz maddelerin konumlarını tam olarak hesaplayabiliriz. Ama mikro evren denilen atom altı evrende bu tanecikler izlendiğinde o kadar kesin sonuçlar veremezler. Hatta her izlememe sırasında farklı sonuçlar veririler.

Mesela bir sineği avucumuzla tutup yakalamak mümkündür. Sineğin nerede olduğunu söylemek de mümkündür. Hatta avucumuzu sıktıkça yerini tam olarak belirleyip söyleyebiliriz. Ama atom altı evren denilen mikro evrende bir fotonu yakalamak mümkün olsa da tam yerini bilmek imkânsızdır. Çünkü çok küçük bir parçacıktır. Atom altı evrende parçacıklar hem dalga hem de tanecik gibi davranabilirler. Hem de bunu aynı zamanda gerçekleştirirler. Hatta bunun hangisini ne zaman yapacağına da kendileri karar verirler. Bu nedenledir ki hesaplamalardaki değişkenler her izlemde farklı olduğu için sonuçlar da farklı olmaktadır.

 

 

Newton Kuantum Fiziğin Babası Mı? Kuantum Fizik ve Tarihçesi

 

  1. yy.da Isaac Newton, kuantum fiziğin babası olabilecek bir buluşa imza attı. Bilimin pek çok dalıyla ilgilendiği gibi ışığın doğasıyla da ilgilendi ve araştırdı. Prizmalar kullanarak ışığı tayflara ayırdı. Işığın dalgalar halinde yayıldığını gördü. Daha da ileriki dönemlerde ışığın aslında parçacıklardan oluştuğunu ispatlandı. Işığın aslında dalgalar halinde hareket eden parçacıklardan oluşmuş olduğu bulundu. Bu buluşu ile Aisenberg Belirsizlik İlkesi için kapıyı açan anahtarı göstermiş oldu.

Sonrasında ışığın fotonlardan oluştuğu ve bu fotonların birleşerek dalga gibi hareket ettiğini buldular. Bugün biz artık fotonların atom altı evrenin bir üyesi olduğunu biliyoruz. Fotonun hareketlerini izlemeye yönelik deneyler düzenlemeye devam ediyoruz.

  1. yy da ışık parçacıkları İle atom yapısı bir araya geldi. Aynı düzlemde değerlendirilmeye başlandı. 19.yy atomun artık boş bir küre olmadığı faklı yüklü parçacıklardan oluştuğu keşfedildi. Atom artık parçalanabiliyordu. Bu buluş pek çok kuramın değişmesine yol açtı.

20.yy da atom küre değildi. Sofistike yapı atom altı evrene kaydı. Çok ciddi problemlerle karşılaştı. Bilinen fizikle açıklanamazdı. Bambaşka kuralları, hareketleri ve yasaları vardı.

Bu atomla ilgili parçacıklar farklı hareketlere sahip başına buyruk yapılardan ibaret miydi? 20.yy da atomun oluştuğu parçacıkların hareketleri incelenmeye başladı.

Çift Yarık Deneyi

Atom altı evrende bulunan foton parçacıklarının hareketlerini anlamak üzere yapılan çift yarık deneyi neticeside bilim insanları şaşkınlığa uğradı.  İlk etapta foton tabancasından fırlatılan parçacıklar doğal olarak tek yarıktan geçerek karşıdaki tahta perdede iz bıraktılar. Sonra bu yarıklar daha da daraltılıp boyutları küçüldü ve iki yarık haline getirildi. Bu sefer fotonlar daha farklı yönlere gidip daha farklı izler bıraktı. Her seferinde deney sonuçları değişik oluyordu. Bu parçacıklar izlendiklerini fak etme yeteneğine mi sahipti? Fotonlar fırlatıldığında her seferinde aynı yere fırlatılmalarına rağmen başka yerde iz bırakıyorlardı.

Peki, bu parçacıklar izlendiklerini nasıl fark ediyordu da hareketlerini değişikliğe uğratıyorlardı? Bilim insanları atom altı evrende bu parçacıkların doğalarını ve davranımlarını gözlemledikçe daha fazla belirsizlik ve problemlerle karşılaştılar.

 

 

 

Tam da bu zamanda Bohr ile çalışan 1901 doğumlu olan Heisenberg devreye girdi. Bohr ile birlikte çalıştığı için atom altı evrende bulunan parçacıklar ile ilgili sorunlar ve belirsizliklerle o da karşılaşıyor ve anlamlandırmaya çalışıyordu.

Aynı deneyi, aynı değişkenleri kullanarak, aynı şekilde defalarca yapmasına rağmen her deneyin sonucu farklı oluyordu. Bu durum bilinen fizik kurallarının hiç biri ile açıklanamıyor ve zihinleri bulandırıyordu. Ama Heisenberg bunu bilinen fizik kuralları ile açıklamanın mümkün olmadığını anladığında sorunu çözmeyi başarmıştı. Matrisleri kullanarak bir parçacığın yerini ne kadar hassasiyetle ve kesinlikle ölçmeye çalışırsanız momentumundaki sapma o kadar büyük oluyordu.

 

Nihayetinde kuantum fiziğine adını yazdıran ve tarihe “Heisenberg Belirsizlik İlkesi” olarak geçen buluşunu gerçekleştirdi. O zamandan beri kuantum fiziği ile uğraşan pek çok bilim insanı, çeşitli deneyler tasarlayarak bu ilkenin çürütülmesi için uğraşlar verse de hep aynı sonuçlara ulaştılar. Heisenberg atom altı evrende bulunan bir parçacığın hareketleri izlenmeye çalıştıkça her seferinde farklı sonuçlar ortaya çıktığını deneyimlemişti. Buna bağlı olarak da konumunu kesin olarak saptamaya çalıştıkça momentumun ve hızın değerinde sapmanın da o kadar büyük olduğunu bulmuştu. O zamandan bu zamana atom altı evrendeki parçacıkların hareketleri belirsizliğini hala korumaktadır.

Derya Candan

 

Kaynakça

https://tr.wikipedia.org/wiki/Belirsizlik_ilkesi

http://rasyonalist.org/yazi/kuantum-mekanigi-heisenberg-belirsizlik-ilkesi/

https://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/heisenberg-belirsizlik-ilkesi/14875#ad-image-0
Georgia State University
Standford University
Q Is For Quantum

YENİ DÖNGÜ
ZİYARETÇİ YORUMLARI

Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu aşağıdaki form aracılığıyla siz yapabilirsiniz.

BİR YORUM YAZ
Daha fazla Bilim
Pi Sayısı Nedir

Pi sayısı, en temel tanımı ile bir çemberin çevresinin, o çemberin çapına bölünmesiyle elde edilen sayı olarak tanımlanır. Bir başka...

Evren, Uzay ve Gökbilimi

İnsanoğlunun var olduğu çağlardan bu güne kadar merak ettiği ve üzerinde çalıştığı gökbilimi hakkında ortaya pek çok teori atılmıştır. Bu...

RoboPony: COVID-19 Salgınında Görev Yapan Çinli Robot İnanılmaz Düzeyde Talep Alıyor

Virüs nedeni ile pek çok sektörün dar boğaza girdiği şu günlerde Çin’de üretilen RoboPony adlı robot insanlar için alışveriş yapıyor,...

Kapat