NEDİR BU BELİRSİZLİK?

Kuantum fiziği hakkında bir yazı yazmak istediğimde aklıma gelen ilk konu bu oldu. Çünkü kuantumda hem çok temel hem de çok derin anlamlar içeren bir konu. Keyifli okumalar 😊

BELİRSİZLİK İLKESİ

Laplace şeytanını bilenler için belirsizlik onun tam karşıtıdır. Zıtlıklar bir konuyu açıklamada kullanılabilecek güzel yöntemlerden biridir. Bu yüzden az da olsa Laplace şaytanı’ndan bahsedeceğim. Adını bu fikri öne süren kişiden, Pierre-Simon Laplace , alan ve 1814 yılında öne sürülen düşünsel deneyin ana teması şudur; evrenimizin belirlenimcilik (determinizm) yasalarına göre işlediğini kabul ederek evrenimizde bulunan her türlü cismin o an ki konumunu, momentumunu ve üzerine etki eden kuvvetleri tam doğrulukla bilen bir ‘şeytan’ varsa bu şeytanın evrenimizin geçmişini ve geleceğini hesaplaması mümkündür.

Bu durumun zıttı olan belirsizlik ilkesini aşağı yukarı anlamış olmalısınız. Şimdi 1814 yılından daha ileri yıllara 1927 yılına gelelim. Henüz 26 yaşında olan Warner Heisenberg adında bir adam o işler öyle olmayabilir diyerek belirsizlik ilkesini otaya koydu. Önerdiği tanım şuydu;

Belli bir anda konum ne kadar kesin bir biçimde belirlenmişse momentum o kadar az kesinlikte bilinebilir. Tersi de geçerlidir. Bu ilke sadece konum ve momentum için geçerli değildir. Dikkatli bakıldığında evrenimizin her yerinde görülebilir. Zaman ve enerji gibi…

                                     Resim 1. WARNER HEİSENBERG 1901-1976

Bu fikri sınırlarına kadar zorlarsak özünde demek istediği eğer bir niceliği tam olarak eksiksiz biliyorsak, hakkında hiçbir şey bilmeyeceğimiz başka bir nicelik var demektir. Klasik fizikte sıkça göze çarpmadığından genelde herkes kuantum fiziğinin temelinde olduğunu düşünür. Çünkü klasik fizik bakışıyla bir cismin hem momentumunu hem de konumunu belirlememeniz için bir neden yoktur. Gerekli teknolojik gelişmelerin sağlanması ile bu durum çözümlenebilir. 

Belirsizlik ilkesi bizlere bu kaçınılmaz belirsizliği saptayabilmemiz için bir ölçü sağlar ve bu ölçü kuantum dünyası söz konusu olduğunda tabi ki Planck sabitidir. Bu ilke matematiksel olarak şöyle yazılır;

                                   ∆x . ∆p = ℏ

• Bu denklemlerde ∆’lar “…belirsizliği” anlamına gelir.
• Değişken olan x, konum
• p, momentum
• Burada ki Planck sabiti(ℏ) 2π’ ye bölünmüş olarak yer alır.

Denklemde de görüldüğü gibi yukarıda bahsettiğim belirsizlik ilkesinin tanımını açıklamada yardımcı olur. Çünkü iki niceliğin çarpımı sabitse, birinin daha küçük diğerinin daha büyük olması gerekir.

Belirsizlik ilkesinin zaman ve enerji biçimi  ∆t . ∆E = ℏ  (t zaman, E enerji) fizikçiler için çok önemlidir. Kuantum dünyasında bazı parçacıklar o kadar kısa süre hayatta kalırlar ki yarı ömürlerini hesaplamak doğrudan mümkün değildir. Kısa bir yaşam süresi, parçacığın bu dünyada var olduğu sürede çok küçük bir belirsizliğe, küçük bir ∆t anlamına gelir. O halde bu küçücük ∆t , parçacık enerjisinde büyük bir belirsizlik demektir. Ve parçacığın enerjisi hareketsiz bir parçacıkta, kütlesindedir. Dolayısıyla yaşam süresi ne kadar kısaysa, parçacığın kütlesinde ki belirsizlik o kadar büyüktür.

MADDENİN DALGA DOĞASI İLE BELİRSİZLİK NASIL İLİŞKİLİDİR?

Bunu bir görsel üzerinden kısaca anlatmak istiyorum.

                                                   Resim 2. dalga ve belirsizlik bağıntısı 

Görselde ki (a) dalgasıyla başlayalım. (a) dalgası dalga boyu açısından hiçbir belirsizliğe sahip değildir. Ancak konumu açısından tam, sonsuz bir belirsizlik vardır. Çünkü her iki yöne doğru sınırsız bir biçimde uzamaktadır.

Gelelim (b) dalgasına. Bu dalga tek bir dalga boyuna sahip değildir. Farklı dalga boyunda ki dalgaların üst üste binmesiyle oluşmuştur. Dolayısıyla tam bir konumu olduğunu belirtemeyiz. Konum belirsizliği söz konusudur. Eğer bir dalga konumunun daha az belirsizlikle bilinmesi için alansal kısıtlamaya tabi tutulursa farklı dalga boylarında oluşan geniş bir yelpazenin üst üste binmesine neden olur. Konumda daha az belirsizlik dalga boyunda daha fazla belirsizlik demektir.

Görselde ki ( c ) dalgasında ise, dalga tek bir tepe oluşturacak şekilde sıkıştırılmış durumda. Konum belirsizliği iyice küçültülmüş durumda ama momentum belirsizliği en üst düzeye çekilmiş durumda.

Kısaca bu yazıda aktarmak istediğim kuantum dünyasında gizemler devam ediyor. Bildiğimiz şeyler kadar bilmediğimiz şeyler de var. Hatta bilmediğimiz şeyler bildiklerimizden fazla. O yüzden araştırmaya öğrenmeye devam 😍.