Schrödinger’in kedisi ölü mü canlı mı? 20. yüzyılın başından beri bir grup bilim adamı ve felsefeci bu muammanın cevabını bulmak için uğraşıyor. Fakat böylesine basit bir soruyu bir soru olmaktan çıkarıp bir muammaya dönüştüren şey nedir? Bir varlığın ancak canlı veya ölü olacağını biliyoruz. Bütün mesele kuantum fiziği. Çünkü kuantum fiziğinin bu soruya verdiği cevap şudur: Kedi aynı zamanda hem ölü hem de canlıdır.
Bu ilk paragrafı okuyanlar bir bilimkurgu veya bir fantezi kitabından bahsettiğimi sanabilirler ve açıkcası ben de olsam herhalde aynı şeyi düşünürdüm. Fakat bu giriş bir bilimkurgu veya fantezi kitabıyla ilgili değil. Tam tersine bu giriş bana aslında gerçek dünyanın en uçuk fantezi romanlarından bile olağanüstü olduğunu gösteren Schrödinger’in Kedisi ile ilgili.
Kedinin aynı anda nasıl hem ölü hem de canlı olabileceğine birazdan geleceğim ama öncelikle biraz kitaptan bahsedeyim. John Gribbin Cambridge Üniversitesi’nde astrofizik eğitimi gördükten sonra kendini bilimi halka anlatmaya adamış bir yazar. 1984 yılında yazdığı Schrödinger’in Kedisinin Peşinde’den (Bundan sonra kendisine SKP diyeceğim) sonra aynı tarzda yarım düzine daha kitap yazmış. SKP’de aslında yazarın üne kavuştuğu ve en başarılı kitaplarından biri.
SKP’nin bir kurgu roman olmadığını söyledim. Aslında yer yer oldukça zor anlaşılabilen ve kuantum fiziğini ilk başlarından itaberen tamamen bilimsel bir gözle ele alan bir kitap. Yazar kitaba 19.yy’nin sonlarından başlıyor ve adım adım kuantum fiziğinin nasıl keşfedildiğini ve nasıl olgunlaştırıldığını anlatıyor. Lise bilgilerinizi yoklayın: Atomlar, elektronlar, pratonlar, nötronlar, x ışınları, fotonlar… Hatırladınız mı bunları? Bunlar ve daha nice unuttuğunuz veya belki de hiç adını duymadığınız, bizim gibi sıradan insanların anlaması zor olan kavramlar bu kitabın konusu. İşte bu noktada yazarımız John Gribbin’in yeteneği devreye giriyor. Ve bütün bu atomlar, protonlar son derece keyifli bir biçimde okuyucuya sunuluyor. Kitabı okurken zorlandığım anlar oldu elbette, sonuç olarak bir fizik geçmişine sahip değilim. Hatta bir kaç sayfa boyunca ne diyor yahu bu adam dediğim de oldu itaraf etmeliyim. Ama toplamda geriye baktığımda kitabın bende çok güzel izler bıraktığını söyleyebilirim.
Büyük bir sıçramanın yapılabilmesi için ilk önce önceden yapılanların paramparça edilmesi gerekiyor. Bu dünya tarihinin gördüğü bütün büyük devrimlerde böyle olmuştur ve işin ilginci bilim dünyasında da aynı kurallar işliyor. 19.yy ve hatta 20. yy’nin ilk çeyreğinde bile fizik demek Newton demekti. Eğer bir şeyi Newton demişse o doğruydu, dememiş ise bırakın araştırmayı o konuda acaba demek bile saçmaydı hatta bazı fizikçilere göre küfürdü. İşte SKP’de böyle bir ortamda hikayesini anlatmaya başlıyor ve belkide sayıları 15-20′yi aşmayan öncülerin klasik fiziği yani Newton fiziğini nasıl alaşşağı ettiklerini anlatmaya başlıyor. Burada hemen bir parantez açıp şunu söylemeke gerek. Elbette Newton’un temellerini attığı ve kütle çekimi gibi pek çok önemli doğa olayının nasıl işlediğini bize anlatan klasik fiziktir. Fakat klasik fizik makro evrende yani güneş ile dünya arasındaki etkileşimi bize açıklayabilirken mikro düzeyde yani atom düzeyinde işlerin nasıl işlediğini anlatmakta yetersiz kalıyor. Ve bu kitap sayesinde anlıyorsunuz ki mikro dünya aslında Alice’in tavşan deliği gibi bir yer.
Tavşan deliğinin ne kadar garip bir yer olduğunu göstermek için kitaptan bir iki alıntı yapayım:
“Düzensiz ısı enerjisini bir taşa verdiğiniz durumda taş o enerjiyi kullanarak içindeki bütün molekülleriyle düzenli bir hareket yaratıp yukarıya doğru hep birlikte sıçrayamaz. Yoksa sıçrayabilir mi? Boltzman bu tema üzerine bir çeşitleme sundu. Böyle olağansütü bir olayın mümkün olduğunu söylüyordu, ama son derece ihtimal dışıydı.”
“Klasik dünyada her şeyin bir sebebi vardır. Her olayın sebebinin izini zamanda geriye giderek takip edebilirsiniz. Sebebi yaratan sebebi, onu yaratan sebebi ve (eğer evren bilimciyseniz) ta Büyük Patlama’ya kadar, yok eğer kafanıza yatan model dini bir mahiyet taşıyorsa da Yaradılış anına kadar böyle gidebilirsiniz. Fakat kuantum dünyasında radyoaktif bozunmaya ve atom düzeyindeki geçişlere bakar bakmaz böyle doğrudan bir nedensellik ortadan kalkıyor. Elektron bir enerji seviyesinden ötekine belli bir zamanda ve belli bir sebeple geçmiyor. Geçişin ne zaman meydana geleceğini söylemenin bir yolu yok. Ne dışarıdan elektronu iten bir etken, ne de içte işleyip sıçramayı zamanlayan bir saat var. Oluyor işte, durduk yere, o zaman olmuyor da, bu zaman oluyor. Pek çok on dokuzuncu yüzyıl bilim adamı bundan dehşete kapılmış olsalar da bu sadece buzdağının ucu, kuantum dünyasının gerçek tuhaflığını gösteren ilk ipucu ve önemi zamanında fark edilmemiş olsa da dikkate değer. Bu ipucu 1916′da geldi, hem de Einstein’dan”
Evet 20.yy’nin en önemli bilimadamlarından biri olan Einstein’da işin içinde. Aslında kuantum fiziğinin şekillenmesinde büyük çalışmalar yapmış biri. Fakat sonradan Kopenhag Yorumu olarak adlandırılacak kuantum fiziğinin önde gelen bilimadamları Bohr, Dirac ve Heisenberg tarafından ortaya atılacak olan Belirsizlik İlkesine karşı çıkmış ve “Tanrı zar atmaz” diyerek kuantum fiziğinden uzaklaşmış.
Niels Bohr
“Belirsizlik ilkesi bize asıl şunu söylüyor: Temel kuantum mekaniği denklemine göre hem kesin bir momentumu hem de kesin konumu olan elektron diye bir şey yoktur…. Biz bakarken bir elektronun ne yaptığına dair bilgimizin sınırlı olması ilginç, fakat bakmadığımızda ne yaptığı hakkında hiçbir fikrimizin olmadığını keşfetmek akıllara durgunluk veren bir şey. Eğer bir parçacığın biz ona bakmazken ne yaptığını söyleyemezsek, ona bakmazken var olup olmadığını da söyleyemeyiz ve çekirdeklerin de pozitronların da yirminci yüzyıldan önce var olmadıklarını iddia etmek mantıklıdır, çünkü 1900′den önce hiç kimse onları görmemiştir.”
Einstein’nın “Tanrı zar atmaz” diyerek karşı çıktığı ve o hem canlı hem de ölü olan kedinin sahibi Schrödinger’in şiddetle karşı çıktığı aslında işte bu Kopenhag Yorumu ve belirsizlik ilkesidir. Schrödinger kediyi bu nedenle ortaya atmıştır. Belirsizlik ilkesinin olamayacağını gösterebilmek için. Aslında ortada kedi filan da yoktur. Kedi hayali bir deneyin parçasıdır. Ama kediye geçmeden önce çok önemli bir şeyi daha söylemekte yarar var. Zaten bütün bu karışıklığın sebebi de o.
Işık nasıl yayılır? Az bulutlu bir günde bulutların arasında ok gibi yeryüzüne inen güneş ışınları bize ışığın doğrusal bir biçimde ilerlediğini söyler. Yani parçacık şeklinde. Newton’un da dediği buydu ve klasik fizik bile bunu söylüyordu. Fakat sonradan yapılan araştırmalar ile ışığın parçacık şeklinde değil suya atılan bir taşın su yüzünde bırakacağı dalgalar gibi dalga şeklinde yayıldığını ispat etti. İşin ilginci aslında bunların ikisinin de doğru olması. 1906 yılında J.J Thomson elektronların parçacık olduklarını ispat ettiği için Nobel Ödülü kazanmış 1937′de ise oğlu elektronların dalga olduğunu ispatladığı için Nobel Ödülü almış.
İş iyice saçmaladı değil mi? O zaman biraz daha karıştıralım ortalığı. Elektronun nasıl davrandığını anlamak için yapılan çift yarık deneyinde elektronun önüne üzerinde iki delik bulunan bir engel koyulur ve arkada da elektronun hangi delikten geçtiğini tespit etmek için bir perde. Elektronları tek tek attığınız zaman her bir elektronun ya bir delikten ya da ötekinden geçeceğini ve arkadaki perdeye öyle yansıyacağını düşünürüz. Hangi delikten geçeceğini bilemeyiz ama sadece birinden geçmeli. Ama deneyin sonucu bize bunu söylemiyor, çünkü perdede ancak her bir elektronun iki delikten de aynı anda geçtiğinde olabilecek bir desen ortaya çıkıyor. Bu işte bir yanlış var şu elektronu bir izleyelim dendiğinde ise elektronun olması gerektiği gibi sadece bir delikten geçtiği tespit ediliyor ama eğer hangi delikten geçtiği gözlenmezse elektron iki delikten birden geçiyor!
“Dünya bütün seçeneklerini, bütün olasılıklarını mümkün olduğu kadar uzun süre açık tutuyor gibi. Kuantum dünyasının standart Kopenhag yorumunun en garip özelliği şudur: Bir sistemi seçeneklerinden birini seçmeye zorlayan ve bu seçeneği ancak o zaman gerçeğe dönüştüren şey, o sistemi gözleme edimidir.”
Yani başka bir değişle biz gözlemediğimiz sürece elektronlar hem dalgadır hem de parçacıktır.
İşte en sonunda Schrödinger’in kedisine gelmiş bulunuyoruz. Kopenhag yorumunu kabul etmeyen Schrödinger hayali bir deney düzeneği oluşturdu. Bu hayali düzenekte içinde olup biteni gözlemleyemediğimiz bir kutu, kutunun içinde bir kedi, kediyi öldürecek bir eylem yapacak bir düzenek (örneğin kafasına çevrili bir silah veya zehir yayacak bir şişe) bu düzeneği harekete geçirecek bir algılayıcı ve elektron salan bir cisim bulunuyordu. Kediyi öldürecek olan düzeneği hareket geçirecek olan algılayıcı ise salınan elektronun dalga mı yoksa parçacık olarak mı hareket edeceğini tespit etme yeteneğindeydi. Eğer elektron dalga ise düzenek çalışacak ve kedi ölecek, eğer elektron parçacık ise düzenek çalışmayacak ve kedi yaşaacak. Soru kendi kendine oraya çıkıyor zaten. Kopenhag yorumuna göre elektron gözlemediğimiz sürece hem parçacık hem de dalga olduğuna göre salınan elektron algılayıcı tarafından hem algılanacak hem algılanmayacak ve bu durumda düzenek hem çalışacak hem çalışmayacak ve nihayet kedi de hem ölü hem de canlı olacak. Ta ki birisi kutuyu açıp ne olduğuna bakana kadar.
Erwin Schrödinger
Tavşan deliği güzel miymiş?
