Kuantal dünyada gerçekleşen olayları duyu organları ile algılayamıyoruz. Minicikler; gözle göremeyiz, kulağımızla duyamayız, onları doğrudan izleyemeyiz. Sadece deney düzenekleri -kara kutu gibi- tasarlıyoruz ve kuantal cisimleri o düzenek içine salıp bir şeyler yaparken bıraktıkları izlerden yola çıkarak tanımlıyoruz.
İnsan evrimi, beş duyumuz, dış dünyayı algılama şekli vs. makrodünyaya göre biçimlendi. O nedenle mikrodünyayı akılla bir miktar kavrayabilsek de gözümüzde canlandıramıyoruz, dille ifade etmeye kalkınca da gündelik hayatla çelişen ifadelere gönderme yapmaktan kaçınamıyoruz. Dil ve ikonlar gibi beynin iki büyük düşünme enstrümanını kullanamayınca geriye matematik kalıyor ki teorinin konunun uzmanı olmayanlar için bu kadar zorlu oluşunun nedeni, basit kavramlarla açıklanamayan çok güçlü bir matematiksel iskelet üzerine oturtulmuş olmasıdır.
Matematikçiler cisimleri 5-6 boyutlu düşünebilirler. Bunu, kafalarında birkaç boyutu birden canlandırma alıştırmalarını çok yaptıkları için ve o boyutları gerektiren cisimlerin nasıl görüneceğine dair olan teoremleri akılda tutarak beceriyorlar. Fizikçiler de yıllar içinde “kuantal bir sağduyu” geliştirmişler.
Kuantum fiziğinin betimlediği uzayda ne maddenin ne de ışığın tek başına bir yeri var. Bir “şey”in varlığının teori tarafından kabul edilmesi için, bu varlığın noktasal parçacık ve dalgasal (ışık) etkinliklerinin özelliklerini bir arada bulundurması gerekiyor; ki buna da dalgaparçacık deniyor. Klasik fizikteki terimleri kuantal dünyaya doğrudan uyarlayamadığımız gibi o “dalgaparçacık”ların klasik fizikte görülmeyen yepyeni huyları var. Bu nesneler fludur, çevreleri ve özellikleri değişkendir, klasik anlamda bir yörüngeye sahip değildir. Kuantal dünyada bir parçacığın, bir sistemin durumu bir olanak tayfına sahiptir, durum çoğulluğu söz konusudur. Bir parçacığın birden fazla konuma sahip olması ya da aynı atomun aynı anda birkaç enerji miktarını barındırması gibi.
Bu işaret (Yunan alfabesinden; psi) nam-ı diğer dalga fonksiyonu. Schrödinger’in denklemini yazdığı, klasik fizikte olmayan, kuantum kuramının ise temel direği olan kavram. Neyi ifade ediyor: Olasılık dalgası olarak da geçiyor ama kendi başına bir anlamı, fiziksel karşılığı yok. Ama karesini aldığımızda çıkan sonuç yorumlanabiliyor.
Klasik fizikte bir parçacığın her bir durumu nasıl konum ve momentum değerleri ile belirleniyorsa, kuantum fiziğinde mikroskopik sistemin her bir durumunu belirleyen, o duruma karşılık gelen bir dalga fonksiyonu (Ψ) vardır.
Kuantum dünyasında, bir varlık hakkında sahip olabileceğimiz en fazla bilgi onun belli bir zamanda belli bir yerde/durumda bulunmasının ne kadar olası olduğudur, son durak burasıdır. Bu olasılıkları hesaplamak için başlangıç koşullarını Schrödinger denklemine koyarız. Denklemi çözüp dalga fonksiyonunu buluruz ve sonucun karesini alırız: Örneğin; t anında x yerinde bulunma olasılığını verir.
Ψ gelecekte ölçülürse/gözlenirse dalga davranışı göstererek girişim yapabilir, ya da parçacık davranışı gösterebilir. İkisi de muhtemel. Nasıl davranacağını bizim hangi davranışını gözleyecek düzeneği kurmuş olmamız belirler. Saçma ama böyle. Deneyler bunun tartışılacak bir tarafı olmadığını defalarca göstermiş. (Gözlemci etkisi adıyla türlü açıklaması mevcut.) İki davranışı aynı anda gözleyemiyoruz.
Kuantal cisim, profilden bakınca dikdörtgen görünümlü, önden bakınca daire gibi görünen bir silindire benzetilebilir, dalga/parçacık özellikleri açısından. Bu mantıkla, dalga/parçacık ikiliğine dalga/parçacık tamamlayıcılığı olarak da bakabiliriz.
Başka bir metaforla: Sadece katıların olduğu bir dünyada yaşadığımızı düşünelim. Her şeyin sınırları ve belirli bir şekli var. Bu dünyada sıvı, gaz gibi belli bir şekli olmayan hiç bir madde yok. Bir gün bu dünyaya bir sıvı geliyor. Sıvıyı bardağa koyunca silindir şekilli sanıyoruz, tabağa koyunca yayvan şekilli sanıyoruz… Biz şekil üzerinden sıvıyı tanımlıyoruz ama aslında onun bir şekli yok -şekil kavramı sıvılar için tanımlı değil- . Sıvı sadece onu koyduğumuz kaba göre farklı bir sonuç/davranış gösteriyor bize. İşte kuantal dünyanın Ψ’si, bizim klasik dünyamıza giren bir sıvı gibi. Üstelik, onu ölçtüğümüz anda olasılık dünyasından çıkıyor ve bize klasik dünyanın diliyle anladığımız ipuçları, izler veriyor. Ölçme işlemi, kuantal sistemleri klasik dünyaya taşıyan, henüz tam anlaşılamamış bir temas noktası.
Kısaca: Bilim, şu ana kadar keşfettiği kısmıyla şöyle ifade ediyor: İki dünya var, biri kuantal (mikro), biri klasik (makro). Klasik dünyada biz varız, ağaçlar, yıldızlar, çiçek böcek, moleküller… Kuantalde ise, elektronlar, protonlar, fotonlar… Bu iki dünyanın kendine has yasaları var, birbirine bağlayamadık bir türlü ama uğraşıyoruz. Arada bir kopukluk olması ilginç, çünkü makrodünya mikrodünyadaki cisimlerden oluşuyor.
Kuantum Olaylarını Günlük Dile Çevirmeye Kalkınca Olanlar
Akıllara zarar cümleler duyabiliriz: Ayşe, aynı anda her iki binada da bulunuyordu/O anda 50 ve 80 km hızla gidiyordum/Gelecekten geçmişe haber iletiliyor/ Sonuçlar neden olan şeyden önce gerçekleşiyor/Bir evladınız var; hem sarı saçlı mavi gözlü bir kız, hem de esmer, dalyan gibi bir delikanlı vb.
Beynimiz; çıkarsamalar yapar, az veriyle anlamı kolayca fark edebilir; bir konuyu anlamaya çalışırken bir iki muğlak kelimeyi bağlam içinde öğütebilir. Lakin, kuantum fiziğinde konuyu anlamaya yarayan temel kavramların çoğu, benzetme yapmak için anlamı dışında kullanılıyor:
- Ψ’ye olasılık dalgası diyoruz ama; bildiğimiz dalga değil; ne mekanik ne de elektromanyetik bir dalgadır kendileri. Born, “Onu fiziksel bir dalga olarak görmemek lazım” demiş.
- Spin (ing: dönme, dönüş) denen, madde yapısının temelinde bulunan, bir yöne doğru olma özelliği de klasik fizikte olmayan bir kavram. Spin dediğimizde bildiğimiz anlamda bir dönme hareketinden söz etmiyoruz. Anlayalım diye öyle deniyor.
- Süperpozisyon (üst üste gelme) da aynı anda pek çok yerde bulunmak olarak ifade ediliyor ama aslında kuantal cisimlerin belli bir yörüngeleri yok ve olasılıklarının üst üste gelmesi söz konusu.
- Kuramdaki olasılık kavramı da istatistikte bildiğimiz olasılık kavramından farklı; istatistikte bir parayı atınca %50 yazı, %50 tura gelmesinden söz edilir. Kuantumdaki olasılık ise; örneğin 100 parayı attığında -yani atma işlemi defalarca tekrarlandığında- gerçekleşecek olasılıklardır.
- Belirsizlik ilkesinde; günlük kullandığımız anlamda belirsiz olan bir şey yok; kuantal sistemin iki ayrı özelliğinin -klasik sistemlerin aksine- aynı anda tanımlı olmaması durumu var.
- Parçacıklar gerçekte nedir bilmiyoruz, kuark diyoruz ama neye benzer bilmiyoruz. Parçacıklar noktasal mıdır bilmiyoruz; bazıları iplik gibidir, zar gibidir diyor örneğin.
- Bunlar yetmezmiş gibi birazcık matematiğine bakayım, belki daha iyi anlarım diyecek olursanız; kuramda kullanılan temel kavramlardan biri olan vektörün de bildiğimiz vektör olmadığını anlıyorsunuz.
Temel bir deney olan çift yarık deneyi, dolanıklık, ölçme problemi, gözlemci etkisi gibi fizikçilerin bile tam açıklamasını henüz yapamadığı olgular var.
Fizik camiası kuantal dünyaya ait yeterince yeni terim üretmiş olsaydı sağduyuya aykırı olsa da daha iyi anlardık sanırım. Olgular yeniyse, onu tarif eden sözcükler de başka çağrışımlara yol açmayan yepyeni sözcükler olmalı değil mi?