Kuantum mekaniğinde Kopenhag Yorumu nedir? Niels Bohr’un Kopenhag yorumunun anlamı, açıklaması, gözlemcinin deneylerdeki etkisi hakkında..
Kopenhag Yorumu
Kuantum mekaniği denklemleri biliminsanlarma doğru yanıtları veriyordu ama ne anlama geliyorlardı? Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, Schrödinger’in dalga denklemiyle Heisenberg’in belirsizlik ilkesini harmanlayarak kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumunu sundu. Bohr yalıtılmış deney diye bir şeyin olmadığını, gözlemcinin müdahalesinin kuantum deneylerinin sonucunu etkilediğini ileri sürdü. Böyle yaparak bizzat bilimin nesnelliğine meydan okumuş oluyordu.
1927’de birbiriyle rekabet halinde birden fazla kuantum mekaniği yorumu vardı. Erwin Schrödinger kuantum davranışlarının altında dalga fiziğinin yattığını ileri sürüyordu. Öte yanda Werner Heisenberg maddenin ve elektromanyetik dalgaların parçacıklı doğasına inanıyordu. Ayrıca Heisenberg geliştirdiği belirsizlik ilkesiyle kavrayışımızın temelden sınırlandırılmış olduğunu göstermişti. Gözlemle sabitlenene dek gelecek ve geçmişin bilinemez olduğuna inanıyordu, çünkü atomaltı bir parçacığın hareketlerini tanımlayan parametrelerin doğasında belirsizlik yatıyordu.
Bir başkasıysa bütünü açıklayabilecek yeni bir resim oluşturmak için tüm deneyleri ve teorileri bir araya getirmeye çalışıyordu. Bu kişi Niels Bohr’du. Kopenhag Universitesi’nde Heisenberg’in bölüm başkanı ve hidrojen atomunda elektronların kuantum enerji durumlarını açıklayan biliminsanı. Max Born, Heisenberg ve diğerleriyle birlikte Bohr kuantum mekaniğinin, Kopenhag yorumu diye bilinen, bütüncül bakış açısını geliştirdi. Her ne kadar bazı başka varyasyonları çıktıysa da bu hâlâ fizikçilerin çoğunun en beğendiği yorumdur.
İki Taraf
Niels Bohr yeni bilim için felsefi bir yaklaşım geliştirdi. Özellikle gözlemcilerin kuantum deneylerinin sonuçlarına olan etkisini vurguladı. Önce, madde ile ışığın dalga ve parçacık özelliklerinin iki farklı olay grubu olmadığını, aynı temel olgunun iki yüzü olduğunu savunan “tamamlayıcılık” fikrini benimsedi. Psikoloji testlerindeki, iki farklı şekilde görülebilen resimlerdeki gibi -örneğin birbirine bakan iki yüz veya bir vazo olarak görülebilen resim gibi- dalga ile parçacık özellikleri de aynı olguyu görmenin birbirini tamamlayan yollarıydı. Yapısını değiştiren şey ışığın kendisi değil, bizim nasıl görmek istediğimizdi.
Bizim kendi deneyimlerimizin de aralarında yer aldığı insan boyutlarındaki normal sistemler ile kuantum arasındaki açıklığı kapatmak için Bohr, bizim de aşina olduğumuz ve Newton fiziğinin uygulanabildiği büyük sistemlerde kuantum davranışlarının ortadan yok olması gerektiğini söyleyen “karşılığı bulunma ilkesi”ni geliştirdi.
Bilinemezlik
Bohr atomaltı parçacıkların hem konum hem de momentumunun (veya hızının) aynı anda ölçülemeyeceğini gösteren belirsizlik ilkesinin ne kadar önemli olduğunu hemen fark etti. Eğer değerlerden biri kesin olarak ölçülürse, diğeri doğası gereği belirsizleşiyordu. Heisenberg belirsizliğin, ölçme eyleminin kendi mekaniğinden kaynaklandığını düşünüyordu. Bir şeyi ölçmek için, hatta onu görmek için bile, fotonların ona çarpıp yansımasından yararlanırız. Bu da her zaman bir miktar momentumun veya enerjinin transferini içerir. Dolayısıyla gözlem yapmanın kendisi, parçacıkların orijinal hareketini bozar.
Bohr bir yandan da Heisenberg’in açıklamasının hatalı olduğunu düşünüyordu. Gözlemciyi ölçmekte olduğu sistemden tümüyle ayırmanın imkânsız olduğunu iddia ediyordu. Sistemin sonuç davranışını etkileyen şey gözlem yapma eyleminin kendisiydi ama yalnızca basit bir enerji transferi nedeniyle değil, kuantum fiziğinin olasılığa dayanan dalga-parçacık özelliği nedeniyle etkiliyor olmalıydı. Bohr bütün bir sistemin davranışının tek olarak ele alınması gerektiğini düşündü. Parçacığı, radarı ve gözlemciyi ayıramazdık. Bir elmaya baktığımızda bile bütün sistemin kuantum özelliklerini göz önüne almamız gerekir ki buna elmadan gelen fotonları işleyen beynimizin görme sistemi de dahildir.
Bohr ayrıca “gözlemci” sözcüğünün kendisinin de doğru olmadığını, gözlenen dünyadan ayrılmış bir dış gözlemci olduğu izlenimini akla getirdiğini ileri sürüyordu. Ansel Adams gibi bir fotoğrafçı Yosemite doğal parkının el değmemiş güzelliğini yakalayabilirdi ama gerçekten de insan eli değmemiş miydi? Fotoğrafçı da orada bulunduğuna göre bu nasıl olabilirdi? Doğada bir fotoğrafçı vardı ve o doğadan ayrı değildi. Bohr’a göre gözlemci aslında deneyin bir parçasıydı.
Gözlemcinin dahil olması düşüncesi fizikçiler için şok edici oldu. Çünkü temel bilimsel nesnellik kavramı ve geleneksel bilim yapma tarzına karşı çıkıyordu. Felsefeciler de duraksadı. Doğa bundan böyle ne mekanik ne de öngörülebilirdi; en derinde, kendi içinden gelen bir bilinemezlik özelliğine sahipti. Geçmiş ve gelecek gibi basit fikirler şöyle dursun, temel gerçeklik kavramları için bu ne anlama geliyordu? Einstein ve Schrödinger başta olmak üzere kimi biliminsanları, dışarıdaki deterministik ve doğrulanabilir Evren’e olan sıkı inançlarını terk etmekte zorlandılar. Einstein, kuantum mekaniği kuramının yalnızca istatiksel olarak tanımlanabildiği için, en azından eksik olduğuna inanıyordu.
Çöken dalga fonksiyonları
Atomaltı parçacıklarını ve dalgalan bazen parçacık, bazense dalga olarak gözlemlediğimize göre, kendilerini nasıl ortaya koyacaklarına karar veren nedir? William Bragg’in benzetmesiyle, neden Pazartesi günü iki yarıktan geçen ışık dalga gibi davranıyor ve girişim desenleri oluşturuyor da Salı günü tek bir yarıktan geçen fotonu yakalamaya çalıştığımızda parçacık gibi davranıyor? Bohr’a ve Kopenhag yorumunun taraftarlarına göre ışık aynı anda iki halde birden, yani hem dalga hem de parçacık olarak bulunur. Ölçüm yapıldığında ise bu iki kıyafetinden birini giyinir. Yani aslında onu nasıl ölçmek istediğimize karar verdiğimizde, onun alacağı görünümü biz önceden seçip belirlemiş oluruz.
Karar oluşturma sürecinin bu noktasında, yani parçacık ya da dalga özelliğinin sabitlendiği anda “dalga fonksiyonu çöktü” denir. Schrödinger dalga fonksiyonunun içerdiği tüm sonuçların olasılıkları çöker ve gerçekleşen sonucun dışındaki her şey kaybolur. Bohr’a göre, bir ışık ışınının orijinal dalga fonksiyonu, dalga ya da parçacık kıyafetine bürünme olasılıklarını içinde barındırır. Ölçüm yaptığımızda bunlardan biri olarak görünür – bir biçimden diğerine geçiş yaptığı için değil, aynı anda gerçekten ikisi birden olduğu için. Kuantum elmaları ve portakalları yoktur; ikisinin melezleri vardır.
Fizikçiler Bohr’un sunduğu yorumdan beri kuantum mekaniğinin ne anlama geldiğini sezgisel olarak kavramakta zorlanır. Bohr kuantum dünyasını kavrayabilmek için kara tahtaya geri dönmemiz gerektiğini ve günlük yaşamda alışık olduğumuz şeylerden faydalanamayacağımızı ileri sürmüştür. Kabul etmeliyiz ki kuantum dünyası hiç alışık olmadığımız, farklı ve tuhaf bir yerdir.
