

Einstein ve Kuantum Kuramı
Albert Einstein devrimi, gerçek bir devrimdir. Einstein, insan aklındaki bir sıçramadır. Çünkü önce gözlem, sonra hipotez, sonra deney ve en sonra kuram diyen şu çok eski bilim anlayışına son ve büyük darbedir. O, önce düşündü. Ortaya attığı şeyler, herhangi bir denel desteğe sahip değildi ve üstelik kolayca da deneyden geçebilecek gibi görünmüyordu. Ama düşünce daha doğrusu matematik diliyle temellenen bu düşünce sıçraması, deneysel bakışta da bir sıçramayı getirdi. Bakın ne diyor : " Bir kuramın yaratılışı için yalnızca kaydedilmiş olgular topluluğu hiçbir zaman yeterli değildir. Her zaman maddenin kalbine hücum eden insan zihninin özgür bir buluşu eklenmiş olmalıdır "
Einstein, kuantum kuramının öncülerinden olduğu halde sonradan bu kuramın aldığı yeni biçimlere karşı çıktı. Aşağıda Einstein'in kuantum kuramıyla ilgili çalışmalarını ve kurama yönelttiği eleştirileri size sunacağım. Kuantum kuramına yönelttiği iki büyük itirazı Kutudaki Saat ve EPR deneylerini tanıtacağım. Ancak baştan şunu belirtmek istiyorum. Einstein,kuantum kuramına kendisine yaraşır düşünsel deneylerle karşı çıkmış olsa da zaman Einstein'i değil kuantum kuramını doğrulamıştır.
Anımsanırsa,1905 yılındaki makalelerinden birisi fotoelektrik olayın açıklamasıydı. Einstein,fotoelektrik olayı,ışığın tanecikli yapıda ya da fotonlar halinde alınıp verildiğini varsayarak açıklamıştı. 1924'te Louis de Broglienin parçacık-dalga ikiliği fikrini destekledi,foton kavramını ortaya attı, kuantum kuramı ile katıların özgül ısılarını hesapladı, Bose ile birlikte özdeş parçacıklar istatistiğini geliştirdi(Bose-Einstein İstatistiği), kuantum geçişlerine dayanan ve lazerlerin temel ilkelerini ortaya koyan bir makale yazdı ve hatta Max Borna göre kuantum kuramının olasılıklar cinsinden yorumunu bile ilk öneren kişi oldu. 1920'li yıllardan sonra yeni kuantum kuramını benimseyen bilim insanları nesli ortaya çıktı. Elektronunun çekirdek çevresindeki hareketi tanımlandı; kimyasal bağlar kuramı bulundu; katı hal fiziği( metaller, elektriksel iletkenlik, manyetizma kuramları) geliştirildi. Bu süreç atom çekirdeğiyle ilgili bilimsel çalışmaları başlattı.
Buna karşın 1928'den itibaren kuramın aldığı son biçimi eleştirmeye başladı. Eleştirisi ilkönce kuramda bir iç tutarsızlık bulmaya yönelikti; bu yöndeki eleştirilerini özellikle Niels Bohr(1885-1962) doyurucu şekilde yanıtladı. Bundan sonra kuantum kuramının deneysel yönden başarısızlığı bulunmasa veya bir iç tutarsızlığı olmasa da eksik bir kuram olduğunu ve nesnel gerçeklik felsefi görüşüne uyan başka bir kuram içinde yer alacağını iddia etti. Böyle yeni bir kuram bulma çabaları sonuç vermese de eleştirileri, özellikle de ünlü Einstein, Podolsky ve Rosen (EPR Deneyi) makalesi, kuantum kuramının şaşırtıcı yanlarını tartışmak bakımından çok yararlı oldu. Bu deneyde(aslında makale özgün bir deney içermez,deney versiyonunu David Bohm,1951'de öne sürmüştür) başlangıçta birbirine bağlı ama sonra birbirine zıt yönlerde hareket eden iki parçacığın birinin spinini (ya da momentumunu) ölçerek öteki hakkında bilgi edineceğimiz temel düşüncesine dayanır.
1924 yılında Louis de Broglie, enerjisi ve momentumu belli olan elektron gibi parçacıklara bir frekans ve dalga boyuna sahip dalgalar bağladı. Davisson ve Germerin deneyleri bu dalgaların girişim yapacak kadar gerçek olduğunu gösterdi. Bu dalgalar, kuantum kuramının Kopenhag yorumunda da yer aldığı halde, de Broglie farklı, pilot dalga dediği bir yorum ileri sürdü. Bunun ilk şekli Wolfgang Pauli ve başkaları tarafından şiddetle eleştirildi; ama David Bohm 1950'lerde pilot dalga kavramını içeren, ama aynı zamanda yerel olmayan etkileşmeler içeren bir kuram geliştirebildi. Bu kuram şu anda fizikçilerin büyük çoğunluğunca kabul görmüş değil.
Einstein, Kuantum Kuramında Neyi Kabullenemedi?
1927 yılında Bohr, Heisenberg ve Pauli ile yaptığı bir dizi tartışmanın da ışığında kuantum kuramının bir derlemesini yaptı ve Brüksel deki Beşinci Solvay Konferansına sundu. Konferansta Einstein de vardı ve Bohr, kuantum mekaniğinin Kopenhag Yorumu denen bu sunuyla Einstein' ı de ikna etmeyi ummuştu. Fakat Einstein ikna olmadı. Kuantum kuramının Kopenhag Yorumu, gerçekliğin istatistiksel yapısını göstererek determinizmi yıkmıştı; maddi gerçekliğin gözlemlemenin nasıl yapıldığına bağlı olduğunu göstererek de nesnel gerçeklik denen kavramı çökertmişti. Bohr, "Fizigin görevinin doğanın nasıl olduğunu bulmak olduğunu düşünmek yanlıştır. Fizik, bizim doğa hakkında ne söylediğimizle ilgilenir." diyordu. Doğa hakkında bir soru sorduğumuz zaman yanıtı belirlemek için kullanacağımız deney cihazını da belirlemeliyiz. Gözleyen, gözleneni etkiler. Peki bir termometreyi suya daldırıp suyun sıcaklığı şu derece derken yanlış mı söylüyoruz? Hayır da aslında termometre ile su arasındaki sıcaklık farkını ve bizim göz hatamızı ihmal ediyoruz. Bunu bilmek önemli. Büyükler dünyasında yaptığımız bu. Ama kuantum parçacıkları veya dalgaları dünyasında bunu yapamayız. Çünkü gözleme işi, elektronun durumunu değiştirir. Çünkü o gözleme durumuna göre dalga,yine gözleme durumuna göre parçacık yönünü ortaya koyar. Einstein, gözlemcinin nesnel gerçeğe olan bu etkisinin bir yol bulunup önlenebileceği görüşündeydi. İnsanlar bile, eğer gözlendiklerini bilirse davranışlarını ona göre ayarlar. Yani gözetlenen bir insanın davranışları, gözetlenmediği zamandaki davranışlarından farklıdır.
Kuantum kuramının iki büyük öncüsü olan Werner Heisenberg ile Erwin Schrödinger'i Nobel Ödülüne aday gösterirken,bu kurama ilişkin son sözü, bunun " daha tam ve kesin bir kuramın kısıtlı bir görünümü olması" gerektiği olmuştu.
Einstein, gençlik yıllarında Avusturyalı fizikçi ve filozof Machın etkisinde kalmıştı. Fiziğini metafizikten arındırılması gerektiğine ,doğanın anlaşılabilir olduğuna, rastlantısal olguların daha derin ve kapsayıcı kuramlar çerçevesinde determinist (belirlenimci) yorumlarla açıklanabileceğine inanıyordu. 1925'e dek kuantum mekaniğinin en yaratıcı sonuçlarını ortaya çıkaran kendisi olduğu halde,özellikle W.Heisenbergin belirsizlik ilkesini öne sürmesinden sonra bu alandaki gelişmeleri karşıt bir tutum içine girdi. Schrödingerin dalga denkleminin neyi temsil ettiği üzerine Bohr, Heisenberg, Born gibi bilginlerle yaptığı tartışmalar bir uzlaşmayla sonuçlanmadı ve Einstein, çalışmalarını, yeni akımın dışında, yalnız olarak yürüttü. Bu tartışmalardan birinde şöyle yazmıştı:
Bilimden beklediklerimiz açısından
birbirimize karşıt kutuplarda toplandık. Siz (Bohr), zar atan bir tanrıya,
bense gerçek nesneler olarak var olan şeyler dünyasındaki yetkin yasalara
inanıyorum.
Tartışmalar Başlıyor!
O günlerin havasını ve özellikle
Bohr ile
Einstein arasındaki ünlü tartışmaları
Heisenberg şöyle anlatır:
Einstein in Kutudaki Saat Deneyi
Einstein, pes etmedi. 1930 yılındaki Altıncı Solvay Konferansına hazırlıklı geldi. Kendine yaraşan bir düşünce deneyi ortaya attı: Kutudaki Saat deneyini. Einstein, ışık geçirmeyen bir kutu içinde bir saat bulunduğunu varsaydı. Bu kutunun kapağı çok hızlı açılır kapanır cinstendi. Kutu içinde foton gazı hapisti. Kapak açılıp kapatıldığında bir foton dışa kaçıyordu. Buna göre kapağın açılışının öncesinde ve sonrasında kutu tartılarak fotonun kütlesi ve bu nedenle de enerjisi ölçülebilirdi. Sonuç olarak, fotonun enerjisini ve zamanını istenen kesinlikte ölçmek olanaklıydı. Bu ilişki, belirsizlik ilkesini ihlal ediyordu.
Bohr, bu problemi düşünerek uykusuz bir gece geçirdi. Einstein ' in düşünme tarzı doğru ise kuantum mekaniği yanlış çıkmalıydı. Bohr, sabah olmadan Einstein' in mantığındaki çelişkiyi buldu. Foton, kutuyu terk ederken kutuya bilinmeyen bir momentum verirdi; ayrıca kutunun onu tartmakta kullanılan kütlesel çekim alanı içinde hareket etmesine yol açardı. Foton kaçtığı zaman oluşan itme nedeniyle saatin konumu belirsizleştiği için onun ölçüldüğü zaman da belirsizleşirdi.
Bohr, Einstein ' in düşünce deneyinin aslında belirsizlik ilkesini ihlal etmediğini, tersine onu doğruladığını gösterdi.
Bilim adamı deneyim ve deneylerin dünyası ile işine başlar. Fiziksel sezgiden başka bir şey olmayan bir temelde, deneyimden bir mutlak önermenin soyutlamasına geçer-tıpkı Einsteinın eşdeğerlilik ilkesinin, kütlesel çekimin geometri olduğu anlamına geldiğini kavraması gibi. Einstein bu kavramsal sıçramayı, herhangi bir deneyin onu kontrol edebileceği yerin çok ötesinde ve herhangi bir destekleyici kanıta sahip olmadan önce yapmıştı. Böyle bir kanıt nasıl olabilirdi? Hiçbir fizikçi kütlesel çekimin geometriyle ilişkisini hiç düşünmemişti bile. Bir sonraki adım, önermeyi, deneysel olarak kontrol edilebilen özel kuramsal sonuçlar çıkarmak üzere kullanmaktı. Genel görecelik kuramı açısından bu sonuçlar, Merkürün yörüngesindeki kayma gibi kestirimlerdir. Herhangi bir deney, kuramsal sonuçların yanlış olduğunu gösterirse, bu aynı zamanda, bu sonuçların dayandığı önermenin de yıkılışını getirir. Mutlak önermenin, sonucun yanlışlığının bulunmasından zarar görebilmesi, pozitivist yöntemin bir parçasıdır.
Fakat, Einsteinin yönteminde merkezi durumda olan kuvvetli bir anti pozitivist unsur, ilk yere mutlak önermeyi koyan deneyimden sezgisel bir sıçramadır. Teorisyen, mutlak önermeyi rasyonal olarak deneyimden çıkaramaz; çünkü o deneyimi aşar. yalnızca sezgi, ilham olarak gelen bir tahmin önermeyi icat edebilir. Bu Einsteinın Bir teorinin yaratılışı için, yalnızca kaydedilmiş fenomenler topluluğu hiçbir zaman yeterli değildir-her zaman maddenin kalbine hücum eden, insan zihninin özgür bir buluşu eklenmiş olmalıdır derken kastettiği şeydir. Fizikte çok miktarda yaratıcı çalışma, sezgiyi ilk adım olarak alan bu yöntemle ilerler, bu bilimsel yaratıcılığın rasyonal olmayan ama doğrulanabilir bir yönüdür.
Birinci Dünya Savaşı'nı izleyen yıllarda, Einsteinın ünü arttı ve dünya çapında ünlü oldu. Düşünebildiğim kadarıyla, böyle dikkat çeken başka bir tek kişi vardı, o da ahlaki bir önder olarak ilgi toplayan, ünlü bir kişi oluşunu Hindistanın sömürgecilikten kurtulmasına önderlik etme aracı olarak kullanan Gandhi idi. Einstein, hiçbir zaman ünlü bir kişi olmak istemedi.Yine de öyle olunca, ününü inandığı şeyleri geliştirmek için kullandı. Bu Einstein olayı nasıl açıklanabilir?
Burada etki olan çeşitli faktörler vardır: İlki okur yazarlığın artışıyla bağlantılı olarak radyo ve kitlesel dolaşımı olan gazetelerin çıkışıydı. İkinci olarak, Avrupa savaş nedeniyle yorgun ve harap düşmüştü, özellikle Almanyanın yenilgiden bir şeyler kurtarması gerekiyordu. Halkın ilgisi politik dünyadan çok uzak görünen ve Almanlara kendi büyük bilimsel kültürlerini hatırlatan Einsteina ve başarılarına döndü. Savaş sırasında, Einstein, her zamanki gibi kendi yolundan gitti. Bu tavrın hıyanete eş sayıldığı bir zamanda o bir barışseverdi (pasifistti). Pek çok Alman Yahudisi kendi kimliklerini gizleyip asimile olurken, O Yahudi olmakla övünüyordu. Bunlar popüler olmayan özeliklerdi; ama Einsteinın ilkeli adamların nadir bulunduğu bir zamanda kamuoyunda ilkeli adam olarak tanınmasını sağladı. Son olarak Avrupa'da o yıllar ideolojik tartışma ve çelişki yılları idi. Rusyada 1917 devriminin sonucu olan bir iç savaş vardı. Her yerde faşizm yükselmekteydi. Sosyal ve dini filozoflar, doğanın açığa çıkışında bir sonraki adım olduğu açık hale gelmiş olan Einsteinın yeni teorilerinde kendi görüşleri için destek aradılar. V. Fock un önderlik ettiği Sovyet fizikçileri, göreliliği, idealizmin saldırılarına karşı savunmayı ve onun, Sovyet devletinin ideolojik temeli olan Leninin materyalizmi ile sıkı bir uyum içinde olduğunu belirtmeyi gerekli gördüler. İngiltere ve Amerika'da bazı bilim adamları, Einsteinin görelilik kuramının, insanın ahlaki değerlerinin sosyal ve kültürel ortamlarına göre, göreli olarak değiştiğini savunan bir felsefe olan, ahlaki veya kültürel görelilik ile hiçbir ilişkisi bulunmadığında ısrar ettiler. O zamanlar bu felsefe üniversitelerde popüler idi ve geleneksel dinleri tehdit ediyordu. Kendisi bir kveykır (bir mezhep) olan Arthur Eddington, dindar insanları evrende Tanrı ve Ruh için hala bir yer bulunduğu konusunda temin ediyordu. Bu gelişmeler karşısında, Einstein kendisi, on yirmi yaş arası yıllarında formüle edilmiş olan kozmik felsefesini, evrenin insanoğlu ve onun problemlerine karşı kayıtsız olduğunu yineledi. Fakat ahlaki sorunların insanın varlığı için son derece önemli olduğunu ve insanlığın kendi kurtuluşu için bir ahlaki düzen yaratması gerektiğini belirtti.
Einsteinin ünü büyürken ve evren konusundaki görüşü kamu oyunun bildiği bir şey haline gelirken bile, fiziğin kendisi büyük adımlarla ilerliyordu. 1920'lerde, atomik fenomenlerin kuantum kuramı yaratıldı. Einstein bunun, yanlış olduğu için değil( deneyler konusunda aynı görüşte idi), onun fiziksel gerçeklik konusunda tam olmayan bir tanım verdiğini hissettiği ve dünyanın nesnelliği ve determinizmini reddettiği için, reddetti. Niels Bohr ile büyük tartışmaları başladı(bu konu kuantum kuramı bölümünde ele alınacaktır). 1920'lerin sonlarında ve 1930'larda, yen kuantum kuramını kabul eden ve büyük başarıyla uygulayan yeni bir fizikçiler nesli ortaya çıktı. Kimyasal bağlar kuramı keşfedildi, yeni kuantum kuramı kimyanın temellerini açıkladı. Yeni kuantum kuramından katı halli maddeler, metaller, elektriksel iletkenlik ve manyetizma kuramları geliştirildi. Nükleer fizik başladı. Einsteinin bu gelişmelerle çok az ilgisi oldu. 1926'dan sonra fizik yan işi oldu. Aslında Einstein, yeni kuantum kuramının yeterince radikal olmadığını düşünüyordu. Einstein, kuantum kuramının bir birleşik alan kuramının-elektriksel, manyetik ve kütlesel çekim alanlarını birleştiren ve genel göreceliğin ötesine geçen bir kuram- sonucu olabileceğini düşünüyordu.1938'de Einstein şimdi yirmi yıldan fazla bir süre, bu temel elektrik sorunu ile mücadele etmiş bulunuyorum ve onu bırakamamakla birlikte cesaretim oldukça kırıldı dedi. Elektrik ve kütlesel çekimi birleştirmeyi başaramamışsa da doğadaki tüm kuvvetleri birleştirmeye çalışmanın önemini vurgulayan ilk fizikçilerden biriydi. Bu konu, fiziğin ancak son yıllarda üzerinde büyük ilerleme sağlamış olduğu amaçlardan biri idi. Tüm çalışması içinde, genel görecelik dışında, yaptığı her şeyin onsuz keşfedilmiş olabileceğini düşünüyordu. Bu onun yaratıcılığının ve bir bilim olarak klasik fiziğin tacı idi. Fakat, en azından gelecek yarım yüzyıl için, fizikte ilerlemeye giden yol, başka bir yerde buluyordu.
Einstein, yaşamının sonuna değin, elektromanyetik alan ile kütle çekimi alanını bir tek denklemler kümesinde birleştirerek bir birleşik alan kuramı geliştirmeye çalıştı; ama bunda başarılı olamadı.
Einstein' in Sorunu Neydi?
"Geçmişlerin Toplamı"
Bu
kısmı Hawking'den özetliyorum: Her bir parçacığın belirli,tek bir tarihi
olması varsayımına karşı çıktı. Bunun yerine,parçacıkların uzay-zamanda
olası her yol boyunca,bir konumdan diğerine ilerlediği önerisini getirdi.
Feynman, her bir yörünge ile,biri dalganın boyutu-genliği-ve biri de
fazı-çukurda veya tepede bulunması- olmak üzere,iki sayıyı ilişkilendirdi.
A'dan B'ye giden bir parçacığın olasılığı,A ve B'den geçen olası her yolla
ilgili dalgaların toplanmasıyla bulunuyordu. Gündelik yaşamda,maddeler
başlangıçları ile sonuçsal hedefleri arasında tek bir yol izliyormuş gibi
görünür. Öteki yolların katılımları birbirini etkisizleştirir.
Einstein Nasıl Klasik Fizikçi Oldu?
Heisenberg ve Goethe
Kaynakça
1.Beiser, Arthur; Çağdaş Fiziğin Kavramları, Diyarbakır ,2.Baskı (1989)
2.Hawking,Stephen; Karadelikler ve Bebekevrenler,
3.Hawking,Stephen;Ceviz Kabuğundaki Evren(Mayıs 2001),Çev: Kemal Çömlekçi,Alfa Y(Haziran 2002)
4.Heisenberg,Werner;Parça ve Bütün(1969),Çev: Ayşe Atalay,Düzlem Yay(Ocak 1990)
5.Heisenberg,Werner; Fizik ve Felsefe(1963),Çev:Yılmaz Öner (1993)
6.Landau,Lev &Roumer,Yuri; İzafiyet Teorisi Nedir? Çev: S. Gemici,Say yayınları(Mayıs 1996)
7.Pagels,Heinz R.;Kozmik Kod-1 ve 2,(1981), Çev:Nezihe Bahar,Sarmal yayınları(Ekim 1993)
8. Saçlıoğlu,Cihan; Bilim ve Teknik, 325. sayıdaki yazısı
9.Serway,Raymond A.;Fen ve Mühendislik İçin Fizik(1992),Çeviri Editörü:Kemal Çolakoğlu,Palme yayıncılık(1996)
Hiçbir yazı/ resim izinsiz olarak kullanılamaz!! Telif hakları uyarınca bu bir suçtur..! Tüm hakları Çetin BAL' a aittir. Kaynak gösterilmek şartıyla siteden alıntı yapılabilir.
The Time Machine Project © 2005 Cetin BAL - GSM:+90 05366063183 -Turkiye/Denizli