Kuantum ve Maddenin Gerçeği Zamansızlık ve Kader Modern Fizik Parçacık Fiziği ve Yoktan Yaratılış Diğer

Heisenberg Belirsizlik İlkesi

Kuantum fiziğinin kuruluş yıllarında, Werner Heisenberg tarafından bilim dünyasında müthiş yankı uyandıran bir ilke ortaya atılmıştır. Bu ilke “Heisenberg Belirsizlik Prensibi” olarak bilinir. Heisenberg Belirsizlik Prensibinin fizikte çok önemli bir yeri vardır. Ancak, bu prensip aynı şekilde hayata bakışı derinden etkileyen bir gerçeği ifade eder. Bu ilkeye iki şekilde bakılabilmektedir. Biri klasik fizik anlayışıyla, diğeri modern fizik anlayışıyladır. Her iki bakış açısından da büyük anlamlar çıkmaktadır.

ucak
Fizikte gözlem temel çıkış noktasıdır. Örneğin fizikçiler uçağın hızı, ağırlığı, konumu ve enerjisi gibi kavramlarla ilgilenirler. Gözlemlerden elde ettikleri verilerle gerçeğe dair modeller ortaya atarlar. Heisenberg Belirsizlik Prensibi gözlemlerimizin doğasına dair temel bazı bilgiler verir.

Heisenbergin Belirsizlik İlkesi, Madolyonun Birinci Yüzü

 

Bilimde en önemli hareket noktası gözlemdir. Gözlemler neticesinde varlığa dair bilgiler ediniriz. Ancak gözlem, Allah’ın bize izlettirdiği algıdan ibarettir. Heisenberg Belirsizlik İlkesi ile yeni tanışanlara genellikle klasik fizik bakış açısından bu ilke anlatılır. Fizikte çeşitli gözlem tipleri vardır. Bunlar konum, hız, enerji ve zaman gibi kavramlardır. Bu ilkeye göre varlığa ilişkin ölçümlerimiz hep kusurludur.

Heisenberg belirsizlik ilkesi anlatılırken genelde klasik fizikten yola çıkarak bir örnek sunulur. Bu örneğe göre: Bir mikroskop altında bir elektronu gözlemlediğimizi varsayalım. Elektronu gözlemleyebilmek için üzerine ışık düşürmek zorundayızdır. Ancak bu ışık elektronun hızını değiştirir. Böylece bir cismin aynı anda hem konumunu hem de hızını –cismi somut olarak var olduğunu  kabul etsek bile- belirleyemeyeceğimiz ortaya çıkar. Bu da varlığa dair bilgimizin hep sınırlı kalacağını gösterir.

tem
Heisenberg Belirsizlik İlkesininin en yaygın bilinen yorumuna göre bir elektron mikroskobu ile deney yaparken aynı anda elektronun hem hızını hem de konumunu mutlak kesinlikle bilebilmemiz mümkün değildir.

heisenberg
Aynı anda bir elektronun hem hızını hem de konumunu belirlemenin imkanı yoktur. Çünkü elektronu görmek için sisteme müdahale gerekiyor. Elektrona düşen ışık onun konumunu ve hızını değiştirir.
belirsizlik ilkesi
Meşhur Belirsizlik ilkesi formülleri. Kısaca bu formüller, bir cismi gözlemlediğimizde kaçınılmaz olarak hep hatalı verilere sahip olacağımızı anlatır.

Klasik olarak ele alındığında mikro dünyada yaşanan bu ilginç gerçeği Nobel Ödüllü fizikçi Leon M. Lederman ve Christopher T. Hill şu şekilde açıklıyor:
Kuantum dünyasında bu kabus bir gerçekliktir. Bir elektronun momentumunu (ya da hızını) kesin olarak bilebiliriz; ne var ki bu durumda elektron uzayda herhangi bir yerde olabilir. Ya da, onun tam olarak nerede olduğunu belirleyebiliriz, ama bu sefer de aynı anda birçok olası momentuma (ya da hıza) sahip olacaktır. Elektronun bulunma olasılığını uzayın belli bir bölgesine sıkıştırarak konumunu “belli bir oranda” belirleyebiliriz; aynı şekilde momentumunu da “belli bir oranda” belirleyebiliriz; böylece belirsizliği iki nicelik arasında dağıtmış oluruz. Elektronun konumunu daha dar bir alana sıkıştırdığımızda momentumu daha belirsiz bir hale gelir. Elektronu gittikçe daha küçük bir hacme sıkıştırmanın gittikçe daha büyük bir kuvvet gerektirdiğini göreceğiz; çünkü belirsizliğin artışı ile birlikte momentumdaki dalgalanmalar da büyüyecek. 

Heisenberg Belirsizlik İlkesi ve Laplace Determinizmin Sonu

 

Evrendeki düzen, özellikle Newton’dan beri matematiksel formüllerle anlatılır. Fizikçiler bu matematiksel formülleri kullanarak ve ölçümler yaparak çeşitli tahminlerde bulunurlar. Newton’dan beri evrenle ilgili pek çok gözlem yaptık ve pek çok hassas düzen keşfettik. Dolayısıyla, düzeni tasvir eden formül sayısı oldukça arttı. Ancak ilginçtir, bazı fizikçiler düzeni anlatan kanunları adeta yaratıcı gibi görmeye başladılar. (Allah’ı tenzih ederiz.) Evreni de bu mekanik kurallara göre kendi kendine işleyen bir saat gibi düşünmeye başladılar. (Allah’ı tenzih ederiz.) Buna mekanik felsefe de denir.  Bu görüşün artık doğru olmadığı bilimsel olarak anlaşılmıştır. Six Roads From Newton ( Newton’dan Altı Yol ) adlı kitabında Edward Speyer bu gerçeği şu sözleriyle itiraf eder:
Sebep ve sonuç arasında birebir ilişki bunu yapmayacak; büyük saat mekanizması bozuldu; hatta Einstein bile tekrar saati kuramadı.
ordu
Büyük İslam Alimi Bediüzzaman Said Nursi Allah’ın evreni her an kontrolü altında tutuşunu karamakta zorlananların durumunu hikmetli bir örnekle açıklar. Bir geçit törenindeki askerleri gözlemleyen birini düşünün. Bu kişi askerlerdeki düzenli hareketleri incelesin. Eğer bu kişi askerlerin olağanüstü organizasyonunu ve şuurlu davranışlarını inkar etse ve bu düzenin kaynağının adeta görünmez iplerle askerlere zorla yaptırılan hareketler olduğunu söylese ne düşünürsünüz? İşte mekanik felsefeye bağlı materyalistlerin durumu da buna benzer. Allah’ın her an yarattığı düzenin bir ifadesi olan matematiksel formülleri ve yasaların kendilerini bir yaratıcı gibi kabul ederler. Kendilerini bu batıl inançları nedeniyle küçük düşürürler.

Mekanik felsefeye bağlı materyalistler, Allah’ın evrendeki her an devam eden azametli yaratışının bir ifadesi olan fizik kanunları hakkındaki batıl zanlarını zamana yayınca determinizm adlı, bir felsefeye kapıldılar. Eğer bütün kanunları ve mevcut herhangi bir andaki gözlem değerlerini bilirlerse, evrenin geçmişten geleceğe tamamen davranışını bulabileceklerini düşündüler. Buna göre, ellerinde eksik olan en temel bilgi veri eksikliğidir. Bugün bu anlayışın artık doğru olmadığı çeşitli açılardan biliniyor.

Heisenberg Belirsizlik İlkesini anlatırken aslında olmayan bir dünyadan bahsettik. Kavramları anlatabilmek için klasik fiziğin bakış açısı ile yola çıktık. Elektronu maddi bir varlıkmış gibi anlattık. Neticesinde bilgimizin sınırlı olduğunu ve ölçüm değerlerimizin hatalı olduğunu gördük. Heisenberg belirsizlik ilkesi hatamızın miktarı hakkında bir fikir verir. Bu haliyle bile bu ilke materyalist dünya görüşünün hatalarını gösterir. Elimizde hatalı veriler var ise, tahminlerimizde de hatalar olacaktır. Bu da bilimin sınırlı olduğunu, pozitivizm felsefesini, yani doğruya bilimle erişilir mantığının, gerçeği yansıtmadığını ortaya koyar. Bu yüzden determinist felsefenin bağlıları büyük bir mutsuzluğa düşmüşlerdir. Nitekim bu gerçek fizikçi Alastair I. M. Rae tarafından şu şekilde belirtilir:

...Bölüm 1’de belirttiğimiz gibi, kuantum fiziğinin belirlediği, en azından bazı olayların temelde önceden kestirilemeyeceği sonucu, evrenin davranışı mekanik yasaları ile yönetilir savını sürdüren fiziğin klasik bakışı ile tümden çelişir. Klasik olarak, parçacıkların belirli kuvvetlerin etkisi altında hareket ettiği düşünülmüştür ve eğer tüm bu kuvvetler parçacıkların herhangi bir andaki konum ve hızları ile beraber biliniyorsa bir fiziksel sistemin daha sonraki davranışı önceden kestirilebilir. Kuşkusuz, bu tür hesaplamalar sadece basit durumlara uygulanabilir ancak kural olarak herhangi fiziksel bir sistemin, tüm evrenin bile, davranışını önceden kestirmek olasıdır.
Kuantum fiziği bu deterministik bakışı yok etmiştir ve indeterminizm ve belirsizlik, kuramın temelinde yapılanmıştır. Genelde fiziksel bir sistemin daha sonraki davranışı, şimdiki durumu ne kadar kesin bilinirse bilinsin, önceden kestirilemez.

heisenberg
Tarihin en büyük fizikçilerinden olan Werner Heisenberg fizikteki materyalist iddiaları çeşitli açılardan yıkan biridir. Bunlardan biri 1927 yılında dile getirdiği Heisenberg Belirsizlik İlkesidir. Bu ilkenin yaygın bilinen yorumuna göre, aynı anda bir cismin hem konumunu hem hızını mutlak bir kesinlikle bilmemize imkan yoktur. Bu, pek çok materyalist fizikçiyi derinden etkiledi. Çünkü varlığa ilişkin bilgi eksikliğimiz, erişebileceğimiz bilginin de sınırlı olduğunu gösteriyordu.

Belirsizlik İlkesi Maddenin Gerçeğini Anlatır, Madalyonun İkinci Yüzü


Buraya kadar belirsizlik ilkesini klasik bir bakış açısı ile gördük. Bu konunun ne anlama geldiğini anlatabilmek için uygulanan bir teknik idi. Ancak bu ilkenin daha derin anlamları vardır. Bu gerçek, dünyanın en çok okunan fizik ders kitaplarından birinde şöyle ifade edilir:

Önceki gibi argümanlar, yüzeysel olarak ilgi çekici olmasına rağmen, dikkatlice yaklaşılmalıdır. Yukarıdaki argüman elektronun herhangi bir anda kesin bir konum ve momentuma sahip olabileceğini ve ölçüm sürecinin ΔxΔp belirsizliğini ortaya çıkarttığını ima etmektedir. Aksine, bu belirsizlik hareket eden cismin doğasında vardır. ...
Not: ΔxΔp Konumdaki belirsizlik ile momentumdaki belirsizliğin çarpımı demektir.

Önceden de gördüğümüz gibi aslında elektron gibi yapıtaşları, maddi parçacık olarak değil, kuantum dalgaları adlı matematiksel kavramlarla ifade edilir. Kuantum fiziğinde ölçüm yaptığınızda, aslında siz var olan bir sistemin belli bir değerini ölçmezsiniz. Aksine sistemi belli değerler almaya zorlarsınız. Ama hangi değerler alacağını kesinlikle bilemezsiniz. Bu değerler ölçmek istediğiniz fiziksel kavrama göre değişir. Örneğin elektronun konumunu ölçmek istediğinizde sistemi belli konum değerlerinden birini vermeye zorlarsınız. Hızını ölçmek istediğinizde de sistemi hız değerleri vermeye zorlarsınız. Ama hız sonucunu önceden bilemezsiniz. Nitekim bu gerçeği Michael A. Morrison şu şekilde belirtir:
Kuantum mekaniği bir parçacığın aynı zamanda hem kesin bir x (konum) değeri hem de kesin bir px (momentum, hız) değeri olamayacağını ispatlar.

 

Dolayısıyla gözlem kavramı aslında düşünüldüğünden çok daha değişiktir.

Gözlemler Sorduğunuz Sorulara Cevaplar Gibidir


gozlem
Modern fizik göstermiştir ki, gözlemler sorduğunuz bir soru gibidir. Gözlemler, saklı olan bir bilgiyi açığa çıkartmaz. Aksine gözlemle bir soru sorarsınız. Sistem bu cevaba uygun bir yapıya bürünür. Başka bir soru sorduğunuzda da ona uygun bir yapıya bürünür. Modern fizikteki bu önemli bulgu realist felsefeyi, yani gözlemciden bağımsız kendiliğinden var olan somut maddi bir dünya varsayımını kökünden yıkmıştır. Evrenin, idealist felsefenin dediği şekilde, yani Allah’ın yarattığı bir algılar bütünü olarak meydana getirildiğini göstermiştir.

Modern fizik göstermiştir ki, gözlemler sorduğunuz bir soru gibidir. Gözlemler, saklı olan bir bilgiyi açığa çıkartmaz. Aksine gözlemle bir soru sorarsınız. Sistem bu cevaba uygun bir yapıya bürünür. Başka bir soru sorduğunuzda da ona uygun bir yapıya bürünür. Seven Ideas That Shook The Universe adlı kitapta, Nathan Spielberg ve Bryon D. Anderson bu gerçeği teyid eden şu itirafı sözleri dikkat çekicidir:
Ölçmenin kuantum mekaniksel teorisine göre, gözlem elektronu normalde girmeyeceği bir kuantum durumuna girmeye zorlar. Ölçümden önce elektronun hangi yörüngede olduğu bulunamaz, aslında ölçüm onu herhangi bir yörüngeye koyar.

Werner Heisenberg modern fizikte algılayanın rolünü şu sözleriyle itiraf etmiştir:
Atomcu görüşü tutanlar şunu kabul etmek zorunda kalmışlardır ki, bilimler, artık insanla doğa arasındaki sonsuz diyaloglar zincirinin bir halkasıdır ve amacını kendinde bulan bir doğadan söz açılamayacaktır artık.

Yine bir başka sözünde Heisenberg konuyla ilgili şöyle der:
... modern doğa bilimleri bize şunu gösteriyor: Maddenin, başlangıçta son nesnel gerçek sayılan parçacıklarına artık “kendinden” bir şey gözüyle bakamayız; bunlar zaman ve uzay içinde nesnel olarak saptanamazlar ve elimizde bilim konusu olarak yalnız bu parçacıklar üstüne bilgimiz var. Buna göre, atomlarla onların “kendinden”, yani deneysel gözlemden bağımsız, devinimlerine ait bilgi, araştırma konusu olmaktan çıkmıştır artık. Biz, daha çok şimdi, insanla doğa arasındaki karşılıklı konuşmanın (ki bilim bunun bir parçasıdır) tam ortasındayız. Öyle ki dünyanın öznel ve nesnel, iç ve dış dünya, beden ve ruh diye keyfe bağlı olarak ikiye bölünüşü artık uygulanmamakla kalmıyor, bir takım güçlükler de doğuyor. Doğa bilimleri içinde araştırma konusu artık salt doğa değil, insan tarafından soru yağmuruna tutulan doğadır, bu ölçüde de insan, yine karşısında kendinden başka şey bulamamaktadır.

Elbette ki doğanın kendisi şuursuzdur. Ne akıl erdirebilir, ne de konuşabilir. O’na bu olağanüstü hali Allah verir. Bizler yalnızca içimizdeki kopya görüntülerle muhatabız. Bu görüntüler bir mucize olarak yaratılır. Mevcut bilimsel gelişmeler de bu gerçeğe şahitlik eder.

Aynı anda birbirinden farklı iki soru sorup iki bambaşka cevap alamadığınız gibi aynı anda iki farklı tip gözlem yapmak da mümkün değildir. Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi bu büyük gerçekle ilgilidir. Nitekim bu gerçek, dünyada en yaygın okunan fizikçilerden olan John Gribbin tarafından şu şekilde belirtilmiştir:

Kuantum fiziğinde belirsizlik kesin ve belli bir şeydir. Eşlenik değişkenler olarak bilinen parametre çiftleri vardır ki, bunların her biri aynı anda kesin belirlenmiş değerlere sahip olamazlar. Bu belirsiz çiftlerin en önemlileri konum/momentum ve enerji zamandır.
Konum/momentum belirsizliği orijinal ilk örnektir ki bu ilk defa Werner Heisenber tarafından 1927 yılında tasvir edilmiştir. Bu şu anlama gelmektedir: Hiçbir varlık aynı anda tam  belirlenmiş momentum ( Bu esas itibari ile hız demektir) ve tam belirlenmiş pozisyona sahip değildir. Bu bizim ölçüm cihazımızın eksikliğinden kaynaklanan bir netice değildir. Bu sadece, örneğin bir elektronun, aynı anda hem konumunu hem momentumunu ölçemeyiz demek değildir. Bu bir elektronun aynı anda belli bir konum ve belli bir momentuma sahip olmaması demektir. Herhangi bir anda, elektronun kendisi nerede olduğunu ve nereye gittiğini bilemez. (Bazı referans kitapları hala kuantum belirsizliğinin yalnızca pozisyon ve momentumun aynı anda ölçmenin zorluğunun bir neticesidir diye anlatmaktadırlar; onlara inanmayın!) 

Kuantum fiziğinin kurulmasında ilk adımı atan meşhur fizikçi Max Planck ise Heisenberg belirsizlik ilkesi ve maddenin hakikati üzerine şu çarpıcı tespitleri yapıyor:
... Dalga mekaniğinin ilkelerinden biri olan Heisenberg kesinsizlik yasasına göre, belli bir hıza sahip bir elektronun konumu (yeri) tamamiyle belirsizdir. Yalnız elektronun yerini saptamanın olanaksızlığı anlamında değil, aynı zamanda belirli hiçbir yeri (konumu) olmadığı anlamındadır bu belirsizlik.

Klasik fizik algılarımıza bağımsız bir varlık atfetmişti. Bu varlıklara atfedilen fiziksel özelliklerin de değişmez ve yine bağımsız nitelikler olduğunu öne sürmüştü. Ancak görüldüğü üzere modern fizik bu düşüncelerin yanlışlığını bilimsel olarak ortaya koymuştur. Relativite teorisi ve Kuantum fiziği bu bakımdan aynı gerçeği anlatırlar. Nitekim modern fiziğin ulaştığı bu büyük gerçeği Lawrance Sklar şu sözleriyle itiraf eder:
Einstein’ın görelilik teorisi, uzunluk ve zaman aralığının, yalnızca hareketli referans sistemi seçimine bağlı varlıklara atfedilebileceğini göstermişti. Bohr bu benzerliğe dayanarak, sistemlere dalga ve parçacık görünümü gibi durumlar atfedilmesinin ancak ölçüm aleti seçimine bağlı olduğunu savundu. Girişim-ölçer cihazına göre ışık bir dalgaydı. Foton parçacığı algılayıcısına göre ise ışık tanecikliydi. Herhangi bir deney cihazı seçimi olmadığında da hiçbir şeydi.

Görüldüğü üzere maddenin algı mertebesinde yaratıldığı teknik bir gerçektir. Modern fizik de buna şahitlik etmektedir. Heisenberg belirsizlik ilkesi gibi sıradışı ilginç bir başka prensip de kuantum tünel etkisi olarak bilinir. Bu bilimsel gerçek de materyalist anlayışın geçersizliğini çarpıcı bir şekilde ortaya koyar.

Kaynak:

Simetri ve Evrenin Görkemli Güzelliğini Anlamak, Leon M. Lederman, Christopher T. Hill, Güncel Yayıncılık, Mayıs 2005, Sayfa 274

Six Roads From Newton, Great Discoveries In Physics, Edward Speyer, Wiley Popular Science, John Wiley & Sons Inc. 1994, Sayfa 131-132
Metnin İngilizcesi:
One-to-one correspondence between cause and effect will not do; the Great Clockwork is broken, and not even Einstein could it up again.

Twentieth Century Pyhsics Volume 1, Edited by Laurie M. Brown, Abraham Pais, Sir Brian Pippard, Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia and American Institute Of Physics Press New York; Chapter 3 Quanta and Quantum Mechanics Helmut Rechenberg, Sayfa 223

İlgili Metin:
Belirsizlik ilkeleri ilk olarak kuantum teorisinde temel niceliklerin tam bir bilgisinin bulunamayacağını göstermektedir. Bu bilgi, klasik teoride nedensel bağlantıları kurmak için şarttır. Belirsizliğin ikinci sonucu ise bu tür kusurlu bilinen bir sistemde, gelecek davranışın da kusurlu yani istatistiki bir şekilde tahmin edilebileciğidir.
İlgili Metnin İngilizcesi:
The uncertainity relations show first that an exact knowledge of the essential quantities, which are necessary to fix the causal connection in the classical theory, cannot be obtained in quantum theory. The second consequence of the uncertainty consists in the fact that also the future behaviour of such an inaccurately known system can only be predicted in an inaccurate way, namely statistically.

Kuantum Fiziği  Yanılsama mı Gerçek mi?, Alastair I. M. Rae, Evrim Yayınevi: Sayfa 37, 38, 39

Concepts of Modern Pysics, Arthur Beiser, McGraw-Hill, Inc., 5.th Edition, 1995, Sayfa 113
Metnin İngilizcesi:
Arguments like the preceding one, although superficially attractive, must be approached with caution. The argument above implies that the electron can possess a definite position and momentum at any instant and that it is the measurement process that introduces the indeterminacy in DxDp. On the contrary, this indeterminacy is inherent in the nature of a moving body. ...

Understanding Quantum Physics, A User’s Manual, Michael A Morrison, Prentice-Hall Inc. , Sayfa 10
Metnin İngilizcesi:
Quantum Mechanics proves that a particle cannot simultaneously have a precise value of x and a precise value of px.

Seven Ideas That Shook The Universe, Nathan Spielberg, Bryon D. Anderson, John Wiley & Sons, Inc. Second Edition, 1995, Sayfa 300
Metnin İngilizcesi:
According to the quantum mechanical theory of measurement, the act of observation of the electron will force it into a particular quantum state that it would not otherwise have entered. Before the measurement it was not known in which orbit the electron could be found; the measurement actually “put” it into some orbit.

Çağdaş Fizikte Doğa, Werner Heisenberg, Çan Yayınları, 1968, Sayfa 19

Çağdaş Fizikte Doğa, Werner Heisenberg, Çan Yayınları, 1968, Sayfa 27-28

Q is for Quantum Particle Physics From A to Z, John Gribbin, Sayfa 509
Metnin İngilizcesi:
In quantum physics, uncertainty is a precise and definite thing. There are pairs of parameters, known as conjugate variables, for which it is impossible to have a precisely determined value of each member of the pair at the same time. The most important of these uncertain pairs are position/momentum and energy/time.
The position/momentum uncertainty is the archetypal example, first described by Werner Heisenber in 1927. It means that no entity can have both a precisely determined momentum (which essentially means velocity) and a precisely determined position at the same time. This is not the result of deficiencies of our measuring apparatus- it is not just that we cannot measure both the position and momentum of, say, an electron at the same time, but that an electron does not have both a precise position and a precise momentum at the same time. At any instant, the electron itself cannot know both where it is and where it is going. (Some reference books still tell you that quantum uncertainty is solely a result of the difficulty of measuring position and momentum at the same time; do not believe them!)

Modern Doğa Anlayışı ve Kuantum Teorisine Giriş, Max Planck, Belge Yayınları, İkinci Baskı Ocak 2007,Sayfa 99

Philosophy of Physics, Lawrence Sklar, Westview Press, Inc. , 1992, Sayfa 174
Metnin İngilizcesi:
Relying on analogy with Einstein’s relativistic demonstration that lenth and time interval were attributable to things only relative to the choice of a particular motional reference frame, Bohr argued that the attribution of states to systems – in the sense of attributing to them such features as wave or particles aspects – was relative only to a choice of measuring apparatus. Relative to an interferometric experimental device, the light was wavelike. Relative to a photon particle-detecting device, it was particulate. Not relative to a specified choice of experimetal device it wasn’t anything at all.