Kuantum Fiziği

Kuantum Fiziği

Hem insan hem de ışık hızında dalga olabilir miyiz?

Burada anlatacağımız gerçekler; karadelikler, zaman uzaması ve diğer garip fizik olayları hakkında okuduklarınızdan bile daha inanılmaz gelecektir.Yine de, buğün artık hiç kimse yaratılan her şeyin ‘ikili’ bir özellik gösterdiğinden kuşku duyamaz: Her madde aynı zamanda bir dalgadır ve bundan dolayı ışık hızıyla uzayı aşabilir.Bilim bu parçacık dalga ikiliği

ni nasıl buldu? Bununla ne demek isteniliyor? Bunun hangi sonuçlarını somut olarak kanıtlayabiliyoruz? Yazımızda bunları göreceksiniz.

Prof.Paul DAVIES



Aynı zamanda bir dalga olan bir cismin hikayesi, akrep ve yelkovanı karanlıkta sarımsı yeşil parıldayan, eski ışıklı saatlerle başlar.Bu saatlerin göstergeleri radyum kaplıydı.Hafif parıltıları, radyoaktiviteden gelmekteydi.Bu radyoaktivite, fizikçileirn ‘alfa bozunumu’ dedikleri bir olaya bağlı olarak ortaya çıkıyordu.Alfa bozunumu olayı, yüzyılımızın başında keşfedilmişti.Bundan bir süre sonra araştırmacılar, bu olayın çok garip özellikleri bulunduğunu anladılar.Olaydaki garipliği anlayanlardan biri, İngiltere’de araştırma yapan bir Yeni Zelandalı çekirdek fizikçisi Ernest Rutherford idi.O zamanki adıyla alfa ışınları üzerinde ilk deneyleri yapanlar arasında oda vardı.Bu ışınları üzerinde ilk deneyleri yapanlar arasında o da vardı.Bu ışınları doğrudan neden, o zaman da bilinmekteydi.Durağan olamayan ağır bir atom çekirdeği, örneğin, bir uranyum ya da radyum çekirdeği; kendiliğinden dışarıya yüksek enerjili elektrik yüklü bir parçacık fırlatır.Rutherford burada hiç beklenmeyen bir şey buldu.Eğer böyle parçacıklarla başka uranyum atomlarının çekirdekleri bombardıman edilirse, parçacıklar çekirdekten geriye yansıtılıyordu.Anlaşıldığına göre çekirdeğin elektrik yükü, onları geri itiyordu.Bilmece de buydu.Rutherford şu soruyu cevaplandırmaya çalışıyordu: ‘Madem alfa parçacığı uranyum çekirdeğinden çıktı, o halde neden tekrar çekirdekten içeri giremiyor.?’

Elbette ki araştırmacılar, her atom çekirdeğinin görünmez bir engelle çevrili olduğunu biliyorlardı.Bu, çekirdeğin elektrik alanının doğurduğu bir kuvvettir.Şimdilik anlaşılan şuydu: Alfa parçacığı engeli içerden dışarıya doğru aşabildiği halde, neden dışardan içeriye doğru aşamıyordu? Yapılan yaklaşık hesaplar, bilmeceyi daha da içinden çıkılmaz hale getirmekteydi; çünkü, kuvvet engelinin gücünün, dışarıya fırlatılan parçacıkların enerjisinden çok daha üstün olduğunu ortaya koymakta idiler.Bu hesaplara göre, aslında zaten alfa parçacıklarının hiç dışarıya çıkamamış olmaları gerekiyordu.Öyleyse bu parçacıklar çekirdekten kaçabilmek için engelin altından bir tünel mi açmışlardı? Her halde burada pek tekin olmayan işler dönüyordu!

Rutherford’ un bilmecesi, ancak bambaşka proplemlerle uğraşan iki araştırmacının dahice buluşları sayesinde çözülebildi.Bu dahice buluşlardan biri, atomun yapısı ile ilgiliydi.Rutherford, atom için bir ‘gezegen modeli’ geliştirmişti.Bu modelde negatif yüklü elektronlar, pozitif yüklü çekirdek kütlesi etrafında dolanıyordu.Rutherford’un modelinin zayıf tarafı şuydu: Dolanan elektrik yükü taşıyıcıları, mekanik kanunlarına göre, sürekli olarak elektromanyetik ışınım biçiminde hareket enerjisi kaybetmek zorunda idiler ve sonlarının çabucak gelmesi gerekiyordu.Enerjilerini kaybedip helozonlar çizerek atom çekirdeğinin üzerine düşmeleri kaçınılmazdı.

O halde, Rutherford’un modelini doğru kabül edersek, atom yapısının çabucak çöküntüye uğraması ve elektronların yörüngede kalamaması gerekiyordu.Oysa gerçekte elektronların düşüşü diye bir şey gözlenmemiştir.Aslında elektronlar dolanırken enerji düzeylerini korurlar; yani ışınım biçiminde enerji kaybetmezler.Sadece, dışarıdan gelen bir uyarma ile elektronlar çeşitli enerji düzeylerinin birinden diğerine atlarken; kalan fazla enerji, ışınım şeklinde açığa çıkar.

Heisenberg’in belirsizlik ilkesi, elektronların neden çekirdek üzerine düşmediğine iyi bir açıklama getirmiştir.Ancak soruyu ilk kez Danimarkalı fizikçi Niels Bohr doğru olarak cevaplandırabilmişti.Bohrn 1912 de Rutherford’u Manchester’de ziyaret ettikten sonra, atomların en basiti olan hidrojen atomunun olası değişik enerji düzeylerinin doğru olarak hesaplanmasına olanak veren bir formül düzenlenmişti.Bu formülde, her şeyin kendisine bağlı olduğu bir nicelik yer alıyordu.Bu da, Alman fizikçisi Max Planc’ın keşfetmiş bulunduğu Planck değişmezi(konstantı) idi.Bu değişmez, daha 1905’te ünlü Albert Einstein’ın fotoelektrik etkisini açıklayabilmesine yardımcı olmuştu.Ayrıca da, eskiden herkesin sadece elektromanyetik dalgalar saydığı ısı ve ışık ışınlarının, bir parçacık akımı özelliğini de gösterebildiklerini ortaya koymuştur. Einstein, bunlara foton adını verdi ve küçük enerji paketleri, ya da o zamanki deyimle, kuvantlar biçiminde ortaya çıktıklarını belirtti.

Bundan yedi yıl sonra, Niels Bohr atom bilmecesini çözdü. Bohr, ışık kuvantları ve atomdaki enerji düzeyleri arasında bir ilişki olduğunu bulmuştu.Buluşuna göre, enerji düzeyleri öyle rastgele değerler alamıyordu.Bir enerji düzeyi ile onu hemen izleyen enerji düzeyi arasındaki fark, hep tam sayılar, örneğin, Planck değişmezinin bir katı, iki katı, üç katı, yedi katı vs.biçiminde olabiliyordu.Buna karşılık, diyelim sekizde yedi gibi kesirli bir değer alamıyordu.

Fizikçiler bir şeyin nasıl olduğunu anladıkları zaman ne yaparlar? Cevap: Bunu doğuran nedeni de araştırılar.Burada şu proplem vardı: Atomdaki elektronların enerjisi neden kuvantlaşmış biçimde idi? Bohr’un buluşundan oniki yıl sonra genç bir Fransız, cevabı bulmak amacıyla cesur ve spekülatif bir fikir ortaya attı: Louis de Broglie’ün düşüncesine göre, Einstein’ın ‘ışık bazen bir parçacık akımı gibi davranır’ sözünü tersine çevirmek gerekiyordu. Herkes elektronların küçük küreciklere benzeyen maddesel parçacıklar olduğundan emindi ama, belki de elektronlar, bazen dalgalar gibi davranabiliyorlardı.

İş, sadece fikir safhasında kalmadı.De Broglie basit bir formül tasarladı.Bu formül, böyle bir madde dalgasının dalga uzunluğunun nasıl hesaplanabileceğini gösteriyordu.Bunun sonucuna göre; bir elektronun impulsu ne kadar yüksek olursa, dalgaları da o ölçüde kısalmaktaydı.İmplus, kütle çarpı hıza eşittir.Elektronun kütlesi çok küçük olduğu için, bu kuralı daha basit olarak da ifade edebiliriz: Bir elektron ne kadar hızlı hareket ederse, dalgasıda o ölçüde kısalır.Hangi ölçüde mi? Burada Planck değişmezi gene önümüze çıkıyor.

Belki burada anlattıklarımız sadece teorik düşünceler olarak görülebilir.Ancak bu görüş yanıltıcıdır.Aslında ‘de Broglie’ün fikri, atom araştırmalarında çok önemli sonuçlara varılmasını sağlamıştır.’ Nitekim, Avusturalyalı Erwin Schrödinger ‘dalga mekaniği’ ni geliştirirken şunları belirtmişti: Elektronlar ve diğer atomiçi parçacıklar söz konusu olunca, İngiliz bilgini Isaac Newton’a dayanan klasik hareket kanunları geçerliliğini kaybeder.Bunun yerini madde dalgaları konusundaki yeni bir denklemin alması gerekir.Böylece atom araştırmacıları birdenbire atomla ilgili bir çok bilmeceyi çözebilir duruma gelmişlerdi.Örneğin neden sadece belirli enerji düzeyleri vardı.Cevap: Çünkü ancak belirli dalga motifleri, enerji kaybı olmaksızın yan yana bulunmaya olanak verir.Atom çekirdeğinin etrafındaki durumu, gitar teli tınlatıldığı zaman ortaya çıkan tonlara ve üst tonlara benzer.

Schrödinger’in dalga denklemi, üstelik Niels Bohr’un 1912’den kalma formülü ile de iyi uyuşuyordu.Sadece, Schrödinger’in denklemi çok daha kapsamlı idi ve Bohrn’un formülüne onun sadece bir bölümü gözüyle bakılabilirdi.Daha sonraki yıllarda kuvantum mekaniği adıyla tanınan bu yeni teori, elektronlar ve diğer parçacıklara ilişkin yeni proplemlere de uygulandı.Bugün Schrödinger’in dalga denklemi bütün atom, molekül ve katılar fiziğinin, ayrıca fizikokimyanın büyük bölümünün temelini oluşturmaktadır.

Acaba maddenin dalga yapısı, sadece en küçük parçacıklar alanında mı geçerlidir? İnsan da bazı durumlarda bir dalga gibi davranabilir mi? Dünyadaki bütün araştırmacılar birden bu soruyla karşılaşmış bulunuyorlardı.Atom içi alanda bile olanaksız sanılan şeylerin mümkün olduğu ortaya çıkmıştı.Örnek olarak bir kuvvet alanıyla karşılaşan bir lektron akımını ele alalım: Eğer bu itici bir alansa elektronları iteceğini ve buna karşılık çekici bir alansa elektronları kendine çekeceğini varsaymak uygun olur.

Bu varsayım akla uygun görünüyor ama; anlattığımız olayı dalga mekaniği denklemleriyle incelersek varsayımlarımız yanlış çıkmaktadır.Bu denklemlere göre; çekici bir alan bile bazı dalgaları itebilmekte, elektronlar bazen çekilecekleri yerde geriye fırlatılabilmektedir.Bu olay seyredilebilse ; deliğe kadar yuvarlanan, fakat deliğin kenarına gelince içeriye düşeceğine birden geri dönen bir golf topu görmüş gibi olacaktık.

İkinci ve hemen hemen inanılmaz gibi gelen bir olay da şudur: Madde dalgaları örneğin atom çekirdeğinin etrafındaki kuvvet alanı gibi bir engelle karşılaştıkları zaman, bütünüyle durdurulamazlar. Bazı dalgalar engelden sızar ve öbür tarafında tekrar görünürler.Bunun anlamı; elektronların, aşmak için enerjileri yetmese bile bir engelden ‘tünel’ açıp geçebilecekleridir.Tünel etkisi diye adlandırılan bu olaydan şimdi elektronikte yararlanıyoruz.Buna bir örnek, bir devre elemanı olarak kullanılan tünel diyotudur.

Yazımızın başında, parıldayan radyum saatinden ve bu parıltıyı doğuran alfa bozunumundan söz etmiştik.Artık bu olayı açıklaybiliyoruz.Alfa bozunumunun arakasında da dalgalar yatmaktadır.Nasıl elektron dalgaları varsa, alfa parçacıkları da dalgalı olabilirler. Alfa parçacıkları ve bunlarla ilişkili dalgalar atomun kuvvet alanı gibi bir engelle çevrelendikleri zaman bunun arasından sızabilirler.Böylelikle alfa parçacıklarının engelden ‘tinel’ açarak sıyrılmaları mümkün olur.Bunun tersine bir olayı neden seyrek olarak gözleyebiliyoruz? Cevap; böyle dalgaların kaçış oranının fevkalade küçük olmasıdır.Bir alfa parçacığının atom çekirdeğinden tünel açabilmesi için milyarlaca yıl geçmesi gerekir.

Tünel etkisinden daha şaşırtıcı diyebileceğimiz bir olay, üstün iletkenliktir.Elektronlardan oluşan elektrik akımı, normal olarak, örneğin bir bakır tel gibi iletkenlerden dümdüz akmaz.Aksine, elektronlar metalin kristal yapısının arasından, önceden hesaplanamayacak biçimde dolanırlar.Bu arada, çoğu kere engellere çarpar ve yollarından saptırılırlar.Bunun sonucunda bildiğimiz elektrik direnci olayı ortaya çıkar.İşte şimdi işin şaşırtıcı tarafına geliyoruz: Bazı maddeler, onları mutlak sıfır derecesine kadar soğuttuğumuz zaman, birdenbire bütün dirençlerini kaybeder ve üstün iletken olurlar.Halka biçimindeki bir üstün iletkende, elektrik akımı fiilen enerjisini kaybetmeksizin sonsuza kadar akabilir.

Bu nasıl oluyor? Bu olayın ardında ne yatıyor? Yine dalga etkileşimi ile karşı karşıyayızHer türlü parçacık bir elektrik alanı ile çevrelenmiştir.Bu alan, parçacığın yer aldığı kristal yapının biçimini biraz değiştirir.Bu da, öteki parçacıkların hareketini etkiler.Fizikçilerin deyişiyle, kristalin içindeki atomlar arasında zayıf bir karşılıklı etkileşim vardır.Çok düşük sıcaklık derecelerinde, bu etkileşim elektron çiftlerinin oluşmasına yol açar.Şimdi biz bu elektronları halka biçimindeki bir cisme elektron çifti olarak aktarbilirsek; bunların halkadan geçen kuvantum dalgaları, aynı düzeyde kalan bir enerji durumuna erişecektir.Artık normal direnç olayı ile bu durumun değişmesi söz konusu değildir.Böyle akım elektronları tıkı bir atom çekirdeğinin etrafında dolanan ya da salınan elektronlar gibi davranırlar.Onun için, üstün iletkenleri dev boyutlu, makroskopik atomlar sayabiliriz.

Bundan 25 yıl önce Cambridge Üniversitesi’nde brian Josephson adlı bir öğrenci, tünel etkisi ile üstün iletkenliği birbiriyle ilişkilendiren bir şey buldu.Josephson şunu kanıtlamıştı: Bir üstün iletkendeki elektron çiftleri, ince bir yalıtkan madde tabakasından ‘tünel’ açabilirler. Bugün andığımız tünel etkisinin sadece belirli bir akım şiddetine kadar ortaya çıktığını biliyoruz.Ancak, bir manyetik alan yardımıyla mümkün en yüksek akım şiddetini azaltabiliriz.Eğer manyetik alanı bir kuvvetlendirir bir zayıflatırsak: o taktirde mümkün en şiddetli akım da belirgin ritmik bir biçimde yükselir ve alçalır.

Bu etki de, elektron çiftlerinin dalga özelliği gösterdiğini ortaya koyar.Akım değerindeki yükselip alçalmalar; dalgaların manyetik alanın değişik bölgelerinden geçmesi, fazdan çıkması ve birbirini girişim(enterferans) dolayısıyla dönüşümlü olarak kuvvetlendirmesi ve zayıflatmasından ileri gelmektedir.

Üstün iletkenlik de artık çoktan laboratuardan çıkarak uygulama alanına geçmiştir.Artık üstün iletkenlerden, çok güçlü mıknatıslar yapmak, çok zayıf manyetik alanları ölçmek ve evrendeki şu esrarlı ‘tekkutup’ ları araştırmakta yaralanılmaktadır.Bu tekkutuplar, mıknatısların aksine sadece bir kuzey ya da güney kutbu bulunduğu öngürülen parçacıklardır.

Brian Josephson’un buluşu, belki kısa süre sonra fevkalade hızlı çalışan bilgisayar devre anahtarlarının yapımını sağlayacaktır.Elektronların dalga özelliğinden de teknikte yararlanılmaktadır.Bunun bir örneği, elektron mikroskopudur.Bu mikroskopta, ışık dalgaları yerine elektron dalgaları kullanılıyor.Bunun yararı şudur: Elektron dalgaları çok daha kısadır ve bu yüzden bir resmi çok daha ince ayrıntısıyla gösterebilirler.Elektron dalgalarının meyal yapısındaki kusurları ortay çıkarma yeteneği de dikkatten uzak tutulmamalıdır.Bunun için elektron ya da nötron dalgalarından oluşan bir akım, incelenecek metale yöneltilir ve dalga uzunluğu, atom çekirdeğinin kendi salınımı ile rezonans sağlayıncaya kadar değiştirilir.

Bütün bunlar çok ilgi çekici değil mi? Ancak hepsinden önemli soru, insanın da bir madde parçası olup olmadığıdır.Kesin olarak evrende her parçacığın bir de dalgası olduğunu söyleyebiliriz.Örneğin tam yapılı atomlar arasında bile girişim olayları gözlenebilmiştir.Bu, ancak atomla ilişkili bir dalganın olmasıyla açıklanabilir.O halde ilke olarak insanların ve hatta gezegenlerin bir kuvantum dalgası vardır.Bu dalgayı algılayamamamızın nedeni, bundan 60 yıl önce Fransız bilgini deBroglie’ün düzenlemiş olduğu formülden anlaşılabilmektedir. Bu formüle göre, impuls artıkça dalganın boyu kısalır.İmpuls ise cismin hızı ve kütlesi ile orantılı olarak artar.Bir elektrikli ev aletinden akım olarak geçen bir elektronun dalga uzunluğu, aşağı yukarı milyonda bir santimetre kadardır.Tipik bir bakterinin dalga uzunluğu, bir atom çekirdeğinin çapından daha küçüktür.Bir futbolcunun havaya fırlattığı bir futbol topunun dalga uzunluğu ise 10* (-32) (on üzeri eksi otuziki) santimetredir.Bu sayıyı bir kere de rakamla belirtelim: 0 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 01 santimetre!

İnsanlar ve gezegenler için bu değerler çok daha küçüktür.O hal de pratikte kendi beden dalgalarımızı fazla önemsemeden göz ardı edebiliriz.



Eğer madde dalgaları ile ilişkili bazı çözülmemiş temel sorunlar olmasaydı yazımızı burada noktalayabilirdik.Bilim adamlarının özellikle son elli- altmış yıldır uğraştığı bu sorunların temelinde şu soru yatmaktadır: Kuvantum dalgaları aslında nedir?

Normal hayatta her şey mantıkla açıklanabilir gibi görünmektedir.Buna göre ortada ya madde vardır, ya dalga.

Bir cisim aynı zamanda bir dalga olamaz.Buna göre, cismi olan elektronların dalgası olamaz.Ne var ki, elektron dalgaları olduğu ortaya çıkarıldı ve fizikçiler önce ne diyeceklerini şaşırdılar.Sonra, dalga-parçacık ikililiğinden söz ettiler. Açıklamalarına bakılırsa, elektronlar duruma göre dalga ya da parçacık özelliği gösterebiliyorlardı.Danimarkal ı Niels Bohr bu konuda bir adım daha ileir gitti ve ‘bütünleme ilkesi’ni ortaya koydu.Bu ilkeye göre, dalgalar ve parçacıklar birbirinin zıddı değildir; tam tersine, birbirini bütünlerler.Bundan dolayı bir elektron bazen bir dalga bazen bir parçacık özelliği gösterebilir ama; her iki özelliği aynı anda gösteremez.

Bohrn elektronların aslında bir dalga mı, yoksa parçacık mı olduğu sorusunu mantıksız bulmaktaydı.Gerekçesi şuydu: Bir elektron hakkında bir şey öğrenmek isteyen kimse, onu gözlemlemek zorundadır.Gözlem yapmak demek, ölçüm yapmak demektir.O halde elektronun dalga olup olmaması, yapılan deneye bağımlı kalacaktır.

Bohrn’un düşüncesi, ilk defa 19. yüzyılın başlangıcında Thomas Young adlı İngiliz fizikçinin yapmış olduğu bir deneyi yeniden gün ışığına çıkardı.Young bu deneyi ışık ışınları ile yapmıştı ama, bu deney kolayca elektronlarla da tekrarlanabilir.Young, deneyinde ışığı iki dar aralıktan geçirmişti.Bunun üzerine arkalarındaki duvarda bugün girişim çizgileri dediğimiz bir sıra aydınlık ve karanlık çizginin belirdiğini gördü.Young’un deneyinde bu şekilde ortaya çıkan çizğiler, ışığın dalga özelliğini açıkça kanıtlamaktadır.İki dalga birbiriyle karşılaşır ve kesişirse, her zaman girişim ortaya çıkar.Dalga doruğu ile dalga doruğu karşılaşırsa, dalga zayıflar ya da yok olur; yani karanlık meydana gelir.

Daha önce Josephson etkisini anlattığımız zaman girişim olayından söz etmiştik.Nitekim Young deneyinde de sağ ve sol aralıktan geçen ışık dalgaları üst-üste gelmekte ve dönüşümlü olarak birbirini kuvvetlendirmekte ya da zayıflatmaktadır.

Şimdiye kadar anlattığımız her şey normaldir ve iyi bilinmektedir.Ancak şimdi ışığı bir parçacık (foton) akımı olarak ele alırsak, garip bir çelişki ile karşılaşırız.Işığı, aralıklardan her defasında sadece bir foton geçecek kadar karartmak mümkündür.Şimdi, uzun bir süre içinde elde edilen sonuçları, örneğin, fotonların bir fotoğraf plakasını karartmasını sağlayarak kaydedersek, tuhaf bir şey görürüz: Fotoğraf plakasında girişim olayını gösteren noktacıklar meydana gelmiştir.Çelişki bunun neresinde? Cevap: Tek bir foton sadece tek bir aralıktan geçebilir, her ikisinden birden değil! Girişim motiflerini açıklamak içinse her iki aralığın varlığı gerekir.Bir foton davranışını, nasıl içinden geçmemiş olduğu aralığın durumunu ‘bilip’ belirleyebiliyor?

Bohr, bu soruya da bir cevap buldu.Cevap, insanın gözlemci olarak rolü ile ilişkiliydi.Bohr’a göre, girişim motifini bozmadan belirli bir fotonun hangi aralıktan geçtiğini öğrenmemize olanak yoktu.Diyelim ki, biri fotonun yolunu öğrenmek istesin.O taktirde yaptığı gözlemle sistemi etkileyecek ve motifi bozacaktır.Sonuçta girişim çizgileri ortadan kaybolacak ve sadece birbiriyle üst üste gelen parlak noktacıklar kalacaktır.Başka türlü söylersek; örneğin uzayda belirli bir yol izleyen fotonların parçacık özelliğini gözleyen bir kimse, onların dalga özelliğini fark edemeyecektir.Tersine, eğer fotonun izlediği yol ile uğraşmazsak, o taktirde girişim çizğileri ile ortaya çıkan dalga özelliğini gözleyebiliriz.Bohr’un düşüncesine göre; burada tek bir deney değil, birbirini bütünleyen iki deney sözkonusudur.Deneyin biri parçacıkları, diğeri ise dalgaları ortaya çıkarmaktadır.

Kısa bir süre önce, Teksas’taki Austin Üniversitesi’nden fizikçi John Wheeler bu garip açıklamaya daha da şaşırtıcı bir nokta ekledi.Wheeler, dalganın mı yoksa parçacığın mı gözleneceği seçiminin, foton ya da elektron aralıklar düzeninden geçtikten sonra yapılması gerektiğini belirtmektedir..Wheeler’in gösterdiği gibi, ya projeksiyon ekranından aralığa doğru, yani tersine bakarak ışığın hangi aralıktan geçmiş olduğunu tespit etmek, ya da buna bakmaksızın girişim motifinin oluşumunu sağlamak seçimimiz vardır.Bunun anlamı şudur: Araştırmacı verdiği kararla, aralıktan bir dalga mı yoksa ışın mı geçeceğini ‘sonradan’ etkileyebilmektedir!

Fizikçiler, bu deney düzenine ‘geçikmiş seçim deneyi’ adını vermektedirler.Bu deney, dalga –parçacık ikiliğinin insana pek tekin görünmeyen bazı özelliklerini ortaya koyuyor: Burada deneyi yapan sanki geçmişi etkileyebiliyormuş gibi görünmektedir.

Kuvantum teorisinde ortaya çıkan bu gibi etkiler, mistik eğilimleri olan kimseler tarafından bütün olağan dışı olayları açıklamada kullanılmak istenmiştir.Durumu açıklığa kavuşturmak için hemen söyleyelim ki, bu gecikmiş seçim düzeni öyle geçmişe mesajlar göndermek üzere kullanılamaz.Deneyi yapan kimse geçmişi değiştirmemekte, sadece bir seçim almasında etken olmaktadır.

Doğrulanmış olan deney, gözlemcinin, kuvantum düzeyinde gerçeğin ne olduğunun belirlenmesinde temel bir rol oynadığıdır.Bu durum fizikçilerle filozofları her zaman şaşırmıştır. Şu soruyu sormamız gerekmektedir: Bir kimse bir elektron ya da fotonu gözlediği zaman ne olmaktadır? Daha önce gördüğümüz gibi, dalga özelliği, insan gibi büyük cisimlerde normal olarak tamamen önemsizdir.Yine de; kuvantum düzeyinde yapılan ölçümde ne ölçüm aletinin, ne insanın dalga özelliklerinin gözardı edilemeyeceğini sanıyoruz.

Bilim burada çok zor bir proplemle karşı karşıyadır.Bilgisayarların gelişimine önemli katkısı olan Amerikalı matematikçi John von Neumann, bunu çözümlemek için bir model geliştirdi.

Bu modelde kuvantum parçacıkları, ölçüm aleti ve gözlemci, tek ve bölünmez bir kuvantum sistemi olarak ele alınıyor.Anılan sistem bir bütün olarak Avusturalyalı Schrödinger’in daha önce anlattığımız dalga denklemine uymaktadır.Neumann bununla insan vucudu boyutlarındaki bir sistem de olsa ve dalga boyunun küçüklüğü yüzünden gözlenemese bile, dalga girişiminin etkilerini araştırmak istiyordu.Von Neumann’ın vardığı sonuçlar bizi kaygılandırmıştır: Gözlemcinin dalga özellikleri; nicelik (miktar ve güç) açısından kuşkusuz çok küçük değerler taşımakla birlikte, temel bir rol oynamaktadır.Eğer gözlemcinin sonuçlarını doğrulukla belirleyeceksek, bunları görmezlikten gelemeyiz.

Bir çok fizikçiler büyük sistemlere dalga özellikleri tanınmasından rahatsız olmaktadır.Bunun nedeni şudur: Hayattaki çok değişik durumları karşılayan iki değişik dalga biçimi düşünülebilir.Bu dalga biçimleri birbirleriyle kesişip birbirlerini etkileyebilirler.Bu olanaklar konusunda bir örneği, bizzat dalga denklemlerinin kurucusu Schrödinger vermiştir.Bu, bir sandık ya da kutu içinde bulunduğu varsayılan bir kediyle yapılan ‘düşünce yürütme’ deneyidir.Kutuda kediyle birlikte bir potasyum siyanür şişesi ve vurmaya hazır bir çekiç bulunmaktadır.Kutuda ayrıca bir parça radyoaktif madde yer almakta olup, hiç kimse bu maddenin ne zaman alfa parçacıkları yayınlayacağını kesinlikle bilmemektedir.Parçacıklar yayınlandığı zaman çekiç şişeye vuracak, şişe parçalanacak ve çıkan gaz kediyi öldürecektir.Düşüncemizde yürüttüğümüz bu deneyi, çok insanlık dışı olmakla birlikte, buraya kadar hayatta da gerçekleştirebiliriz.Şimdi işin içine dalgalar girerse, bir çelişki ile karşılaşırız: Belirli bir anda, alfa parçacığına ilişkin dalganın bir bölümünün ‘tünel’ açarak atom çekirdeğinden ayrılmış olduğunu, bir bölümünün de hala çekirdekte bulunduğunu düşünebiliriz.Eğer kediyi dalga olarak ele alırsak, o taktirde dalga motifi kısmen canlı vir kediye, kısmende ölü bir kediye ait birer dalgadan oluşacaktır.Her iki dalga girişim yapacak ve hayali zorlayan bu geçiş safhasında kedi ne ölü, ne de canlı olacaktır.Bilimsel tartışmalarda henüz böyle çelişkili durumların uzlaştırılması sağlanamamıştır.Bazı fizikçilere göre durum şu şekilde yorumlanmalıdır: Evren, birbiriyle yan yana varolan iki gerçekliğe bölünmektedir.Bunlardan birinde canlı kedi, ötekisinde ise ölü kedi bulunuyor.Başka fizikçiler ise şöyle bir çıkış yolu teklif etmişlerdir: Kuvantum dalgaları bir kedi ya da insanın vucuduna uygulanabilir ama, ruh konusunda geçersizdirler.

Üçüncü bir düşünceye göre dalgalar, tek başına alfa parçacıkları ve kediler hakkında değil, olsa olsa özdeş sistem dizileri hakkında bilgi verebilirler.Bu yüzden kedi bazı hallerde canlı, bazı hallerde ölü olabilir.

Sorunun doğru cevabı ne olursa olsun, açıkca görülen şudur: Maddenin dalga özelliği bir gerçektir ve büyük cisimlerin, özellikle akıl sahibi gözlemcilerin dalga özelliklerini dikkate alırsak; gerçeğin ne olduğu ve gözlemciyle dış dünya arasındaki bağlantı konusunda zor proplemlerle karşılaşırız.Elbette kediyle yaptığımız düşünce yürütme deneyi, madde dalgalarının çelişkili yönlerini göstermek üzere öncelikle böyle düzenlenmiştir.Ancak bir atom çekirdeği bir alfa parçacığını açığa çıkardığı zaman, her defasında tam bunun gibi bir olay meydana gelmektedir.

Eğer radyum boyalı parıldayan bir saatiniz varsa; belki de rakamları ile akrep ve yelkovanına bakarken, yazımızda anlattıklarımızı hatırlarsınız.