Heisenberg Belirsizlik İlkesi Nedir? - Chad Orzel

Dersin tamamı için: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-heisenberg-uncertainty-principle-chad-orzel

Heisenberg Belirsizlik İlkesi, bir nesnenin tam konumunu ve tam hızını eşzamanlı olarak asla bilemeyeceğinizi söyler. Neden? Çünkü evrendeki her şey, aynı anda hem parçacık hem de dalga gibi davranır. Chad Orzel, kuantum fiziğinin bu karmaşık kavramını inceliyor.

Ders: Chad Orzel, animasyon: Henrik Malmgren.

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.