Kuantum fiziği ya da kuantum mekaniği atom altı boyutlarda geçerli doğa kanunlarını açıklamaya çalışan bir fizik konusudur. Kuantum kelimesi dilimize nicem diye çok doğru bir şekilde çevrilmiştir. Fakat, kuantum fiziğini bu konuda bilgisi olmayan birine anlatırken nicem mekaniği demek de kesmiyor. Konu zaten kendinden bir anlaşılmazlış taşırken Türkçesinin (aslında İngilizcesinin de) çok garip bir kelime olması bir anlaşılmazlık katmanı daha ekliyor.

Lafı gevelemeden nice yani kuanta ya da quanta kelimelerinden işe başlayalım. Nice kelimesini ben uydurdum aslında. Hemen TDK sözlüğüne bakıyorum…, ve evet yanılmamışım. Nice miktar anlamına geliyor. Nicelik kelimesinin de kökeni diyebiliriz. Miktardan kasıt sayısal bir değer yani “10 tane elma” derken nicelik 10 sayısına denk geliyor. “On elma” öbeğindeki sıfada da bu yüzden nicelik sıfatı diyoruz. Osmanlıcası da kemmiyet. Hatta işi biraz daha geyiğe vurmak için “nicelik değil nitelik önemlidir” denir mesela; yani çokluk değil nasıl olduğu önemlidir. Osmanlıca’da da “kemmiyet değil keyfiyet lazımdır” denebilir. İngilizce’de de “not the quantity, but the quality is the important thing” gibi bir şeyler denebilir. Yani bu kadar açıklamadan sonra “kuantum” kelimesinin “kuanta” ya yani “quantity”nin köküyle aynı şeye denk geldiğini anlamışsızdır umarım. Yani sayılabilir bir şeylerden bahsediyoruz. Bu genellikle “bir, iki, üç” gibi bir sayılma demek. Şimdi niye bu kelime üzerinde bu kadar duruldu ve hatta kuantum mekaniği ile alakası nedir onu açıklamaya geçelim.

Kuantum mekaniği zamanında klasik mekaniğin açıklayamadığı bazı olayları açıklamaya çalışırken çıkmış bir konu. Klasik mekanik de bildiğiniz Newton mekaniği yani lisede başlangıç tadında işlediğimiz mekanik. Tabii kuantum çıkmadan önce de “klasik”miydi bilmiyorum. Bence değildi. O zamanlar bence o mekaniğe sadece “mekanik” ya da “Newton mekaniği” gibi şeyler deniyordu.

Açıklanamayan olarlar neler diye soracak olursanız ilk olarak aklıma ışık görüngeleri geliyor. Hani güneş ışığını prizmadan geçirince çıkıyor ya. Gökkuşağı gibi. İşte o tip bir görüngeyi tüm ışımalara uygulayabiliyorsunuz. Mesela mavi ışığa uyguladınız diyelim. Yüm bir gökkuşağını görmek yerine sadece mavi kısımda birkaç çizgi görüyorsunuz (aslında çizgi görmek için özel bir kaç ekipmana ihtiyacınız var, prizmadan mavi ışığı geçirirseniz muhtemelen gene mavi bir ışık görürsünüz). Bu görünye yöntemi gelen ışığın nasıl bir kaynaktan geldiğini anlamamıza yardımcı oluyor. Floresan lambaları düşünün. O lambaların içinde civa gazı falan var değil mi? İşte o gazı çıkarım diyelim ki Helyum koydunuz. Beyaz filtreyi boyamadığınız zaman helyumun ışıma rengini göreceksiniz. Bunu bir prizmamsı aletten geçirirseniz elinizde Helyumun ışık görüngesi olacaktır. İyi bir düzenekle bu görüngenin aslında ayrık bir kaç noktadan oluştuğunu gözlemlersiniz. Yani helyum sadece bir kaç dalga boyunda ışık saçıyor. Sadece belli dalga boylarında. Bunun çevirisi şudur. Helyumun yörüngelerinde dolaşan elektronlar sadece belli atlamalar yapıyorlar. Bu atlamalarda da belli enerjide ve dolayısıyla belli dalga boylarında ve dolayısıyla belli renklerde ışık saçıyor.

Eee… Bunun neresinde kuantum var? İşte belli…belli…belli diye saydım ya. Saydım yani. Bir, iki, üç… diye. İşte kuantum bu.

Klasik mekaniğe göre ise elektronlar her eşenrjide atlama yapabilmeli! Yani helyumu ışıttığımızda belli bir renkte ışık almak yerine bembeyaz bir ışık almalıyız. Ama olmuyor.

İşte aklıma gelen en basit ve en güzel örnek bu.

Tabii ki bu belki kuantum mekaniği konusunun sadece ufak bir kısmı. Kuantum mekaniği, her türlü enerjiyi belli kuantalara ayırır. Mesela ışık için bu kuanta fotondur. Elektrik için elektron, yerçekimi için graviton (“gravite”den), ses(titreşim) için fonon,… Asıl soru şu. Biz neden bunu tam olarak algılayamıyoruz? Yani elektrik akımını devamlı süregiden bir akım olarak görüyoruz da dıt..dıt..dıt diye atlayan bir şey olarak görmüyoruz? Bunun cevabını yazının başında vermiştim aslında. Kuantum mekaniği atom altı dünyada olup biteni açıklamak için bir kuram. Yani belli bir ölçekte anlamlı oluyor. Ölçek büyüdükçe zaten gözümüzün dibine kadar giren klasik mekanik geçerli oluyor. Bu geçiş nasıl oluyor tam bir bilgim yok. İleride öğrenebilirsem yazarım.

Kuantumla alakalı başka bir çok konu var. Belirsizlik ilkesi, v.s. gibi; ama, bir açıklama niteliğindeki bu yazıya eklemek istemiyorum. Onlar için ayrı ayrı yazılar yazarım.

Resim kaynağı: Wikipedia