Kuantum fiziği kavramını şu günlerde çok sık duymaya başladık. Oysa ne olduğu hakkında pek bir fikrimiz olmayabilir. Kuantum fiziği, 19. yüzyıl sonlarına doğru ortaya çıkan, atom altı parçacıkları ve fotonların yani ışığın davranışlarını inceleyen ve gözlemlemeye çalışan fiziğin bir alt dalıdır. Her ne kadar Max Plank’ın öne sürdüğü düşünülmüş olsa da birçok bilim insanının katkısı göz ardı edilemez. İşin temeline inmeye başlayınca geleneksel fiziğe dair tüm bildiklerimizi yerle bir etmenin yanı sıra kuantum evreni hiçbir şeyin mantık doğrultusunda ilerlemediğini açıkça göstermektedir. Bilim severlere özel hazırlamış olduğumuz kuantum fiziği hakkında bilmeniz gereken akıl almaz gerçekler listesini sizlere sunuyoruz. Keyifli okumalar!
1. Çift Yarık Deneyi
Kuantum fiziği, ilk defa 1900’lerin başlarında çift yarık (young) deneyi ile ortaya çıkmıştır. Deneyde iki büyük kurşun levha yer almaktadır. Öndeki levhada sadece bir yarık yer almaktadır. Arkadaki diğer levha ise detektör görevi üstlenmektedir. Levhalar elektron bombardımanına maruz kaldıklarında arka levhada tek çizginin oluştuğu görülmüştür. Bu sefer elektronlar, çift yarık düzeneğinde test edilmişlerdir. Arka levhada çift çizgi oluşumu beklenirken, aksine birden çok çizgi oluşmuştur. Elektronları tek tek atılsa bile bu durum değişmemiştir. Bu, elektronların aslında dalga özelliğini gösterdiğini kanıtlamıştır. Akabinde yarıkların çıkış noktasına detektör konularak deneyi devam ettirdiklerinde elektron kendisinin gözlemlendiğini hissetmişçesine davranışını değiştirip sadece iki çizgi oluşturmuştur.
2. Süperpozisyon
Süperpozisyon; atom altı parçacıklarının hareketlerini inceleyen bilim dalıdır. Daha da ayrıntıya girmek gerekirse foton, elektron gibi parçacıkların o anki bulundukları konumları ile ilgilenir. Bir parçacığın, elektronun aynı anda farklı durumlarda olmasını ifade eder. Bunun en güzel örneğini anlatmış olduğumuz çift yarık deneyi destekler. Normalde geleneksel fizik yasalarına göre sonuç sadece birdir, bize evrenle ilgili her şeyi anlatır; dünyanın nasıl oluştuğunu, yer çekimini, etki-tepki yasasını, gezegenlerle güneşin uyumunu hatta atomun parçalanma yollarını… Kuantum evreninde ise sonuç ihtimallere bağlıdır, kesin değildir.
3. Schrödinger’in Kedisi
Kuantum fiziği hakkında bilmeniz gereken akıl almaz gerçekler listesinin en dikkat çekici konusu Schrödinger’in kedisi olmalı. Erwin Schrödinger kurguladığı düşünce deneyi ile süperpozisyon ilkesini bizim için anlaşılır kılmıştır. Bir kediyi bir şişe siyanürle birlikle kutunun içerisinde hayal ediniz. Şişenin üzerinde de iple tutulan bir çekiç, rastgele gerçekleşecek bir olayda düşecek şekilde dizayn edilmiş olsun. Olası iki sonuç vardır; ya atom bozunmuştur ya da bozunmamıştır. Kuantum mekaniğine göre her iki olasılıkta aynı anda gerçekleşmelidir. Yani kutunun içine bakana kadar kedi hem canlıdır hem de ölüdür. Kutu açıldığında ise kedi ya ölü ya da canlıdır.
4. Dolanıklık İlkesi
Albert Einstein’ın kuantum fiziği konusunda çekimser kalmasının en önemli sebebi dolanıklık ilkesinin varlığı olmuştur. Çünkü onun görelilik kuramıyla tamamen çelişiyordu ve Einstein ışık hızını savunuyordu. Gelin birlikte Einstein’ın “Uzaktan Hayaletimsi Etki” olarak nitelendirdiği dolanıklık ilkesine yakından bakalım! Kuantum fiziğine göre iki benzer parçacıklar birbirlerinden kilometrelerce uzak mesafelerde olsalar dahi birinin yönü değiştirildiğinde diğeri de anında cevap verip yönü değişir. Bu demek oluyordu ki ya bunlar ışık hızından daha hızlı gerçekleşiyordur ya da birbirlerine bağlılardır. Kuantuma göre bu yüzden evrendeki her şeyin özü birdir ve aynıdır.
5. Karanlık Madde
Evrenin hemen hemen %5’ini madde olarak adlandırdığımız galaksiler, yıldızlar, ağaçlar, dağlar, atomlar vb. cisimler oluşturmaktadır. Yaklaşık %25’ini ise karanlık madde oluşturmaktadır. Peki, kara maddeyi neden göremiyoruz? Çünkü karanlık madde hiçbir şekilde ışığı emmez, yaymaz, yansıtmaz ve elektromanyetik kuvvetlerle etkileşime girmez. Maddeler üzerinde yarattığı kütle çekim etkisiyle belirlenmiştir. Varlığının en güçlü kanıtı Sarmal Gök ada eğilimleridir. Günümüzde bu maddeyi bulmak için bilim insanları araştırmalarına devam etmektedirler. Olası kozmik ışınlardan korunması için yeraltına yerleştirilen hassas dedektörler kullanılmaktadır.
6. Karanlık Enerji
Karanlık enerji ile az önceki bahsetmiş olduğumuz karanlık maddeyi birbirine karıştırmamak gerekir. Evrenin neredeyse %70’ini kaplayan karanlık enerjiyi ilk kez Albert Einstein öne atmıştır. Görecelik teorisine göre evrenin sabit kalamayıp sürekli genişlediğini ve bir gün çökeceğini belirtmiştir. Gerçekten de karanlık enerjinin varlığına dair en önemli veri, evrenin genişlemesinde oluşan artıştır. Büyük patlama neticesinde evren küçücük bir noktayken bugün bu enerjinin uzayda ölçülenden çok daha güçlü olduğu tahmin edilmektedir. Her ne kadar araştırmalar yapılsa da konuyla ilgili bilgilerin yetersiz kaldığı görülmektedir.
7. Kuantum Bilgisayarı
Kuantum fiziği hakkında bilmeniz gereken akıl almaz gerçekler adlı listesinde yer alan kuantum bilgisayarları bizim kullandığımız klasik bilgisayarlardan oldukça farklı özellik taşımaktadır. Klasik bilgisayarların hafıza yapısının 0 ve 1 değerini alabilen bitler oluşturur. Kuantum bilgisayarlarında ise 0 ve 1’in aynı anda gerçekleşme ihtimalinin yer aldığı kübitler oluşturur. Bu da fazla işlem gücü kabiliyeti demektir. Google tarafından kuantum özelliklerine sahip bilgisayarın üretimi bildirildi. Çok iyi özelliklere sahip normal bilgisayarların 10.000 yılda yapabileceği işlemleri 200 saniyede yapacağı söylenmektedir. Her ne kadar düşük ısı ve vakum koşulları nedeniyle günlük kullanıma uygun olmasa da geleceğe umut vadetmektedir.
8. Holografik Evren Kuramı
Atom altı parçacıklarının iki boyutlu olduğu iddia edilmektedir. İki boyutlu parçacıkların nasıl üç boyutlu parçalar üretebildikleri merak konusu olmaktadır. Fazlaca ütopik olan ve ortaya atılan bu tez insanın hayal dünyasının sınırlarını zorlamaktadır. Hatta Elon Musk gibi önemli isimler bile bunu desteklemektedir. Hologram kuramına göre evrende her şeyin bilgisi mevcuttur. Gördüğümüzü sandığımız evren sadece bir holografik yapı, bir yansımadır. Hepimiz bir yansımayız ve evren sadece bir illüzyondan ibarettir. Holografik ilke evrenin içi boş bir hologramdan ibare olduğunu bize söylememektedir. Gerçek hayattaki üç boyutlu olan gezegen, insan gibi cisimlerin nasıl holografik kodlandığını bize gösterememektedir.
9. Kırılmaz Kodlar
Günümüzde ele geçirilmesi zor olan geleneksel kriptografi yani şifrebilim anahtarları kullanılmaktadır. Gönderici tarafından şifre kodlanır, alıcı tarafından da şifre çözülmeye çalışılır. Elbette problem kuantum anahtar dağıtımı (QKD) yöntemiyle çözülebilir. Bu yöntemle bilgiler rastgele kutuplanmış fotonlar yardımıyla gönderilir. Fotonların yalnızca bir düzlemde titreşmesine neden olan kutuplanma, polarize filtrelerin kullanımıyla alıcının şifreyi kırmasını sağlayabilir. QKD’nin sağladığı algoritma ile gizli veriyi şifreleyebilir. QKD kullanmayan hiç kimse bu güvenli şifreyi kıramaz. Fakat sistem en fazla 142 km uzaklığa kadar veri iletebilmiş olup bundan daha fazla mesafelerde çalıştığı görülmemiştir. Yine de geleceğe dair çığır açacak en büyük gelişme olduğu söylenebilir.
10. Uçan Pusulalar
Yapılan araştırmalara göre kuantum fiziğinden yararlanan tek canlı insanlar değildir. Hiç göçmen kuşların kıtadan kıtalara yollar aşarlarken yönlerini nasıl bulduklarını düşündünüz mü? Gelin birlikte kızılgerdan olarak bilinen nar bülbüllerini göç ederlerken yollarını nasıl bulduklarına bakalım! Kızılgerdanların akıl almaz kuantum ile yollarını bulduklarını size rahatlıkla söyleyebiliriz. Işığa duyarlı kriptokromlar, retina duvarında bulunan proteinlerden biridir. Işık göze girdiğinde kriptokromlara çarpar ve birbirine dolanık moleküllerin elektronları ortaya çıkar. Buna duyarlı olan kızılgerdanımız ve diğer hayvanlar dünyayı manyetik bir harita olarak görürler.
