Çift Yarık Deneyi I Kuantum Fiziği - Bölüm 2

1:38Emeklemeye başladık. Albert Einstein'e. Ondan önceki bilim insanlarının da katkılarıyla zirve yaptı keşfetme arzumuz. Einstein'dı bunun müsebbibi. Fakat bu da yetmedi elbette bize. Sağa sola çarpsak da yol almaya devam ettik. Bu ne? Bu neden böyle diye sormaya başladık.

1:56Ama bunlar da yetmedi biz insanlığa. Daha çok şey öğrenmem lazım dedik. Max Planck, Niels Bohr, Heisenberg, Schrödinger ve başka bir sürü bilim insanı el ele verdiler ve emekleyen insanlığı bir anda ayağa kaldırdılar. Neyle? Kuantum fiziğiyle.

2:16300 bin yıldır üzerinde durduğumuz şu dünyadaki ilk adımlarımızı attık böylece. Çok heyecanlıydık ve bir o kadar da korkmuştuk. Keşfetmeye kalktığımız bu dünya çok karmışık, çok sıra dışı, çok başkaydı. Ama ayağa kalkmıştık bir kere. Bir daha geri dönüşü yoktu. Kimileri, bak manyak olursun, uğraşma deli hatta. Ama vazgeçmedik. Bu yoldan dönüş yoktu bizim için.

2:41Tam olarak anlayamadığımız kuantum mekaniğinin anladığımız kısmıyla, belki de sadece yüzde biriyle, önce lazeri, sonra da insanlık tarihinin en önemli buluşlarından biri olan transistörleri icat ettik. Transistörleri bulduktan sonra ise işler tamamen değişti. Öyle hızlı öğrendik ki yürümeyi, hatta bırakın yürümeyi, bildiğin koşmaya başladık. Bilgisayarlar. Çok daha küçük bilgisayarlar. Cep telefonları, yapay zeka, makine öğrenmesi, arttırılmış gerçeklik derken… Kuantum bilgisayarlarına kadar vardı bu koşu. İnsanlığı çok kısa sürede, farklı gezegenlerde yaşayabilir miyiz acaba sorusuna getiren…

3:23Yıldızlar arası yolculuklara cesaret edecek CBA'ya ulaştıran olaylardı bunlar. Hepsi. Evet, hepsi kuantum fiziği sayesinde. Ama daha gidecek çok ama çok yolumuz var. Gelecek olasılıkları düşününce tüm bu gelişmeler bir bebeğin ilk kelimelerinin mırıldanması gibi sadece. Gelecek olasılıkları ilerleyen bölümlerde bol bol konuşacağız zaten. Ama biz şimdi kuantum yolculuğumuza kaldığımız yerden devam edelim. Bu öngörülemez evrende neler yaşandığını birlikte görelim.

4:08Bir önceki bölümü Niels Bohr'un atom modeliyle bırakmıştık. Kuantum sıçraması hani. Elektronlar bir o yörüngede bir bu yörüngedeydi. Arası yoktu.

4:18Bir gezegenin aniden başka bir gezegenin yörüngesine sıçraması gibi. Şayet hiçbir şey tesadüf değildi ki yolculuğumuza bu bölümle dahil olduysanız şu anda dört bölümlük bir kuantum serisinin ikinci bölümünde olduğunuzu hatırlatayım hemen. Hiçbir şey tesadüf değildi attığımız kancaları birbirine bağladığımız uzun bir kuantum tarihi serisi yapıyoruz. Siz de önceki bölümü dilerseniz şimdi, dilerseniz hemen bu bölümden sonra dinleyebilirsiniz. Tabii sonrasına doyamazsanız ki bence daha fazlasını duymak isteyeceksiniz, daha önce konuştuğumuz konulara da bir kulak verin. Mutlaka hoşunuza gidecek bir şey bulacaksınız. Neyse ben konumuza döneyim. Şimdi…

4:57Kuantum hikayemizde dananın kuyruğunun koptuğu noktaya geldik. Her şey tüm kuantum teorisine bir temele oturtacak ve sonrasında bahsedeceklerimizi daha anlamlı kılacak bir deneyi ele alacağız bu bölümde. Şimdiden uyarıyım. Gerçekliği de sorgulamanıza neden olacak bu deney.

5:16Ama öncesinde gerçeklik algımızı bir kez daha gözden geçirmemiz lazım. Tüm hayatınızı, deneyimlerinizi, çevrenizle iletişiminizi düşünün bir süreliğine. Şahsen yaşadıklarınızı, çevrenizle, eşyalarla, dünya ile iletişiminizi düşündüğünüzde her şeyin fazlasıyla öngörülebilir olduğunu fark ediyorsunuz. Çok tahmin edilebilir ve açıklanabilir deneyimler bunlar. Mesela neyin katı, neyin sıvı, neyin somut bir cisim olduğunu bilirsiniz.

5:44Örneğin kayanın sert bir cisim olduğunu biliyoruz. Ya da neyin dalgaya sebep olduğunu yani sıvı ve havanın dalga oluşturduğunu biliyoruz. Bunlar son derece net bilgiler. Her şey tahminlerimize ve beklentilerimize göre hareket ediyor. Ay mesela. Hava karardığında görünür oluyor ve biz ona bakmasak bile orada olduğunu biliyoruz. Eminiz bundan değil mi? İşte kuantum evreninde, atom altı parçalıkların dünyasında o iş öyle değil arkadaşlar.

6:13Bakmadığınız zaman ayın orada olduğunu bilebilmeniz mümkün değil. Bu arada bu benzetme de Albert Einstein'e ait. Kuantum fiziğindeki belirsizlik olgusunu duyduğunda aklına takılan, kuantum fiziğini anlamlandırma sürecinde yönelttiği en önemli sorulardan biriydi bu. Tam olarak şöyle söylemişti. Yani ben bakmadığımda ayın orada olmadığını mı söylemeye çalışıyorsunuz?

6:37Evet. Tam olarak bunu söylemeye çalışıyorlardı. Burada bahsettiğimiz elbette ay değil. Biz atom altı parçacıklardan, elektronlardan, fotonlardan bahsediyoruz. Max Planck'ın devrimsel bulgusunu hatırlıyorsunuz. Bahsetmiştik bir önceki bölümde. Işığın dalga olarak değil paketler halinde taşındığını söylemiş ve kuantum dünyasının kapılarını açmıştı. Ama tabi işler o kadar kolay olmayacaktı.

7:05Atom, elektron ve proton gibi parçacıkların resimlerini ya da tasvirlerini bir hatırlayın şimdi. Veya elektron dediğimizde gözünüzde canlanan şeyi. Bir çekirdeğin çevresinde dönen yuvarlak bir parça oluşuyor gözünüzün önünde değil mi? Fakat bu sadece bir canlandırma. Aslında atom, atomun çekirdeği, elektronlar. Hiç de öyle görünmüyorlar. Kaldı ki ölçmediğinizde, verilere bakmadığınızda orada var olduklarından emin olmak dahi mümkün değil.

7:35Maddeyi düşünmenizi istememin sebebi de bu. Normal şartlarda gözlenmediğimiz dünyanın boyutunu küçülttüğümüzde, atomlara, elektronlara baktığımızda tahmin edilemez bir olasılıklar dünyası karşımıza çıkıyor. İşte bunun da en belirgin göstergesi, parçacık-dalga ikilemi adını verdiğimiz bir olgu. Elektron, bir parçacık değil ama dalga da değil.

7:59İşte bunu da kuantum fiziğinin en popüler deneylerinden biri olan çift yarık deneyiyle gözlemliyoruz. Şimdi çok karmaşık gibi görünen bu deneyi ve sonuçlarını örneklerle ve en basit haliyle açıklamaya çalışayım size. Sonuçları konuştuğumuzda artık hep beraber şaşırır, yok artık deriz. Önce bildiğimiz dünyadan örneklerle başlayalım. Elinizde bilyeler var diyelim. Karşınızdaysa ortasında yarık olan bir tabela.

8:27Ve bu tabelanın arkasında da biliyelerin çarptığı bir tür levha olsun. Tek tek biliyeleri atalım bu yarıktan. Kimisi tabelaya çarpar ve karşıya geçemez. Kimisi de geçer ve her geçen biliyenin çarpabileceği belirli bir yer vardır. Deliğin karşısındaki levhada karşılık gelen bir yer.

8:51Peş peşe çarpan biliyeler burada geçtikleri yarığın şekline de uygun olarak tek bir çizgi deseni oluşturur. Tabeladaki yarık sayısını ikiye çıkardığımızda ve peş peşe biliyeleri atmaya devam ettiğimizde de aynı şekilde. İki yarıktan geçen biliyeler karşıdaki levhada iki ayrı çizgi deseni oluşturur. Mantıklı olan ve olması gereken budur. Bir parçacık bu şekilde davranır.

9:20Şimdi aynı deneyi biz su birikintisiyle yapalım ve bakalım dalgalar nasıl davranıyor. Bir göl kenarında olduğunuzu düşünün. Suyun üzerine de bir yarık bulunan bir levha koyalım. Ve bu levhanın ön kısmına bir taş atalım. Bu taşın çevresine bir dalga yayılacaktır haliyle.

9:42Bu yayılan dalgada bizim koyduğumuz tek yarık bulunan levhaya çarptığında bu yarıktan geçen dalga yine tek bir dalga şeklinde ilerlemeye devam eder. Yarık bulunan levhanın karşısına da bir tabela koyarsak bu yarıktan geçen dalganın en güçlü olduğu yer ilk olarak bu tabelanın belirli bir noktasına çarpar ve tek bir çizgi deseni oluşturur. Tıpkı bilyelerin yaptığı gibi. Tamam, burada da beklenmedik bir şey yok. Bu gölün içine koyduğumuz tek bir yarık bulunan levhaya bir yarık daha açtığımızda… Bu iki yarıktan geçen tek bir dalga… İki farklı dalgaya ayrılır. İşte bu iki dalgada ilerledikçe birbirleriyle kesişerek karşı levhaya ulaşır.

10:31birbirine çarpa çarpa ilerleyen iki dalganın birden fazla güçlü noktası oluşur. Tek bir yerden çarpmaz karşı tabelaya. Bir tür çokluk çizgi deseni ortaya çıkar. Birbiriyle kesişen ve çarpıştıkça başka dalgalar oluşturan dalgaların bir sonucudur bu. Aslında

10:56burada da beklenmedik bir şey yok. Normalde gözlemleyebileceğimiz bir durum bu. Fakat… Gelin kuantum fiziği düğmesine basalım ve kuantum dünyasına adım atalım. Deneyimizi bir de bu dünyada uygulayalım. Şimdi, ışığın foton dediğimiz paketler halinde taşındığını ve özünde bir parçacık olduğunu zaten söylemiştik. Fotonları bilyeler gibi düşünürsek ve bir foton tabancasının yardımıyla tek bir yarıktan gönderirsek…

11:27Sonuç, karşı tarafta tek bir çizgi oluşuyor. Süper. Tahmin edilebilir bir sonuç çıkıyor ortaya. Karşı levhada bilyelerde gördüğümüz tek bir desen ortaya çıkıyor. Fotonlar da bilyeler gibi, yani parçacık gibi davranıyor. Harika. Hiçbir sorun yok. Şimdi ikinci yarığı açalım. Sırf meraktan. Ama ondan da önce kısa bir mola verelim. Zira birazdan olacaklar, bizi deliliğin dağlarının zirvesine çıkaracak.

12:24Evet, kuantum evreninde tek yarıktan fırlattık fotonlarımızı. Ve böylece ışığın bir parçacık olduğunu kanıtladık gibi aslında, değil mi? Maalesef değil arkadaşlar. Mevzu bahis kuantum evreni ise işler tam da burada çığırından çıkıyor. Bildiğiniz bir beyin yakma seremonisi başlıyor bu noktada. O yüzden şimdi sıkı durun. Parçacık olduğunu bildiğimiz, hatta bunu kanıtladığımız fotonları iki yarık bulunan tabelaya fırlattığımızda beklediğimiz

12:54Tıpkı bilyelerde olduğu gibi karşı levhada iki ayrı çizgi deseni oluşması. Foton parçacıktı yani. O yüzden. Ancak sonuç, tek tek fırlattığımız fotonlar karşı taraftaki levhada tam da bir su dalgasının oluşturduğu gibi bir desen oluşturuyor. Çoklu çizgi deseni.

13:14Diğer adıyla girişim ya da kesişim deseni. Bir dakika, bir dakika. Nasıl yani ya? Sayıyı azaltıyoruz. Fotonları çok fazla gönderdik de ışık dalgası mı oluşturdular diyoruz. Saniyede tek foton filan gönderiyoruz. Saatler sonra sonuç? Aynı. Duvarda sanki yarıklardan su dalgası geçmiş gibi bir desen var. Tek tek bilye atıyorsun, duvarda su dalgası deseni çıkıyor.

13:41Nasıl ya? Parçacık ama foton. Nasıl dalga deseni oluşturur? Biz bilye attık. Bilye nasıl su gibi davrandı? Hanımefendiler, beyefendiler. Kuantum dünyasına hoş geldiniz. Ama daha bitmedi. Çok acayip şeyler olacak şimdi sıkı durun. Tamam belki de foton garip davranıyordur. İşin içinde ışık var sonuçta. Işık da garip davranıyor olabilir diyor bilim insanları. Bunu elektronlarla tekrar denemeye karar veriyorlar.

14:09Bildiğimiz biliyelere benzeyen bir parçacık kullanıyorlar bu sefer. Hemen bir elektron tabancası yapıyorlar. Elektronları tek yarıktan gönderiyorlar. Süper. Tek çizgi. Aynı biliyeler gibi. Sonra? Sonra ikinci yarığı da açıyorlar tabii. Ne oluyor peki? İki çizgi mi? Hayır. Çoklu çizgi deseni. Elektronlar da dalga gibi davranıyorlar çift yarık açıldığında. Hayda. Bir gariplik var. Çok acayip bir şey bu.

14:38Ama durun. Dahası da var. Bilim insanları bu olayı çözmek, deneye mantıklı bir açıklama getirmek istiyorlar. Hemen yarıkların önüne bir algılayıcı, bir sensör yerleştiriyorlar. Her elektron geçtiğinde ses çıkaran bir cihaz koyuyorlar buraya. Ölçmek, görmek istiyorlar yani. Gayet mantıklı değil mi? Bir de böyle tekrar ediyorlar testi.

15:00İşte burası gerçekten de dünyanın en garip olayının gerçekleştiği an. Bu sensörü yerleştirdikten sonra elektronları çift yarıktan fırlatmaya başlıyorlar. Test bitiyor. Karşıdaki levhayı kontrol ettiklerinde ne görüyorlar sizce? İki çizgi. Olması gerektiği gibi. Parça parça gönderilen elektronlar bilyeler gibi iki çizgi oluşturuyorlar levhadan. Kapatıyorlar sensörü tekrar. Testi tekrar ediyorlar. Sonuç çoklu çizgi.

15:30Dalga dese mi? Nasıl yani? Evet. Gözlemci bir cihaz yerleştirdiğinizde elektronlar olması gerektiği gibi davranıyor. Sanki izlendiklerini biliyorlar. Hatta bir bilinç sahibi gibiler. Baktığımızda normal davranan, bakmadığımızda çok acayip işler yapan birer birey gibiler. Bildiğin çocuk gibi. Açıklaması ne peki bunun? Yok. Yani henüz yok.

15:56Aranızdan birileri için Nobel Fizik Ödülü kazanmak adına müthiş bir fırsat bu. Bunu açıklayabilen Einstein kadar meşhur olacaktır eminim. Zira dünyanın en garip olayı bu. Einstein bu durumu ve daha sonra bahsedeceğimiz tüm olgu ve iddiaları şu tek kelime ile tanımlayacaktı. Ürkütücü. Tahmin edilemez, kafasına göre davranan bir dünya kuantum dünyası.

16:19Ve bizi, yani tahmin edilebilir, sıradan dünyamızı, seni, beni, her şeyi oluşturan parçaların dünyası orası. Hiç de tahmin edilebilir bir yer değil üstelik. Kocaman bir olasılıklar dünyası yani. Göz alıcı ve bir o kadar da korkunç aslında. Ve öğrenecek, konuşacak daha çok şeyimiz var bu evrenle ilgili.

16:41Dedim ya en başta, daha yürümeyi yeni öğrenen bir bebekten farkı yok insanlığın. Anlamlandıramadığımız birçok şey var. Cevaplanmamış yığınla soruya sahibiz. Her cevap yeni bir soruyu da doğuruyor haliyle. Ve bu cevapları arayan insanlar, önce ben bulacağım diye yarışan, dünyanın belki de tek güzel savaşını veren insanlar. Bana kalırsa herkesin vermesi gereken bir savaş bu. Bir anlam arayışı savaşı. Nobel Fizik Ödüllü kazanma fırsatınız var derken de çok ama çok ciddiydim. Bu hikaye bizim hikayemiz çünkü. Bu arayışın bir sorumlusu yok. Bana düşmez diye bir şey yok burada. Bahsettiğimiz hiçbir bilim insanından da farkımız yok. Yine Einstein'in kendisi söylesin bize. Ben dahi değilim. Sadece doyumsuz bir merakım var demişti sevgili Albert.

18:07O nedenle tek yapmamız gereken merak etmek ve soru sormak. Cevaplar sizi bulacaktır. Ama hikaye burada bitmedi. Bir sonraki bölümde de şaşırmaya devam edeceğiz. Bir kediden bahsedeceğiz mesela. Daha dolanıklık ve ışınlanma var konuşacağımız şeyler arasında. Kısacası hikaye tüm hızıyla devam ediyor. Sonraki durakta görüşmek üzere.