Kuantum – Her Şey Belirsiz mi?

Kuantum mekaniği, fiziğin en çarpıtılmış, etrafında en fazla hurafe türetilmiş alanlarının başında gelir. Kuantum takılar, kuantum beslenme, evrene kuantum mesajlar yollayarak dilediğini gerçekleştirme gibi çeşit çeşit sahtekarlıklar kuantum ismi istismar edilerek meşrulaştırılıyor. Kuantum mekaniği neredeyse dinsel bir öğretiymiş gibi gösterilmeye çalışılıyor. Oysa kuantum mekaniği, fiziğin son derece iyi anlaşılmış bir alanı ve mistik falan değil.
Sık sık, fizikçilerin bile kuantum mekaniğini tam anlayamadıkları söylenir. Bu da doğru değildir. Fiziğin her alanında olduğu gibi kuantum mekaniği konusunda da henüz cevaplanamamış sorular tabii ki var. Ama bu durum, bilimsel çalışmanın doğal bir parçasıdır. Bilim, birtakım soruları cevaplarken yeni sorular ortaya çıkarır ve bu yeni soruları cevaplamaya çalışarak ilerler. Açık sorular bir kenara, kuantum mekaniği son derece iyi anlaşılmıştır ve zaten pratikte de sürekli olarak kullanılmaktadır. Kullandığımız neredeyse tüm teknolojik aletler kuantum mekaniğinin bilgisi ile üretilmekte.

Peki nedir kuantum mekaniği ve neden ilk bakışta böyle gizemli gözüküyor? Kuantum mekaniği, maddenin temelde nasıl davrandığını tarif eder ve gündelik hayattan aşina olduğumuz klasik mekanikten, yani Newtoncı mekanikten son derece farklıdır. Elektron ve proton gibi atomaltı parçacıkların, hatta atomların ve moleküllerin davranışlarını kuantum mekaniği olmadan anlayamayız. Kuantum mekaniği ile klasik mekanik arasındaki farkların başında ise, kuantum mekaniğinin maddeyi dalga olarak tarif etmesi gelir. Örneğin bir elektronu ele alalım. Elektron dendiğinde aklımızda sıklıkla küçük bir top canlanır. Klasik mekaniğe göre düşünecek olursak herhangi bir anda bu top uzayda belli bir noktada bulunur ve belli bir yönde hareket eder. Kuantum mekaniği ise elektronun, uzayda belli bir noktada bulunan küçük bir top değil, esasen bir dalga olduğunu söyler. İnsan ölçeğinden bakacak olursak, bu dalganın yayıldığı alan tipik olarak çok küçük olduğu için bize küçük bir top gibi gözükmesi doğaldır. Oysa bu dalganın yayıldığı alanın ölçeğine inecek olursak artık elektronun konumundan ya da hızından bahsetmek anlamsız hale gelir. Bu tıpkı bir odadaki ses dalgasının şu anda odanın hangi noktasında bulunduğunu sormak gibidir.

İşte kuantum mekaniğinin ilk bakışta gizemli gözükmesi buradan kaynaklanır. Bizim ölçeğimizde, yani gündelik hayatta kuantum mekaniğinin incelikleri ayırt edilemez ve biz temeldeki resmin yalnızca ortalama bir halini görürüz. Newtoncı fizik de bu ortalamadan başka bir şey değildir. Uzayda belli bir noktada bulunan parçacık düşüncesi bu ortalama resme ait bir kavramdır. “Parçacığın konumu” gibi günlük hayattan aşina olduğumuz kavramlar dalga ölçeğinde kullanışlı olmaktan çıkarlar. Bu kavramları yine de kullanmaya çalışırsak, “elektronun aynı anda birden fazla yerde olması” gibi mistik hatta absürt düşünceler kolayca ortaya çıkabilir. Oysa gördüğümüz gibi kuantum mekaniği böyle bir şey söylemez.

Kuantum mekaniğinin kavramlarını gerçek anlamlarının dışında kullanmak da çarpıtma biçimlerinden biri ve bunun üzerinden türlü gerici yorumlar türetilebilmektedir. Burada hemen akla gelen anahtar kelime “belirsizlik”tir. “Kuantum mekaniği maddenin temelde belirsiz olduğunu söyler.” gibi bilim dışı yorumları birçoğumuz duymuşuzdur. Dilimize Heisenberg belirsizlik (ya da kesinsizlik) ilkesi diye çevrilen ilke elbette böyle bir şey söylememektedir. Heisenberg ilkesi, kuantum nesne üzerinde, örneğin konum ve momentum gibi birbirini tamamlayan iki büyüklüğü ölçecek olursak, bir ölçümün kesinleştiği oranda diğerinin kesinliğinin azaldığını söylemektedir. Bu durum, bizim deneysel tekniklerimizin yetersizliğinden kaynaklanmaz; her zaman geçerli olan, adı üzerinde ilkesel bir olgudur. Bu ise daha önce de değindiğimiz gibi, konum ve momentum gibi büyüklüklerin, nesnenin dalga karakterini açıklamakta yetersiz kalmasından kaynaklanmaktadır. Nesnenin dalga fonksiyonu ise belirlenebilir; dolayısıyla doğru kavramları kullandığımızda ortada bir belirsizlik yoktur.

Konuya ilişkin yaygın hurafelerden biri de kuantum mekaniğinin “her şeyin mümkün olduğunu” söylediğidir. Burada bilinmesi gereken, kuantum mekaniğinin olasılıksal doğasıdır. Klasik mekanikte aynı başlangıç koşullarında bir ölçüm gerçekleştirdiğimizde hep aynı sonuçları alırken, kuantum mekaniğinde aynı koşullarda farklı sonuçlar alabiliriz. Burada hangi sonucun geleceğini kesin olarak öngöremeyiz, fakat hangi sonuçların hangi olasılıkla geleceğini öngörebiliriz. Kuantum mekaniğinin bu olasılıksal yapısı, daha önce mümkün olmadığını düşündüğümüz kimi şeylerin mümkün olduğu anlamına gelmiştir. Örneğin bir parçacık klasik mekaniğe göre aşamayacağı bir bariyeri kuantum mekaniğine göre belli bir olasılıkla aşabilir. Buna kuantum tünelleme denmektedir ve ampirik olarak da gözlenmiştir. Fakat bu gibi örneklerden, her şeyin mümkün olduğu düşüncesi hiçbir şekilde çıkmaz. Örneğin yanı başınızdaki bir duvarın içinden geçebilme olasılığınızı kuantum mekaniğine göre hesaplasanız da sonuç pratik olarak sıfırdır. Bilim öngörü yapmadan var olamaz ve öngörü yapmak, başka şeylerin yanında, neyin imkânsız olduğunu söylemek anlamına da gelir.

Elbette insanlık olarak kuantum mekaniğini kavrayışımız bir anda gerçekleşmedi ve ilk ortaya çıktığı zamanlarda bu videoda bahsettiğimiz sorular ve benzerleri dönemin en önemli fizikçileri için dahi cevaplanması zor sorulardı. Bu sorular önemli felsefi tartışmaları da beraberinde getirdi. Örneğin kuantum nesne üzerinde ölçüm yapmanın nesneyi değiştirmesi nedeniyle, kuantum nesneyi gerçekten bilemeyeceğimiz, bizim algıladığımız anlar dışında maddenin varlığından bahsetmenin bile bilimsel olmadığı gibi pozitivist iddialar ortaya çıktı. Bugün ise bu iddialar fizik dünyasında kendilerine ciddi bir yer bulamamaktadır.

Kuantum mekaniğine dair anlayışımızın bugün geldiği nokta, maddenin bilinemezliğine dair her türlü iddiaya ters olduğu gibi, maddenin diyalektik kavranışını da zorunlu kılar. Ölçüm yapmanın kuantum nesneyi değiştirmesinden hareketle nesnenin bilinemez olduğu sonucuna ulaşmak diyalektik düşünmemekten kaynaklanır. Oysa gözlem yapan özne, gözlemlediği nesne ile etkileşime girmeden nesnenin bilgisine zaten ulaşamaz. Etkileşmek ise çift taraflı bir ilişkidir; bir şeyi bilmek için onu değiştirmek zorunludur. Kuantum mekaniksel ölçüm süreci, bu diyalektik olgunun en önemli bilimsel doğrulamalarından biridir.

Maddeye dair parçacık-dalga gibi kategorilerin mutlak olarak ele alınamayacağı, yalnızca belli bir bağlamda geçerli soyutlamalar oldukları, başka bir deyişle aynı gerçekliğin farklı açılardan ifadeleri oldukları ve bu karşıtların birbirlerini içerdikleri de kuantum mekaniği tarafından geri dönüşsüz bir biçimde kanıtlanmıştır. Örneğin 20. yüzyılın en önemli fizikçilerinden olan ve kuantum mekaniğinin geliştirilmesine son derece temel katkılar yapmış bulunan Vladimir Fok bu konuda şöyle yazmıştır:

Kuantum mekaniği elektronun dalga veçhesiyle parçacık veçhesi arasındaki, olasılıkla nedensellik arasındaki, atomik nesnenin kuantum tarifiyle ölçüm aracının klasik tarifi arasındaki ve de tek bir nesnenin özellikleriyle bunların istatistiksel tezahürü arasındaki çelişkilerin çözümünü buldu. Bu kazanımlar diyalektiğin doğal bilimlere uygulanmış halinin çarpıcı örneklerini oluşturmakta ve bu, diyalektik metotlar bilinçli bir şekilde uygulanmış olsa da olmasa da böyle. Her halükârda bunlar, diyalektik materyalizmin geliştirilmesi için kuvvetli bir itki gücü sağlayacaktır.

Fok’un, maddeye diyalektik materyalizm çerçevesinden baktığı düşünüldüğünde, dönemin diğer büyük fizikçilerinin düştüğü felsefi hatalara düşmemesi; tam tersine dönemin anlayışını ileri çekip kuantum mekaniğine dair bugünkü anlayışımızın yerleşmesine katkı koyması şaşırtıcı değildir. Kuantum mekaniği, maddeyi çelişkisiz bir biçimde kavramaya çalışan ve maddenin bilinmesini bir insan eylemi olarak ele almayan kaba materyalist düşüncelerin geçersizliğini ortaya koymuştur ve maddeye diyalektik bir şekilde bakmayı zorunlu kılar. Buna ek olarak, maddenin bilinemeyeceği ve her şeyin belirsiz olduğu gibi mistik ya da pozitivist iddialar da safsatadan daha fazlası değildir; bu düşüncelerin kuantum mekaniğiyle bir ilgisi yoktur. Kuantum mekaniği diyalektik olduğu gibi materyalisttir de; tıpkı bilimin tüm diğer alanları gibi.

Kıvanç Ünlütürk

Paylaşın