Yazar: Ali

KUANTUM TEORİSİ VE TEOLOJİK YANSIMALARI

İnsanlığın üzerinde var olduğu mekân evrendir. Eylemsel ya da düşünsel etkinliklerinin tümü yine doğa üzerinde gerçekleştirir. Bu durum zorunlu bir etkileşimi beraberinde getirmektedir. İlk zamanlar insan ile doğa arasında, insanın hayatta kalma çabası ve temel ihtiyaçların karşılanması gibi basit düzeyde bir etkileşim söz konusu iken daha sonraki süreçlerde insanın anlam arayışından ve sahip olduğu inançtan mütevellit içinde yaşadığı evreni merak ve araştırma güdüsünden bu etkileşimi daha karmaşık yapıp derinleşmiştir. Yüzyıllardır süre gelen bu etkileşim, beraberinde birçok buluş ve bilimsel gelişme de meydana getirmiştir. Bu bilimsel gelişmelerden en önemlilerinden biri de hiç şüphesiz “Kuantum Teorisidir.”

Kuantum teorisi, atom ve atom altı parçacıkları ve bu parçacıkların davranışları ile ilgilidir. Bu teorinin oluşmasında o zaman için parçacıkların bilinen hiçbir kurala ve formüle girmeyen davranışları temel teşkil eder. Aynı zamanda bu teori klasik fiziğin gözle görülemeyen atom ve atom altı cisimlerin davranışlarını açıklamada yetersiz kaldığı noktada ortaya çıkarak modern fiziğin başlangıcı olmuştur. Kuantum teorisi tek bir kişi tarafından değil, birçok bilim adamının farklı zamanlarda yaptığı çalışmalarla ortaya çıkmış ve geliştirilmiştir. Bu bilim adamlarından bazıları; Max Planck (1858- 1947), Ernest Rutherford (1871-1937), Albert Einstein, Niels Bohr (1885-1962), Werner

Heisenberg (1901-1976), Louis De Broglie (1892-1987), Paul Dirac (,1902-1984) Wolfgang Pauli (1900- 1958) ve Erwin Schrödinger (1887- 1961)’dir.

Öncelikle belirtmemiz gerekir ki kuantum mekaniği, Newtoncu fiziğin açıkladığı madde, enerji, uzay ve zaman gibi doğa tasavvurlarını meydana getiren temel kavramları ve onların birbirleriyle olan ilişkilerinden türeyen fizik yasalarını yeniden açıklamıştır. Örneğin, Newton fiziğinde birbirinden temelde iki farklı kavram olarak anlaşılmış olan enerji ve madde kuantum fiziğinde birleştirilerek, yeni fizikte parçacık adı verilen, ortak kökene sahip dinamik parçalar olarak kabul edilmiştir. Kuantum teorisini anlamak için önceden değineceğimiz teorilerden biri olan görelilik teorisi de oldukça önemlidir. Bu teori Newton fiziğinin büyük cisimlerin hareketlerini açıklamadaki başarısına karşın küçük taneciklerden oluşan maddenin açıklanmasındaki yetersizliğini ve alan kavramının önemini ortaya çıkarmıştır. Kuantum fiziği ise alan teorisi ile birlikte daha da ileri giderek, maddenin nihaî yapıtaşlarından oluştuğu fikrinden vazgeçerek fiziksel gerçekliğin temelde maddî olmadığı varsayımını dayanak kabul etmiştir.

Fizik alanındaki bu gelişmeler sadece bilim alanında değişikliklere neden olmamış, felsefe ve din gibi önemli alanlar üzerinde de yansımaları olmuştur. Örneğin Newton fiziğinin felsefi bir neticesi olarak determinizm anlayışında meydana gelen köklü değişimler Tanrı- insan, Tanrı-doğa ilişkisinin de yeniden tartışılmasına neden olmuştur. Ayrıca görelilik teorisi ile birlikte hem din hem bilim alanında keskin kabullerin yerini ihtimal ve olasılığa bırakmasını da sağlamamıştır. Bu sebep bazı dindar düşünürlerin din hakkındaki düşüncelerini desteklemek için bilimsel bilgilere başvururken daha temkinli olmalarını sağlarken bilimi kullanarak dinin ve mutlak yaratıcının olmadığını düşünenlerinde aynı şekilde rastgele bilimsel bilgileri argüman haline getiremeyeceklerini göstermiş oldu.

Bu bölümde kuantum teorisini ele alırken bu teorinin aynı diğer bilimsel gelişmeler gibi bir anda ortaya çıkmadığının farkında olarak teorinin belli başlı öne çıkan ve önemli sayılan bilimsel gelişmeleri kronolojik olarak anlatarak kuantum teorisinin günümüze kadar devam eden serüvenini aktaracağız. Bunu yaparken ilk olarak klasik fizikten modern fiziğe geçişin başlangıcı sayılan Isaac Newton’un (1642- 1727) fiziğinden başlayacağız.

2.1. Kuantum Teorisi

2.1.1. Newton fiziği

Kuantum teorisini anlamak için öncelikle Isaac Newton’un fiziğini ele almamız gerek. Zira Kuantum fiziği ve diğer yeni kavrayışlar Newton’un üç asır boyunca kabul gören üç hareket yasası, kütle çekim yasası, gezegenlerin hareketleri ve yörüngeleriyle ilgili çalışmalar ve optik alanında yaptığı araştırmalar üzerine kurulmuştur.

Isaac Newton, bilimsel dünya görüşünün öncülerinden biri olan ve klasik fiziğin kurucusu olarak kabul edilen İngiliz fizikçi ve matematikçidir. Newton, evrensel kütle çekim yasasını bularak fizikte, diferansiyel ve integral hesabı bularak da matematikte devrim gerçekleştirmiş bunların yanı sıra ışık ve yansıma kuramlarına da katkılarda bulunmuştur. Newton aynı zamanda yazdığı Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Doğa Felsefesinin Matematik İlkeler) adlı eserinde evrensel kütle çekim yasası ile birlikte mekaniğin üç temel yasasını ortaya koymuş, yöntem olarak da gözlem ve tümevarıma dayanan bir yöntem kullanmıştır.

Newton’un ortaya koyduğu devrimler bir anda ortaya çıkmamıştır. Newton öncesi dönemde Kopernik, Kepler ve Galileo’nun üzerinde çalıştığı bilimsel araştırmalar Newton için belli bir birikim oluşturmuştur. Ancak tüm bu birikimler o dönem için belli bir düzen içerisinde değil bir karmaşa halindeydi. Newton, yaptığı çalışmalar ile birlikte hem yöntemsel hem de teorik olarak Kopernik ve Galileo ile başlayan bilim devriminin içinde bulunduğu bu karmaşanın nihai ifadesini ve tutarlı düzenlemesini temsil etmektedir.

Newton fiziği dönemin çözümlenmek istenen problemleri üzerine kurulmuştur. Örneğin gezegen hareketleri esnasında kendi yörüngesi üstünde kat ettiği mesafeden, herhangi bir zamandaki hızını bulmak, gezegenin hızından ise herhangi bir anda yörüngesinin neresinde bulunacağını hesaplamak gibi problemleri çözümlemek için uzunluklar, alanlar, hacimler ve sıcaklıklar gibi niceliklerin değişme oranı üzerinde düşünerek diferansiyel integral hesabı bulmuştur. Dönemin başka bir problemi olan ve Galileo’nun eylemsizlik ilkesi ile değişikliğe uğramış hareket yasasının gök mekaniğini ilgilendiren boyutu olan gezegenlerin neden hep aynı yörüngede kaldığı problemini ele alarak evrensel çekim kanunu kanıtlamıştır.

İleride hem görelilik hem de kuantum teorisinin temelini oluşturan kütle çekim yasası, hareket problemini yeniden ele alarak gezegenlerin neden git gide uzaklaşmaları gerekirken Güneşin etrafında uzaklaşmadan döndüğünü açıklığa kavuşturmuştur. Newton bunu Palton’dan beri bilinmekte olan ve miktarını Galileo’nun ölçtüğü gravatisyonda bulur. Buna göre Dünya’nın çevresinde dolanan Ay’ı yörüngesinde tutan kuvvet ile taşın yere düşmesini sağlayan kuvvet aynıdır. Newton’a göre evrendeki kütlesi olan her cisim birlerini kütleleri ile doğru aralarındaki mesafenin karesine ters oranda çeker. Buna bağlı olarak iki cismin arasındaki mesafe ne kadar çok ise çekim kuvveti de o kadar azdır. Çekim yasasında kütle kavramı da oldukça önemli olup hacimlerin pek bir önemi yoktur. Bu nedenle iki cisim arasındaki mesafe ölçülürken cisimlerin hacim merkezleri değil, kütle merkezleri baz alınır.115

Gök mekaniğinin dışında fiziksel nesnelerin hareketlerindeki değişmeleri açıklayabilmek ve bir cisme etki eden kuvvetler ile cismin hareketi arasındaki ilişkiyi açıklamak için üç ayrı yasa tespit edilmiştir:

1. Eylemsizlik yasası olarak isimlendirilen bu yasa, eğer bir cisim hareketsiz ise

Veya doğru üzerinde sabit bir hızda hareket ediyorsa üzerine bir kuvvet uygulanmadığı sürece bulunduğu durumu sürdüreceğimi belirtir. Newton bunu, her cismin üzerine uygulanan kuvvetler yoluyla durağan ya da doğru bir çizgide biçimdeş devim durumunu değiştirmeye zorlanmadıkça o durumu sürdürür şeklinde açıklamıştır.

2. İkinci yasa olan F = m a, bir cisme etki eden “F” kuvvetinin, cismin kütlesi olan “m” ile ivmesi “a” ya eşit olduğunu belirtir. Yani devim değişimi uygulanan devindirici kuvvet ile orantılıdır ve o kuvvetin uygulandığı doğru çizginin yönünde olur.

3. Etki- tepki yasası olarak da bilinen üçüncü yasa iki cismin birbirleri üzerindeki etkilerinin her zaman eşit büyüklükte ve zıt yönlerde olduğunu belirtir. Her etkiye veya her eyleme karşıt olan eşit bir tepki vardır ve aykırı parçalara yöneliktir.

Newton’un hareket yasası olarak da bilenen bu yasalar temel olarak Newton’un evrenin fiziksel yapısının parçacıklar olarak adlandırılan, sonsuz küçük maddi noktalardan oluştuğu kabulüne dayanmaktadır. Bu parçacıklar kütle, elektrik yükü ve konum içermektedir. Aynı zamanda bu parçacıklardan oluşan nesnelerin davranışları prensipte kendilerini oluşturan parçacıkların davranışları tarafından belirlenir. Bu bağlamda felsefi içerimleri olan Newton mekaniği zamanın belirli bir anı için evrendeki herhangi bir parçacığın konumunun ve diğer içsel özelliklerinin ayrıca parçacığın konumunun zaman içindeki değişiklilerin öngörülebilir olmasından dolayı determinist bir yapıdadır.

Daha önce belirttiğimiz gibi kuantum fiziği gibi bilimdeki birçok yeni kavrayış

Newton fiziği üzerine kurulmuştur. Bunu kuantum fiziği özelinde ele aldığımızda Newton’un optik alanında yaptığı çalışmalar oldukça önemlidir. Newton’un ışık hakkındaki fikirleri çoğunlukla katı cisimlerin ve gezegen yörüngelerinin davranışları hakkındaki fikirlerine dayanmaktadır. Newton, cisimlerin davranışlarına yönelik gündelik bilgilerinizin yanıltıcı olabileceğini ve bir cismin ya da parçacığın dışarıdan herhangi bir etkiye maruz kalmadığı durumlarda yeryüzündeki bir parçacıktan farkı davranması gerektiğini fark etmiştir. Bundan yola çıkarak ve aynı zamanda ışığında diğer nesneler gibi tanecili bir yapıdan olduğunu kabul ederek;

– Işık, ışıklı nesnelerden çıkan çok küçük taneciklerden oluşur

– Işık tanecikleri tamamen olağan ve mekanik kanunlara bağlıdırlar

– Işık tanecikleri sert bir cisim ile karşılaştığında, bazı kuvvetlerin etkisiyle sapmaya uğrar, şeklinde ilkeler öne sürmüştür.

Özellikle Newton’un ışığı parçacık halinde kabul etmesi ve bu fikrini desteklemek için çeşitli açıklamalar ve ilkeler öne sürmesi kuantum fiziğinde ışığın hareketi hakkında önemli bir yer teşkil etmektedir. Daha sonra ele alacağımız Einstein’ın foto elektrik hakkındaki çıkarımları Newton’un ışığın parçacıklı bir yapıda olması ve Thomas Young’un (1773- 1829) “dalga kuramının” bir sentezi olduğunu göreceğiz.

Newton tarafından formülleştirilen bu yasalar evrenin yapı ve işleyişinin mekanik nitelikte olduğu varsayımına dayanmaktadır. Bu mekanik anlayış içinde, her olgunun nedenini başka bir olguda aramak gerekir. Her ne kadar Newton, Tanrı kavramına başvurmaksızın evrenin açıklanamayacağı inancında olsa da onun açtığı bilimsel yolundan ilerleyenler bunun aksinde bir düşüncede olup, evrenin salt mekanik kavramlarla açıklanabileceği savında bulunmuşlardır. 19. Yy. Isı, ışık, elektrik ve kimya problemlerinin mekanik yöntemlerle çözümlenebileceği görülünce, mekanik dünya görüşü kuantum teorisinin ortaya çıkışına kadar dönemin bilimsel görüş olarak kabul edilmiştir.

2.1.2. Işığın tabiatı ve elektromanyetizma

Kuantum teorisi ışığın tabiatının anlaşılma çalışmalarından ortaya çıkması nedeniyle konunun daha anlaşılabilir olması için ışığın yapısı hakkında ortaya atılan görüşler önem arz etmektedir.

Işık ve onun niteliğine yönelik görüşlerin geçmişi çok eski olmakla birlikte ilk kez köklü ve ayrıntılı olarak 17. Yüzyılda Newton’un yaptığı tanecik ve Grimaldi’nin (1618- 1663) ileri sürdüğü ve daha sonra Huygens’in (1629- 1695) geliştirdiği dalga kuramı olarak iki farklı şekilde ortaya çıkmıştır.

Huygens, ışığın parçacıklardan değil, dalgalardan meydana geldiği düşüncesindeydi. Teorisini ilk kez 1678’de Paris Bilimler Akademisi’nde açıklayan Huygens bu düşüncesini daha sonra tam ve ayrıntılı biçimde yayınladığı Traite de la Lumiere adlı kitabında ortaya koydu. Tüm uzayın baştan aşağı dolduran bir ortamın ( ether- esir) varlığını kabul eden Huygens son derece ince ve elastik nitelikte olan bu ortamın, ışığın yayılma hareketi için gerekli olduğunu iddia etmiştir. Ona göre, ışık saçan bir nesne bulunduğu mekânda belli aralıklarla bir titreşim oluşturur. Bu titreşimlerin yol açtığı düzenli küresel dalgalar her yana ve yöne yayılır. Huygens bu dalgalar üzerindeki her noktada yeni küresel dalgalara yol açan bir titreşimin var olduğu, böylece dalgaların kendi kendilerini harekete geçirerek yayıldığını ileri sürmektedir.

Newton ise ışığın yapısı ve davranışını, maddenin parçacıklardan oluştuğunu görüşüyle paralel olup ışığında parçacıklardan oluştuğunu söyler. Bu fikrini desteklemek için güneş ışığını bir prizmadan geçirerek “spektrum” adını verdiği bir renk demeti elde ederek beyaz ışığın bütün renklerin üst üste binmesi olarak açıklamıştır.

Işığın tıpkı bir silahtan saçılan kurşunlar gibi kaynaktan yayılan ışık taneciklerinin akımından oluştuğunu iddia eden Newton , dalga kuramına itiraz ederek bu kuramın benimsenmesi durumunda başta ışığın doğrusal yayılması olmak üzere, yansıma, kırılma ve renklerin oluşumu gibi belli başlı optik konularının açıklanmasının olanaksız olduğunu belirtir. Newton’un geliştirdiği bu itirazlar ve Huygens’in kuramının yeterince güçlü ve güvenilir olmaması o dönem için Newton’un kuramını daha kabul edilebilir kıldı.

18. yüzyıla gelindiğinde Thomas Young (1773- 1829) bir deney yaptı. Young bu deneyde tek renkli ışığı, birbirine çok yakın iki dar yarıktan geçirdi. İki dar yarıktan geçen ışık arka tarafta bulunan ekran üzerinde parlak ve karanlık bantlar oluşturdu. Yarıklardan biri kapatılınca bu bantların yok olması nedeniyle Young ışık ışınlarının tıpkı denizdeki dalgalar gibi, bazen birbirlerini güçlendirdiğini bazen de yok ettiğini fark ederek bu durumu ışığın da dalgalar halinde yol aldığı şeklinde izah etmiştir. Çift Yarık deneyi olarak da bilinen Young’un bu deneyi ışık hakkında yapılan tartışmalarda dalga teorisinin lehinde bir adım olmuştur.

İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell de 1865’te ışığın yayılması ile ilgili olarak elektrik ve manyetik kuvvetleri açıklamada kullanılan bir kısım kuramları bir araya getirerek konuyu farklı bir boyuta taşımıştır. Aslında elektrik ve manyetik kuvvetler eski dönemlerden beri biliniyor olsalar da elektrik yüklü iki cisim arasındaki gücü yöneten nicel yasalar ancak 18. Yüzyılda saptandıktan sonra 19. Yüzyılın başlarında bazı fizikçiler manyetik kuvvet yasalarını belirledi. Maxwell matematiksel olarak, elektrik ve manyetik güçlerin birbirlerine doğru hareket eden parçacıklardan kaynaklanmadığına açıklık getirdi.

Yani her elektrik akımı ve yükün, bulunduğu uzayda bir alan yarattığı ve bu alanın uzaydaki her elektrik akımına ve yüküne bir kuvvet uyguladığını ortaya çıkararak elektrik ve manyetik kuvvetleri tek alanda birlikte taşındığını keşfetti. Elektrik ve manyetiğin aynı kuvvetin ayrılmaz parçaları olduğunu keşfettikten sonra buna “elektromanyetik kuvvet” adını verdi ve bu kuvveti taşıyan alana da “elektromanyetik alan” dedi. Maxwell’in bu kuramı ışığın dalga halinde uzayda nasıl hareket ettiğini daha açıklayıcı bir şekilde destekleyerek Newton’un zayıflayan kuramını bir adım daha geçmiştir.

Işığın davranışı ile ilgili konu daha sonra tekrar Einstein tarafından tekrar ele alındı.

Einstein öncelikle foto elektrik etkisi problemine yönelik çalışmalarda bu problemin ancak ışığın tanecik veya paketçiklerden oluştuğu varsayımıyla açıklanabileceğini söylemiştir. Einstein bu paketçiklere “foton” adını vermiş ancak ışığın dalga olmadığı varsayıldığında, kırınımın ve girişimin açıklanamayacağını bildiği için dalga fikrinden de vazgeçmedi. Bu nedenle her iki kuramı da gözeterek “Bazı ışık olayları dalga kuramıyla bazılarını da foton kuramıyla açıklamamız gerekir” varsayımını oluşturmuştur.

Oluşturulan bu varsayımla birlikte Einstein, “foton kuramı” ile bu iki kuram arasında bir köprü kurmuştur. Bu köprü dalga boyu kavramından foton enerjisi kavramına geçmeye olanak sağlamıştır. Yani her dalga boyuna belli bir foton enerjisi ve her foton enerjisine de belli bir dalga boyu karşılık gelmektedir.134 Daha sonrasında kendilerine özgü, benzeri olmayan bir şekilde hareket bu parçacıkların davranışları “kuantum mekaniksel bir davranış biçimi” olarak adlandırılmıştır.

Işığın davranışlarıyla ilgili tüm bu kuramlar kuantum teorisinin hem çıkış noktası olmuş hem de teorinin gelişmesinde ve gönümüzdeki haline kavuşmasında önemli katıklar sağlamıştır.