Kuantum çağı

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.

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.