Çift Yarık Deneyi Fizik

Bilim ilginç bir alan. Öyle ki bugün herkesin kabul ettiği bir gerçek bazen yüzlerce yıl önce ortaya atılmış bir teorinin ispatlanması ile bambaşka bir gerçek haline gelebiliyor. Young deneyi bunun en önemli örneği. Thomas Young tarafından gerçekleştirildiği için Young deneyi olarak da anılan çift yarık deneyi, o güne kadar bilinenin aksine ışığın yalnızca parçacık değil dalga özelliğine sahip olduğunu ortaya koymuştur. 

Evde kendi imkanlarınızla bile uygulayabileceğiniz Young deneyini ilginç yapan, elde ettiği sonuçların yanı sıra bu deneyi yapan Thomas Young’ın bu deneye ulaşma sürecidir. İnsan ve doğa arasındaki ilişkiyi inceleyen fizikçi, geçmişte yaşamış bilim insanlarının da teorilerini göz önünde bulundurarak bambaşka bir gerçeği gün yüzüne çıkardı. Gelin Young deneyi nedir yakından bakalım ve bu deney hakkındaki ilginç detayları görelim.

Young deneyi öncesi bilim dünyasına bakalım:

yüzyılda Thomas Young tarafından gerçekleştirilen Young deneyi ve ortaya atılan ışığın dalga teorisine geçmeden önce dönemin bilim dünyasına biraz yakından bakmakta yarar var. O zamana kadar Isaac Newton ve Descartes gibi isimler tarafından ortaya atılmış olan ışığın parçacık teorisi, fizikçilerin işine yarıyor ve ışık hakkında pek çok çalışmayı doğrular sonuçlar veriyordu.

yüzyılın sonlarında bilim insanları arasında elektrik ve ses dalgalarının incelenmesi oldukça popüler bir konuydu. Elektrik ve ses birer dalgaydı, bu kabul edilmişti. Fakat Thomas Young ve bazı bilim insanları düşünmeden edemiyordu; ışık da bir dalga olabilir mi? İşte bu soru üzerine bazı çalışmalar ve deneyler yapılmaya başlandı.

Young deneyini yapan Thomas Young kimdir? Aslında gerçek merakı tıp alanındaydı:

13 Haziran tarihinde İngiltere’de dünyaya gelen Thomas Young, bilimin ve sanatın pek çok farklı alanında temel eğitim aldı. Gerçek bir entelektüel olan Young, tıp alanına meraklıydı. Ancak onun asıl merak ettiği şey görmekti. Nasıl oluyor da insan görüyordu?

Bu merakı üzerine tıp alanında, daha doğrusu göz ve görmek üzerine çalışmalar yapmaya başlayan Thomas Young ilginç bir gerçeği bir kez daha fark etti. Göz, içine giren ışık sayesinde görüyordu. İyi ama ışık bilindiği gibi parçacıklı bir yapıdaysa göze girdiği zaman nasıl böyle bir sonuç veriyordu? Bu soru üzerine çalışma alanı genişledi ve optik ile elektrodinamik alanlarında da çalışmaya başladı.

Thomas Young, ışığın dalga teorisini bir makale ile duyurdu:

Işığın yapısı hakkındaki ilk çalışmalar Rönesans dönemine kadar uzanıyordu. Genel olarak su dalgaları kullanılarak yapılan bu deneylerde iki kaynaktan çıkan dalgalar birleşiyor ve ışığın parçacıklı bir yapısı olduğunu gösteriyordu. O dönem genel olarak tüm bilim insanları bu teoriyi kabul ediyorlardı.

yılında Thomas Young bir makale yayımladı ve ışığın yalnızca parçacıklı değil, dalgalı bir yapısı olduğunu da iddia etti. Fakat Young bir acemilik yapmıştı. Bilimi bilim yapan en önemli özellik olan deneyi uygulamadan bu teorisini sunmuştu. Üstünde büyük bir baskı vardı, ışığın dalga teorisini bir deneyle kanıtlamalıydı ve o da kolları sıvadı.

Dönemin seçkin bilim insanlarının gözü önünde çift yarık deneyi gerçekleştirildi:

24 Kasım tarihinde Thomas Young, Britanya Kraliyet Bilim Topluluğu’nun bir toplantısına elinde kocaman bir leğenle katıldı. Tüm perdelerin kapatılmasını ve içeriye ışık girmemesini istedi. Elindeki leğene, üstüne iki delik açılmış bir tahta yerleştirdi. Perdelerden bir tanesine iğne ile iki yarık açtı. Onun yarım metre önüne bir perde daha yerleştirdi.

Işık eğer o güne kadar bilindiği gibi yalnızca parçacıklı bir yapıda olsaydı iç kısımdaki perdede tıpkı o yarıklardaki gib muntazam şekiller oluşurdu. Ancak o perdede tıpkı su ve ses dalgalarında gözlemlendiği gibi dalgalar oluşmaktaydı. İşte karşılarındaydı, ışık baya baya dalgalı yapıdaydı. Ancak bilimin de yobazları vardır.

Thomas Young tarafından yapılan deney, o güne kadar bilinen her şeyi gözle görülür şekilde alt üst etmişti. Pek çok fizikçi bunun bir hile olduğunu söyledi. Ancak Young yılmadı, bu modeli ispatlayacak güçlü bir teorik altyapı da oluşturdu ve bunu bir kitap haline getirdi. Young deneyi ile ortaya atılan bu teori, diğer fizikçiler tarafından da incelenmeye başladı.

Young deneyi nasıl yapılır? Konu hakkında pek çok fizikçi de çalışma yaptı:

Thomas Young, yaptığı deneyi destekleyecek bir teori de oluşturduktan sonra göz hekimi olarak çalışmaya başladı. 10 Mayıs tarihinde hayatını kaybedene kadar ışığın dalga teorisinin temelini zenginleştirmek için çalışmalarına devam etti. O dönem kendisiyle çalışmak isteyen Jean Fresnel ve Christiaan Huygens gibi önemli fizikçileri reddetti ancak onlar kendi başlarına çalışmayı sürdürdü.

Jean Fresnel ve Christiaan Huygens tarafından gerçekleştirilen çalışmalar, Huygens-Fresnel prensibi olarak bilim tarihine geçti. Bu iki isim, Young deneyi ile ortaya konulan dalga teorisini formülize ettiler. Yarattıkları dalga prensibi ışıkta, seste, suda elektrikte ve manyetizmada da geçerliydi. 

yılına geldiğimizde  Tübingen Üniversitesi’nde görevli Clauss Jönsson, çift yarık deneyini elektronlar üzerinde gerçekleştirdi. yılında mikroskopta görülecek parçaların dalga tipi girişim sergiledikleri gözlemlendi. yılında, Clauss Jönsson yapılmış olan bu deneyin en başarılı çift yarık deneyi olduğu kabul edildi.

Young deneyi neyi anlatıyor, neden bu kadar önemli?

Thomas Young tarafından gerçekleştirilen çift yarık deneyinin elbette ilk ve büyük önemi, ışığın bilinenin aksine yalnızca parçacıklı değil aynı zamanda dalgalı bir yapıda olduğunu ortaya çıkarmasıdır. Diğer bir önemi ise birbirinden bağımsız gibi görünen tıp ve fizik alanlarının aslında insan ve doğa kadar birbirinden ayrılmaz olduğunu hepimize göstermesidir.. 

Gelelim Young deneyinin bugüne yansımasına, kuantum. Kuantum mekaniği daha önce buradaki yazımızda anlattığımız gibi gözün görmeyeceği ve hatta mikroskopların bile zor görebildiği yalnızca özel cihazlarla görülebilen bir dünya üzerine çalışmalar yapar. İşte Young deneyi aslında o dünyanın bir yansımasıdır.

Nobel Fizik Ödülü’ne de layık görülen Amerikalı teorik fizikçi Richard Feynman, çift yarık deneyleri ile elde edilen sonuçları incelemiş ve bunları kuantum dünyasına uygulamıştır. Belki bugün değil ama bir gün Young deneyi ve benzerleri ile elde edilen veriler kuantum dünyasının gizemini çözebilir.

Işığın dalga teorisini bilim dünyasına ispatlayan Young deneyi nedir sorusunu yanıtlayarak bilim dünyası için ne kadar önemli olduğundan bahsettik. Elbette bu konu oldukça derin ancak bu yazımızda okuyucuyu teknik detaylara boğmak yerine basit bir deneyin bilim dünyasını nasıl etkilediğini anlatmayı hedefledik. Konu hakkındaki düşüncelerinizi yorumlarda paylaşabilirsiniz. 

Emoji İle Tepki Ver

22

Fizik alanında ışığın dalga mı yoksa parçacık mı olduğu konusu yüzyıllar öncesine kadar dayanmaktadır. Bu konuda net bir görüş ortaya koyup, deneylerle görüşünü ispatlamaya çalışan kişilerden biri de yüzyılda yaşamış büyük doğa filozofu Isaac Newton&#;dur.

Isaac Newton, ışık ve renk fenomenlerinin doğasına ilişkin yaptığı prizma deneyinden hareketle ışığın bir parçacıklardan oluştuğu sonucuna varmıştı. Bir diğer ifadeyle ışık, parçacık özelliği göstermekteydi. Newton&#;un bu teorisi, Işığın Parçacık Teorisi adıyla bilinir.

Newton&#;un, Evrensel Kütleçekimi Yasası&#;nı keşfetmesiyle birlikte bilim dünyasında sahip olduğu prestij sayesinde, ortaya attığı fikirler ve hipotezlere çok önem veriliyor ve geniş bir destek buluyordu.

Ancak Christiaan Huygens gibi bir avuç bilim insanı Newton&#;un, ışığın parcacıktan oluştuğunu söyleyen teorisine inanmıyordu. Bunun yerine bu bilim insanları ışığın, tıpkı bir su dalgası ya da ses dalgası gibi bir dalga olduğunu düşünüyordu.

Sonuç olarak ışığın doğasına yönelik doğa filozofları iki kampa bölünmüştü: Birincisi, Newton ve destekçilerinin oluşturduğu, ışığın parçacıklardan meydana geldiğini söyleyenler ve diğer tarafta Huygens&#;in başını çektiği, ışığın bir dalga özelliği gösterdiğini savunanlar.

Her iki tarafında savunduğu teori için birtakım kanıtların olduğunu söyleyebiliriz. Örneğin bir dalga olduğu bilinen ses, zikzak şeklindeki boruların içinde yol alabiliyorken ışık, yol alamıyordu. Bu olgu, ışığın dalga değil de bir parçacık olduğu şeklinde yorumlanabilirdi.

Fakat &#;ışığın kırılması&#; olgusunu parçacık teorisiyle açıklamak da zordu. Kırılma olgusu, ancak ışığın bir dalga oldyğu kabul edilirse açıklanabiliyordu.

Bunun üzerine Newton, ışığın su gibi yoğun bir ortamın içinde hızının azaldığı gerçeğini açıklamak üzere bir takım kuvvetlerin var olduğunu iddia etmek zorunda kalmıştı.

Teorisinin düştüğü bu gibi zor durumlara rağmen Newton, bir bilim insanı olarak o kadar saygı görüyordu ki onun fikirlerine karşı gelmek o dönemde neredeyse imkansızdı. Ancak yılında genç bir İngiliz bilim insanı Thomas Young, ışığın doğasına ilişkin Newton&#;un fikirlerine meydan okuyacaktı.

Çok Yönlü Bir Bilim İnsanı : Thomas Young

Thomas Young, yılında İngiltere&#;nin güneybatısındaki Milverton kentinde dünyaya gelmişti. Daha çocuk yaşta dehası ortaya çıkan Young, iki yaşında okumayı öğrenmişti.

yılında tıp öğrenimine başladığı yıllarda, öğrenim hayatında bir öküzün gözünü ikiye ayırıp inceleme gibi çalışmalarda bulunmuştu. Amacı gözün, farklı mesafelerdeki cisimlere nasıl odaklandığını anlayabilmekti.

Tıp alanının yanı sıra Young, dil konusuyla da çok ilgiliydi. Işık ve ses dalgalarına ilişkin duyacağı ilginin temelinin, dil ve göz üzerine yaptığı çalışmalardan geldiğini söyleyebiliriz.

Thomas Young, Newton&#;un ışık ile ilgili görüşlerine yer verdiği ünlü Optik adlı eserini 17 yaşında okumuştu. Esere ilk baş hayran kalan Young, zamanla Newton&#;un parçacık teorisinde bazı problemler fark etmeye başladı.

Örneğin ışığın kırılması ya da yansıması gibi fenomenleri parçacık teorisi kolay bir şekilde açıklayamıyordu. Ayrıca ışığın farklı renklerinin neden farklı derecelerde kırıldığını açıklama hususunda da Newton&#;un parçacık teorisi zorluk çekmekteydi.

Işık Gerçekten Dalga Özelliği mi Gösteriyor?

Thomas Young, ışığın doğasına yönelik daha ciddi bir biçimde düşünmeye başlamıştı. Ses, havada yayılan bir dalga ise ışığın da bu şekilde bir dalga olabileceğine inanıyordu.

Ses ile ilgili düşüncelerine devam ederken şunu fark etmişti: İki ses dalgası birbirinin içinden geçtiği zaman, birbiriyle karışıyor; bir &#;girişim&#; örneği meydana geliyordu. Bunun sonucu olarak da ritim dediğimiz bir uyum ortaya çıkıyordu.

Young, ritmin ışık dalgasındaki karşılığını bilmese de ışığın da ses dalgalarına benzer bir girişim örneği sergileyebileceğini fark etmişti. Çünkü ışığın bir dalga olduğuna inanıyor ve iki ışık dalgası da birleştiği zaman aynı örneğin meydana geleceğine inanıyordu.

Çift Yarık Deneyi

yılının Mayıs ayında, Newton&#;un deneylerine kafa yorduğu sırada Thomas Young, ışık dalgasının &#;girişim&#; örneğini göstermek adına, ünlü çift yarık deneyinin temeli sayılan bir deney gerçekleştirecekti. Deney, ışığın parçacık değil de bir dalga özelliğine sahip olduğunu göstermesiyle sonradan büyük bir ün kazanacaktır.

Young, deneyde şunu kanıtlamak istiyordu: Eğer ışık gerçekten dalga benzeri bir yapıya sahipse o zaman sudaki dalgalara benzer bir şekilde davranmalıdır. Örneğin iki dalga üst üste geldiği zaman, ya birbirini destekleyip büyüyecek ya da birbirini yok edecektir.

Eğer iki dalga birbiriyle uyumlu olursa o zaman daha büyük bir dalga oluşturmak üzere birleşmelidirler. Tersine, uyumlu olmadıkları zaman birbirlerini etkisiz kılarlar ve bir dalga oluşmaz.

Işığın dalga olduğu hipotezini test etmek adına Young&#;un tasarladığı deney şu şekildeydi: Bir ışık kaynağı olarak Güneş ışığını kullanan Young, ilk olarak ışınların küçük bir yarıktan geçmesini sağlamıştı. Sonra yarıktan geçen ışınları, yan yana yerleştirilmiş çift yarıktan oluşan bir ekrana yönlendirdi.

Çift yarıktan geçen ışınların ise en sonunda bir ekrana yansımasını sağladı. Önceden inanıldığı gibi eğer ışık &#;parçacıklardan&#; oluşuyorsa ve yarığın içinden geçecek şekilde gönderildiği zaman, karşı taraftaki duvarda yarığın boyu ve şekline karşılık gelen bir ışık örneği görülmesi gerekiyordu.

Işık Dalga Özelliği Gösteriyor

Ancak Thomas Young&#;un deney sonunda gördüğü şey tam olarak ışığın dalga özelliğinden beklediği gibiydi: Duvara yansıyan ışık, yan yana olmak üzere karanlık ve aydınlık şeritlerden oluşan bir örnek oluşturmuştu.

Bunun üzerine Young, ışık ancak dalga özelliği gösteriyorsa bu karanlık ve ışık şeritlerin oluşabileceği çıkarımını yapmıştı. Aydınlık ve karanlık şeritleri tanımlamak için de &#;girişim örneği&#; ifadesini kullanmayı seçmişti.

Çift Yarık Deneyi olarak adlandırılan bu deney, aşağıdaki görselde daha kolay anlaşılabilir. Güneş ışığı ilk olarak &#;uyumlu bir hal&#; almak üzere tek bir yarıktan geçiyor. Bu yarıktan çıkan ışık dalgaları, hemen önlerindeki iki yarıklı bir duvardan geçiyor. En sonda ise, çift yarıktan geçen ışınları yakalamak üzere bir ekran bulunuyor.

Bunun üzerine ekranda kırmızı ve siyah bölgeler meydana geliyor. Kırmızı bölgeler aydınlık kısımları, siyah bölgeler ise karanlık bölgeleri temsil etmektedir. İşte ışığın ekranda meydana getirdiği aydınlık-karanlık bölgeler, girişim örneği olarak adlandırılır.

Işığın deneyin başında tek bir yarıktan geçirilmesinin sebebi, ışık dalgalarının kırılmasını sağlayarak &#;uyumlu&#; bir hal almasına neden olmaktır. Ancak bu deney, lazer gibi herhangi bir uyumlu ışık kaynağıyla da doğrudan gerçekleştirilebilir.

yılının Kasım ayında Thomas Young, &#;Işık ve Renk Teorisi Üzerine&#; başlıklı makalesini Kraliyet Topluluğu&#;na sundu. Sunduğu makalesinde, ışık dalgasının girişim örneğini ve gerçekleştirdiği çift yarık deneyinden bahsediyordu.

Young&#;un bu ikna edici deneyine rağmen insanlar ilk olarak Newton&#;ın ışığın parçacık teorisinin yanlış olduğunu kabul etmek istemediler. Sürekli gelen eleştirilere ise Young şöyle cevap veriyordu: &#;Newton&#;a ne kadar çok saygı duysam da onun hatasız olduğuna inanmak zorunda değilim.&#;

Thomas Young&#;un ünlü Çift Yarık Deneyi, ışığın dalga teorisinin anlaşılmasında, aynı zamanda Isaac Newton tarafından öne sürülen, 17 ve yüzyıllarda kabul edilen ışığın parçacık teorisinin geçersiz kılınmasında da çok önemli bir rol oynamıştır.

Yeni Bir Özellik: Dalga-Parçacık İkiliği

Ancak ışığın dalga özelliği gösterdiğine ilişkin ortaya konulan teorinin başarısı, sonradan teori ile uyum göstermeyen iki gözlem tarafından gölgede bırakılacaktı. Bu gözlemlerden birincisi, &#;kara cisim ışıması&#; olarak adlandırılan fenomendir.

Kara cisim ışıması, o zamanlar kabul edilen ışığın dalga özelliğine göre açıklanamayan bir problemdi. Bu sorun, ünlü fizikçi Max Planck&#;ın yılında alternatif bir teori geliştirmesine yol açmıştır. Bu teoriye göre ışık, ayrık ya da &#;kuantize&#; olmuş paketçikler halinde salınım yapıyordu. Teori böylelikle gözlemsel veriyle de uyumluydu.

İkinci problem ise &#;fotoelektrik etkisi&#; olarak adlandırılan etkiydi. Fotoelektrik etkisi, ışığın elektronları atomdan, elektronlar sadece belli bir enerji seviyesindeyse ayırabildiğini belirtmekteydi.

Albert Einstein tarafından yılında ortaya atılan fotoelektrik etkisi, Planck&#;ın teorisinin geliştirilmiş bir versiyonu olup radyasyonun(ışığı), kuantum paketçikleri şeklinde yayıldığını savunuyordu.

Einstein bu öngörüsüyle birlikte ışık yoğunluğunun, &#;fotonlar&#; olarak adlandırılan sabit enerjili ışık parçacıklarının oranına bağlı olduğu çıkarımını yapmıştı. Dalga teorisi ise tersine, yoğunluğun dalganın şiddetinin karesiyle orantılı olduğunu söylüyordu.

Thomas Young&#;un ışığın dalga teorisiyle çelişir görülen bu iki etki, sonradan klasik fiziğin ötesine geçilmesi ve ışığın kuantum doğasının hesaba katılması zorunluluğunu doğuracaktı.

Işığın kuantum doğasına ilişkin yapılacak olan deneyler, şaşırtıcı bir şekilde ışığın hem dalga hem de parçacık özelliği sergilediğini ortaya koyacaktı. Dalga-parçacık ikiliği olarak adlandırılan bu fenomenle birlikte ışığın tam olarak ne olduğu üzerine yapılan çalışmalara yönelik yüzyılda fizik alanında yepyeni bir alanın ortaya çıktığını söyleyebiliriz.

Çift Yarık Deneyi olarak da bilinen Young Deneyi, fotonlar gibi parçacıkların hem dalga, hem parçacık olarak davrandığını ortaya çıkarması bakımından bilim için büyük öneme sahip olan bir deneydir. Dahası, bu deneyden sonra, sadece ışığın değil, elektronların da dalga özelliklerine sahip oldukları kanıtlanmıştır. Ancak deney, aynı zamanda sıra dışı bazı kuantum özellikleri de ortaya çıkararak, bilim insanları ve bilimseverler arasında oldukça popüler bir konuma gelmiştir.

Orijinal çift yarık deneyini yapan Thomas Young, tek ışık kaynağı olarak, iğne deliğinden geçen Güneş ışığını kullanmıştır. Günümüze kadar bu deneyin sayısız versiyonu üretilmiş, konunun birçok yeni açısı keşfedilmiştir. Aşağıdaki videodan, bu deneyin modern bir uygulamasını izleyebilirsiniz.

Çift Yarık Deneyini ve Sonuçlarını Anlamak

Young'un deneyini anlamak için, öncelikle aşina olduğumuz boyutlardaki cisimlerin davranışlarını, sonrasındaysa kuantum ölçekteki parçacıkların davranışlarını anlamak gerekmektedir. Bunun için, Young tarafından geliştirilen deney düzeneğini kurarak işe başlayabiliriz.

Çift Yarığa Bilye Göndermek

Öncelikle, gri bir duvarımız olsun. Onun önüne, opak (ışık geçirmeyen) bir diğer duvar çekelim. Bu opak duvarın üzerinde birbirine yakın, iki ufak yarık olsun. Son olarak, diğer tarafa da bir adet silah yerleştirelim. Bu silah, o yarıklara doğru istediğimiz gibi bilyeler veya parçacıklar fırlatabiliyor olsun.

İlk olarak, aşina olduğumuz büyüklükteki cisimleri düşünelim: Eğer kuantum düzeyinde değil de, aşina olduğumuz boyutlarda bu yarıklara minik bilyeler fırlatsaydık, yarıkların öteki tarafındaki gri duvarda ne tür bir desen görmeyi beklerdiniz? Yani bilyeler nasıl bir iz oluştururdu? İki düz çizgi oluşurdu, öyle değil mi? Bir yarıktan geçenler o yarığın duvardaki izdüşümünde tek çizgi oluştururdu, diğer yarıktan geçenler de o diğer yarığın duvardaki izdüşümünde ikinci bir çizgi oluştuturdu. Gerçekten de bu deneyi bilyelerle yapacak olursanız, göreceğiniz budur.

Çift Yarığa Su Dalgaları Göndermek

Peki, şimdi o yarıklara bilyeler değil de, su dalgaları göndersek ne olurdu? Yine aşina olduğumuz boyuttayız, henüz ortada "kuantum" bir şey yok. Eğer bu yarıklara su dalgaları gönderecek olsaydınız, tıpkı durgun bir gölde, iki elinizde tuttuğunuz topları suya batırıp çıkardığınızda göreceğiniz şey olurdu.

İki yarıktan geçen dalgalar, yarıkların olduğu duvarın arkasında birbiriyle etkileşirdi. Eğer iki dalganın tepesi denk gelirse, daha büyük bir dalga oluşurdu. İki dalganın çukuru üst üste denk gelirse, daha derin bir dalga oluşurdu. Bir dalganın tepesiyle diğer dalganın çukuru denk gelirse, orada sanki hareket yokmuş gibi gözükürdü. Dolayısıyla gri duvarımızda gördüğümüz, bir "girişim deseni" olurdu. O iki tepenin veya iki çukurun denk geldiği yerlerde daha parlak bir iz kalırdı, bir tepe ve bir çukurun birbirine denk geldiği yerlerde daha sönük bir iz kalırdı. Böylece bir koyu bir açık bir koyu bir açık diye giden bir desen oluşurdu. İşte buna fizikte girişim deseni diyoruz.

Tek Yarığa Tek Tek Elektron Göndermek

Buraya kadar işler basit ve anlaşılır. Şimdi, kuantum düzeye ineceğiz. Sizce bu yarıklara bilye değil de, elektron gibi bir kuantum parçacık gönderseydik, ne tür bir iz oluşurdu?

Basitten başlayalım. İki yarık olmasın da, tek bir yarık olsun. Bu durumda diğer duvarda ne görmeyi beklersiniz? Tek bir çizgi, öyle değil mi? Tıpkı bizim boyutumuzda fırlattığımız bilyelerde olduğu gibi Gerçekten de bu deneyi elektronlarla yapacak olursanız, elektronları tek tek de gönderseniz, bir huzme halinde de gönderseniz, tek çizgi elde edersiniz (aslında tek yarık ile de girişim deseni elde etmek mümkündür ama bunun detayına girmeyeceğiz).

Çift Yarığa Elektron Huzmesi Göndermek

Peki, güzel, şimdi Bu durumda, iki yarık olursa ve elektronları bir huzme halinde fırlatırsak ne görmeyi beklersiniz? Tek yarıkta tek çizgi, dolayısıyla iki yarıkta iki çizgi, öyle değil mi? Hayır! Bu elektronlar, diğer duvarda sanki dalgalarmışçasına girişim deseni oluştururlar. Elektron olmalarına rağmen, dalga gibi davranıyorlar!

Çift Yarığa Tek Tek Elektron Göndermek

Şimdi itiraz edebilirsiniz: "Ama huzme olarak gönderdik, tek tek gönderelim o zaman kesin çift çizgi oluşturacaklar." Hayır, bu da doğru değil! Siz o çift yarığa elektronları huzme olarak değil de, tek tek fırlatsanız bile arkada bir girişim deseni oluşmaktadır. Çift çizgi değil!

Yani adeta tek bir elektron, tam yarıktan geçmeden önce ikiye ayrılıyor, kendi kendiyle girişim yapıyor ve bu sayede elektronlar duvarda bir girişim deseni oluşturuyor. Elektron anca kendi kendisiyle girişim yapıyor olmalı, çünkü ortada girişim yapabileceği, yani tepeleri ile tepeleri, çukurları ile çukurlarının çakışabileceği başka bir şey yok! O da kendi kendisiyle girişim yapıyor. Akıl almaz, değil mi? Gerçek dünyayla ilgili sağduyularımıza tamamen aykırı!

İşte daha bu gözlem bile bize kuantum fiziğiyle ilgili çok temel bir gerçeği öğretmektedir: Kuantum parçacıklarda dalga-parçacık ikiliği denen bir olay vardır. Biz bir elektronu her ne kadar ufak bir bilye gibi hayal etsek de, aslında bu benzetim doğru değildir. Hem bilye gibidirler, hem de dalga gibi davranırlar.

Swiss Physical Society

Kuantum Ölçüm Problemi: Çift Yarık Deneyi'nde Gözlemcinin Rolü ve Etkisi Ne?

İşin tuhaf tarafı, buraya kadarki kısım çok da anormal değil. Daha tuhaf olan şey, bir sonraki basamakta: Diyelim ki bu yarıklara bir kamera veya detektör yerleştirdik. Amacımız, tek tek fırlatıyor olmamıza rağmen, girişim desenini oluşturan o elektronların her seferinde tam olarak hangi yarıktan geçtiğini bulmak. Sağ delikten mi, sol delikten mi Böylece nasıl olup da tek tek gönderdiğimiz elektronların bir girişim deseni oluşturduğunu çözebiliriz, değil mi?

Bunu yaptığımızda, muazzam bir şey oluyor: Elektronun tam olarak hangi yarıktan geçtiğini tespit edebiliyoruz etmesine ama Bir süre sonra gri duvarda ne desen oluştuğuna baktığımızda İki çizgi görüyoruz! Az önce aynı deneyi yaptığımızda elde ettiğimiz gibi bir girişim deseni değil.

Bu nasıl olur? Birebir aynı deneyi yaptık; ama elektronların hangi yarıktan geçtiğini tespit etmeye çalıştığımızda, sanki bilyeymişler gibi iki adet çizgi oluşturdular. Bakmadığımızdaysa girişim deseni oluşturuyorlar. Yani elektronların hangi yarıktan geçtiğini bilmediğimiz zamanlarda elektron bir dalga gibi davranıyor ve bir girişim deseni oluşturuyor. Ama ne zaman gözlemeye kalksak, elektronlar bunun "farkındaymışçasına" parçacık gibi davranmaya başlıyorlar ve sadece bir yarıktan geçerek, öteki duvarda iki çizgi oluşturuyorlar. Yani sadece elektronları gözlüyor olmak, yani bir ölçüm yapmak, elektronun davranışını değiştiriyor. İşte buna kuantum fiziğinde Ölçüm Problemi diyoruz.

Sonuçları Yorumlamak: Çift Yarık Deneyinde Neler Oluyor?

Bunun bilimde ne kadar büyük bir şok etkisi olduğunu hayal edebilirsiniz. Elbette bunu mistik yerlere çeken birçok sahtebilimci de vardır: Kozmik bilinç, kuantum düşünce vs. gibi bolca bilim dışı zırvayı pazarlayan sahtebilimci, bu tür deneylerden kendilerine pay çıkarmaya çalışmaktadırlar. Öte yandan, elbette Evren'de "bilinç" kavramını daha sağlam temelli işleyen panpsişizm gibi felsefeler de vardır. Bu felsefeye göre bilinç, Evren'de sonradan ortaya çıkan bir olgu değil; Evren'in yapısında içkin olarak bulunan bir olgudur.

Ancak bu, sinirbilim sahasından gelen verilerle çelişen bir açıklama olurdu. Elektronların gözlendiklerinin "farkında" olmaları, "bilinç sahibi" olmalarını gerektirirdi; fakat elektronların bilinç sahibi olduklarına dair herhangi bir bilimsel veri bulunmamaktadır. Dahası, sinirbilim araştırmaları sayesinde bilinç için sinir hücreleri gerektiğini bilmekteyiz. Konu hakkında yapılan sözde belgeseller, bu çizgiyi bulanıklaştırarak, mistik mesajlar pazarlamaktadırlar.

Ancak bu türden yorumlara girmeye gerek kalmaksızın, bu gözlemleri açıklayabilen birden fazla açıklama geliştirilmiştir (bunların oldukça kapsamlı bir listesini ve her birinin açıklamalarını buradan okuyabilirsiniz). Aslına bakarsanız alanda uzman, ana akım kuantum fizikçilerinin hiçbiri, bu türden "mistik" yorumları pek dikkate almamaktadırlar. Kuantum fizikçileri, aynı gözlemi, bilimin birikimli olarak biriktirdiği bulgularla, daha tutarlı bir biçimde açıklayabilmektedirler. Örneğin, gözlemin etkisinden söz etmiş olsak da, o gözlemi yapanın "bilinçli bir göz" olması, mesela bir insan olması şart değildir. Kameraya kaydedip sonradan baksanız da aynı şey olmaktadır. Dolayısıyla elimizdeki problem, "bilinç" veya "zeka" ile ilgili bir konu değildir. Problem, "ölçüm yapma" ile ilgilidir.

Kopenhag Yorumu

Kuantum fiziğinin merkezinde yer alan Schrödinger Denklemi isimli denklem, bir sistemin bulunduğu durumun zaman içindeki evrimini hesaplayan bir denklemdir. Yani bir kuantum sisteminin şu anki durumunu biliyorsanız, gelecekte ne tür durumlara evrimleşebileceğini Schrödinger Denklemi ile hesaplayabilirsiniz. Bu, size bir olasılık dağılımı vermektedir.

Olağan Psikopatlar

PSİKOPAT. Bu kelimeyi duyar duymaz katiller, sapıklar, intihar bombacıları üşüşüyor zihnimize.

Ama filmlerdeki emsallerinin aksine, gerçek hayatta her psikopat şiddet yanlısı veya suça meyilli değil. Yeni araştırmalar her on CEO’dan birinin psikopat olduğunu söylüyor. Gülerek “Bilmem mi!” diyorsanız ekleyelim; cerrahlar, avukatlar, gazeteciler ve politikacılar arasında da psikopatlık hayli olağan. Psikopatların dünyasına yapacağınız bu afallatıcı yolculukta, Oxford Üniversitesi’nden Prof. Kevin Dutton, psikopatik eğilimlerin insanın doğasında olduğunu ortaya koyarken, toplumun da daha önce hiç olmadığı kadar psikopatlaştığını savunuyor. Zira korkusuzluk, kendine güven, cazibe, acımasızlık ve odaklılık gibi psikopatlarda öne çıkan özellikler yüzyılda başarı kelimesinin üzerine terzinin diktiği ceket gibi oturuyor.

Kevin Dutton, yüksek güvenlikli hastanelerin psikopati koğuşları, Budist tapınakları -kapaktaki “ermiş” kelimesi maalesef nedensiz kullanılmadı- ve komando eğitim kampları gibi yalnız özel izinle girilebilen sıra dışı yerlerde sayesinde bizzat yaptığı gözlemleri, beyin taraması gibi gelişmiş yöntemler ve benzeri bilimsel araştırmalarla harmanlayarak, başarılı bir cerrahla seri katil arasındaki çizginin aslında nasıl da ipince olduğunu gözlerimizin önüne seriyor.

Her sayfası kışkırtıcı önermelerle dolu Olağan Psikopatlar, bizi o hep hor gördüğümüz, ama yeri geldiğinde faydalanmaktan da çekinmediğimiz karanlık yanımız ile tanıştırıyor.

“Tedirgin edici ama fazlasıyla da eğlenceli. ’nin atlanmaması gereken 20 kitabından biri.” -Slate

Bilgiler ve Uyarılar:

1. Bu ürün sipariş alındıktan gün içinde postalanacaktır.
2. Lütfen sipariş vermeden önce iade ve ürün değişikliği ile ilgili bilgilendirmemizi okuyunuz.
3. Bu kampanya, Domingo Yayınevi tarafından Evrim Ağacı okurlarına sunulan fırsatlardan birisidir.

Devamını Göster

₺

Satın AlTüm Ürünler

Olasılık dalgası veya de Broglie dalgası, ne elektromanyetik ne de mekanik bir dalgadır. Parçacığın belirli bir anda, bir konumda bulunma olasılığını veren dalgadır. Parçacığa eşlik eden dalga paketleri olarak yayılırlar ve grup hızı ile hareket ederler. Bir elektron, tek bir noktada değil de değişik noktalarda, aynı anda bulunabilir.

Örneğin Çift Yarık Deneyi'nde, elektronun şu veya bu yarıktan geçmesinin bir olasılık dağılımı vardır. Eğer bir ölçüm yapılmazsa, o olasılık dağılımını gösteren dalga fonksiyonu, aynı anda her iki yarıktan da geçiyor. İşte kuantumda süperpozisyon denen şey budur. Elektron, bu dalga fonksiyonunun tanımladığı şekilde, hem sağ yarıktan geçer, hem sol yarıktan geçer, ama aynı zamanda ne sağ yarıktan geçer, ne sol yarıktan geçer. Tüm olasılıkları içinde barındıran bir dalga fonksiyonu olarak bu yarıkla etkileşir ve kendi kendisiyle girişim yapar. Bu yüzden gri ekranda girişim deseni görüyoruz.

Ama ne zaman ki bir gözlem yapılır, işte o zaman o girişim deseni, çift çizgiye dönüşür. Kuantum fiziğinin Kopenhag Yorumu, Schrödinger dengkleminin tanımladığı o olasılıklardan sadece 1 tanesi gerçeğe dönüştüğünü söylemektedir. Yani dalga fonksiyonu, o iki olasılıktan birine gözlem yapıldığı anda çökmektedir. Dolayısıyla da siz gözlem yaparken, duvarda 2 çizgi görmeniz çok normaldir. Ama bu yoruma göre, gerçekten de ölçüm yapmak elektronun davranışını değiştirmektedir.

Born Yorumu

Max Born, Broglie dalgalarının fiziksel bir dalga değil de olasılık dalgaları olarak yorumlanması gerektiği düşüncesini ortaya atmıştı. Born'un yorumuna göre, parçacıklar, Broglie dalgalarının bulunduğu her yerde bulunur. Dalgaların güçlü olduğu yerde yüksek olasılıkla, zayıf bulunduğu yerlerde ise düşük olasılıkla bulunur. Böylece parçacığın konumu da doğal bir belirsizlik taşır. Yani, bir fiziksel sistem için Schrödinger dalga denkleminin birden fazla çözümü olabilir ve her bir çözümün lineer toplamı da yine bir çözümdür. Biz bunu, "üst üste binme" yada "süperpozisyon" ilkesinin matematiksel anlatımı olarak değerlendirmeliyiz.

Belirtildiği gibi, Born yorumu işe olasılıkları katar. Bu yorumlara göre bir fiziksel sistemin tüm olası durumları bir genlikle, daha doğrusu bir dalga ile temsil edilebilir. Sistem hakkında tüm bilgileri veren dalga fonksiyonu ise tüm olası durumları temsil eden dalgaların üst üste binme halidir. Sistemle ilgili bilgi edinmek için tek yapılması gereken şey, bir ölçüm ya da gözlemdir. Ancak yapılacak bir ölçüm sistemi geri dönülmez şekilde değiştirir. Ölçüm sonucu elimize bir değer geçer; ama bu olası değerlerden sadece biridir ve hangi olası sonucu elde edeceğimizi de kesinlikle belirleyemeyiz. Kısaca, yapılan ölçüm, sistemin bilgisini tek bir değere indirgemiştir ve diğer tüm bilgiler silinmiştir. Üstelik aynı sistem üzerinde tekrar bir ölçme şansı yoktur; çünkü artık sistem değişmiştir, yani sistem aynı sistem değildir. Bu duruma dalga fonksiyonunun "çöküşü" yada "indirgenmesi" deriz. Bu durum, bir ''gözlenebilir''e karşılık gelen işlemcinin, dalga fonksiyonuna etki edip, onu başka bir fonksiyona taşımasının felsefi yorumudur.

Everett Yorumu ve Paralel Evrenler

Hugh Everett isimli bir fizikçi tarafından geliştirilen "many-worlds", yani çoklu dünyalar veya paralel evren modeli ise şunu söylüyor: Ölçüm yapmanın, dalga fonksiyonunun çökmesiyle alakası yoktur. Evren'deki tek gerçek şey, zaten o dalga fonksiyonudur. Ve hatta Evren'in kendisi de bir dalga fonksiyonundan ibarettir. Evren'i tek ve bütün bir sistem olarak hesaplamak aşırı zordur; o nedenle Çift Yarık Deneyi'nde olduğu gibi, daha küçük kuantum sistemler düzeyinde incelemekteyiz. Bu alt sistemleri de tanımlayan bir dalga fonksiyonu vardır. Yani o sistemin içinde bulunabileceği ve evrimleşebileceği tüm durumları tanımlayan bir fonksiyon Ve kuantum fiziğinin Everett yorumu, şunu söyler: "Sadece ve sadece bu fonksiyonun tanımladığı fiziksel gerçekliğe güvenin. Başka hiçbir varsayımda bulunmayın."

Bu da ne demek? O fonksiyonun tanımladığı olası sonuçlar vardır. Mesela elektronun şu veya bu yarıktan geçmesi gibi Bu evrenler, matematiksel olarak tanımlanabilen bir karşılığa sahiptir. Dolayısıyla bir elektronu gözlemezken, gözlem araçlarımız ile elektron, "eşlenmiş" (İng: "coupled") bir sistem değildir. Bu durumda, bağımsız iki sistemden söz etmekteyiz. Dalga fonksiyonları da bağımsızdır. Elektronun taşıdığı bilgi bir olasılık dağılımı olduğu için, diğer tarafta da bir olasılık dağılımı görmekteyiz.

Ama ölçüm yaptığınızda, artık ölçümü yapan alet veya siz; o elektron, yarık ve duvar sisteminden bağımsız değilsiniz. Siz de o sistemin bir parçasısınız. Ve bu yeni ve daha geniş sistemin de bir dalga fonksiyonu vardır. O fonksiyon, sizin elektronu sağ yarıktan geçtiğini gördüğünüz olasılığı da barındırıyor, sol yarıktan geçtiğini gördüğünüz olasılığı da 

Bu yoruma göre, ölçüm sırasında değişiyor gibi gözüken davranışın sebebi şudur: Siz bir ölçüm yaptığınızda, sistemin bir parçası olduğunuz için, evrende "dallanma" (İng: "branching") adı verilen bir olay olur. Yani siz aslında hem elektronu soldan geçerken gözlüyorsunuz, hem de sağdan geçerken. Ama bunlar, ayrı iki evren ve birbirleriyle hiçbir şekilde etkileşemiyorlar. Siz elektronu gözleyene kadar o evrenlerden hangisinde olduğunu bilmiyorsunuz. Gözlediğinizde ise, siz ve bilinciniz o evrenlerden sadece bir tanesinde bulunabiliyor ve dolayısıyla birini, mesela sağdan geçtiğini gözlemiş oluyorsunuz. Dolayısıyla gözlenen o elektron, sizin evreninizde sağ taraftaki çizgiye dahil oluyor ve doğal olarak bir girişim deseni oluşturmuyor. Diğer yarıktan geçtiğini gördüğünüz evren de, sizin içinde bulunduğunuz evren kadar gerçektir. Ama o evrenle etkileşmeniz imkansızdır; çünkü ayrı bir matematiksel düzlemde olduğunu hayal edebilirsiniz.

Burada söz ettiğimiz "paralel evrenler", kozmolojik paralel evrenler (ya da kozmolojik çoklu evrenler) değildir. Yani Büyük Patlama anında veya öncesinde yaratılmış olabilecek ve hatta şu anda bile var olmaya devam eden diğer evrenlerden söz etmemektedir. Burada bahsettiğimiz, çok daha kuantum ölçekte bir evren algısıdır. Kuantum çoklu evrenlerin söylediği, özetle şudur: Her kuantum ölçüm yapılığında, var olabilecek her olasılık, aynı anda var olur ve biz, o olası evrenlerden sadece birisindeyiz. Bu nedenle bilincimiz, o olasılığı "gerçeğe dönüşmüş" gibi algılar. Yani bu yoruma göre, aslında Kopenhag Yorumu'nda söylendiği gibi, bir gözlem yapıldığında "dalga fonksiyonunun çökmesi" gibi bir durum yaşanmamaktadır. Her olasılık gerçekleşir ve o olasılıkların her biri, ayrı bir evrene karşılık gelmektedir.

Kuantumun bu Everett Yorumunu kavraması ilk etapta çok zordur; çünkü kuantum fiziği zaten gündelik deneyimlerimiz ve sağduyumuzla uyuşmaz, bir de kuantum fiziğinin alternatif yorumları arasında, gündelik deneyimlerimiz ve sağduyularımızla en az uyuşan yorum budur. Öte yandan, diğer modellerde gerektiği gibi bilince özel bir güç atfetme veya ekstradan denklemler geliştirmek zorunda kalma gibi durumlar yaratmaz. Schrödinger'in denkleminin gerçek ve doğru olduğunu bütün fizikçiler bilmekte ve herkes kabul etmektedir. Everett'in söylediği, bu denklemin ifade ettiği şeyi gerçek kabul etmemiz gerektiğidir. Gerçeğin ne olduğuyla ilgili ek varsayımlarda bulunmamız gerektiğidir.

Denklemin söylediği, çok açık bir şekilde, Evren'de her kuantum ölçümü sırasında dallanmaların olduğudur. O olasılıkların hepsi eşit derecede gerçektir, hiçbiri diğerinden daha gerçek değildir. Yani ortada herkesin kabul ettiği bir Schrödinger denklemi var da, onun üzerine bir paralel evren yapısı inşa edilmemektedir. Denklemlerin söylediği şey, zaten o evrenlerin birbiriyle aynı matematiksel gerçekliğe veya karşılığa sahip olduğudur. Gözlem yapıldığı anda sistem değişmemektedir. Gözlem anında tüm olasılıklar gerçeklenmektedir ve biz, o evrenlerden birinde var olmaktayız.

Sonuç

Burada saydığımız yorumlar, bu yorumlarla ilgili teknik analizin son derece yüzeysel bir özetinden ibarettir. Kuantum fiziğinde ölçüm problemi, çözülebilmiş bir sorun değildir ve henüz nihai bir açıklamaya ulaşabilmiş değiliz. Ayrıca burada verdiğimiz yorumlar, bugüne kadar konuya yönelik geliştirilmiş yorumların tamamı da değildir; çok sayıda diğer yorumdan da söz edilebilir.

Ölçüm probleminin Evren'in doğasına yönelik çok tuhaf bir şeylere işaret ettiği, en azından fiziğin temellerine yönelik ciddi bazı eksiklerimiz olduğunu gösterdiği açıktır. Elbette, olasılıklar evreni içerisinde "elektronların bilinçli olduğu" fikri de bulunmaktadır; ancak bu, eldeki açıklamalar arasından en fazla ve en büyük varsayıma dayalı olanıdır; dolayısıyla fizik camiasında yaygın bir şekilde kabul görmemektedir.

Günümüzde ana akım kuantum fiziği uygulamalarında en yaygın kabul gören yorum Kopenhag Yorumu'dur ve buna göre, bir gözlem yapıldığında, var olan olasılıklar evreni tek bir olasılığa çöker ve o olasılıklardan sadece bir tanesi gerçek olur. Bu nedenle de elektronun davranışının değiştiğini gözlemiş oluruz. Ne yazık ki bu yorum da, elektronun davranışındaki bu değişimin nedeninin açıklayamamaktadır ve bu konuda araştırmalar devam etmektedir.

Dolanıklık hakkında çok daha fazla şeyi öğrenmemizi sağlayan Ertelenmiş Seçim Kuantum Silgisi Deneyi hakkında bilgi almak için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.

Alıntı Yap

Okundu Olarak İşaretle

Paylaş

Sonra Oku

Notlarım

Yazdır / PDF Olarak Kaydet

Bize Ulaş

Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

İçerikle İlgili Sorular