Kuantum Fiziği

KUANTUM FİZİĞİ

Kuantum Fiziği Nedir?

 Kuantum fiziği klasik fiziğin, yani günlük hayatta kullanılan fizik yasalarının açıklamakta zorlandığı bir takım olayları inceler ve açıklamaya çalışır. Daha soyut bir tanım ile kuantum fiziği ; madde, ışık ve gözlemlenemeyen sistemlerin atom ve atom altı düzeydeki hareketlerini inceleyen bir bilim dalıdır. İncelediği konulara x ışını gama ışını vb. elektromıknatıssal ışınlarla olan etkileşimler de dahildir. Mutlak doğruların olmadığını, deneysel yollara bağlı doğruların olduğunu savunur. Bu bilimde gözlemlenen her varlığın bir değişime uğradığı düşünülür Dolayısıyla objektif gözlemlerin bile aslında o kadar objektif olmadığı sonucuna ulaşırız. Kuantum fiziğinde parçacıklar birbirinden ne kadar uzak olursa olsun birbirlerini ışık hızından daha hızlı bir şekilde etkilemeleri söz konusudur. Yapılan deneylerde parçacıkların gözlemlenmezken birbirlerinden bağımsız bir şekilde hareket ettikleri, gözlemlenince ise sanki birilerinin onları izlediğini anlamış gibi birbirlerinin tam tersi yönünde hareketleri gözlemlenmiştir. Daha iyi anlayabilmek için yapılan deneylere bir göz atalım.

Kuantum Fiziği Deneyleri

 Çift Yarık Deneyi

Levhalara bir ve iki yarık açılması ve karşıdaki ekrana bu yarıklardan bilye, su dalgası, foton(ışık) gönderilmesiyle oluşuyor. Kuantum fiziğinde gerçekten büyük yeri olan bir deneydir. Deney aşamaları:

• Bir yarık olan levhadan bilyeler karşıdaki ekrana gönderilir. Ekranda yarığın deseni oluşur.

• İki yarık açılmış levhadan aynı ekrana bilyeler gönderilir ve iki yarığın deseni ekranda oluşur.

• Bir yarık açılmış levhadan su dalgaları gönderilir su dalgası karşıdaki ekranda uzun bir çizgi deseni oluşturur.

• İki yarık açılmış levhadan su dalgaları gönderilir ve çoklu desen(kesişim) oluşur.

Buraya kadar her şey normal. Bilim adamları bu deneyi yaparken elektronların parçacık olduğunu yani bu deneydeki bilyelerin davrandığı gibi davranmasını beklemişler ve bu deneyi foton için uygulamaya karar vermişler.

• Bir yarık açılmış levhadan foton gönderilir ve foton karşıda bilyenin oluşturduğu gibi yarığın desenini oluşturur.

• İki yarık açılmış levhadan foton gönderilir ve foton karşıda su dalgalarının oluşturduğu gibi çoklu desen oluşturur.

Yani elektronlar ne su dalgası gibi ne de bilye gibidir. Ancak daha ilginç olan şey ise bir sensör ile aynı foton deneyi tekrarlanınca fotonlar sanki izlediklerini anlamışcasına başta beklenen gibi bilyelerin oluşturduğu şekilleri oluşturmuşlardır. İşte bu da Kuantum dünyasının normal dünyadan çok farklı olduğunun bir kanıtıdır.

Schrödinger’in Kedisi Deneyi

Bu aslında bir düşünme deneydir. Basitçe Kutuya bir kedi, radyasyon ve radyasyon ölçer koyduğunuzu düşünün. Bir saat içerisinde ya radyasyon kediyi öldürecek ya da kedi yaşayacak. Kedinin ölme ve ya yaşama ihtimali %50’dir. Ancak biz kutunun içine bakmazsak kedi her iki durumda da olabilir. Bu da Kuantum Süper Pozisyonu kanıtlar niteliktedir. Kuantum süper pozisyon: Her hangi bir şeyin gözlem ve ölçüm yapılmadığında bütün olasılıklara sahip olması durumudur.

  Ancak Albert Einstein kuantum fiziğinde bir eksiklik olduğunu düşünmektedir. Aslında her şeyin normal fizik kanunlarıyla açıklanabileceğini düşündüğü için tüm bilim insanlarının denklemlerini kontrol etmesini ister. Ona göre kuantum süper pozisyon yoktur.

Kuantum Fiziği Felsefesi

Kuantum Dolanlıklığı Olgusu

Einstein’ın kuantum süper pozisyonu reddetmesi ile ortaya attığı bir fikirdir. İki parçacık karşı karşıya konulunca birbirlerinin arasında bir bağ oluşur ve birbirlerinin tam tersi yönünde hareket ederler. Bu parçacıklar birbirlerinden kilometrelerce uzağa konulunca bile aynı şekilde birbirlerinin tam zıttı yönünde hareket ederler. Einstein bunun onların zaten bu hareketi yapmaları gerektiği için bunu yaptıklarını, bir şeyi gözden kaçırdıkları için net bir cevaba ulaşamadıklarını düşünür. Aksi takdirde bu Mesafeler Arası Korkunç Bir Olay’dır. Ancak Niels Bhor biz gözlemlemezsek böyle bir şey gerçekleşmeyeceğini, onların gözlemlendiği için böyle davrandığını söyler. Bu görüşler bilim insanlarının ikiye ayrılmasını sağlar ve henüz çok genç bir bilim insanı olan Heizenberg belirsizlik ilkesini ortaya atar.

Heizenberg Belirsizlik İlkesi

Heizenberg, aynı anda iki şeyi ölçemeyeceğimizi söyler. Ölçümlerin bile kesinlik belirtmediğini düşünüyordur çünkü hem hız hem de konum aynı anda ölçülemez. İki şeyi bulmak için iki faklı işlem gerekir ve iki işlem arasında zaman farkı olduğundan dolayı tamamen doğru bir sonuca ulaşmamız mümkün değildir. Ayrıca ölçerek bu duruma müdahale etmiş oluruz. Çift yarık deneyinde de olduğu gibi gözlemlenince sonuç değişebilir. Bunun üzerine De Broglie, her şeyde bir belirsizlik olduğunu söyler. Yani Einstein’ın aradığı gibi bir kesinlik aramanın doğru olmadığını söyler. Ve çift yarık deneyi bunun kanıtıdır. Ancak bu, hiç bir şekilde en yakın olasılığı bulamayacağımız anlamına gelmez.

Olasılık Yoğunluğu Fonksiyonu : Schrödinger bir şeyin en yakın olasılığını hesaplamaya yarayan bu fonksiyonu bulmuştur.

  De Broglie aynı zamanda her şeyde bir dalga olduğunu söyler. Yani insanlar, eşyalar var olan her şeyin dalgaları vardır. Ancak bu dalgalar çok küçük olduğu için onların olmadığını düşünürüz. Dalga gibi davranan her şeyin olasılığı vardır. Dalgalar arttıkça belirsizlik de artar.

John Stewart Bell isimli bir teorik fizikçi buna inanmaz. Aynı zamanda kendisi Einstein’ın tarafındadır. Bunu kanıtlamak için fotonların gönderildiği polarizatör adı verilen iki detektöre zaman zaman fotonların konumunu değiştirip gönderir ve ikisinde de aynı sonuç olacağını düşünür. Bu deneyi teoride o hazırlasa bile kendisi deneyi yapmaz. İki faklı fizikçi bunu dener ve aldıkları sonuç bekledikleri gibi olmaz. Gerçekten de gizli bir değişken olmadığı belirlenir. Her ne kadar Einstein’ın kendisi bunu göremese de bu onun kaybettiğinin kanıtıdır.

Kuantum Bilgisayar Nedir?

Günümüzde kuantum bilgisayarların temeli atılmakta. Ancak bu bilgisayarlar bir oda büyüklüğünde olduğu için çok pratik değiller. Bir oda büyüklüğünde olmasının sebebi elektronların vakumlu bir tüpte tutulmasıdır. Bu tüp soğuk olmak zorundadır çünkü soğukluk artınca enerji azalır. Az enerjide elektronların stabil kalmasını sağlar. Eğer stabil kalmazlarsa sistem tam anlamıyla çöker. Kuantum bilgisayarlar normal bir bilgisayardan çok farklıdır. Normal bir bilgisayarda binary sistemi kullanılır. Bu sistemde her şey 1 ve 0’lardan oluşur. Kuantum bilgisayarlar da qubit kullanılır. Bu sistemde her şey 1, 0 ya da her ikisinden de oluşur. Qubitin olasılıkları normal bir bitten daha fazladır. Yani bize daha kısa sürede en doğru sonucu verebilir. Bu sayede olasılıkların en verimlisini hesaplaması çok hızlı ve doğru olacaktır. Bu nedenle bu bilgisayarların kişisel değil de daha çok büyük kurumların işine yarayacağı düşünülmektedir. Mesela bir kargo firmasının en hızlı ve en kısa yoldan en çok verimle nasıl bir rota izlemesi gerektiğini saniyeler içinde bulabilir. Bu bilgisayarların pek çok sorunun cevabı ve çözümü olacağı düşünülmektedir. Hala geliştirilmektedir.