Fotonlar, ya da elektronlar gibi atomaltı parçacıkları bazen aynı zamanda dalga biçiminde hareket edebiliyorlar. Ve dalgalar da bazen atomaltı parçacıklar gibi davranabiliyorlar. Halen oldukça şaşırtıcı olan bu fiziksel hadise, aynı zamanda kuantum fiziğinin temel ilkelerinden biri. Ve şimdi, ilk defa bilim insanları söz konusu bu dualitenin doğrudan bir fotoğrafını çekmeyi başardılar.
Yapılan diğer deneyler de bu iki taraflı davranışı doğrulamışlardı. Daha 19. yüzyılda, fizikçiler sönük bir ışığı -yani az miktardaki fotonları- son derece dar iki aralıkta parlattıklarında, diğer tarafta yer alan bir ekranda gösterildiği üzere fotonların bir aralıktan diğerine doğru gittiğini öğrenmişlerdi. Fakat ışığın miktarını arttırdıklarında, ekran dalgalı karanlık ve aydınlık bantları gösteriyor, karışan dalga modelleri birbirine geçmeye başlıyordu. Lazer ışınlarında da aynı şey söz konusuydu. İsviçre’deki École Polytechnique Fédérale de Lausanne‘de görevli bir fizikçi Fabrizio Carbone, “Yine de, bütün bu deneylerin bu iki şeyi şimdiye kadar aynı anda göstermediğini” söylüyor. Ama bu yeni yapılan deneyde, Carbone, hem dalga biçimli hem de parçacık biçimli davranışı tek bir karede yakalamayı başardı.
Söz konusu bu resim elbette aslında bir fotoğraf değil. Bu aslında 40 nanometre genişliğindeki gümüş bir telin içerisinde sıkışıp kalan ışığı gösteriyor. Carbone’un ekibi bu teli elektronlarla doldurdu, ki bu sonrasında iki şeyden birinin meydana geleceği anlamına geliyordu: Ya teldeki ışıklı alan, bir elektron çarpışmasına yol açan enerji oluşturup hızlanacaktı, ya da elektron enerjisini ışığa doğru aktaracak ve yavaşlayacaktı. Dolayısıyla bu elektronların hızı ve konumu bize aslında ışığın telin neresinde olduğunu ve onun enerji aldığını ya da verdiğini göstermiş oluyor.
Yani görselde, sola doğru giden eksen, telde sıkışıp kalan ışığın zirve noktalarını ve en düşük konumlarını gösteriyor. İşte bu da dalga biçimli davranış.
Fakat sağ tarafa doğru giden eksende, elektronlara kazandırılan enerjiyi görebiliyoruz. Işık yalnızca soyut/farklı miktarlarda (“quanta”) enerji elde ediyor ya da onu kaybediyor. Bu ışığın durumunda, bu miktar da bir foton. Sağ taraftaki bu enerji ekseni, elektronların fotonlardan aldığı tekil paketler. Diğer bir ifadeyle: parçacık biçimli davranış.
Söz konusu deneyde yer almayan, İspanya’daki Foton Bilimleri Enstitüsü’nden bir fizikçi Frank Koppens, bunu “harika bir çalışma” olarak nitelendiriyor ve şöyle devam ediyor, “Bunun dalga-parçacık dualitesini gösterdiğine aslında karşı çıkabilirsiniz.”
Aslında, her obje -insan vücudu da- dalga biçimli özelliklere sahip. Fizik bilimi açısından, bizler bir anlamda çok çok küçük dalga boylarından oluşan büyük bir parçacığız. Ama bir parçacık küçüldükçe, onun dalga boyu büyüyor. Atomaltı ölçekte ise, dalga boyları parçacığın kendisiyle aynı boyutlarda. Bu evrenin en temel özelliklerinden birisi, ve dualitenin de kaynaklandığı yer.
Bu olup bitenler size fazla tuhaf geliyorsa, yalnız değilsiniz. Fizikçiler dalga-biçimli dualitenin doğru olduğunu kabul ediyorlar, ama bu ondan hoşlandıkları anlamına gelmiyor. Hadisenin, meydana geldiği andaki bir fotoğrafına sahip olmak yalnızca onu biraz daha anlaşılır kılıyor. Carbone, şöyle söylüyor: “Teorinin çalıştığından ve böyle de olması gerektiğinden emin olsanız da, yine de deneysel bir kanıta sahip olmamak -en azından benim için- rahatsız edici. Elbette bir şeyin tuhaf olması, onu yanlış kılmıyor.
Görsel: Wired UK
Not: Marcus Woo’nun Wired’da yayınlanan makalesinden çevrilmiştir.