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

Atom Fiziği

demokritos


Eski Yunan Filozoflarından Demokritos varlığın atom denilen bölünmez, ayrılmaz ve katı maddi yapılardan oluştuğunu ileri sürmüştü. Felsefede bir düşünce konusu olan atomlar 19. ve 20 yüzyıl fiziğinde temel bir araştırma alanı olmuştur. Bölünmez bir bütün olduğu düşünülen atomun içinde ne olduğuna dair başlayan süreçte dünya tarihinin en ilginç cevabı ortaya çıktı. Önceleri, günlük hayattan gelen alışkanlıklarla oluşturulan atom modelleri, cevabı hiçlik olan bir sonuçla karşılaştı. Buna göre bir gözlemcinin olmadığı ve herhangi bir gözlem yapmadığı durumda atom diye bir somut yapıdan bahsedilemiyor. Bizim dış dünya ve madde olarak adlandırdığımız yapılar bir algılar bütünüdür. Bu şaşırtıcı bilgi, hayali bir düşünce değildir, modern fiziğin ulaştığı net bulgulardır.

Fiziğin Sıkıntısını Çektiği Önyargıları ve Bunu Aşması

 

İnsan psikolojisinin bir özelliği vardır. Bu, elindeki sınırlı bilgiyi genelleştirme eğilimidir. Bilim adamları deneylerden gelen gözlemlere -aslında bu verilerin miktarı çoğu zaman çok az olmasına rağmen- dayanarak varlığa ilişkin detaylı tasvirler yapabilirler. Yani gözlemden alınan bilgiden daha fazlası hayal edilir. Bu tür bir eğilim, bilimin ilerlemesinde kimi durumlarda işe yaradı. Ancak bu pratik bir yarardı. Gerçeğin kendisi değildi. Yine aynı yaklaşım fiziğin yaşadığı en büyük krizlerden birinin sebebi oldu. 19. yüzyılın sonlarından 1920’li yıllara kadar bu sancılı süreç böyle devam etti. Bu devirde, atomun yapısıyla ilgili günlük hayattakine benzer çeşitli modeller ileri sürüldü. Thomson’ın ortaya attığı üzümlü kek modeli, Bohr’un ortaya attığı gezegenlerin yıldızların etrafında dönmesinden esinlenerek öne sürülen model, bütün bunlar hep günlük hayatta karşılaşılan örneklerin atomun dünyasına uygulama çabasıydı. Peki atom denilen şey gerçekte neydi?

Atom Modelleri

 

Eski Yunan’daki felsefecilerden sonra, Isaac Newton, John Dalton ve Ludwing Boltzman gibi bilim adamları, atom kavramını çalışmalarında çeşitli fiziksel olayları açıklamada kullanılmışlardı. 1

Atomun yapısına dair detaylar ise daha sonraki yıllarda ortaya çıktı. Cambridge Üniversitesi’nin Cavendish Labaratuvarı’nda yaptığı deneylerle Joseph John Thomson adlı bilim adamı 1897 yılında elektrik akımlarının taşıyıcısı olan ve atomun temel yapıtaşlarından olan elektronu keşfetti. 2 Thomson mevcut bilgisini kullanarak, yukarıda da sözünü ettiğimiz insan psikolojisi ile bir atom modeli hayal etti. Thomson’a göre madde tıpkı bir üzümlü keke benzetilebilirdi. Bu modele göre üzümler elektronları temsil ederken gerisi de maddenin sürekli yapısını oluşturuyordu.

thomson
Thomson’ın öne sürdüğü model üzümlü kek modeli olarak da bilinir. Thomson atomda artı yükü kekteki hamur gibi hayal ederken, elektronu ise kekteki üzümler gibi hayal ediyordu. O’nun bu modelinin çeşitli deneyleri açıkladığını unutmayalım. Yukarıda anlattığımız eldeki bilgiden fazlasını hayal etme psikolojisi burada da kendini gösteriyor.

Japon fizikçi Hantaro Nagaoka ise atomu daha farklı hayal ediyordu. Ona göre atom artı yüklü bir çekirdek ve etrafında dolanan elektronlardan oluşuyordu. 3 Rutherford, Manchester Üniversitesi’nde yaptığı deneysel çalışmalarla Nagaoka’nın öne sürdüğü modele destek oldu. Rutherford’a göre Thomson’ın öne sürdüğü artı yükün sürekli bir şekilde yayılmış olduğu görüşü doğru değildi. Artı yük çok küçük bir bölgede toplanmış olmalıydı. Dikkat edilirse kesif, her yeri kaplayan madde düşüncesi, suyun buharlaşıp yok olması gibi yok olma sürecine girmişti.

rutherford
Ernest Rutherford yaptığı çalımalarla atomun içinin boşluktan oluştuğunu ortaya koydu.

rutherford_model
Rutherford Atom modeline göre artı yük atomda dağılmış değildi. Merkezde bulunmaktaydı. Elektronlar ise atom etrafında yörüngede bulunmaktaydı. Bu modele göre elektronlar tıpkı gezegenlerin güneşin etrafında dönmesi gibi atom çekirdeğinin etrafında dönmekteydi.

Rutherford atom modeli de günlük hayattaki düşünce şekillerinden etkilenen bir modeldir. Bu model ortaya atıldığından beri aşılması imkansız bir problemle karşı karşıyadır. Çünkü klasik fiziğe göre elektronun dönüşüyle beraber elektromanyetik ışıma denilen bir tür ışıma yapması beklenir. Bu da enerji kaybına sebep olur. Elektronun sonlu enerjisi olduğundan, enerjisini yayarak çekirdeğe yaklaşmak zorundadır. Bu da nihayetinde atomun çökmesine sebep olur. Yani klasik fiziğe göre atomun varlığını kabul etsek bile çok kısa süre içinde atomun içe çökmesi kaçınılmaz olacaktır.

Nitekim dünyanın en çok okunan fizik kitaplarından birinde bu gerçek şu şekilde anlatılmaktadır:
...Ancak bu teorinin ciddi bir kusuru vardır. Dönen elektron enerjisini tamamıyla dışarı verir. Her dönüşte giderek çekirdeğe yaklaşır. Spiral şeklinde çekirdeğe doğru dönerken sürekli spektrumlu bir ışınım yapar. Diğer kelimelerle, Newton ve Maxwell’in büyük klasik teorileri en basit atomun karşısında bir işe yaramıyorlar. Değil dalgaboyları, spektrum çizgilerini dahi açıklayamıyorlar. Aslında, onlar atomun var olmaması gerektiğini tahmin ediyorlar. 4

Yine aynı gerçek bir başka meşhur kaynakta:
Ve Rutherford’un modelindeki elektronlar hakkında da hiçbir şüphe yoktu; eğer çekirdeğin etrafındaki bir yörüngedeyse hızlanmak zorunda, hızlandıkça da radyasyon yaymak zorundaydı. Aslında sürekli olarak radyasyon yayacaktı. Dahası çekirdeğe doğru sarmal bir hareketle saniyenin çok küçük bir anında bu oranda enerji kaybedeceğini anlamak çok kolaydı.  
sözleriyle ifade ediliyor. 5
Meşhur teorik fizikçi Roger Penrose dünyada büyük yankı uyandıran Kralın Yeni Usu adlı kitabında aynı konu hakkında şu yorumu yapar:
... Yeni Zelanda asıllı İngiliz deneysel fizikçisi Ernest Rutherford’un 1911’de sunduğu atomun ‘Güneş sistemi’ tasarımını anımsayınız. Gezegenlerin yerini elektronlar ve güneşin yerini ise minik çekirdek alır. Bunları birarada tutan evrensel çekim kuvveti değil elektomanyetik kuvvetlerdir. Bu tasarımda ortaya çıkan temel ve görünüşte çözümsüz problem, çekirdeğin yörüngesinde hareket eden elektronun, Maxwell denklemleri uyarınca, çekirdeğin üstüne doğru sarmal hareketiyle ve saniyenin minik bir oranı içerisinde sonsuzluğa doğru giderek artan yoğunlukta elektromanyetik dalgalar üretmesi gerektiğidir! Ancak, böyle bir şey gözlemlenmemiştir. Aslında, gözlenen olayı, yani atomun kararlılığını, klasik kuramla açıklamak olası değildir... 6
 

anten
Elektromanyetik dalgalar bilginin iletilmesinde kullanılır. Yüksek frekansda salınan elektrik akımı, elektromanyetik dalganın yayılmasına sebep olur. Bu sayede çok uzaklardan televizyon izler ve sesleri dinleriz. Ancak, elbette bunun gerçekleşmesi radyo vericilerinde enerji harcanmasına bağlıdır. Çekirdeğin etrafında dönen elektron için de buna benzer bir durum vardır. Bu, 19. Yüzyılda ve 20. Yüzyılın başında fiziğin tıkandığı sorunlardan biri olmuştur. Çünkü önceden de belirttiğimiz gibi, atomun etrafında dönen elektron, elektromanyetik dalgalar yaymalı ve enerji kaybından giderek çekirdeğe yaklaşmalıydı. Bu da atomun sonu anlamına gelir.

Görüldüğü üzere Rutherford Atom modeli de açmazlarla dolu bir modelden ibaretti. Klasik fizik ve materyalist dünya görüşüne yakın olan, son zorlama atom modeli ise büyük fizikçi Niels Bohr tarafından ortaya atıldı. Bohr, atomun dünyasına yasak bölgeleri ve kesikli değerleri getiriyordu.

Bohr Atom Modeli

 

Bohr atom modeli, Rutherford modeli üzerine kuruldu. Bohr’un yaptığı, klasik bakış açısını mevcut bilimsel verilerle uzlaştırma çabasıydı. En başarılı girişim de O’nunki olmuştu. Bu modele göre, elektronlar atom çekirdeğinin etrafında belli yörüngelerde dolaşıyordu. Her yörüngenin kendine özgü bir enerji düzeyi vardı. Üst enerji düzeyinden, alt enerji düzeyine bir elektron geçtiğinde de ışık yayılıyordu. Açısal momentum gibi çeşitli fiziksel değerler de, ancak belli değerler alabiliyordu. 7 Ne var ki, bu son yaklaşım da fizik dünyasının mevcut problemlerini çözmeye yetmedi. Özellikle Hidrojen atomu dışındaki atomlarda model başarısız oluyordu. 8 , 9

Bohr, klasik dünya görüşünü devam ettirmeye çalışan en ileri modeli ortaya koymuştu, ancak bu görüşün felsefi açmazlarını en iyi anlayan da bizzat kendisiydi. Daha sonraları, fiziğin bakış açısını temelden değiştirecek olan kuantum fiziğinin önde gelen yorumu olan Kopenhag yorumunu, başta Heisenberg ve Max Born ile birlikte ortaya koyacaktı.

Bohr_Model
Bohr atom modeli mevcut klasik fizik bakış açısını devam ettirmeye yönelik son zorlamaydı. Merkezde çekirdek ve etrafında belli yörüngelerde tıpkı gezegenlerin güneşin etrafında döndüğü gibi dönen elektronlar bulunmaktaydı. Elektron üst yörüngeden alt yörüngeye atladığında da foton denilen ışık parçacıkları yayıyordu. Bu yönüyle her bir atomun küçük birer lambacık olduğunu hiç düşünmüş müydünüz? Hidrojen atomu için başarılı neticeler elde edilse de Bohr modeli daha karmaşık atomlar için bu model de çaresiz kalıyordu.
 
Bohr
Klasik fiziğin en önde gelen atom modelini ortaya atan Bohr, yine bizzat klasik fiziğin bütün çelişkilerini ortaya koyan kişi olacaktı.

Böylece fizik tarihini incelediğimizde, her yeri kaplayan madde düşüncesinin adeta  eriyerek yok olduğuna şahit olduk. Bu gerçeğe İngiliz fizikçi Sir Arthur Eddington "madde çoğunlukla hayalet gibi boş alandan oluşmaktadır." sözleriyle belirtmektedir. 10

Ancak daha ileride de göreceğimiz gibi, madde tamamen yokluktan ibarettir. Yani madde diye düşündüğümüz şey, Allah’ın bize izlettirdiği bir algıdır. Nitekim  Kaliforniya Üniversitesi'nden parçacık fizikçisi Fred Alan Wolf, atomla ilgili olarak bu gerçeği şu şekilde açıklamıştır:
... bizim yaşadığımız gezegendeki hayatın, evrenin ne kadar boş olduğunu düşündüğümüzde, bir sürpriz olduğunu anlayabiliriz. Aslında, evrenin %99'dan fazlası hiçbir şeydir! Evrenin endişe verici bir hızla genişlemekte olduğunu dikkate alırsak, daha önce hiç olmadığı kadar çok hiçlik meydana gelecektir! Buna bu şekilde bakmak bizde hayranlık uyandırıcı bir saygı oluştururken, atom altı parçacıkların mikrodünyasını dikkate aldığımızda, durum daha da fenalaşır. Deyim yerindeyse, hiçbir şey yoktur. 11

 

Bohr Modeli’nin ve Klasik Fiziğin Sonu

Lise eğitiminden geçen insanlar, bir yönüyle materyalist felsefeye uygun bir eğitim alırlar. Öğrencilere bütün varlıkların kendi başlarına varolabilecekleri telkini verilir. Bu telkine uygun modeller zihinlerde oluşturulur. Bunlardan biri, atomun yapısı ile ilgilidir. Aşağıdaki resimde ortalama insanın kafasındaki atom modeli görülmektedir. Bu modele göre merkezde çekirdek ve çekirdeğin etrafında dönen küçük elektronlar vardır.

kuantum
Okul yıllarınızdan zihninize kazınan bu resim sizi aldatmasın. Modern fiziğe göre böyle içi dolu kürecikler şeklinde “maddi“ parçacıklar yoktur. Bu düşünce 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında kabul edilen bugün yanlışlığı kesin bilinen bir resimdir.

Ortaokul ve lise eğitimi sırasında sıklıkla karşılaşılan bu tür şekillerle bir cismin maddesel varlığı gerçekten varmış gibi öğretilir. Yukarıdaki şekil, olmayan bir şeyin resmidir. 20. yüzyılın başından itibaren yukarıdaki resme benzer bir atom modelinin olamayacağı esasen çok iyi biliniyordu. Çünkü elektronun atomun etrafında dönmesi neticesinde bilim dünyasının ittifakıyla atomun içine çökmesi beklenirdi.

İnsanların içinde bulunduğu yanlış fikirlerle dolu bu hali, teorik fizikçi Amit Goswami şu şekilde açıklamaktadır:
Bilim adamının kafa karışıklığı 1665’lerde Isaac Newton tarafından ortaya atılan, adına klasik fizik denilen dört yüz yıllık eğlenceye aşırı hevesle dalmış olmasından dolayı bir akşamdan kalma hali yaşamasından kaynaklanmaktadır. Newton’un teorileri, zaman içinde Batı kültüründe baskın olan materyalizme yol açtı. Materyalizmin Grek filozof Demokrit’e (M.Ö. 460-370’ler) dayanan felsefesi, klasik fiziğin materyal, fiziksel ya da bilimsel realizm diye çeşitli biçimlerde adlandırılan dünya görüşüne uymaktadır. Bu yüzyıl içinde adına kuantum fiziği denilen yeni bir bilimsel disiplin resmen klasik fiziğin yerini almış olmasına rağmen, klasik fiziğin –yani materyalist realizmin-  eski felsefesi halen yaygın biçimde kabul görmektedir. 12

Neticede Bohr’un atom modeli Hidrojen atomu için kısmi başarılı neticeler verse de, daha kompleks atomlar için yetersiz kaldı. Klasik düşünceler kullanılarak bunu aşmanın bir yolu uzun süre bulunamadı. 1920’li yıllarda DeBroglie, Schrödinger ve Heisenberg klasik düşüncelerin bir kenara bırakılması gerektiğini gösterdiler.  13 Artık eski fiziğin yerini yeni bir fizik alıyordu. Peki, yeni fizik ile modern fizik arasındaki en büyük fark neydi?

 

Kaynak

1 Atomaltı Parçacıklar Bir Keşif Serüveni, Steven Weinberg, Tübitak 6. Basım, Temmuz 2005, Sayfa 2

2 Atomaltı Parçacıklar Bir Keşif Serüveni, Steven Weinberg, Tübitak 6. Basım, Temmuz 2005, Sayfa 5

3 Atomaltı Parçacıklar Bir Keşif Serüveni, Steven Weinberg, Tübitak 6. Basım, Temmuz 2005, Sayfa 115,116

4 David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; (John Wiley & SONS, INC. ) Fourth Edition, Fundamental of Physics , Page 1143

5 Kuantumu Anlamak, Barry Parker, Nisan 2005, Güncel Yayıncılık, 1. Basım, Sayfa 58

6 The Emperor’s New Mind – Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics, Türkçe Çevirisi: Fiziğin Gizemi - Kralın Yeni Usu 2 Roger Penrose, Tübitak Yayınları, 9. Basım, Aralık 2003, Sayfa 99, 100

7 Seven Ideas That Shook The Universe, Nathan Spielberg, Bryon D. Anderson, John Wiley & Sons, Inc. Second Edition, 1995, Sayfa 280

8 Seven Ideas That Shook The Universe, Nathan Spielberg, Bryon D. Anderson, John Wiley & Sons, Inc. Second Edition, 1995, Sayfa 282

9 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 175

10 Peter Russell, The Primacy of Consciousness, http://www.peterussell.com/SP/PrimConsc.htm

11 Fred Alan Wolf, The Spiritual Universe "One Physicist's Vision of Spirit, Soul, Matter and Self", Moment Point Press, 1999, s. 99

12 The Self-Aware Universe, Amit Goswami; Türkçe Baskısı Kendini Bilen Evren, Amit Goswami, Ruh ve Madde Yayınları, Ekim 2003, Sayfa 41, 42