Nedir Bu Kuantum Fiziği, Ne İşe Fayda?

Bilhassa son yıllarda kuantum kavramı her yerde karşımıza çıkar oldu. Bilim kurgu yapıtlarında kuantum fiziği ile ilgili bir şeyler görmeye alışkınız fakat bu bilim kısmına farklı açılardan yaklaşarak tanınan gayeler uğruna çarpıtıldığını da görüyoruz. Evet, kuantum fiziği bir bilim kısmı. Üstelik, o denli birkaç kitap okuyarak da çözülebilecek bir alan değil. Mevzu ile ilgili yapılan çalışmalar yüz yıl öncesine kadar uzanıyor.

Kuantum fiziği nedir sorusuna verilebilecek kısa ve net bir karşılık yok lakin husus ile ilgili bilinmesi gereken birtakım temel unsurlar var. Bilim insanları da bu temel unsurlar üzerine çalışmalar yapıyorlar ve kuantumun sırlarla dolu dünyasını çözmeye çalışıyorlar. Kuantum fiziği nedir sorusunu gelin daha yakından inceleyelim ve bilim insanlarının ortaya koydukları temel prensipler ışığında bu bilim kolunun çalışma alanı ile ilgili neler öğrenebiliriz görelim.

Kuantum fiziği nedir?

Dediğimiz üzere bu soruya net bir cevap vermek güç fakat temel olarak söz etmek gerekirse kuantum fiziği; unsurun ve ışığın atom hatta atomaltı düzeydeki davranışlarını inceleyen bir bilim kısmıdır. Kuantum fiziği tıpkı vakitte elektron, kuark, proton, nötron, gluon üzere parçacıkların birbirleriyle olan ve ışık, x ışını, gama ışını tesirindeki hareketlerini müşahedeler.

Albert Einstein ile başlayan kuantum fiziği çalışmaları:

Mevzu ile ilgili pek çok çalışması olsa da ünlü bilim insanı Albert Einstein’ın asıl alanı kuantum fiziği değil, fiziktir. Einstein’ın fizik alanında ihtilal yaratan görelilik ya da öteki ismiyle izafiyet teorisi, fizik maddelerini uzay – vakit bağlantısı çerçevesinde değişmez kalıplar içinde kıymetlendirir. Bu durum kuantum fiziğine büsbütün karşıttır.

Kuantum fiziğinde olan her şey, şu an bildiğimiz kadarıyla, rastgeledir. Yani tam olarak kimse ne olup bittiğini bilemiyor, bu durum da izafiyet teorisinin aksi olarak kabul ediliyor. Kuantum fiziği çalışmaları Albert Einstein’ın teorisi ile misal periyotta başlamış ve dört temel prensip ortaya konulmuştur. Bunlar;

  • Nicelleştirilmiş özellikler
  • Işık parçacıkları
  • Husus dalgaları
  • Belirsizlik prensibi

Nicelleştirilmiş özellikler

Alman fizikçi Max Planck, 1900 yılında yaptığı bir çalışmada makul bir spektrum üzerinde bulunan renklerin dağılımını tanım etmek için bir denklem geliştirdi. Bugün Planck Sabiti olarak bildiğimiz bu denklem ile ışık nicelleştirildi yani matematiksel bir hale geldi. Bu da ışığın bilinenin bilakis bir dalga üzere davrandığını gösteriyordu. İlerleyen yıllarda fizik özelliklerini nicelleştirmek, kuantum fiziğinin ana unsurlarından biri haline geldi.

Işık parçacıkları

Albert Einstein, 1905 yılında ışığın bir dalga değil de bir çeşit güç kuantumu olduğunu ileri sürdüğü bir makale yayımladı. Bu makalede her atomun bir bütün halinde sıçrayabileceğinden bahsediliyor. Sonraki yıllarda bu sıçrama ile elde edilen güç ölçüsü Planck Sabitine bölündüğü vakit sıçrayan bu ışığın renginin ortaya çıktığı tespit edildi. Bugün foton dediğimiz ışık parçacıkları bize gösteriyor ki ışık, hem dalga hem de parçacık olabilir. Tıpkı kuantum alanındaki tüm şeyler üzere.

Husus dalgaları

1896 yılında elektron keşfedildikten sonra atomun parçacıklı bir yapısı olduğu kabul edilmiştir. Fakat ışığın dalga olabileceği de ortaya çıkınca bilim insanları bu durumun atom için de geçerli olup olmadığını merak etmiş ve bahis üzerine çalışmalar yapmışlardır.

Yıllar içinde farklı bilim insanları tarafından yapılan çalışmalar göstermiş ki atom, çekirdeği etrafında bir dalga hareketi yapmaktadır. Bu durum, kuantum fiziğinde her şeyin dalga ve parçacık olarak değerlendirilme görüsünün önünü açmış, en kıymetli unsurlardan biri olarak kabul edilmiş ve kuantum kimyası alanını oluşturmuştur.

Belirsizlik unsuru

Planck Sabiti üzere birtakım değişmezler olsa bile kuantum fiziğinin en temel prensibi belirsizliktir. O denli ki bir elektronun pozisyonunu ve suratını tam olarak biliyor olsak bile aslında tam olarak bilmiyor da olabiliriz. Biraz baş karıştırıcı olan bu belirsizlik unsuru, paralel cihan teorilerinin de önünü açmaktadır. Yani bir obje birebir anda, iki farklı yerde var olabilir.

Heisenberg’in belirsizlik unsuru olarak isimlendirilen teori, küçük objeler üzerinde çok daha başarılı sonuç veriyor. Kuantum fiziği bir atomun pozisyonunu çok daha başarılı bir biçimde tespit ederken, bir beyzbol topunun pozisyonunu tespit etmek için gereken hassasiyet 0.000000000000000000000000000008 milimetredir. Kısaca durumlar hayli karışık.

En kolay anlatım ile kuantum fiziği ne yapıyor?

Kuantum fiziği, en azından şu an için, günlük hayatta karşımıza çıkan objeler üzerinde çalışmalar yapmıyor. Kuantum dediğimiz alanı farklı bir dünya olarak görebiliriz. Bildiğimiz fizik kuralları bu alanda işlemiyor. Bu nedenle kuantum fizikçileri daha çok matematiksel süreçler üzerinden kuantum alanındaki çalışmalarını sürdürüyorlar.

Kuantum fiziği prensipleri ortasında en dikkat çeken unsur ise belirsizlik. Bir şey hem olabilir hem olmayabilir hem de her ikisi birden olabilir. Bu tarif güya anlamadığı bir şey hakkında konuşan birinin kelamlarına benzese de unsurun birebir anda farklı durumlarda olabileceği ispatlandığı için bu anlamsız tarifi bilimsel bir gerçek olarak kabul etmek zorundayız.

Pekala, kuantum fiziği çalışmaları neyi amaçlıyor? Atomların tıpkı anda farklı durumlarda olmasını çözebilirsek, bir atomun belirsizlik unsuru dışında bir hareketini öngörebilirsek, kısaca bu ufak dünyada neler olduğunu anlayabilirsek rahatça söyleyebiliriz ki artık kozmosta gizem kalmayacaktır. Dünyanın oluşum süreci, vakit seyahati, ışık suratını aşan seyahatler ve daha kacı üzere bilim kurgu senaryoları ile gerçek hayatımızda karşılaşabiliriz.

Meraklıları için kuantum fiziği nedir sorusunu yanıtladık ve en kolay anlatım ile kuantum fiziği hakkında bilmeniz gereken ayrıntıları anlattık. Dediğimiz üzere, bu alanın uzmanları için bile mevzuyu birkaç cümle ile anlatmak hayli zordur. Buradan edindiğiniz bilgiler üzerine farklı teorileri anlatan bilimsel makaleler okuyarak husus ile ilgili çok daha ayrıntılı bilgi sahibi olabilirsiniz.