20'inci yüzyılda bilim dünyasında devrim yaratan kuantum mekaniğinin ilkeleri, deneyleri, kuramları

Diğer Program: 
Açık Gazete

20'inci yüzyılda bilim dünyasında devrim yaratan kuantum mekaniğinin ilkeleri, deneyleri, kuramları

10 Aralık 2019
Fotoğraf: quantamagazine.org

Açık Bilinç’te, Boğaziçi Üniversitesi’nden Prof. Erkcan Özcan kuantum mekaniğinin ilkelerini herkesin anlayabileceği bir biçimde anlatıyor.

10 Aralık 2019 tarihinde Açık Radyo'da yayınlanmıştır.

Fizik serisine geçen sene Boğaziçi Dörtlüsü ile başlamış, kara deliklerden iklim değişikliğine, parçacık hızlandırıcılardan tıp fiziğine kadar pek çok konuya giriş yapmıştık.

"Kuantum" terimi, Latince'de nicelik, miktar anlamlarına gelen "quantus" sözcüğünden türetilmiş.

Türkçe karşılığı olarak "nicem" öneriliyor. Fizikte, atom altı küçük parçacıkları imliyor. Ama "kuantum" fizik dışında her alanda gelişigüzel kullanılan ve (“enerji” terimiyle birlikte) çok sık suistimal edilen bir terim.

Bu terimi, "Kuantum Hafıza Yöntemi"nden "Kuantum Yaşam Koçluğu"na kadar aslında kuantum kuramıyla hiç bir ilgisi olmayan pek çok alanda anlamsızca kullanılırken görmek ve fizikçileri çileden çıkartan bu saçmalıklara her yerde rastlamak mümkün.

Fizikçi Burçin Ünlü’den alıntılıyorum:

Peki sakın "kuantum" bir il, dua, veya niyet olmasın?

Kuantum fizikçisi Mete Atatüre'den bir alıntıyla, bu bahsi kapatayım: "Kuantumun zihin kontrolüyle kesinlikle alakası yok. Delirtmeyin beni!"

— / —

Oysa, fizikçiler için gerçek bir çetin ceviz olan kuantum kuramının, bilim tarihi içinde yüz yılı aşan çok ilginç bir yeri ve bilim felsefesi açısından çok aydınlatıcı yönleri var.

Ayrıca, MRI'lardan süperiletkenlere kadar bugün kullandığımız pek çok teknoloji (maalesef içinde atom bombasının yapımı da dahil olmak üzere), kuantum fizikçilerinin araştırmaları sayesinde ortaya çıkmış durumda.

Yukarıdaki şemayı, iki fizikçi Max Tegmark ve John Archibald Wheeler'ın Scientific American dergisi için 2001'de kaleme aldıkları ve kuantum kuramının yüz yılını herkesin anlayabileceği bir dille açıkladıkları yazıdan alıntıladım.

Yazının tamamı (İngilizce): https://space.mit.edu/home/tegmark/PDF/quantum.pdf

— / —

Kısaca kuantum fiziğinin bilim tarihindeki yerine değineyim.

Kabaca, Rönesans'ın ardından gelen Bilimsel Devrim dönemi, 17. yüzyıl'da klasik fizik, 18. yy'da kimya, ve 19. yy'da biyoloji ve fizyolojinin yükselişine tanıklık etti.

Bu dönemin en önemli kazanımlarından birisi şuydu: Elle tutulur gözle görülür orta boy nesnelere dair fizik yasaları, elle tutulamayacak kadar uzaktaki gök cisimlerini de, ancak mikroskop altında gözlemlenecek kadar küçük canlı hücrelerini de kapsıyordu.

Galileo’dan Newton'a, oradan da 19.yüzyıl sonu bilimcilerine kadar uzanan bir hatta, doğa yasalarının evrensel geçerliliği, matematiksel olarak olarak gösterilmişti.

20. yüzyıla yaklaşılırken, fizikçiler artık ortada yanıtlanmamış, esrarlı pek bir soru kalmadığını düşünüyorlardı.

Bilim felsefecisi Stephen Toulmin (mealen) şöyle diyor: "1890-1910 arasında klasik dünya anlayışı beklenmedik bir çöküntüye uğradı. 19. yüzyılın bilimsel varsayımları birden 20. yüzyılın sorunları haline geldi. 1925-35 arasında billurlaşan kuantum kuramı, bilim dünyasında bir devrim yarattı."

Kuantum fiziğiyle ilgili soruların nereden ve nasıl ortaya çıktığını, geçen yüzyıl boyunca hangi alanlarda ilerlemeler sağlandığını, bu yüzyıl için ne gibi gelişmeler öngörüldüğünü, parçacık fiziği alanında çalışan konuğumuz örneklerle anlatacak.

Not. Kuantum teorisinin bilim tarihi içindeki yerini, öncesi ve sonrasıyla merak edenler için, Toulmin'in antik dönemden günümüze kadar bilimsel gelişmeleri bir nedensellik örgüsü içinde anlattığı "The Architecture of Matter" (Maddenin Mimarisi) kitabını öneririm.

— / —

Kuantum kuramının bilim dünyası için çetin ceviz olduğunu söylemiştim.

Bir parçacık nasıl aynı anda iki farklı yerde olabilir?

Elle tutulur gözle görülür nesneler dünyasında rastlamadığımız türden kuantum parçacığı davranışları ve birbiriyle bağdaştırılması zor bilimsel veriler, kuantum fiziğinin anlaşılırlığı konusunda kuşkular yaratıyor. Hatta fizikçiler arasında bile, kuantum dünyasında olup bitenleri tam olarak kimsenin iyi anlamadığını savunanlar var.

Yeni bir örnek, fizikçi Sean Carroll'un makalesi ve kitabı: https://nytimes.com/2019/09/07/opinion/sunday/quantum-physics.html

Kuantum kuramının anlaşılmasındaki zorluk, bu alanda çalışmış ve bilimsel anlayışa katkı yapmış isimler alt alta sıralandığında, daha da çarpıcı şekilde ortaya çıkıyor: Planck, Einstein, Bohr, De Broglie, Schrödinger, Born, Heisenberg, Feynman...

20. yüzyıl bilim dünyasının en renkli simalarından fizikçi Richard Feynman'a atfedilen ve sıkça karşımıza çıkan bir cümle var: "Kuantum mekaniğini anladığınızı düşünüyorsanız, kuantum mekaniğini anlamıyorsunuz demektir."

Feynman'ın bu cümleyi gerçekten söyleyip söylemediği, belli değil. Ama gençlik zamanlarından bir konuşmasında, şöyle diyor: "Rahatlıkla söyleyebilirim ki, kuantum mekaniğini anlayabilen hiç kimse yok."

— / —

Kuantum mekaniğini anlamak ne demek? Bunu, hangi koşul ve durumlarda iddia edebiliriz? Anlamak niçin önemli? Bu soruyu merak edenler için, Prof. Özcan'ın "Kim Korkar Kuantumdan?" başlıklı makalesini önererek, bu akışı bitireyim.

— / —

Kuantum fiziğinin teknoloji alanında temel teşkil ettiği en yeni gelişmelerden birisi, bazı hesaplamalarda klasik bilgisayarları kat kat aşan güce sahip "kuantum bilgisayarları".

Bu konuyu da haftaya Prof. Cem Say bizlere anlatacak.

Açık Bilinç'i Salı sabahları 09:30'da dinleyebilir, podcast arşivine buradan ulaşabilirsiniz.