Schrödinger Kimdir?

Erwin Schrödinger 1887’de Viyana’da doğmuştur. 20. yüzyılın en önemli fizikçilerinden biri olarak kabul edilir. Schrödinger, kuantum mekaniği üzerine yaptığı çalışmalar ile tanınır. En ünlü çalışmalarından biri, Schrödinger denklemidir. Bu denklem, kuantum mekaniği temelinde, atomların davranışını açıklamak için kullanılır. Erwin Schrödinger, kuantum mekaniğine olan katkıları ve bu denklemi sebebiyle 1933 yılında Nobel Ödülü almıştır.

Schrödinger’in Kedisi

Schrödinger’in kedisi, öldü mü hayatta mı bilemediğimiz o kedidir. Bunun nasıl mümkün olduğu yazının ilerleyen kısımlarında açıklığa kavuşacak. Schrödinger’in kedini, kuantum mekaniği prensiplerindeki belirsizliği ve ölçümün önemini vurgulamak için kullanılan bir düşünce deneyidir. Devam etmeden önce düşünce deneyinin ne olduğuna bakalım.

Düşünce Deneyi

Düşünce deneyleri, ortada gözle görülebilen fiziksel bir deney olmayan ancak bir fikri veya konuyu anlamak, açıklığa kavuşturmak veya tartışmak için tasarlanan düşünce denemeleridir. Bu tür düşünce deneyleri, sıklıkla felsefe, mantık, matematik ve bilim gibi alanlarda kullanılır. Bu yazının konusu olan Schrödinger’in Kedisi, kuantum mekaniği prensiplerini anlamaya yardımcı olmak için tasarlanmış bir düşünce deneyidir.

Düşünce Deneyi Örnekleri

• Tramvay İkilemi: Bu problemde kontrolden çıkmış bir tramvayın içindesiniz, eğer tramvay bu şekilde ilerlemeye devam ederse rayların üzerinde çalışmakta olan beş işçiye çarpacak ve işçiler ölecek. Son anda tramvayın yönünü değiştirebileceğinizi fark ediyorsunuz fakat diğer rayın üzerinde de bir kişi var. Bu durumda ne yapardınız? Kaderci bir yaklaşımla hiçbir şey yapmadan beş kişinin ölümünü mü seçerdiniz yoksa bu beş canın kurtulabilmesi için diğer bir kişiyi feda mı ederdiniz? Eğer bu tek başına olan kişinin kim olduğunu bilseydiniz cevabınız değişir miydi? Örneğin bu kişi bir katil ya da doktorsa, genç veya çok yaşlıysa, fiziksel engeli varsa, intihar etmeyi düşünüyorsa cevabınız bu durumlara göre değişiklik gösterir miydi? İnsan hayatı sayıyla ölçülebilen bir değer midir?

• Merdiven Paradoksu: İzafiyet teorisine göre, nesnelerin hızları ışık hızına yaklaştıkça boyları kısalır. Düşünce deneyimizde bir adet merdiven ve bir ahır var. Ahırın karşı karşıya iki kapısı var. Hareket etmeyen merdiven, ahırın içine yatay konumda yerleştirildiğinde ahırın kapıları kapanamıyor. Yukarıda verilen bilgi doğrultusunda merdiven ışık hızına çok yakın bir hızda ilerlerken ahıra göre sabit duran bir gözlemci tarafından bakıldığında merdivenin boyu kısalacak ve ahırın içinden geçerken ahırdaki her iki kapı da kapanabilecek duruma gelecektir. Ancak merdivene göre sabit durumda bulunan bir diğer gözlemciye göre ışık hızında hareket eden nesne ahırdır ve dolayısıyla ahırın boyu kısalacaktır ve herhangi bir anda merdiven ahıra tam olarak sığmayacaktır.

• İkizler Paradoksu: Yine izafiyet teorisine göre nesneler hızlandıkça zaman nesne için daha yavaş akmaya başlayacaktır, ışık hızına ulaşıldığında zaman durmalıdır. O halde dünyada yaşayan ikiz kardeşlerden birini uzaya gönderip ışık hızına yakın bir hızda yolculuk yapmasını sağlarsak ve bu kardeş birkaç yıl sonra dünyaya dönerse dünyada kalan kardeşin daha yaşlı olduğu görülecektir.

Kutudaki kediye geri dönecek olursak, bu düşünce deneyinde bir kedi, zehirli gaz dolu bir tüple aynı kutudadır ve aynı anda hem ölü hem diridir.

Bu düşünce deneyinde, kutunun içinde bir radyoaktif madde vardır ve bu madde bozunursa kutudaki sensör bunu algılayacak ve çekici serbest bırakacak böylece zehirli gazın içinde bulunduğu tüp kırılacak ve kedi ölecektir. Ancak radyoaktif maddenin durumu belirsizdir. Yani yukarıda yer alan süperpozisyon halindedir. Aynı anda hem bozunmuş hem bozunmamıştır. Böylece kedi de hem ölü hem canlıdır. Gelin biraz da kuantum mekaniğinin diğer özelliklerine bakalım.

Kuantum Mekaniği ve Ölçüm Problemi

Atom altı parçacıklar söz konusu olduğunda, alışkın olduğumuz makro evrendeki kuralların tamamı burada geçerli olmayabiliyor. Bu farklılıklardan biri de kuantum mekaniğinde gözlem yapılmasının ya da yapılmamasının deney sonucunu etkilemesidir. Bu durum ölçüm problemi olarak isimlendirilir.

Ölçüm problemini anlamak için kullanılabilecek örneklerden biri çift yarık deneyidir. Bu deneyde kullanılanlar bir ışık kaynağı, ışığın önüne koymak için iki şerit şeklinde yarıklara sahip bir engel, oluşacak görüntüyü gözlemlemek için bir perde/duvar. Deneyde, fotonlar engele gönderilir. İlk bakışta beklenen, yarıklardan geçebilen fotonların duvar üzerine iki şerit şeklinde gelmesi ve yarıklara benzer bir görüntü oluşturmasıdır. Ancak deneyi yaptığımızda duvardaki görüntünün aşağıda yer alan fotoğraftaki gibi girişim şekillerinden oluştuğunu görürüz. Bunun sebebi fotonların dalga gibi davranmış olmasıdır. Bu deney atom altı parçacıkların hem parçacık hem dalga özellikleri taşıdığını gösterir.

Deneyin ölçüm problemi ile ilgili olan kısmı ise, bu fotonların yalnızca gözlemlenmedikleri zamanlarda girişim şekilleri oluşturması, fotonlar izlenmeye çalışıldığında ya da ortama kamera yerleştirildiğinde duvar üzerinde iki çizgi oluşturmasıdır. Sistemin gözlemlenmesi ve gözlemlenmemesi durumunda sonucun farklı olmasının sebebine ilişkin farklı yorumlar bulunuyor fakat bu yorumlardan herhangi biri henüz kanıtlanmadı.

Süperpozisyon

Klasik fizikte, yani dünyanın çıplak gözle görebildiğimiz kısmında, cisimlerin kesin ve belirlenebilir özellikleri vardır. Üstümüzdeki kazak mavi renktedir, çay bardağımız sehpanın üzerindedir, arabamız Atatürk Bulvarı üzerinde ilerlemektedir. Ancak kuantum fiziğinde, yani fiziğin atom altı parçacıkları inceleyen dalında durumu ele aldığımızda parçacıkların daha farklı davrandığını görüyoruz. Bir elektron aynı anda bir olasılık bulutu içinde birden fazla konumda bulunabiliyor, bir foton aynı anda hem parçacık hem dalga özellikleri taşıyor. İşte, bir parçacığın aynı zamanda, mümkün olan tüm özelliklere sahip olması süperpozisyon olarak adlandırılıyor.

Kullanılan Kaynaklar

1. Britannica – https://www.britannica.com/biography/Erwin-Schrodinger
2. Evrim Ağacı – https://evrimagaci.org/schrodingerin-kedisi-kuantum-mekanigi-atom-alti-parcaciklarin-tuhaf-dunyasini-nasil-tanimliyor-2340
3. Evrim Ağacı – https://evrimagaci.org/kuantum-fizigi-nedir-ve-evreni-nasil-tanimlar-kuantum-fizigiyle-bilmeniz-gereken-6-kavram-9766
4. Wikipedia – https://en.wikipedia.org/wiki/Ladder_paradox