ELİMİZİ dokunduğumuz
eşyaların, maddelerin ve cisimlerin bilimsel yorumları günümüzde makro ölçekte
bilinen klasik bilim ölçeğinde algılanıyor. Atom altı dünyalarda ise mikro
ölçek bilimi geçerlidir. İnsanların çizdiği bu sınır, uzunluk birimine göre
metrenin milyarda biri ölçeğine denk gelen nanometre olarak bilinir.
Atomlar
bir araya gelerek nanometreyi oluştururlar. Her maddenin atom büyüklükleri
farklı olduğundan nanometreyi oluşturan atom sayıları da değişecektir. Bazen 23
adet atomun yan yana dizilmesiyle, bazen de üç buçuk altın atomu bir araya
gelerek nanometreyi oluşturur.
Makro
ve mikro ölçeğindeki nicelik sınırı ise tam anlamıyla Avogadro sayısı olarak
bilinir. Yani bir elementin bir molekülündeki atom sayısı veya bir bileşiğin
bir molündeki molekül sayısı da mikro ve makro ölçek sınırını oluşturur.
İnsan
gözü sınırlı alanı görürken, ışık mikroskobu daha derinlere nüfuz eder.
Elektron mikroskobu da molekül boyutuna erişip atomlara kadar ulaşacak
derinliğe inebilir. “Hücreler de kabaca ışık mikroskobu sınırlarında kalır”
dense hata olmaz.
Derinliğe
nüfuz etmenin ölçüsü tamamen ışığın dalga boyu ile ilgilidir. Dalga boyu
küçüldükçe ışığın atomlar arasından geçmesi kolaylaşır. O zaman, makro ve mikro
ölçek ayrımında uzunluk ve nicelikten sonra ışık da bir ayraç olarak
kullanılabilir mi? Ya da ışık başka bir şey mi?
Bu
tür sorular insanları ışığı detaylı şekilde aramaya itmiştir. Makro ölçekte
mekanik, elektrik-optik ve termodinamik olaylar statik, dinamik ve kinematik
olarak incelenebiliyor. Başta ifade edilen makro ve mikro ölçek sınırı ışığın
nüfuz derinliği ile anlam kaybına uğrar. Yani maddenin, eşya ve cisimlerin
kökleri, insanların anladığı anlamda olmayan yeni tür dalgalar ile
açıklanabilen mikro dünyada gizli olduğu ortaya çıkıyor.
Işık,
makro dünyadan mikro dünyaya geçişte en büyük pencere oluyor. Işık bir dalga
olarak algılanırken, atomun parçalarından biri olan elektron madde yasalarına
göre davranıp hareket hâlindeki dalga olarak yorumlanır. Elektronun ışık gibi
böyle dalga olarak anlaşılması elektromanyetik dalgaları hatırlatır.
Elektromanyetik dalgaların bileşenleri olan manyetik alan ve elektrik alan
dalgaları daima birbirlerine dik olarak hareket eder ve birbirlerine
karışmazlar.
Ancak
bunca olaya rağmen ortada netlik bulunmamaktadır. Çünkü dalga-parçacık (madde)
ikilemi bir elektronda bulunabiliyor. O zaman şunu sormak lâzım: Gerçekte ve
doğal hâlde durgun bir elektron var mıdır, yoksa elektronu bir yere çakılı
kabul etmek insanoğlunun aklının bir ürünü müdür?
1864
yıllında Maxwell, yüklerin (bunun içinde elektron da var) sonsuza kadar
yayıldıklarından hareketle Ampère, Coulomb, Faraday ve Biot-savart Yasalarını
düzeltiverdi. Elinde en güçlü dayanak elektik ve manyetik geçirgenliklerden
hareketle ışık hızını elde etmiş olması vardı. Varılan sonuç, aslında madde
dalgalarını ortaya koyuyordu. 1888’de Hertz elektromanyetik dalgaları
gözlemlemiş ama madde dalgalarını tam olarak açıklayamamıştı.
Her
ne kadar matematikçiler karşı çıksa da elektrik alan vektörü ile manyetik alan
vektörü birbirine böldüğünde elde dilen değerin ışık hızı olması elektronik
dünyasına Maxwell’in adını altın harflerle yazdırdı.
Yıl
1897 olduğunda, Hollandalı fizikçi Zeeman, ışığın tayf çizgilerinin manyetik
alan altında bileşene ayrılmasını ifade eden etkiyi tespit etti. 1870 yılında
varlığı William Crokes tarafından belirlenen elektron, 1897 yılında Thomson
tarafından keşfedildi.
Yıl
1900 olduğunda, Alman fizikçi Max Planck, ısınan maddelerin ışık yaydığı
bilgisini inceliyordu. Bütün cisimler sıcaklıkları ne olursa enerji ışıması
yapıyor. Bir maddenin içinde hapsolmuş ışık, ileri geri hareket etmektedir. Bu
kısıtlı alandaki ışık hareketin, Lord Rayleigh ve James Jeans tarafından duran
elektromanyetik dalgalar olduğu ileri sürüldü.
Buradaki “duran”
kelimesi “hareketsiz” anlamında değil, “dalganın katları” şeklinde… Ancak bunu ifade
edemiyorlardı.
Madde içindeki elektron ve kısıtlı alandaki ışık her değerde değil de belli
dalga hatları şeklinde harekete sahipti. Elektronun madde olarak bu özelliği
ile ışığın hareketi aynı formdaydı.
Işık
ve elektronun hareket ettikleri kısıtlı alanda, duvarlar düğüm noktaları olarak
işlev görüyordu. Bütün değerlerde olmayan bu tam dalganın katları (duran
dalgalar) şeklindeki hareket, sürekli enerji değerlerini de almıyor, belirli
enerji değerlerinde salınıyorlardı. Böyle bir durum daha önce matematiksel
olarak ifade edilemediğinden, Max Planck, bu salınımları yalnızca belirli
enerjilerdeki dalgalara karşılık gelecek şekilde bir ifade ile izah etmişti.
Yazımda elektronun manyetik özelliğini dikkate almasa da bu durum yeni bir
ifade tarzıydı.
Bu
ifadeye göre bir salınıcı (ışık, madde), bir alt seviyeye geçerken belli
frekansta ışıma yapar. Bu sırada üst seviyeye çıkarken ışık soğurur. Elde
edilen bu ifade, daha önce bilinen termal enerjiyle de uyumluydu.
Ardından
ışığın bu özelliği Einstein tarafından kullanıldı. Maddeye gönderilen kuvvetli
ışık, maddenin yüzeyinden elektron koparıyordu. Böylece ışık ve elektron
iletişime geçmiş ve temas etmişlerdi.
Ardından
alfa-ışık saçılması, atom spektrumları ve maddelere eşlik eden madde dalgası da
keşfedildi. Bunların her biri ileride Nobel ödülü ile taçlandırılacaktı.
Elektron ile ışığın etkileşip enerji transferini sağlamaları, elektronun ışık
ile aynı ölçekte olay olduklarını ortaya koymuştu. Işık yol alırken ve dalga gibi etkileşirken madde gibi davranıyordu.
Elektron (madde) da ilerlerken dalga gibi durgun hâlde madde gibi davranıyordu.
Işıklar,
maddeler (elektron, proton vb.) ve ışık-madde, dalga ve parçacık özellikleri
aynı düzeyde olduklarında birbirleriyle etkileşiyorlardı. Çünkü enerji
alışverişi bunun en büyük delilidir. Ayrıca ışıma ve soğurma da bunlardan
diğeridir. Ancak bu tür olaylardan sadece bir tanesi gerçek anlamda devrim
niteliği taşıyor ve yeni bir bilimsel pencere açıyordu. İşte Max Planck’ın
ifade ettiği, “duran dalgaların enerjilerinin de kesitli olduğunu”
göstermesidir.
Böylece
kuantum doğmuş oluyordu. Max Planck, kendilerinden öncekilerden farklı olarak
sadece bilimsel bir formül ile durumu ifade etti. Kesikliliği göstermek adına da kendi ismiyle anılan sabiti öneriyordu.
Bilimsel sabitlerin birimleri olmazken, Planck’ın önerdiği yenidünyanın yeni
sabiti, enerji cinsinden oluyordu. Her frekanstaki enerjiler bu sabitin katları
şeklinde olup “paketçikler” şeklindeki niceliği ifade etmektedir. Bunun dışında
bir fiziksel olay gözlenmemektedir. Bu durumları ifade eden “Planck sabiti”, bir fotonun (ışıtın sadece
bir tanesi) enerjisi ile elektromanyetik dalgasının frekansı arasındaki
orantının ölçüsüdür.
Nedensellik,
süreklilik gibi olayların açıklandığı makro ölçek bilimi olan klasik görüşün
surları, mikro ölçek olaylarının açıklanmasıyla yıkılmıştır. Gerçekte bütün
maddeler ve cisimlerde temelde bu özelliğe göre hareket etmektedirler. Yani
durağan hiçbir şey yoktur; belli ölçülerde sürekli hareket vardır. Buna göre de
belli izinli seviyelerde olaylar gerçekleşmektedir. Bu hareket büyük bir aklın
müdahalesine açık en büyük delil olarak ortada duruyor.
Çağlara
kim ne isim verirse versin, hepsinin dayandığı tek dayanak vardır. Bilgi çağı,
dijital çağ ve diğerlerinin hepsi, “kuantum çağ” omuzlarında yükselir.