Çok başarılı bir bilim yazarı John Gribbin: Kuantum kuramının şaşırtıcı tuhaflığını hayatımıza sokuyor, düşünülebilir hale getiriyor. Gündelik dünyadan analojilere başvuruyor, ama aynı zamanda bu analojilerin atomaltı dünyadaki yetersizliğine, hatta yanıltıcılığına dikkat çekiyor. Örneğin okullarda hâlâ öğretilen Bohr atom modelinin kafamıza kazıdığı elektron yörüngeleri gibi “resimler”den kurtarmaya çalışıyor zihinlerimizi. Kuantumun öyküsüne ışığın hem parçacık hem de dalga olduğunun keşfedildiği 20. yüzyılın ilk yıllarından başlayan yazar, elektronların da aynı özelliğe sahip olduğunun ne tür önyargılara karşı, nasıl bir mücadeleyle keşfedildiğini, yaygın kabul gören Kopenhag yorumunu ve bilimkurguya da ilham vermiş “Paralel Evrenler” yorumunu anlaşılır bir dille anlatıyor.
Kitap zihin açıcı bir bilim tarihi çalışması olarak da okunabilir: Bir yandan kuramın çeşitli aşamalarında kafaları fena halde karışan, takdir görmedikleri için hayata küsen bilim adamlarının insani öyküleri var kitapta. Diğer yandan, bilimin düz bir çizgide ilerlemediği, yerleşik düşüncelerin bazen gerçekliği anlamayı ne kadar önleyebilmiş olduğu da örneklerle sergileniyor. Bu kitabın Türkçe’de kuantum fiziği hakkında yayımlanmış en derli toplu kitap olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Gribbin de şunu diyor kitabı için:
“Burada öyle ‘doğu gizemciliği’, kaşık bükme ya da Duyu Ötesi Algı türünden şeyler aramayın. Burada kuantum mekaniğinin gerçek öyküsünü, bütün kurmaca eserlerden çok daha garip olan o gerçeği arayın. Bilim böyle bir şeydir başkalarının felsefe eskilerini kuşanmaya hiç ihtiyacı yoktur, çünkü kendisi zaten bir sürü haz, gizem ve sürprizle doludur.
Giriş
Eğer sokaktaki adam için görelilik kuramı hakkında yazılan bütün kitaplar ve makaleler uç uca eklenseydi, muhtemelen buradan aya kadar giderdi. Einstein m görelilik kuramının yirminci yüzyıl biliminin en büyük başarısı olduğunu “herkes biliyor”, ama herkes yanılıyor. Fakat sokaktaki adam için kuantum kuramı hakkında yazılan bütün kitaplar ve makaleler uç uca eklenseydi, sadece masamın üstü kadar yer kaplardı. Bu, akademik dünyanın duvarları dışında kimsenin kuantum kuramından haberi olmadığı anlamına gelmiyor. Tam tersi, kuantum mekaniği, bazı çevrelerde hayli popüler oldu; mesela telepati, kaşık bükme gibi fenomenleri açıklamak için ona başvuruldu, çeşitli bilimkurgu öykülerine verimli fikirler sağladı. Kuantum mekaniği popüler mitolojide kimsenin anlamadığı ve kimsenin işine yaramayan tuhaf ve ezoterik bir bilim dalı olarak okültizm ve Duyu Ötesi Algıyla bir tutularak tanımlanır, herhangi bir tanım yapıldığı söyle nebi I irse tabii.
Bu kitap bilimsel çalışmanın aslında en temel ve en önemli alanına gösterilen bu tavra karşı çıkmak için kaleme alınmıştır. Kitap doğuşunu 1982 yazında bir araya gelen çeşitli etkenlere borçlu. Birincisi, görelilik hakkında yazdığım bir kitap olan Spacewarps’u yeni bitirmiştim ve yirminci yüzyıl biliminin öteki büyük dalının üzerindeki gizem örtüsünün icabına bakmanın sırası diye düşündüm. İkincisi, o sıralarda, bilimle alakası olmayan insanların kuantum kuramı zannettikleri yanlış kavramlardan duyduğum rahatsızlık gitgide anıyordu. Fritjof Capra’nın harika kitabı Fiziğin Taosu ne fizikten ne de Tao’dan bir şey anlayan, ama Batı bilimiyle Doğu felsefesi arasında bağlantı kurmanın para getireceğini düşünen sürüsüne bereket taklitçi yaratmıştı. Son olarak, 1982 Ağustosu’nda Paris’ ten gelen habere göre bir ekip dünyanın kuantum mekaniği yorumunun doğruluğunu teyit, bundan hâlâ şüphe edenleri de ikna eden Önemli bir deneyi başarıyla gerçekleştirmişlerdi.
Burada öyle “doğu gizemciliği”, kaşık bükme ya da Duyu Ötesi Algı falan aramayın. Burada kuantum mekaniğinin gerçek öyküsünü, bütün kurmaca eserlerden çok daha garip olan o gerçeği arayın. Bilim böyle bir şeydir başkalarının felsefe eskilerini kuşanmaya ihtiyacı yoktur, çünkü kendisi zaten bir sürü haz, gizem ve sürprizle doludur. Bu kitabın muhatap olduğu soru şudur “Gerçeklik nedir?” Cevap(lar) sizi şaşırtabilin inanmayabilirsiniz. Fakat çağdaş bilimin dünyayı nasıl gördüğünü keşfedeceksiniz.
Önsöz
Hiçbir Şey Gerçek Değil
Kitabın başlığındaki kedi hayali bir hayvan, fakat Schrödinger gerçek bir kişiydi. Envin Schrödinger 1920’lerin ortalarında şimdi kuantum mekaniği diye bilinen bir bilim dalının denklemlerinin geliştirilmesinde etkili olmuş Avusturyalı bir bilim adamıydı. Gerçi bilim dalı demek pek doğru olmaz çünkü kuantum mekaniği bütün modem bilimin temel dayanağıdır. Bu denklemler çok küçük nesnelerin genel olarak, atomların ya da daha küçüklerin davranışlarını tarif eder ve çok küçükler dünyasının anlaşılmasını sağlayan tek şeydir. Bu denklemler olmadan fizikçiler işleyen nükleer enerji santrallerini (ya da bombalan) tasarlayanı azlardı, lazerleri yapamaz ya da güneşin nasıl sıcak kaldığını açıklayamazlardı. Kuantum mekaniği olmadan kimya hâlâ Karanlık Çağı yaşardı ve moleküler biyoloji bilimi diye bir şey olmazdı DNA’lar anlaşılmaz, genetik mühendisliği olmazdı.
Kuantum kuramı bilimin en büyük başarısını temsil eder. görelilik kuramından çok daha önemli ve çok daha doğrudan kullanım alanına sahiptir. Fakat bazı garip öngörülerde bulunur. Kuantum mekaniği gerçekten o kadar gariptir ki Albert Einstein bile anlaşılmaz bulup Schrödinger ve meslektaşlarının geliştirdiği kuramdan çıkan bütün sonuçlan kabul etmemiştir. Einstein ve pek çok başka bilim adamı kuantum mekaniği denklemlerinin, tesadüfen atom ve atomaltı parçacıkların davranışı hakkında makul, işe yarar bir kılavuz sağlayan ama gündelik hayatta anladığımız gerçekliğe karşılık gelen daha derin bir hakikatin de üzerini örten bir tür matematik hilesini temsil ettiğine inanarak rahatlatıyorlardı içlerini. Zira kuantum mekaniğinin söylediğine göre, hiçbir şey gerçek değildir ve şeylerin de biz bakmadığımız zamanlarda ne yaptıkları hakkında hiçbir şey söyleyemeyiz. Kuantum dünyasıyla her gün yaşadığımız dünya arasındaki farkı belirgin hale getirmek için Schrödinger’in hayali kedisi imdada çağrıldı.
Kuantum mekaniği dünyasında gündelik dünyadan aşina olduğumuz fizik kuralları artık işlemez. Onun yerine olaylar olasılıkların hükmü altındadır. Sözgelimi, radyoaktif bir atom. bir elektron yayarak bozunabilir; ama bu olmayabilir de. Bir radyoaktif madde parçasının içinde bulunan bir atomun belli bir zamanda bozunma ihtimalinin tam yan yarıya olduğu ve bozunma meydana geldiği takdirde bunu tespit edecek bir algılayıcının bulunduğu bir deney düzeneği kurmak mümkün. Kuantum kuramının ima ettiği sonuçlardan Einstein kadar canı sıkılan Schrödinger bu sonuçların saçmalığını göstermek amacıyla böyle bir deney hayal etti. Kapalı bir odada ya da kutuda, içinde aynı zamanda canlı bir kedi ve bir ampul zehirli gazın da bulunduğu bu deney düzeneğine göre, eğer radyoaktif bozunma meydana gelirse zehrin şişesi kırılacak ve kedi ölecekti. Gündelik hayatta kedinin ölme ihtimali yarı yarıyadır. Kutunun içine bakmadan gayet rahat, içerideki kedi için “ya yaşıyordur ya da ölmüştür” diyebiliriz. Fakat işte şimdi kuantum dünyasının garipliğiyle karşılaşıyoruz. Kurama göre, bu iki olasılığın da radyoaktif madde açısından, dolayısıyla kedi açısından da, gözlemlenmediği sürece bir gerçekliği yoktur. Biz ne olduğunu görmek için kutunun içine bakana kadar atomun bozunması ne meydana gelmiştir ne de gelmemiştir, kedi ne ölmüştür, ne de ölmemiştir. Kuantum mekaniğinin katışıksız versiyonunu kabul eden kuramcılar bir gözlemcinin neler olup bittiğini görmek için kutunun içine bakacağı zamana kadar kedinin bir tür belirsiz durumda var olduğunu, ne sağ ne ölü olduğunu söylüyor. Gözlemlenmediği sürece hiçbir şey gerçek değildir.
Bu fikir başta Einstein olmak üzere birçok kişinin tüylerini diken diken etti. Einstein, dünyanın esas olarak kuantum seviyesindeki olasılıkların rasgele “seçimleri’nin sonuçlarının birikmesi tarafından yönetildiğini savunan kurama gönderme yaparak “Tanrı zar atmaz,” diyordu. Schrödinger’in kedisinin durumunun gerçekdışılığını kaale almıyor, her şeyin altında yatan ve hakiki temel gerçekliği sağlayan bir tür “işleyen saat” olduğunu varsayıyordu. Bu her şeyin temelinde işleyen gerçekliği ortaya çıkarabilecek deneyleri tasarlamak için yıllarını harcadı ama böyle bir deneyi gerçekleştirmek mümkün olmadan öldü. Kendisinin başlattığı muhakeme tarzının sonucunu görememesi iyi olmuştur belki de.
1982 yazında Fransa’da Paris Sud Üniversitesinde Alain Aspect’nin başını çektiği bir ekip gerçekdışı kuantum dünyasının altındaki temel gerçekliği tespit etmek için bir dizi deney gerçekleştirdi. Temel gerçekliğe —altta işleyen saate “gizli değişkenler” adı verilmişti ve deney bir kaynaktan zıt yönlere uçup giden iki fotonun, yani ışık parçacığının davranışıyla ilgiliydi. Bu deney Onuncu Bölüm’ de baştan sona anlatılıyor fakat buna esasen bir gerçeklik testi olarak bakılabilir. Aynı kaynaktan çıkan iki foton kutuplanma denilen bir özelliği ölçen iki detektör tarafından gözlemlenebilir. Kuantum kuramına göre bu özellik ölçülmeden önce yoktur. Gizli değişken düşüncesine göre her foton yaratıldığı andan İtibaren “gerçek” bir kutuplanmaya sahiptir. Bu iki foton birlikte yayıldığı için kutuplanmaları da birbiriyle bağıntılıdır {correhted). Fakat fiili olarak ölçülen bağıntının yapısı iki gerçeklik görüşüne göre farklıdır.
Bu önemli deneyin sonuçları ayan beyan ortadadır. Gizli değişken kuramının öngördüğü türden bir bağıntı bulunmuyor; kuantum mekaniğinin öngördüğü türden bir bağıntı bulunuyor, dahası, yine kuantum mekaniğinin Öngördüğü gibi bir fotonun üzerinde yapılan ölçüm öteki fotonun yapısı üzerinde anında bir etki yaratıyor. Işık hızıyla birbirlerinden ayrılıp uçmalarına ve görelilik kuramının bize hiçbir haberin ışık hızını geçemeyeceğini söylemesine rağmen bir etkileşim ikisini ayrılmaz bir biçimde birbirine bağlıyor. Bu deneyler dünyanın altında yatan temel gerçeklik diye bir şeyin olmadığını kanıtlıyor. Evreni oluşturan temel parçacıkların davranışını düşünürken gündelik anlamdaki “gerçeklik” iyi bir yol değil; öte yandan bu parçacıklar adeta görünmez bir bütüne ayrılmaz bir biçimde bağlanmış görünüyorlar ve her biri bir diğerine ne olduğunun farkında.
…
