Alice yine küçülücek, üstelik nükleer bir parçacık kadar olacak, fakat bur defa bir tavşan deliğinden düşmeyecek. Alice’in gideceği yer Kuantum Diyarı.
Peki Kuantum Diyarı nedir? Bir atomdan bile küçük olan, entelektüel bir eğlence parkı düşünün. Bu eğlence parkındaki her düzenek, her oyun ve ilgi çekici nesne, kuantum mekaniğinin değişik bir özelliğini açıklıyor. Doğaya ve nesneye ilişkin konularda çoğumuzun aklını karıştıran olay ve süreçlerin kuramsal çerçevesi, doğru ve anlaşılır açıklamalarla bu eğlence parkında bulunuyor.
Düş dünyasını ve bilimi ustalıkla birleştiren, Bristol Üniversitesi fizik bölümünden Robert Gilmore, Alice’in yolculuklarının alegorisini kullanarak kuantum dünyasının önemli noktalarını kolay anlaşılır bir zemine oturtuyor. İçinde bulunduğumuz dünyanın anlaşılması zor, fakat bir o kadar da gerekli bir kavramı olan kuantum fiziğini anlamak siteyenler için sevimli bir başucu kitabı.
ÖnsÖz
Yirminci yüzyılın ilk yansında evren anlayışımız tümüyle altüst oldu. Eski klasik fizik kuramlarının yerini, dünyaya bakış açımızı değiştiren kuantum mekaniği aldı. Kuantum mekaniği, yalnızca eski Newtoncu mekaniğin onaya attığı düşüncelerle değil, sağduyumuzla da pek çok açıdan uyuşmazlık içindedir. Yine de, bu kuramların en şaşırtıcı yanı, fiziksel sistemlerin gözlenen davranışını önceden haber vermedeki olağanüstü başarısıdır. Kuantum mekaniğinin bize saçma geldiği anlar olabilir. Fakat doğanın istediği yol budur. Biz de buna uymak zorundayız.
Bu kitap, kuantum fiziğinin bir alegorisidir. Sözlük anlamıyla alegori, bir konuyu bir başka konunun şekline büründürerek betimleyen bir anlatıdır. Kuantum mekaniğinde nesnelerin davranış biçimi olağan düşünüş tarzımıza aykırı düşebilir. Bu yüzden alışılmış durumlarla benzerlikler kurarız. Benzerlikler aslına tıpatıp uymasa bile, kuantum mekaniğinin açıklamalarını kabul etmemizi kolaylaştırır. Bu tür benzetmeler gerçekliği hiçbir zaman tamı tamına yakalayamazlar, çünkü kuantum süreçleri olağan deneyimlerimizden gerçekten de çok farklıdır.
Alegori, genişletilmiş bir benzerlik ya da benzerlikler serisidir. Bu anlamda, bu kitap Alice Harikalar Diyarında’dan çok, Pilgrim’s Progress ya da Gullivef’in Seyahatlerinin izinden gitmektedir. Ancak yaşadığımız dünyayı incelediğimizde, “Alice” en uygun model gibi görünüyor.
Alice’in yolculuk ettiği Kuantum diyarı, daha çok, kimi zaman Alice’in izleyici olduğu, kimi zaman da değişken elektrik yükü olan bir parçacık gibi hareket ettiği bir izlek parkına benzer. Bu Kuantum Diyarı, kuantum dünyasının yaşadığımı/ dünyanın temel özelliklerini gösterir.
Aşağıda tanımlanan “gerçek dünya” notlarının gerçekliğine karşın, öykünün büyük bölümü kurmacadır; karakterler de hayal ürünü. Anlatı boyunca karşınıza saçma ya da sağduyuyla uyuşmazlık içinde olan pek çok ifade çıkacak. Bunlar genellikle gerçektir
Bir söylenceye göre, Neils Bohr daha yeni yeni emeklemeye başladığı yıllarda kuantum mekaniğinin babası sayılırdı “Kuantum mekaniği üzerine düşünürken kendini kaybetmeyen kişi, kuantum mekaniğini hiç anlamamıştır,” demiştir.
İşin Aslı…
Kuantum mekaniğinin çizdiği dünya tasvirinin ilginç ve çarpıcı olduğu su götürmez, ama bunun doğru olduğuna inanmamız bekleniyor mu gerçekten? İnanmak zorunda olduğumuzu şaşırtıcı biçimde anlıyoruz. Bu savın ne denli önemli olduğunu göstermek için, kitap boyunca kuantum fiziğinin gerçek dünyadaki önemini vurgulayan kısa notlar bulacaksınız. Notlar şuna benzemekte:
Bu notlar Alice’in her bölümde karşılaştığı kuantum konularının dünyamızla ilişkilendirilmesini özetler. Bunlar, Alicein serüvenlerinden oluşan öyküyü okurken, göz ardı edebileceğiniz ölçüde arka planda kalmalılar, ama bu serüvenlerin gerçek önemini kavramak islediğinizde notlar eliniz altında olacakım
Ayrıca bölüm sonlarında daha uzun notlar bulacaksınız. Metindeki kimi kilit noktaları açıklığa kavuşturan bu notlar şu şekilde gösterilmişlerdir:
Bölüm sonundaki 1. nota bakını/
Kuantum kuramının dünyayı tanımlayış şekli ilk bakışta satma gibi görünebilir; İkinci, üçüncü hana yirmi beşinci bakışta da büyük olasılıkla böyle görünmeye devam eder. Ancak, tek şansımız bu. Newton ile hayranlarının eski klasik mekaniği, atomları ve başka küçük sistemleri açıklamakla yetersiz kalır. Kuantum mekaniğinin gözlemle arası pek iyidir. Hesaplamalar genellikle zor ve bıktırıcı olsa da, yapıldıkları yerde gerçekten görülenlerle tam bir uyum içindedir.
Kuantum mekaniğinin uygulamada göze çarpan sonuçlarını çok güçlü bir biçimde onaya koymak olanaksız. Bir ölçme işleminin sonucu gelişigüzel ve önceden belirlenemez olmasına karşın, kuantum kuramının öngörüleri birçok ölçme işleminden ekle edilen ortalama sonuçlara tam olarak uyar. Geniş ölçekli bir gözlem pek çok atom içereceğinden, atomik ölçek üzerine pek çok gözlem yapılabilir. Kuantum mekaniğini bir noktada yine başarılı buluyoruz: Kuantum mekaniği klasik mekaniğin büyük nesneler hakkında vardığı sonuçlara da kendiliğinden uyum göstermekledir. Oysa tersi doğru değil.
Kuantum kuramı, atomlarla ilgili gözlemlere açıklık kazandırmak için geliştirilmiştir. Doğuşundan bu yana kuantum kuramı atom çekirdeklerine, çekirdekten türeyen, birbirleriyle güçlü bir etkileşim içindeki parçacıklara ve bunları meydana getiren quarkların davranışlarına başarıyla uygulanmaktadır. Kuramın uygulanışı, yüz milyarlara varan bir faktöre kadar genişletilmiştir. Bu faktör aracılığıyla eldeki sistemlerin hem boyutları küçülmüş hem de enerjisi artmıştır. İnsan zihnine düştüğünden bu yana, doğrulan bularak bir kuram oluşturmak epey uzun bir zaman almıştır. Ama günümüzde kuantum mekaniği, bu alışılmamış sistemlerin kolaylıkla üstesinden gelebilme özelliği gösteriyor.
Şimdiye dek yapılan araştırmalar göz önünde tutulduğunda, kuantum mekaniğinin evrensel bir uygulanabilirliğe sahip olduğu ortaya çıkar. Geniş ölçekli bir çalışmada, kuantum mekaniğinin öngörüleri gelişigüzellik özelliğini yitirerek, büyük nesnelere rahatlıkla uygulanabilen klasik mekaniğin öngörülerine uyum gösterir. Fakat küçük ölçekli bir çalışmada kuantum kuramının öngörüleri deneyler aracılığıyla doğrulanır. Bu öngörüler dünyanın mantıksız bir biçimde resmini çiziyormuş gibi görünse de, deneysel kanıtlarla desteklenir.
Dördüncü bölümde anlatıldığı gibi, kuantum mekaniği, bir yandan üzerinde gerçekten gözlem yapılıp yapılamayacağı tartışılırken, yapılan bütün deneylere uygunluk gösteren garip bir konumdadır. Galiba dünya düşlediğimizden, hatta düşleyebileceğimizden çok daha garip.
Şimdi Kuantum Diyarı’na çıktığı yolculukta Alice’e eşlik edelim.
Robert Gilmore
1.BÖLÜM
l
Kuantum Diyarı’na Girerken
Alice sıkılmıştı. Bütün arkadaşları ya tatilde ya da akraba ziyaretindeydi, üstüne üstlük yağmur yağıyordu, bu yüzden eve kapanmış televizyon izliyordu. Bütün öğle vaktini Esperanto’yu tanıtan bir dizinin beşinci bölümünü, bahçıvanlıkla ilgili bir programı ve ücretli bir siyasal yayını İzleyerek geçirmişti. Alice’in canı gerçekten de çok sıkılıyordu.
iskemlesinin yanında, yerde duran kitaba ilişti gözü. Okuyup bitirdikten sonra yere attığı Alice Harikalar Diyarında adlı kitaptı bu. ”Televizyonda neden daha çok çizgi film ve ilgi çekici programlar yayınlamadıklarını bir türlü anlayamıyorum,” dedi kendi kendine merakla. “Keşke şu kitaptaki Alice gibi olabilseydim. Canı sıkılıyorken kendini birdenbire ilginç yaratıklar ve tuhaf olaylarla dolu bir ülkede buluyor. Bir yolunu bulup küçülebilsem, sonra da televizyon ekranından içeri süzülebilsem, belki bir yığın büyüleyici şeyle karşılaşabilirim.”
Umutsuzluk içinde ekrana baktı. Başbakanın görüntüsü ekranı kaplamıştı. Alice’e bir şeyler söylüyordu: Elâlem ne derse desin, bir bütün olarak değerlendirildiğinde, şimdi her şey üç yıl önce olduğundan çok daha iyiymiş! Alice, televizyona bakarken, dans eden parlak noktacıklardan oluşan bir sis perdesinin, başbakanın yüzünü yavaşça örttüğünü gördü hayretle. Noktacıklar ekranın içine doğru dalıyor, adeta ona işaret ediyorlardı. “Nedense.” dedi Alice, “içimden bir ses, beni çağırdıklarım söylüyor!” Ayağa fırlayarak televizyona yöneldi, ama gelişigüzel yere fırlattığı kitaba takılarak boylu boyunca yere kapaklandı.
Tam düşerken şaşkınlık içinde ekranın dev gibi olduğunu gördü ve kendini, bir girdap oluşturarak görüntünün içine hücum eden noktacıklarla birlikte giderken buldu. “Her yanımı kuşatan bu noktacıklar yüzünden hiçbir şey göremiyorum,” diye düşündü Alice. “Bu aynı kar fırtınasında kaybolmaya benziyor; kendi ayağımı bile göremiyorum. Keşke azıcık görebilsem. Keşke bir yere varabilsem:’
Alice tam da o anda ayağının katı bir şeye çarptığını hissetti ve sen, düz bir zemine basarken buldu kendini. Çevresinde savrulan tüm noktacıklar giderek gözden kaybolurken her yanını bir anda belli belirsiz sayısız nesne sarmaladı.
Kendisine en yakın olanına daha yakından baktı ve hemen hemen beline kadar gelen küçük bir nesneyi inceledi. Olan biteni kestirmek neredeyse olanaksızdı. Çünkü nesne hızla bir o yana bir bu yana zıplayıp duruyordu. Öylesine hızlıydı ki, onu tam olarak görebilmek çok zordu. Nesne sopaya benzer bir şey taşıyordu. Belki de ucu havaya kaldırılmış, kapalı bir şemsiye olabilirdi bu. Merhaba,” diyerek kibarca kendini tanım Alice. “Adını Alice. Sizin kim olduğunuzu öğrenebilir miyim?”…
