kuantum kuramı 100 yaşında - zamanda yolculuk · 2015-11-29 · kuantum kuramı 100 yaşında...

4
G ÜNÜMÜZÜN belki de en başarılı ve ve- rimli fen bilimi olan fiziğin artık genel alt yapısını oluşturduğu (buna Thomas Kuhn’un, daha çok fen bilimleri için önerdiği ama sos- yal bilimcilerin daha çok sevdiği pa- radigma nitelemesini yapmak belki de yerinde olur) rahatlıkla söylene- bilen kuantum kuramının simgesel temsilcisi olan h Planck sabiti, önce 18 Mayıs 1899’da aadıyla ortaya çıktı (yoksa buna "ana rahmine düş- tü" mü demeliyiz?). 19 Ekim 1900 ise, Karacisim Enerji Dağılımının "doğru" dalgaboyu-sıcaklık ilişkisini veren formülün ileri sürüldüğü tarih (belki "erken doğum?"). Günümüz- de bildiğimiz şekil ve anlamıyla (ε = h ν) ilk ortaya çıkışı ("küvezden çı- kış?") 14 Aralık 1900. Bunların hep- si Planck’ın, ilgili çalışmalarının so- nuçlarını Berlin’de Alman Fizik Derneği’ne (Physikalische Ge- sellschaft) sunuş tarihleridir. Son adımı atıp, son sözü söyle- yen ve de son noktayı koyan Planck olmuştu ama, o da, 200 yıl kadar ön- ce bir diğer paradigmayı getiren Isa- ac Newton’un sözleriyle "devlerin omuzlarında" idi. Bu devleri sayma- ya termodinamiğin temellerini atan Sadie Carnot, Rudolf Clausius, Lord Kelvin gibilerle başlayabiliriz. Sonra istatistik mekaniğin temellerini atan Ludwig Boltzmann, karacisim ışı- masının önemini kuramsal ve de- neysel olarak ortaya koyan spektros- kopinin ilk ustası Güstav Kirchhoff ve Friedrich Paschen; ilk kuramsal sonuçları veren Boltzmann ve özel- likle Wilhelm Wien’i sayabiliriz. Bir bakıma en etkilileri olan Josef Ste- fan’dan başlayarak, Otto Lummer, Ernst Pringsheim, Heinrich Ru- bens, Ferdinand Kurlbaum gibi usta spektroskopistleri ve bunlara en önemli ölçü yöntemi olarak restst- rahlen/artık ışınımlar yöntemini ve- ren Ernest Nichols’u ve en önemli ölçü aleti olarak bolometreyi sağla- yan Samuel Langley’i de unutma- malıyız. Özellikle 19 Ekim sonu- cunda spektroskopistlerin çeşitli öl- çümleriyle uyum çok önemli rol oy- nadığından, bunu; tıpkı Johannes Kepler’in her üç yasasına da ustası Tycho Brahe’ın özenli gözlemlerine olan inancı sonunda varışına benze- tebiliriz. Açıklamalı Kronoloji (Aşağıdaki bağıntılarda: T , mut- lak sıcaklık; S, entropi; U, ortalama enerji; u , frekans ya da dalgaboyu aralığı başına birim hacimdeki elektromanyetik enerji; ν, frekans, λ, dalgaboyu; c , ışık hızı, k R/N A , 34 Bilim ve Teknik Kuantum Kuramı 100 Yaşında Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında , Martin Klein ise ‘Max Planck ve Kuantum Kuramının Başlayışı’ adlı makalesinde kuantum kuramının doğum tar- ihini 14 Aralık 1900 olarak belirtirlerken, Lloyd Motz ile Jefferson Weaver, Fiziğin Öyküsü adlı kitaplarında 19 Ekim 1900 tarihini öne çıkarıyor; Hermann ayrıca 18 Mayıs 1899’un da böyle düşünülebileceğini ayrıca ekliyor. Bu tarihlerin her birisi özel bir aşamaya karşılık geliyor. Aşağıda bunları, gelişmelerini ve birbirleriyle ilişkilerini özetleyeceğim. Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında , Martin Klein ise ‘Max Planck ve Kuantum Kuramının Başlayışı’ adlı makalesinde kuantum kuramının doğum tar- ihini 14 Aralık 1900 olarak belirtirlerken, Lloyd Motz ile Jefferson Weaver, Fiziğin Öyküsü adlı kitaplarında 19 Ekim 1900 tarihini öne çıkarıyor; Hermann ayrıca 18 Mayıs 1899’un da böyle düşünülebileceğini ayrıca ekliyor. Bu tarihlerin her birisi özel bir aşamaya karşılık geliyor. Aşağıda bunları, gelişmelerini ve birbirleriyle ilişkilerini özetleyeceğim.

Upload: others

Post on 11-Feb-2020

16 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Kuantum Kuramı 100 Yaşında - Zamanda Yolculuk · 2015-11-29 · Kuantum Kuramı 100 Yaşında Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında

GÜNÜMÜZÜN belkide en başarılı ve ve-rimli fen bilimi olanfiziğin artık genel altyapısını oluşturduğu

(buna Thomas Kuhn’un, daha çokfen bilimleri için önerdiği ama sos-yal bilimcilerin daha çok sevdiği pa-radigma nitelemesini yapmak belkide yerinde olur) rahatlıkla söylene-bilen kuantum kuramının simgeseltemsilcisi olan h Planck sabiti, önce18 Mayıs 1899’da a′ adıyla ortayaçıktı (yoksa buna "ana rahmine düş-tü" mü demeliyiz?). 19 Ekim 1900ise, Karacisim Enerji Dağılımının"doğru" dalgaboyu-sıcaklık ilişkisiniveren formülün ileri sürüldüğü tarih(belki "erken doğum?"). Günümüz-de bildiğimiz şekil ve anlamıyla (ε =hν) ilk ortaya çıkışı ("küvezden çı-kış?") 14 Aralık 1900. Bunların hep-si Planck’ın, ilgili çalışmalarının so-nuçlarını Berlin’de Alman Fizik

Derneği’ne (Physikalische Ge-sellschaft) sunuş tarihleridir.

Son adımı atıp, son sözü söyle-yen ve de son noktayı koyan Planckolmuştu ama, o da, 200 yıl kadar ön-ce bir diğer paradigmayı getiren Isa-ac Newton’un sözleriyle "devlerinomuzlarında" idi. Bu devleri sayma-ya termodinamiğin temellerini atanSadie Carnot, Rudolf Clausius, LordKelvin gibilerle başlayabiliriz. Sonraistatistik mekaniğin temellerini atanLudwig Boltzmann, karacisim ışı-masının önemini kuramsal ve de-neysel olarak ortaya koyan spektros-kopinin ilk ustası Güstav Kirchhoffve Friedrich Paschen; ilk kuramsalsonuçları veren Boltzmann ve özel-likle Wilhelm Wien’i sayabiliriz. Birbakıma en etkilileri olan Josef Ste-fan’dan başlayarak, Otto Lummer,Ernst Pringsheim, Heinrich Ru-bens, Ferdinand Kurlbaum gibi ustaspektroskopistleri ve bunlara en

önemli ölçü yöntemi olarak restst-rahlen/artık ışınımlar yöntemini ve-ren Ernest Nichols’u ve en önemliölçü aleti olarak bolometreyi sağla-yan Samuel Langley’i de unutma-malıyız. Özellikle 19 Ekim sonu-cunda spektroskopistlerin çeşitli öl-çümleriyle uyum çok önemli rol oy-nadığından, bunu; tıpkı JohannesKepler’in her üç yasasına da ustasıTycho Brahe’ın özenli gözlemlerineolan inancı sonunda varışına benze-tebiliriz.

Açıklamalı Kronoloji

(Aşağıdaki bağıntılarda: T , mut-lak sıcaklık; S, entropi; U, ortalamaenerji; u, frekans ya da dalgaboyuaralığı başına birim hacimdekielektromanyetik enerji; ν, frekans,λ, dalgaboyu; c , ışık hızı, k≡ R/NA,

34 Bilim ve Teknik

Kuantum Kuramı 100 Yaşında

Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında , Martin Klein ise‘Max Planck ve Kuantum Kuramının Başlayışı’ adlı makalesinde kuantum kuramının doğum tar-ihini 14 Aralık 1900 olarak belirtirlerken, Lloyd Motz ile Jefferson Weaver, Fiziğin Öyküsü adlıkitaplarında 19 Ekim 1900 tarihini öne çıkarıyor; Hermann ayrıca 18 Mayıs 1899’un da böyledüşünülebileceğini ayrıca ekliyor. Bu tarihlerin her birisi özel bir aşamaya karşılık geliyor.Aşağıda bunları, gelişmelerini ve birbirleriyle ilişkilerini özetleyeceğim.

Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında , Martin Klein ise‘Max Planck ve Kuantum Kuramının Başlayışı’ adlı makalesinde kuantum kuramının doğum tar-ihini 14 Aralık 1900 olarak belirtirlerken, Lloyd Motz ile Jefferson Weaver, Fiziğin Öyküsü adlıkitaplarında 19 Ekim 1900 tarihini öne çıkarıyor; Hermann ayrıca 18 Mayıs 1899’un da böyledüşünülebileceğini ayrıca ekliyor. Bu tarihlerin her birisi özel bir aşamaya karşılık geliyor.Aşağıda bunları, gelişmelerini ve birbirleriyle ilişkilerini özetleyeceğim.

Page 2: Kuantum Kuramı 100 Yaşında - Zamanda Yolculuk · 2015-11-29 · Kuantum Kuramı 100 Yaşında Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında

Bolzmann sabiti; R, Joule sabiti; N A,Avogadro sayısı. Karacisim ise üzeri-ne düşen tüm elektromanyetik ışı-nımları hiç yansıtmadan soğuran, veısı dengesine vardıktan sonra kendiışımasını salan ideal bir cisimdir.Kirchhoff, iç duvarları iyi yansıtıcıolan içi boş bir cismin yani bir kovu-ğun yüzeyindeki küçük bir deliğin,ideal karacismin eşdeğeri olarak ger-çekleştirilip incelenebileceğini gös-terdi. Rezonatörler, kovuk duvarla-rında bulunduğu varsayılan yüklüLorentz salınıcılarıdır.)

1791 Pierre Prévost ısı ışımasınınilk kuramını ortaya koydu: "Her ci-sim sürekli ısı ışır ve soğurur; soğukoluş, soğurmanın ışımadan çok ol-duğunu gösterir. Işıma olmamasıçevreyle denge hali demektir."

1824 Sadi Carnot ısı makineleri-nin verimliliğini anlamaya çalışırkentermodinamiğin temellerini oluştu-ran yasalardan önce ikincisini sonrada birincisini buldu.

1834 Benoit-Pierre Clapeyrontermodinamiğin ikinci yasasının de-ğişik bir şeklini geliştirdi, entropi-nin ilk belirtilerini farketti.

1844 Ludwig Boltzmann termo-dinamiğin ikinci yasasının istatistik-sel yorumunu vererek istatistik me-kaniği geliştirmeye başladı.

1847 John Draper her maddenin525 °C sıcaklıkta soluk kırmızı renkalmaya başladığını, ve sıcaklık art-tıkça rengin giderek beyaza vardığı-nı gösterdi.

1850 Rudolf Clausius, ikinci yasaiçin Clapeyron’un verdiği biçimi ge-liştirdi.

1851 William Thomson (LordKelvin) 1848’de önerdiği mutlak sı-caklık ölçeğinin, ısının dinamik ku-ramı çerçevesinde tanımladığı "ter-modinamik sıcaklık" kavramıyla ay-nı olduğunu gösterdi.

1860 Güstav Kirchhoff, aynı sı-caklıkta ısı ışıması yapan değişikmaddelerin bu ışımayla ayırdedile-meyeceğini termodinamiğin ikinciyasasının bir sonucu olarak gösterdi.

1860 James Maxwell ve JohnWaterston enerjinin üleşimi teore-mini ortaya koydular.

1865 Clausius, entropi kavramınıgeliştirdi ve adını koydu.

1877 Boltzmann istatistik meka-niği geliştirdi.

Ekim 2000 35

Planck’ın YaşamıMax Karl Ernst Ludwig Planck, 23 Nisan

1858’de Almanyanın Kiel kentinde doğdu.Babası seçkin bir hukukçu ve hukuk profesö-rü olup Prusya’nın “Yurttaşlar Yasası”nı hazır-layanlar arsındaydı. Bilim ve kültürde mükem-mellik, sağlam karakterlilik, koruyuculuk, ül-kücülük, güvenilirlik ve cömertlik Planck’a ai-lesinden çok derin işlenmiş niteliklerdi. Baba-sının Münih Üniversitesi’nde görev almasıüzerine ünlü Maximillian Gimnazyumu’ndaöğrenime başaldı. Orada Hermann Mülleradındaki bir öğretmeni fizik ve matematiğederin ilgi duymasını sağladı. 17 yaşında gim-nazyumu bitirdiğinde, klasik filoloji ya da mü-zik yerine fiziği seçmesinin sebebi, en büyüközgünlüğün fizikte olduğu vargısını edinmişolmasıdır. Ancak, müzük hep hayatınınönemli bir parçası olarak kaldı. ÖzellikleSchubert, Beethoven ve Brahms’ıneserlerinde sükûnet ve keyif bu-luyordu. Açık havada hergün yürüyüş yapmaktanhoşlandığı gibi ileriyaşlarına kadardağlara tırman-mayı sürdürdü.

1874 yılıgüz aylarındaMünih Üni-versitesi’negirdi. wan-derjahr/ge-zinme yılını1877-78’deBerlin Üniver-sitesi’nde ge-çirdi. Ancak,çoğu ünlü kim-seler olan hocala-rının hiç birisininderslerinden pek zevkalmadı. Gene de kendientellektüel yetileriyle, özel-likle hayran olduğu Rudolf Clausi-us’un termodinamik kitaplarını okudu.1879’da Münih’te doktorasını, ertesi yıl daHabilitationsschrift/doçentlik sınavını vererekBerlin Üniversitesi’nde Privatdozent/öğretimgörevlisi oldu. 1885’te de Kiel Üniversitesi’neProfessor extra ordinarius/doçent olarak öğ-retim üyesi yapıldı. 1889’da Kirchhoff’un ölü-mü üzerine Berlin’e çağırıldı, 1892’de Profes-sor ordinarius/profesör oldu. Etkin yaşamıbundan sonra hep Berlin’de geçti.

Planck öğrenimi için fiziği seçişini şu söz-lerle dile getiriyor, ". . . kendimi bilime adama-ya ilk kararım, insanların usavurmalarındakiyasaların çevremizdeki dünyadan edindiğimizizlenim dizilerini yöneten yasalarla aynı oldu-ğunu; dolayısıyla da salt usavurmayla insanın[dünyanın işleyişindeki] mekanizmaya ilişkinönseziler kazandıracağını keşfetmemin...doğrudan bir sonucuydu." Demek ki henüzkuramsal fiziğin bir disiplin olarak tanınmayabaşlanmadığı bir dönemde kuramsal fizikçiolmaya karar vermişti. Fizik yasalarının varlığı-nın ". . . dış dünyanın, insandan bağımsız ola-rak varolan, mutlak bir şey" ve "bu mutlaklığauygulanan yasaların ardına düşmenin . . . ha-yatta peşine düşülebilecek en ulu amaç" ol-duğunu varsayıyordu.

Onu ilk etkileyen yasa daha gimnazyum-dayken hayranlıkla öğrendiği enerji korunumuyasasıydı. Bu, termodinamiğin birinci yasa-sından sonra üniversitede karşılaştığı entropi,yani termodinamiğin ikinci yasasının da do-ğanın mutlak bir yasası olduğuna kanısı de-rindi. Doktora tezini bu konuda yaptı. Eylemkuantumu adını vereceği h’ya götüren yolunbaşlangıcı da bu sayılabilir.

Planck’ın 42 yaşındayken çözdüğü kara-cisim problemi ona 1918 yılı Nobel Fizik ödü-lünü ve daha bir çok onur ve ödül getirdi. An-cak o kuantum kuramından hep rahatsız ol-du hattâ 1913 yılında Einstein’ın Berlin’degörev alması için yaptığı girişim sırasında yaz-dığı tavsiye mektubuna, bu konuda bayrağıkendisinden alarak epeyce ilerilere götürenEinstein’ın ilgili çalışmalarını ". . . o çapta birinsanın yapmasına göz yumulacak fantaziler .. ." olarak nitelemişti. (İlginçtir ki, Einstein’a daNobel Ödülü, özel ve genel görelilik üzerine

yaptığı devrimcil çalışmaları değil,bu fantazileri için verildi.) Yıl-

larca direndiği Boltzmannkuramını kullanmak

zorunda kalmasınıise şöyle yorumla-

dı: “. . . yeni birbilimsel doğru,ona karşı olan-ların ikna edi-lerek ışığı gör-meleri sağ-lanmakla de-ğil, daha çokkarşı olanlarınsonunda öl-meleri ve yeni

bir kuşağın bu-na alışkın olarak

yetişmesiyle olur.”Planck 1928 yı-

lında emekli oldu. Ye-rine Schrödinger seçildi.

Berlin’deki parlak fizik çalış-ma ortamı 1933’te Hitler rejimi

başlayıncaya dek sürdü. Planck sonra-ki yıllarında felsefî, estetik ve teolojik konula-rda yazılar yazdı. 1912 yılında seçildiği Prus-ya Bilimler Akademisi başkanlığını 1938 yılınadek sürdürdü. Aynı zamanda 1930-37 yıllarıarasında, şimdi kendi adını taşıyan KaiserWilhelm Enstitüsü’nün de başkanlığını yürüt-tü. Adil davranışları, kişilik bütünlüğü ve bil-geliği, onun Hitler’e giderek yıkıcı ırkçı politi-kalarını değiştirmesi için uyarılarda bulunma-sının ve rejim sırasında Almanya’yı terketme-yerek Alman fiziğinden ne kaldıysa koruma-ya çalışmasının temelindedir. Hayatında pekçok trajediyle karşılaştı. Önce 22 yıllık karısıöldü, sonra büyük oğlu I. Dünya Savaşı’nda,ikiz kızları ise peş peşe doğum yaparlarkenöldüler. Bunlardan da acısı, küçük oğlunun20 Mayıs 1944’te Hitler’e yapılan suikastlailişkisi görülerek Gestapo tarafından öldürül-mesidir. Kendisine yapılan, "Nazileri destek-leyeceğini söylerse oğlunun affedileceği"önerisini ise Planck reddetti! Bu olaydansonra hayata küsen Planck, savaştan sonramüttefiklerce, yaşadığı savaş bölgesindenalınarak Göttingen’e götürüldü. Orada 89yaşında öldü.Kısmen Encyclopaedia Britannica’dan derlenmiştir.

Page 3: Kuantum Kuramı 100 Yaşında - Zamanda Yolculuk · 2015-11-29 · Kuantum Kuramı 100 Yaşında Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında

1879 Josef Stefan, karacismintoplam ışıma şiddetini değişik sıcak-lıklarda ölçerek bunun mutlak sı-caklığın 4. kuvvetiyle orantılı odu-ğunu gösterdi.

1884 Boltzmann, Stefan’ın de-neysel bulgusunun termodinamiktemelini gösterdi: Stefan-Boltz-mann yasası.

1883 Wilhelm Wien karacisimışımasının sıcaklık ve frekansa/dal-gaboyuna bağlılığını verecek fonksi-yonun genel kısıtlamalarını verenyerdeğiştirme yasasını buldu:

u=ν3f(T/ν), u=g(λΤ)/λ5

1896 Friedrich Paschen ve Wienf ve g fonksiyonlarının "açık" biçim-lerini veren bir enerji dağılımı yasa-sını önerdiler:

1897 Paschen, Wien yasasının kı-sa dalgaboyları/yüksek frekanslariçin geçerli olduğunu, uzun dalga-boylarında uyumun bozulduğunugösterdi.

1899 18 Mayıs: MaxPlanck, elektromanyetik ışımanıntermodinamiğinden

bağıntılarını buldu, Wien yasasınınevrensel olduğuna dikkat çekerek ave a′ sabitlerinin, belli cisim vemaddelerden bağımsız bir birimlersistemi –uzunluk, kütle, zaman, sı-caklık ölçekleri- elde edilmesindeışık hızı ve kütleçekimi sabitleriylebirlikte kullanılabileceğini önerdi.

1900-Haziran Lord Rayleigh(William Strutt) karacisim ışıması-nın enerji dağılımını verecek

bağıntısını, parantez içindeki katsa-yı dışında buldu; bunu, 1905’te önceAlbert Einstein bağıntının tama-mıyla birlikte bağımsız olarak bul-du, sonra Rayleigh 8 sayısı eksikolarak hesapladı, James Jeans bunutamamladığı için bu bağıntı Rayle-igh-Jeans yasası olarak bilinir(Planck, eğer Maxwell ve Boltz-mann’ın salınıcılar için geçerliU=kT, üleşim bağıntısına inanıpkullanmış olsaydı bunu bir yıl öncebulmuş olacaktı. Abraham Pais,Rayleigh’in daha sonra buna Wien

yasasındakine benzer bir sönüm çar-panı eklediğini ve asıl R-J yasasınınbu olduğunu yazıyor.)

1900-19 Ekim: Planck, Rayleighbağıntısından habersiz olarak ve yal-nızca Rubens’in T /ν → ∞için u≈C · T olarak davrandığını söy-lemesi üzerine, bunun ve Wien ya-sasının termodinamik sonuçlarını"interpole" ederek

sonucunu elde etti. (Bunun Τ/ν →∞ limiti, Rubens’in önerisine ya daRayleigh bağıntısına, Τ/ν → 0 limitiise Wien yasasına uyuyordu.)

-20 Ekim: Rubens bir gece için-de bu bağıntıyı elindeki tüm deney-sel verilerle kıyaslayarak uyumun"mükemmel" olduğunu bildirdi.

-14 Aralık: Planck, 19 Ekim so-nucunun mükemmel oluşunu sağla-yan interpolasyonun ardındaki fizikselanlamı ortaya çıkartmaya uğraşırkenBoltzmann’ın kuramını uygulayarak,

bulduğu sonuçla (h=6.55×10-31J⋅s),elektromanyetik ışıma ile karacisimarasındaki enerji alışverişinin hν bi-rimleriyle yapılmak gerektiğini orta-ya koydu. (Planck’ın 1899 hesabıa′=6.85×10-31J⋅s değerini vermişti.)Planck boyutuna bakarak h sayısınaeylem kuantumu adını verdi.

(1902 Planck, 1899’da düşündü-ğü "mutlak" birimler kavramı çerçe-vesinde, elektron yükü vb. çeşitlidoğa sabitlerini hesapladı. 4.69×10-10

esu olarak bulduğu elektron yükü,Millikan’ın 1913’te doğrudan bul-duğu 4.81×10-10 esu değerinden ön-ceki en doğru değerdi, N A Avogad-ro sayısı için de ilk sağlıklı değeribuldu: 6.125×1023 Ayrıca, bugünPlanck kütlesi ve Planck uzunluğudediğimiz "elemanter" niceliklerihesapladı.)

R. Ömür Akyüz, Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü.

KaynaklarThe Genesis of Quantum Theory (1899-1913), MIT Press,

Boston, 1971.Max Planck and the Beginnings of the Quantum Theory,

Archive for the History of Exact Sciences 1(1962)459.The Story Of Physics, Avon Books, NY,1992Rev. Mod. Phys. 51(1979)861.Akyüz, R. Ö., Amer. Jour. Phys. 56(1988)997V. Ulusal Mekanik Simpozyumu Bildirileri, 1992, s.228.

36

Gelmiş geçmiş bilim adamlarıiçinde, sokaktaki adamın tanıdığıyegâne kişi Albert Einstein'dır (bu-na belki son yıllarda sağlık durumudolayısıyla ünlenmiş olan S. Haw-king’i de ekleyebiliriz). Özel ve ge-nel görelilik kuramlarını ortaya atar-ken doğaya bakma biçimimize dedevrim getiren Einstein, hem mikrohem de makro kozmosu tanıyabil-memizde en büyük yardımcımızolan kuantum kuramını kusurlu gö-rerek, bununla yakından ilgilenmeyikestiği gibi, bulduğu kusurlardan çe-lişkiler türetmeğe de uğraşmıştı. Oy-sa kendisi, önceleri kuantum kura-mının ilk kavramlarını büyük cesâ-ret ve beceriyle kullanan hattâ geliş-tiren pek az fizikçinin en başındagelmekteydi. Nobel ödülüne lâyıkgörülme gerekçesi bile, yarattığı gö-relilik kuramlarıyla değil, kuantumkuramıyla (fotoelektrik olay) ilgiliy-di.

Einstein'ın kuantum kuramındakusur olarak nitelediği başlıca unsu-run en basit görünümü "belirsizlikyahut kesinsizlik (Unbestimmhe-it/uncertainty/incertitude, indeter-minacy)" ilkesidir. Bu ilke, ilk bakış-ta doğadan belirlenimciliği kaldırdı-ğı izlenimi vermektedir. Oysa, birazyakından bakılırsa bunun giderekdoğanın asıl, mikro belirlenimciliği-ni ortaya koyan en temel unsur oldu-ğu kolaylıkla görülebilir.

Bu ilke kabaca, "fiziksel sis-temlerin davranışlarını betimle-yen belli özel değişken çiftlerineait elemanlardan (klâsik fiziğinkanonik eşlenikleri) birisinin ke-sinlikle belli olması durumundadiğerinin büsbütün belirsiz bir kı-lığa bürünmesi" şeklinde tanımla-nabilir. Werner Heisenberg bunu,her iki elemanın ölçümlerindekibelirsizliklerin çarpımının bellibir evrensel sabit (Planck sabiti)mertebesinden daha küçük ola-mayacağını gösteren, nicel bir ifa-deyle sunmuştu. "Eşlenik değiş-kenler çiftinin bir elemanı, bir"korunum (yâni, başka değişiklik-lere rağmen değişmeme) ilkesi"ile ilgilidir. Dolayısıyla belirsizlik

Bilim ve Teknik

Kuantum söylemesi üzerine, bunun ve Wienyasasının termodinamik sonuçlarını"interpole" ederek

Page 4: Kuantum Kuramı 100 Yaşında - Zamanda Yolculuk · 2015-11-29 · Kuantum Kuramı 100 Yaşında Armin Hermann Kuantum ‘Kuramının Yaratılışı (1899-1913)’ adlı kitabında

ilkeleri, "ilgili korunum ilkesiningeçici olarak geçersiz kalması" şek-linde de yorumlanabilirler (bununen iyi bilinen örneği "tünelleme"olarak bilinen olaydır); hattâ bu du-rum, temel mikroskopik süreçlerinoluşumunda esastır. Buradaki "geçi-ci"liğin ölçüsünü Planck sabiti ve il-kenin nicel biçimine bağlı basit birsayısal çarpan verir ve sonuçta -sankiişin içine bir katalizör girmişçesine-korunmayan hiç bir şey kalmaz.

Belirsizlik ilkelerini, özünde içe-ren kuantum kuramının doğal so-nuçlarından birisi; bir fiziksel sis-temle ilgili olarak kesinlikle bile-bileceklerimizin, içinde bu-lunduğu koşullar altındagösterebileceği kalıcıve kararlı durumlar-dan hangisinde bu-lunduğu değil de,herhangi birisindebulunma olasılık-larıdır. "Doğanınen büyük anlaşı-lamazlığı anlaşı-labilir oluşudur"demiş olan Eins-tein, bu anlaşılabi-lirliğin kökenini"Tanrı amansızdırama kasıtlı değildir(Raffiniert ist Der HerrGott aber boshaft ist Ernicht/Cunning is The Lordbut He is not malicious)" sözüyledile getirirken "Tanrı"yı da –Spinozadoğrultusunda- doğadaki görkemliuyumun simgesi olarak kavramlaştı-rıyordu. Gene de klâsik fiziğin hiçbir zaman kuşkulanmadığı kesinlikolgusunu "Tanrı’nın davranışlarına"daha çok yakıştırarak, kuantum ku-ramının temelindeki olasılıklı yapıyı"Tanrı’nın mükemmelliği" ile hiç birzaman bağdaştıramamış ve "Tanrızar atmaz" diyerek bu kuramı önem-li ölçüde dışlamıştı.

Modern fiziğin doğuşuna hayâtîkatkılarda bulunmuş, hattâ fizikçile-rin doğaya bakış felsefelerini bile et-kilemiş olan Einstein'ın, kuantumkuramını belirlenimcilik dışı olmayayol açtığı kaygısıyla dışlaması zaman

zaman kimi fizikçileri etkilediği hal-de bunların çabaları -henüz– ne ku-antum kuramını çelebilmiş ne de fi-ziği daha ileriye götürebilmiştir. Bu-gün ise daha çok, bilim felsefesi ileuğraşanlara konu ve esin kaynağı ol-maktadır . Einstein, gene de her fi-zik kuramının doğal olayları yansıtıpaçıklamak hattâ yenilerini ön gör-mek zorunda olduğunu kendisi deçok iyi biliyordu. Dolayısıyla hemenher türlü atomik probleme neredey-se kusursuz olarak çözüm verebildi-ğini gördüğü kuantum kuramının ta-mamlayıcıları olan Werner Heisen-

berg ile Erwin Schrödinger'iNobel ödülüne aday göste-

rirken, bu kurama iliş-kin son sözü, bunun

"daha tam ve kesinbir kuramın kısıtlıbir görünümü ol-ması" gerektiğiolmuştu.

Maddeyi -belki de iç yapı-sına ilişkin birtemel dayanağıo lmadığ ındanhattâ buna ihti-

yaç bile duymadı-ğından ötürü- ba-

zan matematikselbir nokta, bazan da ri-

jit (bozulmaz) bir ge-ometrik kalıp görünümün-

de kullanmaktan hiç kaçınmayanklasik fizik, maddenin kuramsal birkesinliği olup olmadığını söz konusubile yapmaz. Klâsik fiziğe atfedilen"kesin belirlenimcilik" -kanımca, bi-limin emeklediği yıllarda en baştafelsefî, politik ve sosyal erk olan dî-nin doğrudan ya da dolaylı etkisiyle-bilim kişilerinin "eşyânın tabiatında"mutlak ve doğal olarak gördükleri vehiç sorgulamadıkları bir ögedir. Klâ-sik fizik, "gözle görülüp, elle tutu-lan" çevrenin, dün ya da bugün yap-tıklarına bakıp yarın ne yapacağınıbu ögelerden kesinlikle çıkarmayıamaçlarken bunda, yukarıda belirtti-ğim çerçeve içinde başarılı olur. Do-layısıyla klâsik fiziğin, kendi yapı vegelişmesinde hiçbir katkısı bulun-

mayan mikrokozmosun davranışınauymasını beklemek anlamsızdır. Ohalde, makrokozmosun -ve de "top-lumsal" etmenlerin- benimsettiğibelirlenimcilik ile mikrokozmosundoğasına uyacak belirlenimcilik, ta-bii ki ikinciyi "belirlenimcilik dışıoluş" şeklinde yorumlatabilecek ka-dar farklı olabilecektir. Zira klasik fi-zik, elle tutulup gözle görülen çevre-den (makrokozmos) edindiğimiz iz-lenim ve deneyimlerden süzdüğü-müz "sağduyu"muza dayanırken,mikrokozmosun duyularımıza hiçbir doğrudan etkisi yoktur. Şunu daeklemek gerekir ki klâsik fiziğin be-lirlenimciliği, sırf onu kullananlarınbeklentilerinden doğarken, kuan-tum fiziğinin belirlenimciliği kendiyapısından ileri gelir, hattâ ilgili ol-duğu fiziksel sistemlerin biçim veboyutlarını bile belirleyebilecek ni-teliktedir. Klâsik fizik, varlıkları veelle tutulup gözle görülen maddenintemel taşı oldukları artık tartışma gö-türmeyen "atom"ların aynı elementiçin neden hep "özdeş" yapı ve ka-rakterde olduklarını, açıklayamamakbir yana, bunların varlıklarını bileyadsıyacak karakterdeyken; kuan-tum kuramı özdeşlik sorusunun ya-nıtını kendiliğinden, hem de belir-sizlik ilkesi yardımıyla vermektedir.

Klâsik fiziğin, tanımlamadığıhalde inandığı (belki de îmân etti-ği) kesinlik; makro (yani elle tutu-lup gözle görülen) nesnelerin tameş ve özdeş yapılabilmesini –ölçmeyeteneklerimizle kısıtlanmasını bi-le yalnızca teknik bir husus olarakgöz ardı edecek kadar- çok doğalbulmaktadır. Oysa aynı haddedençıkmış, gözümüze, elimize, en du-yarlı terâzimize ya da optik mikros-kobumuza özdeş gelecek şekildehazırlanmış olan iki nesnenin yü-zeyleri, bir de elektron -belki artıktünelleme- mikroskobuyla incelen-diğinde aralarında "dağlar kadar"farklı engebeler görülecektir; yaniklâsik fiziğin ideal geometrik nes-neleri doğada yoktur. Doğa ya dainsan, kesinlikle özdeş fakat mak-roskopik (yani gözle görülebilen, el-le tutulabilen) olan -örneğin iki hidro-

Ekim 2000 37

Kuramı ve Belirlenimcilik