Heisenberg Belirsizlik İlkesi Nedir?

Bugün sizlere, Kuantum Mekaniği ‘nin bel kemiğini oluşturan önemli bir ilkeden biri olan Heisenberg Belirsizlik İlkesi ‘nden bahsedeceğim.

Heisenberg belirsizlik ilkesini anlatmaya başlamadan önce 18.yüzyıl civarlarında gezinmemiz gerekiyor, birazcık geçmişe gidelim.

Bu tarihlerde yaşayan en büyük bilim adamlarından biri olan Isaac Newton bu dönemde bir çok alan ile ilgilendiği gibi ışığın doğasıyla da kendisi ilgilenmişti.

Sonuçta bir bilim adamıysanız açsınızdır ve karşınızda yenilmeyi bekleyen harika yemekler sizi bekliyordur.

Isaac Newton prizmalar kullanarak ışığın farklı renk dalga boylarının var olduğunu keşfetti.
Newton çalışmalarının sonucunda ışığın aslında parçacık olduğunu iddia etmişti ki aslında pek de haksız değildi. Günümüzde ışığın fotonlardan oluştuğunu biliyoruz. Newton ile ışığın doğasıyla ilgili ilk ciddi bilimsel araştırmalar ve teoriler ortaya çıkmaya başladı.

Isaac Newton prizmalar kullanarak ışığın farklı renk dalga boylarının var olduğunu keşfetti.İlerleyen zamanlar da ışığın sadece parçacık değil aynı zamanda dalga olduğu da keşfedildi. Buda şöyle bir açıklamaya yol açtı ‘Işık aslında dalga halinde hareket eden parçacıklar bütünüdür’ ve bu açıklamalar ile birlikte parçacık bilime ve atomun yapısı bir araya gelmeye başladı.

İnsanlar atomu yüz yıllardı parçalanamayan küçüklüğün sınırı olduğunu atomun içinin boş olduğunu düşündüler. Fakat 19.yüzyıla gelindiğinde bilim insanları atomun içi boş bir sabit küre olmadığını, içinde farklı yüklerde parçacıkları bulunduğunu keşfetmişti.

20.yüzyılın başlarına geldiğimizde atom artık bir küre değildi, atom farklı parçacıkların bir araya geldiği sofistike bir yapıydı artık. Böylece keşifler ile beraber bilim dünyası yavaşça atom altı dünyasına doğru kaymaya başladı.

Atomları oluşturan bu parçaların elektronların, protonların, parçacıkların, nötronların hareketlerini ve doğasını incelemeye başladı bilim insanları.

Atom altı evreninde parçacıklar

Bilim insanları bu dünyaya indikçe oldukça ciddi problemlerle karşılaşmaya başladılar. Çünkü atom altı evreninde parçacıklar tahminimizle uyuşmuyordu. Onlar tamamen kendi kurallarıyla yaşıyorlardı. Ne zaman atom altı dünyasıyla ilgili bir konu açılsa herkes çift yarık deneyinden bahseder. Biz de bahsetmezsek olmaz sanırsam.

Heisenberg Belirsizlik İlkesi Bir tür elektron fırlatan tabanca var ve bu tabancadan çıkan elektronların karşıdaki duvara fırlatılmadan önce çift delikten geçirip yeni bir dalga oluşturan elektronların duvarda nasıl bir iz bırakacağını inceleneceği bir deney.

Öncelikle yapılan deneyde ilk başta tek yarık kullanılıyor ve bu yarıktan geçen elektronlar doğal olarak yarığın şeklini panoda oluşuyor.

Daha sonra bu yarıklar ikiye çıkarılıyor ve tekrar elektron iki delikten geçmesi için fırlatılıyor. Fakat fırlatılmadan önce hareketleri incelemesi için koyulan sensör ölçümler yapıyor elektronlar da olması gerektiği gibi izlerini panoya bırakıyor fakat daha sonra ölçüm için koyulan sensör alındığında ise artık durum değişiyor.

Ayrıca elektronlar ışık gibi davranıyor böylece ışığın oluşturması gereken izleri panoda bizlere karşı elektronlar sergiliyor. Bu olay şuan bile bilim dünyasının tam olarak açıklayamayacağı kadar tuhaftır.
Elektronlar onları izlediğimizi anlıyor olabilir mi diye ilginç sorular ortaya çıkıyor fakat olabilir mi diye şüpheye de düşebiliyoruz. Ortada çok büyük bir sorun vardı çünkü elektronlar sensör olduğunda farklı olmadığında farklı davranıyorlardı. İşte tam bu noktada devreye Heisenberg girdi.

Heisenberg Belirsizlik İlkesi

1901 doğumlu Alman fizikçi olan Heisenberg Niels Bohr’un öğrencilerinden biriydi. NielsBohr ‘da atom altı parçacıklar ile ilgili çalışıyordu. Doğal olarak bu iki isim yaptıkları çalışmalarda aynı sorunlar ile karşılaşıyorlardı parçacıklar gerçekten de olması gerektiğinden çok farklı davranıyordu.

Yapılan aynı deneyler bile ikinci sefer yapıldığında farklı sonuçlar doğuruyordu. Çok ciddi kafa karışıklıkları vardı fakat Heisenberg yaptığı çalışmalar sonucunda bu belirsizliğin aslında bir matematiksel standardı olduğunu keşfetti.

Heisenberg belirsizlik ilkesi bize şunu söyler;

Bir atom altı parçacığın elektron veya protonun momentumunu dolaylı olarak hızını ve konumunu aynı anda saptayabilmemiz imkansızdır.

Bunu yapmaya çalıştıkça parçacığın momentumu ve konumu daha karmaşık daha bilinmez olmaya başlar.

Umarım belirsizlik ilkesini anlayabildiniz. Ya da ben bir defa daha anlatmayı deneyeyim
Heisenberg’in belirsizlik ilkesinde anlatmaya çalıştığı şey tam olarak şey şu; Bizim Makro evrenimizde herhangi bir nesnenin hareketini, konumunu, momentumunu vb özellikleri çok rahat bir şekilde öğrenebiliriz fakat atom altı evrende bu iş bu kadar kolay değil.

Atom altı parçacıkların davranışları ve hareketleri bizim makro evrenimizdeki nesnelerin davranışları ve hareketlerinden çok çok farklıdır. Bizim makro evrenimizde herhangi bir şeyi kolayca saptayabilir bulabilirsiniz ve o Heisenberg belirsizlik ilkesini  istediğiniz yere sabitleyebilirsiniz.

Bir örnek verecek olursam. Şuan gözünüzün önünde bir kelebeğin sağa sola uçtuğunu hayal edin bu kelebeğin nereye uçtuğunu nereye uçabileceğini tahmin edebilir, görebilirsiniz. Şimdi  o kelebeği yakalayıp avucunuzun içine aldığınızı düşünün, şuan kelebek avucunuzda içeride olduğunu biliyoruz.

Avucunuzu sıkarak kelebeğe hiçbir hareket imkanı tanımayarak onun tam olarak hareket edemeyeceğini hiçbir yere gidemeyeceğini bildiğimiz için konumunu, hızı gibi özellikleri tespit edebiliriz. Şimdi biz bu kelebeğe yaptığımız şeyi bir fotona yapacak olsaydık yani havadan tutup avucumuza aldığımız fotonun nerede olduğunu biliyoruz.

Avucumuzun içinde ama nerde?

Avucumun neresinde altında mı üstünde mi? Nerede? Şimdi kelebeğe yaptığımız gibi sıkıştırmaya başlayalım fotonu, içerideki boşluğu her geçen saniye daha da azaltırsam bu fotonu sabit bir noktaya sabitleyebilir miyiz?

İşte bu noktada Heisenberg belirsizlik ilkesi devreye giriyor çünkü ben fotonun hareket edebileceği alanı daralttıkça fotonun konumunun belirsizliği daha da artıyor yani bizim dünyamızda olanın tam tersi oluyor. Fotonun alanını daralttıkça bulunduğu konum daha da belirsizleşirken bizim dünyamızda konum belirginleşir.

Peki neden böyle oluyor?

Bu noktada da Süper Pozisyon dediğimiz şey devreye giriyor. Kuantum evreninde herhangi bir parçanın yerini bulmak imkansız çünkü hem bir parça gibi hareket ediyorlar hem de bir dalga gibi hareket ediyorlar ve hareket alanlarınıda kısıtladıkça onları bulmak daha da zorlaşıyor.

İşte o yarık deneyinde farklı sonuçlar çıkmasının sebebi de bu çünkü siz parçacığın hareketini gözlemlemeye başladığınız zaman bir sensör ile onun tam olarak nerde olduğunu görmezsiniz. Siz sadece gözlemlediğiniz zaman herhangi bir parçanın herhangi bir konumunu gözlemliyorsunuz, ona denk geliyorsunuz yani gördüğünüze denk geliyorsunuz bu deneyi tekrarlarsanız artık aynı sonucu elde etmenizde mümkün bu yüzden de olmuyor.

İşte Heisenberg belirsizlik ilkesi atom altı parçacıkların net olarak hızını, momentumunu, konumunu bulamazsınız der ama en azından tahminen nerede olabileceğini sadece tahmin edebilirsiniz. Yani örneğimizdeki sorunun cevabını bu ilke şöyle cevaplar avucumuzda bulunan fotonun avcumuzda ki bir bölgede olduğunu cevaplayabilir fazlasını yapmak ise imkansızdır.

Bu ilkeden sonra bilim adamlarının testlerine tabi tutulan bu ilkeyi aşabilen ihlal edebilen hiçbir kimse şuana kadar olmamıştır buda Heisenberg’i haklı yapmıştır ve haklıdır…

Yazar: Kamil BULUT