Kuantum teorisi, özellikle fizikle ilgilenmeyenler için oldukça karışık görülebilir. Fakat bu durum sadece bilimi takip etmeyenlerle ilişkili değildir. Birçok bilim takipçisi ve hatta fizikçi için bile kuantum dünyası gizemlerle dolu, oldukça karmaşık bir yapıdır. Bununla birlikte kuantum fiziği, insanlığın geliştirmiş olduğu en sıra dışı ve güçlü teorilerden biridir. Fizik biliminin derinliklerine bir yolculuk vadeden kuantum fiziği, çok büyük oranda atom atı parçacıklarla ilgilenir. Gama ışını, elektromanyetik radyasyonlar, x ışını ve elbette ışığın kendisi, kuantum fiziğinde ilgi alanlarını oluşturan ana hatlardır. Kuantum fiziği, çok büyük oranda Albert Einstein ile birlikte anılıyor olsa da insanlık olarak bu mekaniği keşfetmemizde rol oynamış oldukça önemli bazı bilim insanları da vardır.
İçindekiler
Kuantum Teorisi Nedir?
Kuantum teorisi, kuantum fiziği ya da kuantum mekaniği; atom altı parçacıklarla ilgilenen ve bu parçacıkların fizik kuralları ile olan ilişkisini inceleyen bir fizik dalıdır. “Dalga Mekaniği” ya da “Nicem Mekaniği” gibi isimlerle de bilinir. Bu fizik dalı temel olarak; proton, nötron, elektron gibi atom altı parçacıkların ve kuark gibi parçacıkların özelliklerini açıklamayı hedefler.
Kuantum fiziğinin çalışma alanları içerisinde ışık ve ışık hızı ile ilişkili fizik kanunları da vardır. Bununla birlikte “Kuantum” sözcüğü, Latince “Quantus” kelimesinden türetilmiştir. Latince bu sözcük, “Ne Kadar” ve “Ne Kadar Büyük” anlamlarına gelir. Kuantum fiziğinin günümüzde bu denli önemli olmasının en temel nedeni, her şeyin parçacıktan oluşmasıdır.
Her ne kadar bilim insanları nezdinde evrendeki her şeyin dalga ya da tanecik olup olmadığına ilişkin tartışma sürüyor olsa da kuantum teorisi, bu tartışmayı da önemli ölçüde değiştirmiştir. Özellikle söz konusu ışık olduğunda ışığın özünü oluşturan fotonların hareket kabiliyetleri, nesnelerin tanecik veya dalga olup olmadığına ilişkin birçok belirsizliği de beraberinde getirir. İşte kuantum, belirsizlikler evreninde insanlığın bir adım ileriye gidebilmesi için geliştirilen en etkili teoridir.
Kuantum Teorisinin Tarihçesi
Kuantum teorisi, tarihi açıdan birçok kırılma noktasından geçerek günümüze ulaşmıştır. Klasik mekanik ya da daha doğru bir tabirle klasik fizik, 19. Yüzyılın sonlarına kadar oldukça işlevsel şekilde kullanılmıştır. Klasik fiziğin evrene bakış açısı çok büyük oranda evrenin bir süreklilik içeriği şeklindeydi. 1900’lü yılların başında ise Max Planck, bu konuda önemli bir adım attı.
Planck yaptığı çalışmalar sonucunda enerjinin paketçilerden oluştuğu sonucuna vardır. Planck’ın çalışmaları deneysel çalışmalardı. Bu çalışmalar, 20. yüzyıla damga vuracak bir başka bilim insanını da harekete geçirdi. Albert Einstein Planck’ın yaptığı deneylerden yaklaşık olarak 5 yıl sonra enerjinin parçacıklardan oluştuğunu kanıtladı.
Bu, temel olarak ışığın ya da enerjinin herhangi bir süreklilik içermediği, yani “süreksiz” olduğunu anlamına geliyordu. Kuantum fiziğinin ilk adımı olan bu keşif, bugün evreni çok daha iyi anlamamızın da başlangıcı oldu. Aynı zamanda Planck ve Einstein’ın üzerinde çalıştığı kuantum teorisi, yeni bir paradigmanın doğmasını da sağladı.
O güne dek klasik bilim, özelikle atom altı parçacıkların davranışları hakkında sağlam açıklamalarda getiremiyordu. Aynı şekilde Einstein’ın çalışmaları ve Planck’ın deneyleri ile elde edilen bulgular da yine klasik fizik bakış açısıyla keşfedilebilen ya da matematiksel olarak kanıtlanabilen bilimsel savlar değildir. Bu, en genel anlamıyla insanlık olarak evrene ve bilime yeni bir bakış açısı geliştirmemiz anlamına geliyordu.
Kuantum Mekaniği
Kuantum teorisi, temel olarak kuantum mekaniğidir. Klasik mekanikten farklı olarak kuantum mekaniği, maddenin en küçük yapıtaşları ile ilgilenir. Her ne kadar Einstein ile daha çok anılıyor olsa da kuantum mekaniğinin temelleri Einstein’dan önce atılmıştır. Bu yeni mekanik ve fizik anlayışının gerçek anlamıyla ilk sıçrayışı 1900 ile 1930 yılları arasında oldu.
Bu süreçte kuantum üzerine çalışmalar yapan birçok bilim insanı, 30 yıl gibi kısa bir sürede bilimin ilerleyişine hayati düzeyde katkı sağlamayı başardı. Söz konusu 30 yıllık süreçte kuantum teorisi, üç önemli ilkeyi içerecek şekilde bilimsel paradigmanın merkezine yerleşti. Bu üç önemli ilkeden ilki nesnelere yüklenen ya da nesnelerin sahip olduğu niceliklerin özünü açıklamaya ilişkindir.
Kuantum teorisi, bu duruma matematiksel ve fiziksel olarak açıklık getirmeyi başardı. Klasik mekanik anlayışı ise kuantum devrimine kadar niceliksel bu tartışmanın tam aksi noktasında konumlanmıştı. Bu yeni mekanik anlayışıyla birlikte bilim dünyasının merkezine yerleşen bir diğer ilke ise ışık parçacıkları oldu.
Klasik mekanik anlayışına göre ışığın hareketi bir çeşit dalga hareketi olarak tanımlanıyordu. Bununla birlikte kuantumun yeni dünyası, ışığın zaman zaman parçacık gibi hareket edebildiğini de ortaya koydu. Meşhur çift yarık deneyi bu duruma verilebilecek en güzel örnektir. Son olarak kuantum devriminin üçüncü ilkesi ise maddelerin dalga gibi davranabileceği üzerineydi.
Newton’dan itibaren doruk noktaya ulaşan klasik mekanik anlayış, ışığın dalga gibi davrandığının yanı sıra maddenin de asla bir dalga olamayacağını iddia etti. Kuantum birlikte gelişen bilimsel paradigma, maddenin de dalga gibi davranabileceğini ortaya koydu.
Kuantum Teorisi Neden Bilim İçin Çok Önemli?
Kuantum teorisi, her şeyden önce klasik fiziğin açıklayamadığı birçok önemli noktayı açıklıyor olması nedeniyle önemlidir. Bununla birlikte kuantum fiziği, günümüzde elde ettiğimiz teknolojik gelişmelerin çok büyük bir bölümünde de rol oynadı. Bilgisayarların icat edilmesinden gelişmiş bilgisayarlar üretebilmemize, uzaya gönderilen araçların hesaplanmasından atom bombası gibi nükleer enerjinin efektif kullanımına kadar birçok noktada kuantum teorisinin izleri mevcuttur. Aynı zamanda gündelik yaşamın artık bir parçası haline dönüşen lazer teknolojisi de yine kuantum teorisinin armağanıdır. Yani, anlaşılacağı üzere kuantum, evrene bakış açımızı değiştirmekle kalmamış, buna ek olarak teknolojinin gelişerek insan yaşamının kolaylaşmasında da oldukça önemli bir rol oynamıştır.
