Fizik yasaları gözlemlenebilir evrenin işleyişini belirler ve kuantum alanları da fizik yasalarını belirler. Peki, kuantum alanları nasıl oluştu ve evrenden eski mi? Evreni oluşturan büyük patlamayla mı ortaya çıktı, yoksa evrenden önce mi geliyor? Çoklu evren varsa kuantum alanları bütün evrenler için geçerli mi? Yoksa her evrende farklı kuantum alanları mı var? İnsanın kuantum alanı da var mıdır? Yoksa sadece etten kemikten mi meydana gelmiştir? Yoksa kuantum fiziği sihir midir büyü müdür? İşte bu sayfada sizlerle kuantum fiziği ile insan arasındaki ilişkiyi inceleyeceğiz.
Hazırlayan: Fizik Mühendisi Yasemin Sezgin Küçük
Kuantum fiziği nedir?
Kuantum fiziği, genellikle baştan sona göz korkutucu bir saha olarak görülür. Her gün bunlarla uğraşan fizikçilere bile alandaki bazı konular hem ilginç hem de mantıksız gibi görünebilir; fakat kuantum, özünde anlaşılamaz, sınanmamış veya tutarsız bir saha değildir. Tam tersine, insanlığın geliştirdiği en güçlü teorilerden birisi, Kuantum Teorisi’dir.
Her Şey Dalgalardan Oluşur, Tanecikler Bile!
Kuantum fiziğiyle ilgili temel kavramlara yönelik bir tartışmayı başlatabileceğiniz birçok konu vardır; ancak şu, iyi bir başlangıç noktası olabilir: Evrendeki her şey, aynı anda hem dalga hem tanecik doğasına sahiptir. Tabii ki evrendeki her şey, parçacık doğasına da sahiptir. Bu durum tamamıyla çılgınca gelse de, şaşırtıcı şekilde aşina olduğumuz bir süreçle açıklanabilen deneysel bir gerçekliktir.
Şüphesiz, nesneleri hem dalga hem tanecik olarak tanımlamak, en nihayetinde belli bir belirsizliğe sahiptir. Düzgün bir şekilde ifade etmek gerekirse, nesneler ne parçacıktır ne dalgadır; ancak dalgalar uzaya yayılabilir, karakteristik bir frekansa ve dalga boyuna sahiptir; tanecikler ise sayılabilir ve sınırlandırılabilir olması gibi bazı özelliklere sahiptirler. Dolayısıyla nesneleri, bu özelliklerle ilişkilendirilen “parçacık” ve “dalga” özelliklerinin her ikisinin bir versiyonu olarak ifade etmemiz mümkün olmaktadır.
Bu durum fizik camiasında, ışığın fiziğe giriş derslerinde tanecik olarak anlatılmasının uygun olup olmadığı ile ilgili halen sürmekte olan bazı tartışmalara da yol açar. Lise derslerinde ışığın neredeyse her zaman fotonlardan oluşan tanecik doğasından söz edildiğini, dalga doğasından ise çok daha az bahsedildiğini hatırlayabilirsiniz. Buradaki tartışma, ışığın tanecik doğasına sahip olup olmaması değil, fotonlara “bir kuantum alanının uyarılmaları” yerine, “parçacıklar” demenin, öğrencilerin kafasında kavram karmaşasına sebep olabilmesidir. Tabii kuantum alanını uyarılmasını anlatmak için, kuantum fiziğine girilmesi gerekir ve bu da müfredatları karmaşıklaştırabilir. Ama eğitimde amaç, gerçeği olabildiğince isabetli bir şekilde insanlara öğretmek değilse, nedir?
Kuantum Fiziği Ayrıktır!
“Kuantum” kelimesi Latince “ne kadar” veya “ne miktarda” anlamına gelir ve bu, kuantum modellerinin her zaman ayrık (İng: “discrete”) miktarlara sahip şeylerle ilgili olduğu gerçeğini yansıtır. Kuantum alanındaki enerji, bazı temel enerjilerin tam sayı katları halinde bulunur. Işık için bu durum frekans ve dalga boyu ile ilişkilidir.
Işığın Dalga Boyu ve Frekansı Nedir? Aralarında Nasıl Bir İlişki Vardır?
Görselden de incelendiği üzere, iki dalga tepesi veya iki dalga çukuru arasındaki mesafeye “dalga boyu” denir ve “λ” (Yun: “lambda”) ile gösterilir. Yani bir dalga örüntüsünde tekrarlanan ifadeler arasındaki uzunluğuna denk gelir. Bir olayın birim zamanda (genellikle 1 saniye olarak alınır) tekrar etme sıklığına ise “frekans” denir ve “f” ile gösterilir. Bu da dalga örüntüsündeki tekrarlanan ifadenin sayısıyla ilgilidir.
Yukarıda bahsettiğimiz gibi, ışığın tanecik doğasına ek olarak dalga doğasına sahip olmasından dolayı, ışık için de dalga boyu ve frekanstan söz edebiliriz.
Kuantum Fiziği, Sihir Değildir!
Bir önceki başlık, bizi doğal olarak bu başlığa getiriyor: Ne kadar tuhaf olursa olsun, kuantum fiziği büyüden veya sihirden en uzak sahadır. Kuantum fiziğinin öngörüleri, günlük hayatta aşina olduğumuz fizik standartlarına göre oldukça tuhaftır; fakat kuantum fiziği, iyi anlaşılmış matematiksel kurallar ve ilkeler tarafından katı bir şekilde sınırlandırılmıştır
