Geçtiğimiz haftalarda kuantum bilgisayarların temel işleyiş prensiplerinden bahsetmiş, ve bu sektörde yaşanan güncel gelişmeleri özetlemiştik. Bu hafta ise kuantum mekaniğiyle ilgili daha temel bir konuyu ele almak istiyorum.
Şu soruyla yola çıkalım: 20. yüzyıl başlamadan önce, gözle görülebilen bütün fiziksel fenomenler klasik mekanik ile açıklanabiliyorken, nasıl oldu da bilim dünyası kuantum mekaniğinin gizemli dünyasını keşfetti?
19. yüzyılda, alışkın olduğumuz fizik kanunları için işlerin pek yolunda gitmediği bazı gözlemler söz konusuydu. Bunlardan biri, üzerine gelen bütün elektromanyetik dalgaları soğuran ve bulundugu sıcaklığa göre ışınım yapan “siyah cisim” adını verdiğimiz bir objeyle ilgiliydi. O zamanın bilinen klasik fiziğinin kanunlarına göre, söz konusu bu siyah cisimlerin elektromanyetik spektrumda artan frekanslarda (dolayısıyla küçülen dalga boylarında) sınırsız olarak ve artan miktarda enerjiyle ışınım yapması gerekiyordu. Kendi kendine sonsuz miktarda enerji yayan bir siyah cisim olması beklenemeyeceğinden, klasik fiziğin kurallarını çatırdatmaya başlayan kendine has kurallara sahip bir atom-altı dünyanın varlığı aşikardı. Bu, fizikçilerin kuantum dünyasına eğilmelerini sağlayan sorulardan biri oldu.
Buna benzer bir başka ilginç durum ise bir atomu klasik fizik ile modellemeye çalıştığımızda karşımıza çıkıyor. Elektronları protonlar etrafında bir yörüngede dönen cisimler olarak modellediğimizde -tıpkı gezegenlerin yörüngesel hareketinde olduğu gibi- elektronun hızından kaynaklanan bir “merkez-kaç” kuvveti ve bu kuvveti dengeleyen, elektron ile proton arasındaki bir çekim kuvvetinden oluşan bir sistemden söz etmiş oluyoruz. Ancak buradaki önemli nokta, elektronun ivmeli bir hareket yapıyor oluşu…
İvmeli hareket yapan elektronların elektromanyetik ışıma yaptıklarını ve bundan dolayı enerji kaybettiklerini biliyoruz. Enerjilerini kaybettikleri bu durumda elektronların gittikçe küçülen bir spiral yolu takip ederek atom çekirdeğine doğru “düşmesi” ve protonlara çarpması gerekiyor. Ancak gerçekte gözlediğimiz durum bu değil. Bu yüzden, klasik fiziğin mekanik prensipleriyle kurduğumuz modeller, bir atomun nasıl stabil kalabildiğini açıklamakta net bir şekilde başarısız kalıyor. Atom-altı dünyanın matematiğini en doğru şekilde betimleyen kuantum mekaniği ise bu gibi problemleri ortadan kaldırıyor. Örneğin kuantum fiziği ile birlikte, elektronların gerçekte birer “cisim” yerine dalga denklemiyle betimlenen parçacıklar olarak ele alınmak zorunda olduğu bir dünyaya adım atıyoruz. Kuantum mekaniğinin gelişiminin perde arkasında, bilim insanlarının aklını yıllar boyunca kurcalayan işte bu gibi ilginç durum ve sorular yatıyor.
