Belirsizlik İlkesi
Doç. Dr. Haluk Berkmen
Evrende her var olan, en küçükten en büyüğüne kadar hem dalga hem de parçacık özelliği gösterir. Işığın bir foton treni olarak düşünülebileceğini daha önceki yazılarımda belirttim. Işık bir nesneye, örneğin bir elektrona “çarptığında” foton parçacık gibi davranır ve elektronu yerinden oynatır. Fakat Kuantum kuramında belirsizlik olduğundan elektronun ne tarafa doğru hareket edeceği bilinemez. Bu durumu Werner Heisenberg (1901-1976) 1927 yılında “Belirsizlik ilkesi” olarak ilan etmiştir. Fransız fizikçi Louis De Broglie (1892-1987) maddesel parçacıkların dalga gibi davrandıklarını açıklayan eşitliği ileri sürdü. Bu ifade p = h / x şeklinde olup, soldaki p parçacığın momentumu (hızı çarpı kütlesi), h Planck sabiti ve x dalga boyudur. Eşitliğin sol tarafı nesnelerin parçacık, sağ tarafı ise nesnelerin dalga özelliğini gösterir. Her dalganın hem momentumu hem de dalga boyu farklı olduğundan. Bir dalga paketini oluşturan dalgalar için p = n.dp ve x = m.dx yazabiliriz. Burada dp ve dx belirsizliği tanımlamakta ve hem yer değişkeni olan x’in hem de p’nin belirsizlik içerdiklerini varsayıyoruz. m ve n birer tam sayı olup, en azından 1 veya 1’den büyük birer tam sayı olmaları gerekir. Şu halde:
p = h / x eşitliğini n.dp = h / m.dx veya (n.m)dp.dx = h şeklinde yazabiliriz. (n.m) çarpanı en az 1 veya daha büyük olması gerektiğinden denklem:
dp.dx en az h veya daha büyük olmalıdır.
Bu yaklaşım belirsizlik ilkesinin basit açıklamasıdır. Daha ayrıntılı ifadesi burada gerekli değildir. Bu denkleme göre, parçacığın veya dalganın hızını ve yerini “sıfır hassasiyetle” ölçemeyeceğimiz kanıtlanmış olur. dp küçüldükçe dx büyür ve dx küçüldükçe dp büyür. Çünkü Planck sabiti her ne kadar küçük olsa da sıfırdan farklıdır. Bu denklemde parçacığın kütlesi m belirmemekte sadece momentum denen bir büyüklük görülmektedir. Dolayısıyla bu denklem tüm dalgasal yapılarda geçerlidir. Zira dalganın bir kütlesi olmasa da momentumu daima vardır. “Momentum” kavramını klasik anlamda, gündelik hız ve yön kavramları olarak düşünebiliriz. Momentum bir “vektör” olup hareket yönünü belirtir. Eğer parçacığın (dalganın) hızındaki belirsizliği azaltmak istersek yeri hakkındaki bilgimiz azalmakta yani belirsizlik artmaktadır. Eğer yerini kesinlikle belirlemek istersek yeri ile ilgili belirsizliği azaltmalı dolayısıyla hızı ve hareket doğrultusu hakkındaki belirsizlik artmalıdır.
Klasik fizikte böylesine bir belirsizlikle karşılaşmıyoruz. Ama gündelik yaşamımızda pek çok belirsiz durumun bulunduğunu da kabul etmek zorundayız. İnsan yaşamı determinist (belirli) olmayıp, Kuantum Kuramının kavramlarıyla açıklanabilir. Her ne kadar “akademisyen” kişiler bu dediğime karşı çıksa da, günümüzün yeni “paradigması” bu görüşümü onaylamaktadır.
Altta bir Pazar günü şakası olsun diye, bir karikatür ekledim.
