Kuantum Dünyasında mı Yaşıyoruz?

Fizikçiler hala iki farklı dünyayı uzlaştırmaya çalışıyor: kuantum ve makro dünya.

Kabul edelim: kuantum mekaniği gerçekten kafa karıştırıcı. Kuantum alemindeki pencereden dışarı çıkmaya alıştığımız tüm fizik kuralları. 

Bir kutuya bir parçacık koyun. Klasik fiziğe (ve sağduyuya) göre, bu parçacık sonsuza dek o kutuda kalmalıdır. Ancak kuantum mekaniğinde, bu parçacık bir dahaki sefere baktığınızda kutunun dışında olabilir. Klasik düşüncede, bir şeyin momentumunu ve konumunu isteğe bağlı bir hassasiyet derecesinde ölçebilirsiniz. Kuantum dünyasında öyle değil – biri hakkında ne kadar çok şey bilirseniz, diğeri hakkında o kadar az şey bilirsiniz. Bir şey dalga mı yoksa parçacık mı? Klasik bakış açısına göre, sadece bir tane seçebilirsiniz. Ama arkadaş canlısı semtine kuantum tamircisine danışın, size her ikisinin de olabileceğini söylerler.

Kuantum dünyasını anlamak zor, ama bir noktada, atomaltı kuralları makroskopik kurallara yol açıyor. Ama nasıl? Tam olarak emin değiliz ve bu soruyu cevaplamaya çalışmak çok uzun ve garip bir yolculuk oldu.

Bir seferde bir atom

Kuantum dünyasına yararlı etiketler koyan ilk kişi fizikçi Niels Bohr’du . 1900’lerin başlarında, dünyadaki bilim insanları atomik ve atom altı sistemlerin garip ve beklenmedik davranışlarıyla uyanmaya başlamıştı. Onlarca yıl süren yorucu çalışmanın ardından, enerji gibi bazı özelliklerin “ quanta ” olarak adlandırılan farklı seviyelerde paketler halinde olduğunu fark ettiler. Fizikçiler bu deneyleri açıklamak için matematiksel bir temel çizmeye başlarken, hiç kimse henüz tam ve tutarlı bir çerçeve geliştirmedi. 

Bohr bunu ilk deneyenlerden biriydi. Ve tam bir kuantum mekaniği teorisi sağlamadığı halde, bazı ciddi temeller attı. Ayrıca, modern kuantum teorisinin temel taşları olacak bazı fikirleri destekledi.

İlki, atomu modellemek için yaptığı erken girişimde ortaya çıktı. 1920’lerde, atomun, küçük, hafif, negatif yüklü bir elektron sürüsü ile çevrili ağır, yoğun, pozitif yüklü bir çekirdekten yapıldığı çok çeşitli deneylerle biliyorduk. Ayrıca bu atomların yalnızca belirli enerjilerdeki radyasyonu emebileceğini veya yayabileceğini biliyorduk.

Ama neye benziyordu?

Bohr, elektronları çekirdeğin etrafına “yörüngeye” soktu, eensy-teensy güneş sisteminde bu yoğun çekirdek benzeri gezegenlerin etrafında vals yaptı. Gerçek bir güneş sisteminde, gezegenler istedikleri yörüngeye sahip olabilir. Fakat Bohr’un atomunda elektronlar küçük izlere takıldı – sadece önceden tanımlanmış belirli yörünge mesafelerine sahiplerdi. 

Bir yörüngeden diğerine atlayarak, atom belirli enerjilerde radyasyon alabilir veya yayabilir. Böylece kuantum niteliği kodlandı.

Kuantum bağlantı

Fakat Bohr bir tane daha ilginç twist ekledi. Atomun bir kuantum modelini yapmanın birçok yolu vardır – bu neden kullanılmalı? Elektronlar çekirdeğin çok uzağında yuvarlandığında kuantum yapılarının yok olduğunu ve atomun klasik elektromanyetizma tarafından mükemmel bir şekilde tanımlanabileceğini buldu. Sadece iki tane yüklü parçacık asılı.

Buna Yazışma İlkesi adı verildi ve Bohr’un atom modelinin en iyisi olduğu iddiasıydı. İstediğiniz herhangi bir kuantum teorisine sahip olabilirsiniz, ancak doğru olanları bir sınır altında klasik fiziğe yol açanlardır. 

Bohr’un atom modeli eksikti ve daha sonra bu güne kalan değerlik modeli ile değiştirildi. Ancak Yazışma Prensibi yaşadı ve gelmesi için tüm kuantum teorilerinin temel taşlarını oluşturdu – fizikçilerin atomaltı dünyasını tanımlamak için doğru matematiği inşa etmelerini ve seçmeleri için bir rehber ışığı.

Fakat Bohr orada durmadı. Bu yazışma ilkesinin kuantum ve klasik dünyalar arasında bir bağlantıya izin vermesine rağmen, bu iki dünyanın aynı olmadığını savundu. 

Senin için kuantum yok

Bohr’un bütün bunları şaşırttığı aynı zamanda, iyi arkadaşı Werner Heisenberg, yakında ünlü olacak Belirsizlik Prensibi ile geldi. Küçük bir parçacığın konumunu ölçmeye çalışın ve ivme ile ilgili bilgileri kaybedersiniz. Tersine git, momentumunu aşağı çekmeye çalışırken, pozisyonu hakkında bilgisiz olacaksın.

Bohr bu fikri benimsedi. Heisenberg’in Belirsizlik İlkesini kuantum dünyasının daha büyük bir yüzünün parçası olarak gördü : her şeyin çiftler halinde geldiğini. Kuantum dünyasındaki en ünlü çifti, dalgayı ve parçacığı düşünün. Klasik sistemlerde, bir şey ya tamamen bir dalga ya da tamamen bir parçacıktır. Bazı davranışları sınıflandırmak için birini veya diğerini seçebilirsiniz. Ancak kuantum mekaniğinde bu iki özellik eşleştirilmiştir: her şey eşzamanlı olarak hem bir parçacık hem de bir dalgadır ve her zaman her ikisinin de özelliklerini gösterir.

Ayrıca, kalbi, kuantum kuralları olasılıklara dayanır – kuantum mekaniği sadece klasik fiziği ortalama olarak üretir. Bu iki kavrayışı temel alan Bohr, kuantum teorisinin klasik fiziği asla açıklayamayacağını savundu. Başka bir deyişle, atomlar ve ilkleri bir kurallar dizisi altında çalışır ve trenler ve insanlar başka bir kurallar dizisi üzerinde çalışır. Yazışma İlkesi ile bağlanabilir ve bağlanabilirler, ancak aksi halde ayrı ve paralel hayatlar yaşarlar.

Bohr haklı mıydı? Bazı fizikçiler yeterince çalışamadığımızı ve temelde kuantum bir dünyada yaşadığımızı ve klasik fiziği tamamen kuantum kurallarından üretebileceğimizi savunuyorlar. Diğer fizikçiler Bohr’un onu çivilendiğini ve artık bunun hakkında konuşmamıza gerek olmadığını savunuyorlar. Birçoğu sadece kafalarını tutuyor ve çok fazla endişe duymadan matematiğe çarpıyor.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir