Maddi Olmayan Maddenin Keşfi
Uzayda belli bir noktada, örneğin iki delikten birinde fiili gözlemden bağımsız olarak bulunan bir elektronun nesnel varlığının hiçbir anlamı yoktur. Görünüşe göre elektron sadece ve sadece biz onu gözlemlediğimiz zaman gerçek bir nesne olarak birden var oluyor! 1
New York Bilimler Akademisi Başkanı Heinz Pagels
Önceki bölümde ışığın bütün yönleriyle mucize olarak yaratıldığını gördük. Makroalem hakkında verdiği bilgiler zamanın bir algı olduğunu gösteriyordu. Çift yarık deneyinde ise ışığın gözlemciye bağlı olarak parçacık ya da dalga karakteri gösterdiğini gördük. Bu, gözlemciyi bilimin merkezine koyması açısından önemliydi. Feynman’a göre bu deney kuantum fiziğinin bütün gizemini barındırıyordu. O zaman yüzümüzü eski yüzyılların miti haline gelen maddenin kendisine çevirelim. Maddenin en temel yapıtaşları elektron, proton, nötron gibi parçacıklardır. 20. Yüzyılda ortaya çıkan en büyük gerçeklerden biri, bu temel yapıtaşlarının zannedildiği gibi maddi olmadığıydı.
İlk olarak de Broglie tarafından elektronların dalga gibi davranabileceği öne sürülmüştü. Nitekim Davisson, Germer ve Thomson adlı fizikçiler yaptıkları deneylerde, elektronların gerçekten dalga özelliği gösterdiğini ispatlayarak, 1937 yılında Nobel Ödülü kazandılar. Bu deneyler, fizik dünyasında derin bir şaşkınlık yarattı. En katı maddi varlık olarak düşündükleri bir yapının, aslında öyle olmadığı gerçeği şaşırtıcı bir keşifti.
Bir kaynaktan çıkan elektronların ince bir metal tabakaya düşürülüp, bu metal plakadan saçılımı incelendi. Neticede elektronun tıpkı dalga gibi davrandığı tespit edildi. Bu deneyle elektronun dalga özelliğini ispat eden fizikçiler de Nobel Ödülü kazandılar.
Elektron Saçılım deneyleri tıpkı ışık dalgalarında olduğu gibi benzer neticeler verdi. Bu iki resim elektronlarla ve X ışınları ile yapılan deneylerin birbirine nasıl benzediğini ve dolayısıyla aynı karakteri gösterdiğini açık bir şekilde ispatladı. Elektronlar tıpkı dalgalar gibi kırınım desenleri gösterir. 2 Bu da somut madde olarak düşünülen parçacıkların aslında öyle olmadığını ispatlamıştır. ( resim şu siteden alınmıştır:
Elektronların gösterdiği bu şaşırtıcı davranışla ilgili bu alanda otorite olan Feynman şöyle söylüyor:
Elektronların ve ışığın nasıl davrandıklarını artık biliyoruz. Nasıl mı davranıyorlar? Parçacık gibi davrandıklarını söylersem yanlış izlenime yol açmış olurum. Dalga gibi davranırlar desem, yine aynı şey. Onlar kendilerine özgü, benzeri olmayan bir şekilde hareket ederler. Teknik olarak buna "kuantum mekaniksel bir davranış biçimi" diyebiliriz. Bu, daha önce gördüğünüz hiçbir şeye benzemeyen bir davranış biçimidir... Bir atom, bir yayın ucuna asılmış, sallanan bir ağırlık gibi davranmaz. Küçücük gezegenlerin yörüngeler üzerinde hareket ettikleri minyatür bir Güneş Sistemi gibi de davranmaz. Çekirdeği saran bir bulut veya sis tabakasına da pek benzemez. Daha önce gördüğünüz hiçbir şeye benzemeyen bir şekilde davranır. En azından bir basitleştirme yapabiliriz: Elektronlar bir anlamda tıpkı fotonlar gibi davranırlar; ikisi de "acayiptir", ama aynı şekilde. Nasıl davrandıklarını algılamak bir hayli hayal gücü gerektirir; çünkü açıklayacağımız şey bildiğimiz her şeyden farklıdır. 3
Yakın zamanlarda ise ışıkla gerçekleştirilen çift yarık deneyleri “maddenin” temel yapıtaşları ile de yapıldı. Deney, 1987 yılında bir Japon ekibi tarafından elektronlarla, 1990’lı yılların başlarında atomlarla, 1999 yılında yayınlanan bir makalede belirtildiği gibi, moleküllerle de gerçekleştirildi. 4 , 5 , 6
Fizikte artık elektron, proton gibi en temel yapıtaşları maddi parçacıklar gibi tasvir edilmiyor. Üstelik bu keşif son 10-20 yılın yeni bir keşfi değildir. 80 yıldır fizikte bütün yapıtaşları kuantum dalga fonksiyonları olarak tabir edilen matematiksel kavramlarla ifade edilir. Maddi bir parçacıkmış gibi yapılan tasvirler günümüzde geçersizdir. Çünkü açıklanması imkansız çelişkiler ortaya çıkar.
Neticede bu deneylerde de aynı parçacık-dalga karakteri gözlemlendi. Bütün bunlar, madde olarak adlandırdığımız yapıların bir algıdan ibaret olduğunun bilimsel kanıtıdır. Materyalistler maddeyi mutlak kabul etmişlerdi ama yapılan deneyler göstermiştir ki, zanları doğru değildir. Bilim adamlarının hayret dolu ifadelerinin altında yatan gerçek de budur.
Eğer herhangi bir yapının bağımsız bir varlığı varsa dalga ve parçacık gibi bambaşka iki farklı karakter nasıl olur? Bu nasıl izah edilebilir? Fizikçilerin bu şaşkınlığını Richard P. Feynman şöyle ifade eder:
Elektronlar, ilk keşfedildiklerinde tamamen parçacıklar gibi, mermiler gibi davranıyorlardı. Daha sonraki deneyler; örneğin elektron kırınım (diffraction) deneyleri, elektronların dalga gibi davrandıklarını ortaya koydu. Zaman geçtikçe elektronların nasıl davrandıkları konusunda giderek artan bir şaşkınlık başgösterdi; dalga mı parçacık mı, parçacık mı dalga mı? Eldeki veriler ikisine de benzediklerine işaret ediyordu. 7
Bu olağanüstü ilginç durumu Particle or Wave ( Parçacık mı Dalga mı ) adlı eserde şu şekilde ifade edilir:
Esprili bir şekilde şöyle söylenirdi ki: Kuantum teorisyenleri çalışmalarında ışığı pazartesi, salı ve çarşambaları dalga olarak; perşembe, cuma ve cumartesileri de parçacık olarak tasvir ediyorlar. 8
Feynman bir sözünde:
“Paradoks ( çelişkili durum ) sadece gerçekle gerçeğin ne olması gerektiği hakkındaki hislerimizin çatışmasıdır.” demiştir. Dolayısıyla çelişki, elektron ve ışığa hayalimizdeki realist ve materyalist felsefeye uygun modelleri giydirme çabasından kaynaklanmaktadır. Modern fizik, bu varsayımların yanlışlığını açık bir şekilde göstermiştir. Maddi olduğunu düşündüğümüz şeyler, algı olarak gözlem sırasında vardır. Gözlemin yokluğunda madde olduğunu düşündüklerimiz bir hayal gibi yok olurlar. Bütün bunlar, tamamen metafizik bir ortamla karşı karşıya olduğumuzun bilimsel ispatıdır. Nitekim modern bilimin maddenin hayal mertebesinde yaratıldığına dair bilimsel ispatı ile ilgili New York Bilimler Akademisi Başkanı Heinz Pagels şu itirafı yapıyor:
Uzayda belli bir noktada, örneğin iki delikten birinde fiili gözlemden bağımsız olarak bulunan bir elektronun nesnel varlığının hiçbir anlamı yoktur. Görünüşe göre elektron sadece ve sadece biz onu gözlemlediğimiz zaman gerçek bir nesne olarak birden var oluyor!” sözleriyle itiraf etmektedir. 9
Michael A. Morrison da konuyla ilgili şu yorumu yapar:
Atomaltı parçacıkların ikili karakteri bir parçacığın klasik anlayışını yıkar. Ancak mikroskopik varlıkların gerçek tabiatı dalga-parçacık ikililiğinin ima ettiğinden daha pusludur. Çünkü kuantum parçacıklarının özellikleri genelde ölçülene kadar iyi tanımlanmış değildir. Bir bakıma, elektron, proton ve bunun gibilerin fiziksel özellikleri bir deneyci -makroskopik bir varlık- tarafından ölçülene kadar “potansiyel” ya da “gizli” özelliklerdir. 10
Çift yarık deneyi ve sözünü ettiğimiz diğer deneyler gözlem yapılmadığı sürece somut maddi varlıklar olarak zihnimizde canlandırdığımız parçacıkların aslında bir tür hayal olduğunu bilimsel olarak ortaya koydu. Bu durum bilim kitaplarında hayalet alternatifler adlı teknik bir dille de ifade edilir. Hayalet alternatifler varlıkların algımızda yaratıldığının delilidir.
1 John Gribbin, Schrödinger’in Yavru Kedileri Gerçekliğin Peşinde, Metis Yayınları 1. Basım Nisan 2008, Sayfa 34
Burası da şuradan almış:
Pagels, The Cosmic Code, Sayfa 144
2 Seven Ideas That Shook The Universe, Nathan Spielberg, Bryon D. Anderson, John Wiley & Sons, Inc. Second Edition, 1995, Sayfa 288-289
An essential property of waves is that of diffraction, and the experimentalists showed that electrons could be diffracted in the same way as X rays. In fact, by diffraction experiments with crystals it is possible to measure the wavelenght of X rays ad electrons.
3 Richard Feynman, The Character of Physical Law, Türkçe baskı: Fizik Yasaları Üzerine, TÜBİTAK Yayınları, s. 149-150
4 John Gribbin, Schrödinger’in Yavru Kedileri Gerçekliğin Peşinde, Metis Yayınları 1. Basım Nisan 2008, Sayfa 25
5 John Gribbin, Schrödinger’in Yavru Kedileri Gerçekliğin Peşinde, Metis Yayınları 1. Basım Nisan 2008, Sayfa 27
6 M. Arndt, O. Nairz, J. Vos-Andreae, C. Keller, G. van der Zouw, A. Zeilinger, Wave-particle duality of C60 molecules, Nature, 401, 680-682 (1999) )
7 Richard Feynman, The Character of Physical Law, Türkçe baskı: Fizik Yasaları Üzerine, TÜBİTAK Yayınları, s. 149
8 Particle or Wave, The Evolution Of The Concept Of Matter In Modern Physics, Charis Anastopoulos, Princeton University Press, 2008, Sayfa 164
It was said jokingly that the practice of quantum theorists consisted in describing light as a wave on Mondays, Tuesdays, and Wednesdays and as a particle on Thursdays, Fridays, and Saturdays.
9 John Gribbin, Schrödinger’in Yavru Kedileri Gerçekliğin Peşinde, Metis Yayınları 1. Basım Nisan 2008, Sayfa 34
10 Understanding Quantum Physics, A User’s Manual, Michael A Morrison, Prentice-Hall Inc. , Sayfa 7
The dual nature of subatomic particles subverts the classical concept of a particle. But the true nature of microscopic entities is even more nebulous than is implied by wave-particle duality, for the properties of quantum particles are not, in general, well-defined until they are measured. In a sense, the physical properties of electrons, protons, ant the like are “potential” or “latent” properties until an experimenter a macroscopic being- performs a measurement (Chap. 5).