Kuantum fiziğinden, halkın pop kültürüne genişletilen
çok sayıda düşünceden biri de Heisenberg Belirsizlik İlkesidir.
İlke şunu söyler: Bir nesnenin tam hızını
ve tam konumunu aynı anda bilmek imkansızdır.
Edebi eleştiriden spor yorumlarına kadar
her şeyde bu benzetim kullanılıyor.
Belirsizlik çoğu zaman ölçümün bir sonucu olarak açıklanır;
yani nesnenin konumunu ölçme işlemi onun hızını değiştirir
ve hız ölçümü de konumunu.
Asıl çıkış noktası ise daha derin ve daha büyüleyici.
Belirsizlik İlkesi geçerli, çünkü evrendeki her şey
aynı anda hem parçacık hem de dalga gibi davranıyor.
Kuantum mekaniğinde bir parçacığın
tam konumu ve tam hızından söz etmek anlamsızdır.
Bunu anlamak için, bir parçacık ya da bir dalga gibi davranmanın
ne demek olduğunu düşünmek gerek.
Parçacık, tanımı gereği, herhangi bir anda tek bir yerde olur.
Nesneyi bulma olasılığının, tek bir yerde
%100 ve başka her yerde sıfır olduğu,
dikene benzeyen bir grafikle bunu gösterebiliriz.
Öte yandan dalgalar, uzayda yayılan hareketlenmelerdir;
tıpkı bir havuzun yüzeyini kaplayan dalgacıklar gibi.
Bir bütün olarak, dalga deseninin özelliklerini açıkça belirtebiliriz.
Bunların en önemlisi dalgaboyudur;
yani iki komşu tepe ya da
iki komşu vadi arasındaki uzaklık.
Fakat dalga için tek bir konum veremeyiz.
Pek çok farklı yerde bulunma olasılığı bulunur.
Dalgaboyu, kuantum fiziğinin temel öğelerindendir.
Çünkü bir nesnenin dalgaboyu, momentumu ile ilişkilidir;
yani kütle çarpı hız.
Hızlı giden bir nesnenin momentumu büyüktür,
ki bu çok kısa dalgaboyuna denktir.
Çok ağır bir nesnenin momentumu, hızlı gitmese bile büyük olur,
ki bu yine çok kısa dalgaboyu demektir.
Günlük yaşamda karşılaştığımız nesnelerin dalga doğalarına dikkat etmeyişimiz
işte bundan kaynaklanır.
Bir beyzbol topunu havaya fırlatırsanız,
dalgaboyu bir metrenin trilyonda birinin trilyonda birinin milyarda biri olur.
Ölçmek için çok çok küçük.
Atomlar ya da elektronlar gibi küçük nesneler ise
fizik deneyleri ile ölçülebilecek kadar büyük dalgaboyludurlar.
Dolayısıyla, eğer saf bir dalgamız varsa, onun dalgaboyunu ölçebiliriz.
Bu onun momentumu olur, ama bir konumu yoktur.
Bir parçacığın konumunu gayet iyi biliriz,
ama onu da dalgaboyu yoktur; dolayısıyla momentumunu bilemeyiz.
Hem konumu hem momentumu olan bir parçacık elde etmek için
iki resmi karıştırarak,
sadece küçük bir alanda dalgaları bulunan bir grafik yapmamız gerek.
Bunu nasıl yaparız?
Farklı dalgaboylu dalgaları bir araya getirerek.
Yani kuantum nesnemize farklı momentumlara sahip olma olasılığı vererek.
İki dalgayı birleştirdiğimizde,
tepelerin birleşerek daha büyük dalgalar oluşturduğu bazı yerler olduğunu
ve diğer yerlerde, tepelerin vadilere denk geldiğini görürüz.
Sonuçta, boş bölgeler ile ayrılmış
dalgalar görürüz.
Eğer üçüncü bir dalga daha eklersek
dalgaların birbirini iptal ettiği bölgeler artar.
Dördüncüyü eklersek daha da büyürler ve dalga bölgeleri iyice daralır.
Dalgalar eklemeye devam edersek, bir dalga paketi yapabiliriz.
Böylece küçük bir bölgede bulunup net bir dalgaboyuna sahip olur.
Bu kuantum nesnenin hem dalga hem de parçacık doğası vardır.
Fakat bunu sağlarken,
hem konuma hem de momentuma ilişkin kesinlikleri kaybederiz.
Konum tek bir noktaya kısıtlanmamıştır.
Dalga paketinin merkezi çevresinde
belli bir menzilde bulunma olasılığı vardır.
Dalga paketini oluştururken çok sayıda dalgayı topladığımız için
bu dalgalardan her birine karşılık gelen momentumları
bulmak için de belli bir olasılık vardır.
Şimdi hem konum hem de momentum belirsizdir
ve bu belirsizlikler birbirine bağlıdır.
Eğer daha küçük bir dalga paketi oluşturarak
konum belirsizliğini azaltmak isterseniz,
bu daha büyük momentum belirsizliği anlamına gelir.
Eğer momentumu daha iyi bilmek isterseniz, daha büyük dalga paketi gerekir,
ki bu da daha büyük konum belirsizliği demektir.
İşte bu, ilk kez 1927'de Alman fizikçi Werner Heisenberg'in öne sürdüğü
Heisenberg Belirsizlik İlkesidir.
Bu belirsizlik, iyi veya kötü ölçüm meselesi değildir;
parçacık ve dalga doğalarının birleşiminin kaçınılmaz bir sonucudur.
Belirsizlik İlkesi, ölçmeye konan uygulama sınırından ibaret değildir.
Evrenin temel yapısına işlenmiş bir sınırlama olup,
bir nesnenin sahip olabileceği özelliklere ilişkin bir sınırdır.