Kuantumun Daha da Garip Dünyası

1926'dan sonra Niels Bohr kuantum kuramının ente­lektüel vicdanı oldu -kuramı Einstein'ın şüpheciliğine karşı savunan oydu. Bohr Einstein'dan yalnızca altı yaş gençti ama fizik alanında tamamen başka bir kuşağa da­hildi. Yaratılmış en derin bilimsel kuramın kuantum ku­ramı olduğunu düşünüyordu ve birçok fizikçi bu konu­da onunla hemfikirdi. Bohr'un yol göstermesi ve acıma­sız eleştirileri sayesinde Heisenberg ünlü belirsizlik il­kelerini geliştirdi; bu ilkelerin en anlaşılır olanı bir atomaltı parçacığın, örneğin elektronun konumunu ve momentumunu ilişkilendiren ilkeydi. Özünde bu ilke eğer bir parçacığın yerini tam olarak ölçecek bir deney tasarlarsanız, o deneyin parçacığın momentumunu hiç­ bir şekilde ölçemeyeceğini söylüyor. Bir parçacığın momentumu ölçülemezse, kuantum kuramına göre o parça­cığın varolduğunu farz etmeye bile hakkımız yoktur. Öte yandan, eğer bir parçacığın momentumunu tam ola­rak ölçecek bir deney geliştirirsek, o deney de bize par­çacığın konumu hakkında hiçbir şey söyleyemez. Kuan­tum kuramına göre o parçacığın bir konumu yoktur. Dolayısıyla belirsizlik ilkesi bize -iki nicelikten biri hak­kında sınırlı bir kesinlikte bilgi veren çoğu deneyin ter­sine- her iki nicelik hakkında da aynı deneyde ne öğre­nip ne öğrenemeyeceğimizi söylüyor. Heisenberg bu fikirleri 1927'de açıkladı ve Bohr bun­ları "tümleyicilik ilkesi "ni yaratmak için kullandı. Bohr belirsizlik ilkelerinin bir cismin, örneğin elektronun ve­ya fotonun hem parçacık hem de dalga özelliklerini ay­nı anda gösteren bir deney tasarlanmasını imkânsız ha­le getirdiğine dikkat çekti. Bu nedenle, elektron bazı de­neylerde parçacık, bazı deneylerde ise dalga gibi davra­nırken, Bohr'un ilkesi elektronun davranışının bu iki farklı yüzünün asla birbirleriyle çatışmayacağını söylü­yordu. Elektrona ikili yapısından ötürü "wavicle"(İngilizcede dalga anlamına gelen "wave" ve parçacık anlamına gelen "particle" sözcüklerinin birleştirilmesinden) adı­nın verilmesi bile önerildi.

Heisenberg'in belirsizlik ilkeleri Einstein'a dişini ge­çirebileceği somut bir şey verdi, ilkelerin yanlış olduğu­nu göstermeye çalışmaya karar verdi. Bu amaçla isviçre patent bürosundaki günlerindeki gibi, hem konumu hem momentumu ya da (Heisenberg'in başka bir ilkesi­nin konusu olan) hem enerjiyi hem zamanı ölçebiliyormuş gibi görünen ustaca yapılmış hayali aletler icat etti. Bu aletlerin taslaklarını yaptı ve Solvay Konferansların­da bunları meslektaşlarına meydan okumak için ortaya attı. Belçika'da yapılan bu toplantılara zamanın büyük fizikçileri katılırdı.

Altı gün süren beşinci Solvay Konferansı Ekim 1927'de yapıldı. Kuantum fiziğini kuranların üçü -Planck, Einstein ve ilk kez olarak Bohr- oradaydı; Broglie, Heisenberg ve Schrödinger gibi daha genç araştırmacılar da oradaydı. Toplantıları Lorentz yönetti. Einstein eleştirmen rolünü üstlendi. Resmi olmayan toplantılarda kuantum kuramının işe yaramadığını gös­terdiğini iddia ettiği birçok hayali alet sundu. Bu aletle­ri dikkatlice inceleyen Bohr ise kuramın aslında işe ya­radığını gösterdi.

Ama en inanılmaz karşılaşma 1930'daki Solvay Konferansı nda oldu. Bu sefer Einstein Heisenberg'in enerji ve zamanla ilgili belirsizlik ilkesini çürüteceğe benzer bir alet geliştirmişti. Bu alet kenarlarından birinde bir perdeyle açılıp kapatılabilen bir delik bulunan bir kutudur. Açılma kapanma süresi bir saatle ölçülür. Kutunun içinde radyasyon var. Kutu bir tartının üzerine konup tartılıyor. Saat zamanı kaydediyor ve perde açılıyor. Bir foton dışarı kaçıyor. Perde hemen kapatılıyor ve kutu tekrar tartılıyor. İki ağırlığı karşılaştırarak fotonun ku­tudan ne kadar enerji çıkardığını öğreniyoruz, ayrıca zamanı da biliyor gibiyiz. Yani enerji ve zaman arasın­daki belirsizlik ilkesine uymayan bir alet yaptık.

Einstein'ın geliştirdiği aleti ilk gördüğünde Bohr hem şaşırmış hem de son derece gerilmişti. Heisenberg'in ku­ramını kurtarmak için uykusuz bir gece geçirmiş olma­lı. Ama ertesi sabah çözüme ulaşmıştı. Kutunun ağırlığı­nın ölçümünde bir belirsizlik vardır, çünkü eğer kutuyu bir ibrenin tartıdaki bir sayıyı göstermesiyle tarttığımızı farz edersek, Heisenberg'e göre ibrenin konumunda bir belirsizlik vardır, ibrenin konumunu tam olarak belirle­mek için tartıya bir miktar momentum vermemiz gere­kir. Ama bildiğimiz gibi ibre Dünya'nın kütleçekimi ala­nında hareket ediyor ve saatle ölçülen zaman -Einste­in'ın eşdeğerlik ilkesinde belirttiği gibi- saatin kütleçe­kimi alanının neresinde olduğuna bağlı olduğu için per­denin ne zaman açıldığına dair bir belirsizlik olacak. Ayrıntılı bir şekilde incelenirse bu durumun Heisen­berg'in belirsizlik ilkesiyle tamamen uyuştuğu görüle­cektir. Einstein'ın kuantum kuramına karşı duyguları o kadar güçlüydü ki, onu çürütmeye çalışırken kendi en büyük buluşunu göz ardı etmişti.

....................................Einstein Princeton a geldiğinde artık kuantum kura­mının tutarsız olduğunu iddia etmiyordu. Belki de Bohr'la görüşmeleri onu ikna etmişti. Ama kuramın ek­sik olduğunu, yani gerçeğin büyük bir kısmını açıklaya­madığını iddia ediyordu. Bir kuantum kuramcısı, buna "gerçeğin" kuram tarafından açıklanamayan parçaları­nın gerçekten var olmadığı yanıtını verirdi. Bu sorun yalnızca kuantum kuramından daha iyi bir kuram orta­ya çıkarsa çözülebilirdi. Einstein'ın yapmaya çalıştığı buydu.

Onun yapmak istediği başından beri olasılıklarla uğ­raşmayan, klasik fizik gibi, bir kuram yaratmaktı. Oluş­turacağı daha büyük kuramın, kuantum kuramının so­nuçlarını aksiyomlar yani verili kabuller olarak değil, çı­karımlar olarak vermesini istiyordu. Elektron ve foton gibi parçacıkların, bu daha büyük kuramın denklemleri­nin sonuçları olarak çıkmasını bekliyordu. Ayrıca Eins­tein birleşik alan kuramı adını verdiği bu kuramın, elek­tromanyetizmayı ve kütleçekimini tek bir birleşik alanda toplaması gerektiğini düşünüyordu. Bu kuramı arama çabası fazlasıyla iddialı bir çabaydı; günümüzde birçok fizikçi -birçoğunun o zaman da söylediği gibi- Einste­in'ın baştan yanlış yolda olduğunu söylerdi. Einstein as­la bir yere varamadı, ama bu durum canını sıkmıyor gi­biydi. Neredeyse gerçekten son nefesine kadar büyük bir dinginlikle bu konuda çalışmaya devam etti. Hayali­ni takip etme isteğinin yoğunluğu 1944 yılında Max Born'a yazdığı bir mektupta belli oluyor:

Bilimsel beklentilerimiz tamamen zıt hale gel­di. Sen zar atan bir Tanrıya inanıyorsun, bense alabildiğine kuramsal bir şekilde kavrayabilece­ğimi düşündüğüm, nesnel bir şekilde mutlak ya­sa ve düzen içinde varolan bir dünyaya inanıyo­rum. Buna kesinlikle inanıyorum, ama birisinin benim bulmayı başarabildiğinden daha gerçekçi ya da daha somut bir yol keşfetmesini umuyorum. Daha genç meslektaşlarımızın bunu yaşlılı­ğın sonucu olarak gördüğünün farkındayım, ama kuantum kuramının baştaki büyük başarısı bile beni bu temeldeki zar oyununa inandırmıyor. Şüphesiz kimin sezgisel tavrının doğru olduğunu göreceğimiz gün gelecektir.

Albert Einstein - Fiziğin Sınırları

Jeremy Bernstein Çeviri: Y. U. Yazgan  Aralık 2006

TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapları s.149-151 162-64