100 yılı aşkın süredir kuantum fiziği, bize ışığın hem dalga hem de parçacık özellikleri taşıdığını öğretiyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları tarafından yürütülen cesur bir deney ise, ışığın hem dalga hem de parçacık gibi davranabileceğini, ancak bu iki özelliğin aynı anda gözlemlenmesinin mümkün olmadığını doğruluyor.
Işığın doğasına ilişkin tartışmalar, 17. yüzyıla, Isaac Newton ve Christiaan Huygens dönemine kadar uzanır. Newton gibi bazı bilim insanları, ışığın parçacıklardan oluştuğuna inanıyordu. Buna karşılık Huygens ve onunla aynı görüşü paylaşanlar ise, ışığın kırınım ve kırılma gibi dalga benzeri davranışlar sergilediğine dikkat çekiyordu. Bunun üzerine, 1801’de fizikçi Thomas Young, ünlü çift yarık deneyini tasarladı.
Dalga Parçacık İkilemi Nedir?
Bu deneyde, uyumlu bir ışık kaynağı iki dar yarıktan geçirilerek bir ekrana yansıtıldı. Eğer ışık yalnızca bir parçacık olsaydı, farklı fotonların her iki yarıktan geçmesiyle ekranda üst üste binen iki parlak leke oluşması beklenirdi.
Ancak Young, ışığın ekranda birbirini izleyen aydınlık ve karanlık girişim desenleri oluşturduğunu gözlemledi. Bu desen, yalnızca ışık dalgalarının her bir yarıktan yayılıp birbirleriyle etkileşerek yapıcı ve yıkıcı girişim oluşturmasıyla açıklanabilirdi.
Yaklaşık bir yüzyıl sonra Max Planck, ısı ve ışığın “kuantum” adı verilen küçük enerji paketleri hâlinde yayıldığını gösterdi. Albert Einstein ise bu ışık kuantumlarının, “foton” adını verdiği parçacıklar olduğunu ortaya koydu. Dahası, kuantum fiziği fotonların aynı zamanda dalga benzeri davranışlar da sergilediğini gösterdi.
Böylece hem Newton hem de Huygens haklıydı. Işık hem dalga hem de parçacıktı. Bu tuhaf olguya dalga-parçacık ikiliği (wave-particle duality) adı verildi.
Dalga Parçacık İkilemi Nasıl Oluşuyor?
Ancak belirsizlik ilkesi, bir fotonun hem dalga hem de parçacık gibi davrandığının aynı anda gözlemlenemeyeceğini söyler. Kuantum fiziğinin öncülerinden Niels Bohr, bu durumu tamamlayıcılık ilkesiyle açıkladı. Bir kuantum sisteminin dalga ve parçacık özellikleri birbirini tamamlayıcıdır, ancak aynı anda ölçülemez.
Albert Einstein ise tamamlayıcılık ve belirsizlik ilkesinin doğaya kattığı rastlantısallığı hiçbir zaman benimsemedi. Bu nedenle tamamlayıcılığı çürütmenin yollarını aradı. Bunun için Young’ın klasik çift yarık deneyine geri döndü.
Einstein’a göre, bir foton yarıklardan birinden geçerken, yarığın kenarlarına çok küçük bir kuvvet uygulamalıydı. Bu tür bir etkileşimi tespit edebilirsek, hem fotonun hangi yarıktan geçtiğini (parçacık davranışı), hem de girişim desenini (dalga davranışı) aynı anda gözlemlemek mümkün olacaktı.
Ancak Bohr bu fikre katılmadı. Bohr’a göre, fotonu ölçmeye çalışmak, onun dalga benzeri davranışını ortadan kaldırırdı. Bu da çift yarık deneyinde girişim deseninin kaybolmasına ve ekranda yalnızca iki parlak lekenin oluşmasına neden olurdu.
Yıllar boyunca yapılan deneyler, Bohr’un haklı olduğunu gösterdi. Yine de, büyük ve hantal deney düzeneklerinin, ışığın hem dalga hem de parçacık olarak aynı anda gözlemlenmesini engelleyen etkiler yaratabileceğine dair küçük ama ısrarlı bir şüphe hep varlığını sürdürdü.
Çift Yarık Deneyini Tekrarlarsak Ne Olur?
Bu şüpheyi gidermek amacıyla, MIT ekibi, çift yarık deneyini atom ölçeğinde mümkün olan en basit düzeneğe indirgedi. Lazerler kullanarak, mutlak sıfırın yalnızca birkaç milyonda biri kadar üzerindeki sıcaklıklara kadar soğutulmuş 10.000 tekil atomu düzenli bir biçimde hizaladılar.
Çok sayıda deneme sonucunda, fotonların belirli yönlere diğerlerinden daha fazla saçılma olasılığına bağlı olarak, aydınlık ve karanlık bölgelerden oluşan bir desen gözlemlendi. Bu desen, klasik çift yarık deneyinde elde edilen kırınım deseninin birebir aynısıydı.
Deney, Bohr’un tamamlayıcılık ilkesinde kesinlikle haklı olduğunu, Einstein’ın ise bu konuda yanıldığını açıkça ortaya koydu. Çünkü ölçüm sonucunda kırınım deseni zayıfladı. Parçacık olarak ölçülen fotonlar, artık parçacık olarak ölçülmeyen fotonlarla girişim yapamıyordu. Ayrıca deneyler, kullanılan düzeneklerin — bu durumda atomları yerinde tutan lazer ışınlarının — sonucu etkilemediğini de gösterdi.
Sonuç olarak
Bu deney, kuantum fiziğinin tuhaf doğasını bir kez daha gözler önüne seriyor. Kuantum dünyasında parçacıkların çift doğası vardır. Işık hem dalga hem de parçacık gibi davranır. Ayrıca bir parçacığın konumu ile momentumu gibi tamamlayıcı özellikleri aynı anda kesin olarak ölçülemez.
Görünüşe göre evren, temel düzeyde olasılık yasalarıyla işliyor. Kuantum düzeyinde ortaya çıkan özellikler, çok sayıda parçacığın istatistiksel davranışlarının bir yansımasıdır. Ve tüm bu parçacıklar — Einstein’ın hoşnutsuzluğuna rağmen — adeta “zar atar.”
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Fedoseev, Vitaly & Lin, Hanzhen & Lu, Yu-Kun & Lee, Yoo & Lyu, Jiahao & Ketterle, Wolfgang. (2024). Coherent and incoherent light scattering by single-atom wavepackets. 10.48550/arXiv.2410.19671.
- Einstein was wrong (slightly) about quantum physics, new version of the famous double-slit experiment reveals. Kaynak site: Space. Yayınlanma tarihi: 1 Ağustos 2025. Bağlantı. Einstein was wrong (slightly) about quantum physics, new version of the famous double-slit experiment reveals
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
