Büyük Tasarım

61
mez  veya  bir  su  molekülünü  bilmek  size  bir  gölün  nasıl  davrana­
cağını  hakkında  çok  bir  şey  söylemez.  Kuantum  etki  alanından 
Newton  yasalarının  nasıl  çıktığını  bulmak  için  fizikçiler  hâlâ  ça­
lışmakta.  Kesin  olarak  bildiğimiz  şey,  bütün  nesnelerin  bileşen­
lerinin  kuantum  fiziği  yasalarına  uyduğu  ve  Newton  yasalarının, 
kuantum  bileşenlerinden  oluşan  çok  daha  makroskobik  nesnele­
ri tanımlamak için iyi bir kestirim sunduğudur.
Bu  nedenle  Newtoncu  kuramın  öngörüleri,  etrafımızdaki  dün­
yayı  deneyimlerken  geliştirdiğimiz  gerçeklik  görüşümüze  uygun­
dur.  Ancak  kendi  başlarına  atomlar  ve  moleküller,  bizim  günde­
lik  deneyimlerimize  tamamen  aykırı  bir  davranış  sergilerler.  Ku­
antum  fiziği  bize  evrenin  bir  resmini  sunan  yeni  model  bir  ger­
çekliktir.  Bu  resimde,  gerçekliği  sezgisel  olarak  algılayışımızın  te­
meli olan pek çok kavram artık bir anlam taşımıyor.
Çift  yarık  deneyi  ilk  kez  1927’de,  Bell  Laboratuvarı’nda  de­
neysel  fizikçi  olarak  görev  yapan  ve  -buckytoplarından  çok  da­
ha  basit  nesneler  olan-  elektron  ışınlarının  nikelden  yapılma  bir 
kristal  ile  etkileşimi  üzerinde  çalışan,  Clinton  Davisson  ve  Les­
ter  Germer  tarafından  gerçekleştirildi.  Elektron  gibi  madde  par­
çacıklarının  su  dalgaları  gibi  hareket  ediyor  olduğu  gerçeği,  ku­
antum  fiziğine  ilham  veren  şaşırtıcı  sonuçlardan  biridir.  Bu  dav­
ranış makroskobik ölçekte gözlemlenmediğinden, ne büyüklük-
Young'ın deneyi Buckytoplarının oluşturduğu desene ışığın dalga kuramından aşinayız.

---

62
te  ve  karmaşıklıkta  bir  nesnenin  dalga  benzeri  özellikler  göstere­
bileceğini bilim insanları uzun süre merak ettiler. Bu etki insanla­
rı  veya  suaygırlarını  kullanarak  gösterilebilseydi  oldukça  büyük 
bir  gürültü  kopardı,  ama  dediğimiz  gibi,  genellikle  nesne  ne  ka­
dar büyükse kuantum etkilerinin görünürlüğü ve gücü de o ölçü­
de  küçüktür.  Yani  hayvanat  bahçesindeki  herhangi  bir  hayvanın 
kafeslerinin  parmaklıkları  arasından  bir  dalga  gibi  geçmeleri  pek 
mümkün  değil.  Yine  de,  deneysel  fizikçiler  dalga  hareketi  feno­
menini  giderek  daha  büyük  parçacıklarda  gözlemliyorlar.  Bilim 
insanları  buckytoplarıyla  yaptıkları  deneyi  bir  gün  yalnızca  çok 
daha  büyük  olmakla  kalmayıp  aynı  zamanda  canlı  bir  varlık  ola­
rak değerlendirilen bir virüs kullanarak yapmayı ümit ediyorlar.
Bir  sonraki  bölümde  yapacağımız  tartışma  için  kuantum  fizi­
ğinin  sadece  bazı  özelliklerinin  anlaşılması  gerekiyor.  En  temel 
özelliklerinden  biri  dalga/parçacık  ikiliğidir.  Madde  parçacıkla­
rının  bir  dalga  gibi  davranması  herkesi  şaşırtır.  Ancak  ışığın  bir 
dalga  gibi  davranması  artık  kimseyi  şaşırtmıyor.  Işığın  dalga  ha­
reketi  bize  doğal  geliyor  ve  neredeyse  iki  yüzyıldır  kabul  edilmiş 
bir  gerçek  olarak  değerlendiriliyor.  Yukarıdaki  deneyde  bir  ışık 
demetini  iki  yarıktan  geçirdiğinizde  iki  dalga  ortaya  çıkar  ve  ar­
kadaki  perdede  buluşur.  Bazı  noktalarda  dalgaların  tepeleri  ve 
çukurları  çakışır  ve  parlak  bir  nokta  oluşturur;  diğerlerinde  ise 
bir  dalganın  tepesi  ile  diğer  dalganın  çukuru  çakışarak  birbirleri­
ni  sönümler  ve  karanlık  noktalar  oluştururlar.  İngiliz  fizikçi  Tho- 
mas  Young  bu  deneyi  19.  yüzyılın  başlarında  yaptı  ve  insanlar 
ışığın  Newton’ın  inandığı  gibi  parçacıklardan  değil  dalgalardan 
oluştuğuna ikna oldular.
Newton’ın  ışığın  bir  dalga  olmadığını  söylerken  yanıldığı  sonu­
cuna  varılabilir,  ama  parçacıklardan  oluşmuş  gibi  davranabildiği- 
ni  söylerken  haklıydı.  Günümüzde  bu  parçacıklara  foton  diyoruz. 
Biz nasıl çok  büyük  sayıda atomdan oluşuyorsak, gündelik haya­
tımızda  gördüğümüz  ışık  da  çok  çok  fazla  sayıda  fotonun  bileş­
mesinden  oluşuyor  -  hatta  bir  vatlık  gece  lambaları  bile  her  sa­
niye  milyarlarca  foton  yayıyor.  Tek  bir  fotonu  görmek  genellik­
le  mümkün  değil,  ancak  laboratuvarda  ürettiğimiz,  tekli  fotonla- 
rın  akışından  oluşan  çok  zayıf  bir  ışık  demetinde  bireysel  foton- 
ları  saptayabiliyoruz,  tıpkı  bireysel  elektronları  veya  buckytopla- 
rını  saptayabildiğimiz  gibi.  Ve  yeterince  seyrek  bir  ışın  kullanarak 
Young’ın  deneyini  tekrarlayabiliyoruz;  fotonları  engelden  birer  bi­
rer geçiriyoruz ve ekrana ulaşan her bir foton arasında birkaç sa­
niye oluyor. Bunu yapıp daha sonra engelin arkasındaki ekranın

---

65
"Eğer bu doğruysa, dalga olduğunu düşündüğümüz her şey 
aslında parçacık ve parçacık olduğunu düşündüğümüz 
her şey aslında dalga."
üzerinde  kaydedilen  çarpışmaları  toplarsak,  elde  ettiğimiz  örün- 
tünün;  Davisson-Germer  deneyini  elektronları  (veya  buckytopla- 
rını)  ekrana  birer  birer  atarak  tekrarlasaydık  elde  edeceğimiz  gi­
rişim  örüntüsüyle  aynı  olacağını  görürüz. Bu  durum fizikçiler için 
çok  şaşırtıcı  bir  keşifti:  Parçacıklar  kendileriyle  girişim  gerçekleş- 
tirebiliyorsa, o zaman ışığın dalga özelliği yalnızca bir ışık demeti­
nin  veya  büyük  foton  topluluklarının  değil,  bireysel  parçacıkların 
da özelliğidir.
Kuantum  fiziğinin  temel  ilkelerinden  bir  diğeri  de,  Werner  He­
isenberg  tarafından  1926’da  formüle  edilmiş  olan  belirsizlik  il­
kesidir.  Belirsizlik  ilkesi  bize,  bir  parçacığın  konumu  ve  hızı  gi­
bi  belirli  verileri  aynı  anda  ölçme  yeteneğimizin  sınırlı  olduğunu 
söyler.  Belirsizlik  ilkesine  göre,  parçacığın  konumundaki  belir­
sizliği  momentumundaki  (parçacığın  kütlesi  çarpı  hızı)  belirsizli­
ği  ile  çarptığımızda  elde  edeceğimiz  sonuç  asla,  değişmez  bir  ni­
celik  olan  Planck  sabitinden*  daha  küçük  olamaz.  Biraz  tekerle­
me  gibi  olacak,  ama  işin  özünü  şöyle  anlatabiliriz:  Hızı  ne  kadar 
kesin  ölçerseniz,  konumu  o  kadar  az  kesin  ölçersiniz  veya  tam 
tersi.  Örneğin,  konumdaki  belirsizliği  yarıya  indirdiğinizde,  hızın 
belirsizliğini ikiye katlamış olursunuz. Gündelik yaşamda kullan-
* Planck Sabiti, Max Planck tarafından bulunmuştur. Bir parçacığın enerjisinin frekansına olan oranıdır. (ç.n.)

---