BELİRSİZLİK İLKESİ

200 yıl kadar önce Laplace, Newton kanunlarının ne kadar başarılı olduklarını dikkate alarak, “evrende mevcut maddelerin konumları, momentumları ve onların etkileyen güçler bilinirse, geçmiş hakkında bilgi sahibi olmak ve geleceği kesinlikle bilmek mümkündür”, demiştir.Bu sözler açıkca Laplace’in Newton’a duyduğu güvenin sonsuz olduğunu göstermektedir. Son yüzyıl içindeki gelişmeleri duysaydı, mezarında kahrolurdu herhalde Laplace. Aslında Newton’a bu kadar güvenmesi kendi hatası idi. Laplace’in bu sözleri onun kadere olan inancını da dile getiriyordu.Eğer cisimler değişmeyen bazı yasalara uyarak hareket ediyorlar ve o yasalar her zaman geçerliklerini koruyorlarsa, geleceği tahmin etmek mümkün olduğu gibi, geleceğin değişmeyeceğini de kabul etmek zorunluğu vardır diyordu, Laplace.Başka bir deyişle Laplace’e göre geleceğin akibeti geçmişte saptanmıştır. Bu durumda diyebiliriz ki Big Bang sırasında geleceğin akibeti, tabiri caiz ise, kaderi, saptanmış olmalıdır.Bu büyük sözlerin söylenişinin üzerinden 100 yıl geçtikten sonra, Alman asıllı ünlü fizikçi Werner Heisenberg (1901-1976), herşeyin bilinemeyeceğinin bir fizik yasası olduğunu bulmuş ve onu açıkca formüle etmiştir. Bu yasa Heisenberg’in belirsizlik (kesinsizlik) yasası olarak bilinir. Bu ilginç ve temel yasa için kuantum şüphe terimini de kullanmak mümkündür. Ama ben şüphe yerine belirsizlik terimini kullanmayı yeğliyorum.Heisenberg kuantum belirsizliğini atom düzeyinde tanımlamıştır.Ama bu kuramı evrensel boyutlarda da tanımlamak mümkündür.
Hatta diyebiliriz ki evrensel boyutlarda bu kuramın anlamı çok daha derin olup, yaratılışın gizemine ışık tutmaktadır. Orasına ilerde değineceğiz. Şimdilik her iki tanıma kısaca yer vereceğiz.Heisenberg belirsizlik kavramını 1920’li yılların sonlarına doğru somutlaştırmıştır.Kuantum belirsizlik aslında son derece belirli bir kuramdır.Kuantum zerreler, örneğin elektronlar için geçerili olup, önemli bir fizik yasasıdır.Bu yasaya göre elektronların yerini ve momentumlarını aynı anda ölçmek mümkün değildir. Burada kullanılan momentum bir yöne doğru hareket etmekte olan objenin hızı ve kütlesinin çarpımının ürünüdür.Günlük yaşamda hareket halinde olan zerrelerin yerini ve momentumlarını saptamak bir sorun oluşturmaz. Örneğin bilardo topunun bilardo masasının neresinde olduğunu, hızını ve yönünü aynı anda kolaylıkla biliriz.Kuantum varlıkları, örneğin elektron ve fotonları, yakından inceleyen Heisenberg, onların davranışlarının bilardo topunun davranışlarından çok farklı olduğunu gözlemlemiştir. Bu gözlem ilk bakışta insan aklı ve rasyonalitesi ile çelişiyor gibi görünmektedir ama, elektron ve fotonlarla ilgili dalga ve zerre düalitesi dikkate alınırsa, hiç de olağanüstü değildir.Elektron ve fotonların kuantum davranışlarını dalga ve zerre olarak tanımlamak mümkündür. Dalgaların uzayda yeri kesin değildir.O halde bu varlıkları uzayda kesin olarak lokalize etmek de mümkün değildir.Bunun daha iyi anlaşılması için somut bir örnek olarak deniz dalgalarını gösterebiliriz.Hareket halinde olan dalgayı bir nokta olarak belirtemezsiniz.Bazı yerlerde daha çok, diğer yerlerde daha az belirlidir.Heisenberg ayrıca bu zerrelerin yerlerinin kesinlik kazanması durumunda, momentumlarının giderek daha belirsiz olduğunu bulmuştur. Momentumlarının belirli olduğu durumlarda ise yerleri belirsizlik kazanmaktadır.Heisenberg bu iki belirsizliği matematiksel bir formülle bir araya getirmiştir.Ortaya çıkan formül Heisenberg’in belirsizlik ilişkisi olarak bilinir.
Bu belirsizlik doğanın en önemli temel yasalarından, hatta yapı taşlarından biridir.Örnek olarak en basit atom olan Hidrojene bakalım.Hidrojende yalnız tek bir protondan oluşan çekirdeğin etrafındaki bir yörüngede tek bir elektron dönmektedir. Bu elektronun yeri az çok bilinmektedir. Ama buna rağmen hızını ve momentumunu bilmeye olanak yoktur. Çünkü tek olmasına rağmen elektron, aynı zamanda dalga da olduğu için, Hidrojen çekirdeğinin etrafında bir bulut oluşturmaktadır. Elektronun oluşturduğu bu bulutun bazı yerlerinde daha çok, diğer yerlerinde daha az zaman geçirdiğini söyleyebilirsiniz.Kuantum belirsizlik için ilginç bulacağınız bir örnek daha verebilirim.Aslında bu örnek evrenin varoluş nedenine de ışık tutmaktadır ama, ona sonra değineceğiz. Bunda elektronun yeri ve momentumunda olduğu gibi, farklı bir çift kuantum niteliği ele alabiliriz. Onlar enerji ve zaman olsunlar.Heisenberg’in belirsizlik kuramı ile Einstein’ın özel görelik kuramını birleştirip, herhangi bir hacimdeki boş uzayı dikkatle izlerseniz, o boşlukta ne kadar enerji olduğunu bilemezsiniz. Bunu bilmeyen yalnız siz değilsiniz. Doğa da bilemez.Bu doğanın bilinmezlik yasasıdır.O boşluğu ne kadar kısa bir zaman için izlerseniz, enerji muhtevasından o kadar az emin olursunuz. O boşlukta enerji yok demeyin. Çünkü var! Çok kısa bir zaman için boşluğu enerji doldurur ama, belirsizlik ilişkisi tarafından saptanan belli bir zaman dilimi içinde yok olur gider. Enerjinin ömrü 10^-21 saniyedir.Yeri gelmişken bu enerjiden de kısaca bahsedeyim. Bu enerji kendini foton şeklinde belli edebilir. Hiç yoktan aniden ortaya çıkar ve çıktığı gibi hızla kaybolur gider. Bazı durumlarda bu enerji elektron kılığına da bürünebilir. Tabii yine belirsizlik ilişkisinin izin verdiği bir zaman dilimi içinde var olabilir. O sürenin sonunda yok olup gider.Bu kısa ömürlü varlıklar için yalancı zerreler (virtual particles) denir ve bu süreç kısaca vaküm dalgalanması olarak bilinir.Bütün bu gözlemleri evrenin başlangıcını simgeleyen bir model olarak kabul etmek mümkündür. Gözlemler diyorum, çünkü Casimir deneyi ile adı geçen yalancı zerrelerin varlığını göstermek mümkündür.Bu modelde vaküm da denen boş uzay, kuantum düzeyde müthiş bir etkinlik göstermektedir. Elektronlar, yalancı zerreler ve fotonlardan oluşan bir okyanus içine serpiştirilmiş elementer zerrelerdir. Bu okyanusda fotonlar ve yalancı zerreler birbirleri ile sürekli bir etkileşme halindedirler.Belirsizlik ilkesi ile ilgili önemli bir diğer sonuç da kuantum sistemlerinde hareketesizliğin olmamasıdır. Bu sistemde her şey sürekli bir hareket halindedir.Kuantum mekaniğinin hükmettiği bir alemde-ki sınırları bir atomla belirlenmiştir- zerrelerin davranışı geniş bir yelpaze oluşturur. Zerreler sert duvarlara penetre olabilirler ve geçmemeleri gereken engelleri aşarlar. Elektronlarına bağlı olarak atomlar farklı enerji düzeylerine sahip olabilirler. Aynı koşullar altında yapılan aynı deneyler her zaman aynı sonucu vermezler. Kuantum olguların sonuçlarını daha önceden saptamak mümkün değildir. Deneylerin sonucu da bir yelpaze oluşturur.
Sonuçlar olasalık dağılımı olarak ifade edilirler.Kuantum mekaniği her ne kadar kendini, yalnız mümkün olabilecek en küçük ölçüde belirtirse de, aynı zamanda irili ufaklı bütün kozmik yapıların ve evrenin gözlemlediğimiz şekilde ortaya çıkışından sorumludur. Bazı kuantum mekanik ilkelerden dolayı hızla genişleyen bir yalancı zerre, evreni oluşturmuştur. Kuantum mekanik dalgalanmalar yaratılışın ilk mikro saniyesi içinde maddenin ortaya çıkmasını sağlamış, daha sonra aynı ilkeler galaksilerin tohumunu atmıştır. Yıldızların merkezinde enerji kuantum ilkelere uyarak açığa çıkmaktadır. Mevcut bütün elementlerin varlık nedeni kuantum ilkeleridir.Kayalardan oluşan gezegenlerin varlık nedeni de kuantum yasalarıdır. Kayalar ve evrende mevcut her türlü katı ve solid yapı, kuantum mekanik süreçlere bağlı olarak ortaya çıkmışlardır. Dünyanın derinliklerinde açığa çıkan nükleer enerji de varlığını önemli bir ilke olan kuantum mekanik tünelleşmeye borçludur. Kimyasal bağlar ve elektron paylaşmak ana teması üzerine kurulan yaşam bile, kuantum mekanik bir süreçtir.