Parçacıkların gizemi: Belirsizlik İlkesi

Alman dahi Werner Heisenberg tarafından 1927 yılında ortaya atılan bu ilke, parçacıklar hakkındaki bilgilerimizi yenilemişti. Gelin birlikte parçacık algımızı genişletelim.

İsterseniz bu ilkeye göz atmadan önce gelin Heisenberg'i biraz yakından tanıyalım.

Werner Heisenberg, 1901 yılında Almanya'da doğan Alman bir fizikçidir. Atom hakkında yaptığı çalışmalarla 1932 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmıştır. Kuantum fiziği tartışmalarında Niels Bohr ile birlikte kuantum fiziğini savunmuş. Bu tartışmalar zamanında da Belirsizlik İlkesi'ni ortaya atmıştır.

Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi

Bundan önce, Kuantum dünyasını anlamaya çalışırken bu dünyadan sürekli olasılıklar ya da belirsizlikler dünyası olarak bahsetmiştik. O yazdığımız teorilerin, deneylerin, dolanıklığın, neredeyse hepsinin temeli bu ilkeye dayanıyor. 

Kopenhag'da Niels Bohr ile birlikte Kuantum fiziği üzerine çalışan Heisenberg, parçacıkların konumunu ve hızını aynı anda ölçmeye çalıştığında bazı şeylerin ters gittiğini görmüştü. Ya hızı tam ölçülmüyordu ya konumu. Ne yaparsanız yapın bir şekilde biri tam ölçülmüyordu. Bu aslında önceden de bahsettiğimiz Ölçüm Problemini akıllara getiriyordu fakat Heisenberg'in çıkarımı biraz daha farklıydı. Heisenberg'e göre iki özelliğin aynı anda ölçülmesinin mümkün olmaması, atom altı parçacıkların evreninde yatan temel olguydu. Herkes bu soruya cevap ararken Heisenberg ortaya attığı cevapsızlık, belirsizlik iddiasıyla tüm gözleri üzerine çevirmişti. 

Kuantum süperpozisyondan bahsetmiştik. Hatta Schrödinger'in düşünce deneyinden, Schrödinger'in kedisinden de bahsetmiştik. İşte bu olaylarda yaptığımız ölçümlerde, elektronlar üzerinden düşünecek olursak:

Kuantum dünyasındaki belirsizliklerle Bohr'un atom modeli, modern atom modeline dönüşmüş ve onun modelindeki yörüngeler bi' bulutumsu yapı alarak elektronların mevcut olabileceği yerleri gösteren bir hale bürünmüştü. Bu modern atom modeline bakarsak süperpozisyondaki elektronların tam olarak nerede bulunacağını bilemiyoruz. Yaptığımız ölçümlerle sadece olasılıkları azaltıyoruz, süperpozisyondaki elektronu bir yerde bulunmaya zorluyoruz. İşte tam da bu noktada Heisenberg devreye giriyor ve bu ölçümlerin de kesin olmadığını söylüyor. Heisenberg özetle bize şunu söylemek istiyor:

"Ölçüm cihazınız ne kadar iyi olursa olsun, ne kadar hassas olursa olsun bir parçacığın, bir elektronun konumunu veya hızını sadece belirli bir seviyeye kadar bilebilirsiniz. Konumu hakkında kesin bir bilgi istiyorsanız momentumunu tam olarak bilemezsiniz. Ya da tam tersi. İlla bir fedakarlık yapmak durumundasınız." 

Peki neden? Açıklamaya çalışalım.

Bilindiği üzere dalga boyu yukarıdaki formülden bulunabiliyor. Bir elektronun dalga boyundan formül aracılığıyla momentumunu bulabilirsiniz. Fakat bu hesaplamaları yaparken elektronun dalga özelliğini ele almış olursunuz. Dalganın her tarafa yayılmış halde bulunmasından ötürü elektronun konumu hakkında herhangi bir yorum yapamazsınız. 

Eğer ki parçacık olarak ele alırsanız işler yine karışık. Bu sefer konumunu bulabilirsiniz. Fakat momentumunu hesaplamak için iki kere ölçüm yapmanız ve aradaki zaman farkını bulmanız gerekir. Ölçüm yaparken foton gönderdiğiniz için ilk ölçümde parçacığa müdahale etmiş olursunuz. Çünkü gönderdiğiniz fotonun momentumu parçacığa aktarılmış olur bu yüzden de iki ölçüm arasında kesin bir sonuca ulaşamıyorsunuz.

İşte bu yüzdendir ki bir parçacığın aynı anda hem hızını hem de konumunu ölçemezsiniz, ölçemeyiz.

Kuantum evrenini hep birlikte anlamaya çalışacağız. Takipte kalmaya devam edin.