Hepimiz hayatımızda en az bir kez bir fizik öğretmeninin, “Fizik her yerde!” dediğini duymuşuzdur ve şüphesiz ki öyledir biz de bu çok doğru bilgiyi başımızla onaylayıp defterimizin bir köşesine ilgisizce karalamalar yapmaya devam etmişizdir. Ancak fark etmesek de fizik, günlük hayatımızın en sıradan anlarında bile inadına var olmaya devam eder.
Bunu karmaşık denklemler ya da kavramlardan daha basite indirgeyecek olursak, dilimize bile sızdığını görebiliriz. Bir işin göz korkutucu şekilde detaylı olduğunu vurgulamak için “Atomu parçalasak daha kolay olurdu!” diye çıkışırız. Daha klasik fizikte böyleyken, konu kuantuma geldiğindeyse…
Klasik Fizik ve Gündelik Yaşam
Kuantuma gelmeden önce çevremize farklı bir şekilde göz atmakla başlayalım. Elimize bir taş alıp bunu bıraktığımızda yere düşeceğini bilir, ya da araba sürerken frene bastığımızda arabanın yavaşlayacağından emin oluruz. Tüm bunlar klasik fiziğin çalışma alanına girer; çünkü klasik fizik, sezgilerimiz ve gözlemlediklerimize uygun olarak çalışır.
İnsan gördüklerine inanır ve olacakları, (çok absürt şeyler olmadıkça), tahmin etme yeteneğine sahiptir. Günlük hayatımız bu öngörülebilirlik üzerine kuruludur; sebep-sonuç ilişkilerini içgüdüsel olarak anlarız. Bir anlığına bu yeteneğimizin elinizden alındığını düşünün.
Karşıdan karşıya geçmek için bekleyen bir yayasınız. Önünüzdeki trafik lambasında sarı ışık yanıyor, ama bir sonraki anda yeşil mi yoksa kırmızı mı yanacağını bilmiyorsunuz. Kırmızı veya yeşil yanma durumu rastgele olarak mı gerçekleşecek? Yoksa farklı bir durumun mu oluşmasını bekleyeceğiz? Biz baktığımızda mı ışığın rengi belli olacak? İşte kuantum dünyası tam olarak bu şekilde işliyor.
Kuantumda, parçacıkların gelecekte nasıl davranacağını kesin olarak bilemeyiz; yalnızca belirli olasılıklar dahilinde tahminlerde bulunabiliriz. Işığın kırmızı yada yeşil yanacağı, ancak kesinlikle mor yanmayacağı gibi…
Elbette gerçek hayatta, önceden yanan ışığı gördüğümüz için ya da ışığın sarı olarak yandığı anda sürekli olarak kalmadığımız için bir sonraki durumu da bilebilir hale geliyoruz. Bu yüzden kuantum kavramının günlük hayat deneyimimizden çok farklı olduğunu düşünüyoruz, bu da işleri zorlaştırıyor.
Kuantumun Gizemli Dünyası
Peki nedir bu kuantum? Gerçekten anlaşılabilir mi, yoksa Richard Feynman’ın da dediği gibi kuantum mekaniğini anladığımızı düşünüyorsak, kuantum mekaniğini anlamadığımız anlamına mı gelir?
Kuantum, Antik Yunancada “kesikli” anlamına gelen “quanta” sözcüğünden türemiştir. Kuantumun ne olduğunu anlayabilmek için “kesikli” olmanın fizik açısından ne anlam ifade ettiğini incelememiz gerekir.
Bunun için 100 yıl kadar öncesine bir yolculuk yapalım ve bir açık hava sinemasında kendimizi makinist olarak düşünelim… İlk defa gösterime girecek bir filmin makaralarını yerleştirelim ve seyirciler geldiğinde filmi başlatalım. Ve kareler önümüzden aksın ve film başlasın…
Makaradaki filme ait kareler belirli bir hızda oynatılır ve gözümüz, kareler arasındaki boşlukları fark edemediği için hareketin sürekliliğine inanır. Ancak durumu yavaşlatıp kareleri tek tek incelediğimizde, her bir anın aslında birbirinden bağımsız karelerden oluştuğunu fark ederiz.
Klasik fizik ve kuantum fiziğini de bu anoloji ile birbirinden ayırabiliriz. Klasik fizik, doğayı kesintisiz bir akış olarak görür—tıpkı bizim bir filmi akıcı bir şekilde izlememiz gibi. Ancak kuantum fiziği, doğanın aslında kesikli bir yapıya sahip olduğunu kabul eder, yani film bir bütün değil ve karelerden oluşmuştur.
Kuantumun Doğuşu ve Etkileri
Elbette kuantum kavramı film izlenirken ortaya atılan bir kavram değildir. Peki kuantum nereden çıkmıştır? Neden ayrı şekilde ele alınmıştır?
En başta da bahsedildiği gibi klasik fizik gözlemlerimizle örtüşür, en azından örtüştüğü düşünülüyordu. Ancak 19. Yüzyılın sonunda evrenin kusursuz şekilde akıp giden yapısı maalesef bozuldu(!). Fizikçiler tam da evrenin tüm sırlarının birkaç denklem içinde gizli olduğuna inanmıştı ki, işte korkulan o şey oldu. Yapılan deney sonuçları ile teori çelişiyordu ve bu çelişki basit hata paylarından ibaret değildi.
Klasik fizikte bugüne kadar düşünülenleri yeniden ele almak gerektirecek kadar önemli bir durumdu: gerçek dünyada sınırlar çizilmişti. Cisimlerin enerji yaydığına ve bu enerjinin sürekli olduğuna dair olan bilgilerin üstü çizilmiş; enerjinin sürekli olmadığı, tıpkı bir film makinesindeki kareler gibi belirli kesintilerle var olduğu ortaya konulmuştu.. Evet, bu bir dönüm noktasıydı. Peki biz bu dönüm noktasında nerede yer alıyoruz?
Bu dönüm noktası zannettiğimiz kadar uzakta değil ve iyi ki başka kurallarla da işlemiyor. Hani bazen önümüzde çözüm olur ve fark edemeyiz ya işte aynen bu şekilde çalışıyor. Bunu deneyimlemek için yeni bir sinema salonuna girdiğinizi, seyirci koltuğuna oturduğunuzu ve 3D gözlüklerinizi taktığınızı hayal edin. Film başlıyor ve aniden görüntüler derinlik kazanıyor. Film kareleri sanki perdenin içinden çıkıp yanınıza geliyor. Peki gözlüğünüz bu sahnelerin gerçekten üç boyutlu olup olmadığını nasıl biliyor?
İşte burada kuantum mekaniğinin temel ilkelerinden biri devreye giriyor: ışığın hem dalga hem de parçacık gibi davranması. 3D gözlükler, ışığın dalga karakterine bürünerek hangi görüntüyü hangi gözünüzün görmesi gerektiğini ayırıyor.
Sinemalarda, sokaklarda, gözlüklerimizin camında… Fizik öğretmenimize selam göndererek daha gür şekilde söyleyebiliriz ki eve kuantum her yerde!
Kuantum ve Oyun: Bir Benzetme
Şimdi güvenli bir bölgeye, çocukluğumuza, sokakta oynadığımız oyunlara dönelim. Yaşıtlarımızla evcilik oynadığımız bir ana… Ama bu sefer kuralı değiştiriyoruz: Evcilik değil, kuantumculuk oynuyoruz!
Evcilik sırasında anne, baba, çocuk rolleri dağıtılırken istemediğimiz bir role bürünmek zorunda kaldığımız zamanlar mutlaka olmuştur. Kuantumculukta ise işler biraz daha farklı; bu sefer her şey aynı anda her şey olabiliyor.
Çocuk hem annedir hem baba; hatta belki bir kedi belki de evin kendisi! Ancak biri bakana kadar hangisi olduğu hem belli değildir, hem de aynı anda da hepsi olunabilir.. Evet kabul edelim bir çocuk oyununda bile bile kuantumculuk oynanabiliyorsa, kuantum, çocuk oyuncağıdır!
Gezintimizin sonuna gelirken, tüm bu yorucu günün ardından biraz dinleyip akşam güneşinin altında rahatlamak için suya girmek istediğimizi düşünelim. Ama küçük bir çocuğuz ve suya ilk defa giriyoruz. İçimizde bir korku oluşuyor, su soğuk ve bizi aşağıya çekiyor.
Hareketlerimiz suyun dışındakinden farklı.. Ama aksine, bir yandan bunlar olurken seni yukarıya doğru itmeye çalışan ve giderek alışacağın, sıcak bir yaz gününde 5 dakika bile olsa sudan çıkmak istemeyeceğin bir olguya dönüşeceğini biliyoruz. Suyu anlamak için de her detayı bilmek zorunda değiliz. Tıpkı suyun kaldırma kuvvetini hesaplamadan yüzmeyi öğrendiğimiz gibi… Bu kuantum için de geçerlidir.
Kuantumun üzerinde yapılan çalışmalarda anlaşılmış gibi görünse de hala aydınlatılmayı bekleyen pek çok kısmı var. Biz bu büyük filmin ortasında, bir karede duruyoruz. Ama film akmaya devam ediyor ve belki de bir sonraki sahnede, kuantumun sırrını çözen kişi “SİZ” olacaksınız. Buna ancak görerek, filmin içinde yer alarak sağlayabiliriz; sonuçta unutmayalım bu oyun kuantumculuk ve siz anne, baba ya da kedi ve hatta ev olabilirsiniz!
Sadece sonraki kareyi görene kadar bekleyin!
- Kapak Resmi: Photo by Eric TERRADE on Unsplash
- Kuantum Teknolojileri Araştırma Takımı (HARMONY) Sayfası
