Kuantım Acayiplikleri Çift Yarık Deneyi

Fizikçi değilim, hâttâ mühendis olmama rağmen matematikle evleri ayıralı epey oldu. Neyse ki küçüklüğümden beri ansiklopedik bilgilerin yanında babamın her ay aldığı Bilim ve Teknik dergisi sayesinde sadık bir bilim okuru oldum. Bunun en önemli avantajı "sıradan insanın" mevzuyu nasıl anlayabileceği konusunda çok daha fazla empati yapmamı sağlamasıdır.

Sihirli Kelime: Kuantum

Son zamanlarda herhangi bir kelimeyi nitelediğinde, son derece sihirli bir sözcük gibi geliyor. "Kuantum Terapi", "Kuantum Düşünce" "Kuantum Terlik" vs. Hiç merak etmeyin, 20.yy başlarında "x-ray bulunduğunda da aynı şekilde pazarlama unsuru olarak kullanılmış "x-ray mutluluk" cart curt. Bu tip şeylere sakın inanmayın, çünkü en basitinden Kuantum Mekaniği çok küçük atomaltı ölçeklerde işler sadece.

İngilizce bilenler "quantity" yani nicelik kelimesinden çıkarabilir. Quantus, latince de "ne kadar?" demek. Quantum da buradan türemiş, ve her belirli fiziksel alanlarda dalga boyu olarak yaydığı enerji paketlerine (yani niceliklerine) verilen isim olmuş. Tanımdan bir bok anlamadıysanız korkmayın, hiç önemli değil. Ben de ne anladıysam onu yazdım çünkü. Konuyla da çok ilgisi yok tanımın şu anda.

Elektromanyetik Radyasyon

Öfff, ne bilimsellik akıyor değil mi? Cümle içinde kullandığınızda duyana "vay beaaa" dedirtir. Aslında bildiğimiz ışık. Evet, ışık. Işık dediğimiz nane de bir tür radyasyon (ışıma). Yani atomların elektronları enerji seviyesi değiştirdiğinde "pıt" diye foton atar. Foton, ışık parçacığına verilen isimdir. Parçacık demek de zor, çünkü bir enerji "paketidir". Her fotonun enerjisi farklıdır, mesela enerjisi yüksekse daha mordur, enerjisi düştükçe kırmızıya çalar, biz de buna renk diyoruz.

Neden yazın siyah giymeyiz? Çünkü siyah renk (üzerindeki boya), güneşten gelen fotonların enerjisini absorbe eder ve daha az yansıtır (bu yüzden siyah denen koyu bir renk görürüz). Fotonların enerjisi elektronları uyararak ısıya dönüşür. Bu yüzden siyah renkli giyince bunalırız yazın.

Bütün maddeler elektromanyetik radyasyon yayar. İnsan da yayar. Ama o kadar zayıftır ki, algılamak için çok güçlü aletler gerekir.

Elektromanyetik Dalga Olarak Işık

Işık, parçacık olarak değil de, dalga olarak yayılır. O yüzden dalga boyu ve frekans gibi özellikleri vardır. İnsan gözü, aslında ışık spektrumunun çok küçük bir kısmını görebiliyor, çünkü ona duyarlı olarak evrimleşmişiz. Ses gibi düşünün, çok ince, tiz sesleri belirli bir frekanstan sonra duyamayız. Işık da öyle Aşağıda hangi nesnelerin hangi dalga boyunda ışık yaydığını gösteren çok güzel bir görsel var.

En üstte, Dünya atmosferini geçip geçmediği (Y=yes, evet; N=No, hayır). Altında metre cinsinden dalga boyu. Hemen altında Hertz (hz) cinsinden frekansı. En altta da o dalga boyundaki "ışığın" ortaya çıkması için gereken sıcaklık.

Sansasyon yaratmak için bazı doktorlar ya da komplocular "cep telefonu sinyalleri radyasyona neden oluyor, öleceğiz, kanser olacağız" diye ilgi çekmeye çalışırlar. Yukarıda göreceğiniz üzere dalga boyu denilen "uzunluk", bir elektromanyetik radyasyonun boyunu veriyor bize. Kanser olmamız için molekül boyutunda olması gerekir radyasyonun. Radyo dalgasının dalga boyu (1 kilometreye kadar çıkıyor, içimize giremez bile merak etmeyin. Ama aynı şey ultraviyole, x-ray gibi radyasyon için söylenemez. Zaten moleküllerimizin arasından geçebilecek kadar küçük dalga boyuna sahip olduğu için röntgen çektirebiliyoruz. Ve gamma ışınları: Radyoaktif maddelerden yayılır içimizden geçer gider, ama elektronlarla etkileşime geçebildiği için DNA yapısını bozabiliyor, bu da kansere yol açıyor.

İşler İlginçleşiyor: Parçacık Olarak Işık

Fotoelektrik Etki. Bir metal plaka koyun. Ve ona ışık tutun. Bir de ışığın metal plakaya vurmasından dolayı metal atomlarından forlayan elektronları tespit eden bir aparatınız olsun. Normal ışık tutunca bir şey olmuyor. Işığın frekansı arttıkça elektronlar fırlamaya başlıyor. Sanki, dalga yaymıyor da, makinalı tüfekten fotonla tarıyormuş gibi oluyor. Vuran her foton "parçacığı" bir elektron fırlatıyor.

E iyi de, bu ışık dalga mı parçacık mı? Her ikisi de. Hiç merak etmeyin "Dalga" ne demek henüz kafanızda bir fikir oluşmamıştır eminim. Kuantum dünyasının acayipliklerini görürken onu da anlayacaksınız.

Çift Yarık Deneyi

İlgili olanlar muhakkak Youtube'da bununla ilgili güzel videolara denk gelmiştir. Bilmeyenler için anlatalım. Ama öncelikle sadece ışık değil, atomaltı tüm "parçacıkların" hem dalga hem de parçacık karakteri vardır. O yüzden bu deneylerde elektron kullanılır, ama ışıkla da yapılabilir.

Kaynaktan başlayan dalga, iki yarığa geldiğinde dağılır. Dalganın yüksek olduğu ve alçak olduğu kısımlar birbirini nötrler. Böyle ce sadece dalganın ulaşabildiği yerde panoda görünür.

İşin ilginç kısmı, böyle harala gürele değil de, mesela elektronları tek tek attığımızı düşünelim. Hani makinalı tüfekle tarıyorsunuz, mermiler ya duvara çarpacaktır ya da, yarıkların birinden geçecektir.

Evet, elektronları/ışık parçacıklarını böyle tek tek attığımızda, panoda olması gereken sonuç budur. AMA ÖYLE DEĞİL! Görseldeki gibi tek tek atsanız da, gene Görsel 1'deki gibi "dalga deseni" gözüküyor panoda.

Bilimciler "nasıl oluyor lan bu?" diye düşünmüşler. Bu sefer Yarıklara bir detektör koyuyorlar. Bu sayede parçacığın hangi detektörden geçtiğini görebilecekler. Bu önemli, çünkü parçacık tek tek atılmasına rağmen, nasıl gene dalga gibi davranabiliyor? O zaman "lan bakalım parçacık nereden geçiyor acaba?" diye ölçmeye kalkmışlar.

Ve sonuç Göçsel 2'deki gibi oluyor. Yani hangi detektör tespit ettiyse, parçacık mermi gibi o delikten geçmiş, ama dalga şekli vermemiş panoda. Görsel 2'deki gibi olmuş. Yani eğer beniz, parçacığın hangi yarıktan geçtiğini biliyorsak, parçacık parçacık gibi davranıyor, ama ölçmezsek dalga gibi davranıyor. Sanki bizim onu izlediğimizi biliyormuş gibi!

Sonuç Yerine

Aslında, bu deneyden sonra, "Kuantum Dolanıklık" ve "Ertelenmiş Çift Yarık Deneyi"nden bahsedecektim. Çünkü işler daha da karmaşıklaşıyor. Ancak, yazı yeterince uzadığından ve bilgilerimin sürekli eksik kaldığını hissettiğimden, şimdilik burada bitirmek istiyorum.

Parçacıklar "izlendiğini" biliyorlar mı peki? Hayır. Kuantum mekaniği, olasılıklar evrenidir. Çift Yarık Deneyinde "Gözlediğimiz" bir yer daha var, o da Panonun kendisi. İster dalga karakteri gösterse bile, Panoya varınca "gözlemiş" oluyoruz. Aslında "dalga deseni" gösteren pano da, panoya kadar "dalga halinde gelen" kuantum nesnenin, dalga karakterini yitirip "küçük noktalar" olarak yansımasının toplamıdır. Yarıklardan geçmeden önce ölçünce "daha erken" ölçmüş olduğumuz için parçacık karakterini alıyor.

Biliyorum, beyniniz şişti. Emin olun benim de şişti. Belki daha sonra bahsettiğim diğer fenomenlerden de bahsedeceğim. Şimdilik bu kadar.

Kılavuzunuz bilim olsun!