Işığın dalga özelliği taşıdığını kanıtlayan çift yarık deneyi Thomas Young tarafından yapılmıştır. Çok yaygın bir deneyim olduğu için, bu yazıda deneyimin kısa bir özetini sunacağız ve deneyimin sonuçlarını daha ayrıntılı olarak ele alacağız.
Deney nasıl yapıldı?
Öncelikle bu deney elektron seviyesindeki küçük parçacıklar üzerinde yapıldığından, daha kolay gözünüzde canlandırabilmeniz için bildiğimiz makro dünyasından analojiler yapacağız. Deneyimize başlamak için, ışığın dalga özelliği gösterdiğini varsayarsak, bunu bir silahtan atılan mermiler gibi düşünebiliriz. Şimdi içinden yalnızca tek bir merminin geçebileceği iki deliği olan bir duvar ve arkasından merminin geçebileceği delikleri olmayan başka bir duvar hayal edin. İki delikli duvarın önünde birkaç atış yaptıktan sonra mermilerin arka duvarda ön duvardaki deliklerle aynı hizada iki sıra halinde dizilmesini bekliyoruz. Bu bağlamda fotonlarla yapılan deneyde de benzer bir sonuç elde edilirse fotonun parçacık özelliği gösterdiği sonucuna varabiliriz.
Şimdi ışığın parçacıklara değil dalga özelliklerine sahip olduğunu varsayalım ve aynı deneyi kurşun yerine suyla dolu bir kovada yaptığımızı varsayalım. Su kaynağından bırakıldığında su dalgaları iki delikten aynı anda geçecek ve her biri yeni bir kaynak olacaktır. Her iki delikten geçen dalgalar daha sonra buluşacak ve birbiriyle girişim yapacaktı. Bu örtüşme nedeniyle tepeler ve çukurlar oluşacaktır. Bu deneyi ışıkla yaparsak ve ışığın dalga özelliği göstermesini beklersek, hem yapıcı hem de yıkıcı girişimler sonucunda ikinci duvarda koyu ve açık bantlar oluşacaktır.
Işıkla yapılan deneylerin sonuçlarına dönelim. Thomas Young’ın birkaç kez tekrarladığı bir deney sonucunda ışığın dalga özelliği gösterdiği anlaşıldı. O zamana kadar ışığın parçacık özelliklerine sahip olduğu düşünüldüğünde, deneyin sonucu şaşkınlıkla karşılandı. Elbette, deneyin sonunda sadece ışığın dalga özelliği olduğu kanıtlanırsa, o zaman belki herkes mutlu bir şekilde evine gidebilir. Ancak deneyde yapılan küçük ince ayarlar sonucunda şaşkınlık seviyesini büyük ölçüde artıracak gelişmeler yaşandı ve kuantum dünyasının belki de nazik yüzü bilim dünyasına kendini göstermeye başladı.
Bu deneyi tek bir foton gönderecek şekilde düzenlersek, foton deliklerin sadece birinden geçerek karşı duvara ulaşacak ve girişim deseni oluşmayacaktır. Peki deney yapılırken beklenen sonuç elde edildi mi sorusunun cevabı çok şaşırtıcı. Kaynaktan arka arkaya gönderilen fotonlar bir çizgi oluşturmak için belli bir süre (milyonlarca foton gerektirir) beklediklerinde, beklenenin aksine her iki delikten iki çizgi oluşmaz, ancak aynı girişim etkisi gözlenir. Yani arka arkaya gönderilen her foton kendi kendisiyle girişim yapmıştır ve böyle bir durumun oluşabilmesi için her iki yarıktan da aynı anda geçmesi gerekir.
Bunun dışında fotonların geçtiği delikten gözlem yapılmaya çalışılmış ve bu amaçla deliklerin her birine detektörler yerleştirilmiştir. Deneyi yaptığımda sonuç önceki deneyler kadar şaşırtıcıydı çünkü bu sefer elektronların parçacık özelliği gösterdiği ve silahtan çıkan mermiler gibi duvarda ikili bir model oluşturduğu görüldü. Yani normalde dalga özelliği gösteren ve çift delikten geçerken girişim desenleri oluşturan elektronlar, sisteme dışarıdan bir gözlemci yani dedektör dahil edildiğinde parçacık özelliği gösteriyordu. Bu kadar karmaşıklık fizikçileri şaşırtmak için yeterliyken, deneyin sonraki aşamaları mikro dünyanın gizemlerle dolu olduğunu kanıtladı. Çünkü dedektör iki deliğe değil de tek bir deliğe yerleştirildiğinde sonuç çok daha ilginçti.
Elektronlar sanki hangi deliğin izlendiğini biliyormuş gibi, dedektör olmadan delikten geçtiler ve aynı zamanda parçacık özelliklerini gösterdiler. Başka bir deyişle, gözlemci elektronun nasıl hareket ettiğini etkiledi.
Çift yarık deneyinin sonuçlarını özetlemek gerekirse: İki delikli mekanizmaya fotonlar gönderdiğimiz zaman dalga özelliği gösterirler, deliklerin her birinden geçerek kendi kendilerine girişim yaparlar ve girişim deseni ortaya çıkar. Gözlemci aynı düzene yerleştirildiğinde, elektronlar karakterlerini değiştirdiler, parçacıklar gibi davrandılar ve duvarda ikili bir model oluşturdular. Son olarak, yalnızca bir delik izlendiğinde, elektronlar sanki hangi deliğin izlendiğini biliyorlarmış gibi algılanmayan delikten geçtiler. Mantıklı bir açıklama yapmak gerekirse, tüm bu olağandışı özellikler ışığın olağandışı doğasından kaynaklanmaktadır. Böyle bir tanımlayıcı özellik, örneğin fotonların durağan kütlesinin olmamasıdır. Benzer şekilde, sadece ışık her zaman aynı hızda hareket eder. Ne kadar hareket ederseniz edin veya kaç ışık kaynağı hareket ederse etsin, ışığın hızını ölçmeye çalışırsanız, sonuç hep aynıdır. Normal şeyleri karşılaştıracak olursak diyelim ki 30 km/h hızla giden iki araç birbirine doğru gidiyor, 60 km/h hızla gidecekler. Ancak, birbirine doğru hareket eden iki ışık demeti için aynı şey söylenemez. Her ikisi de ışık hızında hareket ederken, birbirlerine karşı iki ışık hızında hareket etmeleri beklenirken, ölçülen değer yalnızca bir ışık hızıdır.
Çift yarık deneyi, gerçek uygulama olamayacak kadar garip olan tek deney değil. Bununla birlikte, Dünya’nın fiziksel özelliklerini anlamanın yolu, küçük parçacıkların olağandışı davranışlarını anlamaktan geçer. Kuantum teorisi, televizyon, bilgisayar teknolojisi gibi uygulamalarda ve hatta yıldızlarda meydana gelen nükleer süreçleri açıklamak için kullanılır.
Tüm bu anormallikler için olası bir açıklama, “dalga fonksiyonunun çökmesi” olarak bilinen teoride bulunur. Teoriye göre çift yarık deneyinden geçen maddenin tam olarak bir dalga olmadığı, dalga olma potansiyeline sahip olduğu varsayılmaktadır. Yani parçacığın belirli bir konumu değil, bulunabileceği konumların olasılığı vardır. Açık renkli bölgeler gibi bazı konumlar diğerlerinden daha muhtemelken, girişim desenindeki karanlık bölgeler gibi diğerleri daha az olasıdır. Teoriye göre, görünmez elektronlar tam olarak parçacık benzeri değil, bulunabildikleri bölgelerde dalga benzeri özellikler sergiliyorlar. Bir elektron gözlemlendiğinde, dalga fonksiyonu çöker ve elektron parçacık özellikleri sergiler. Bu teori, çift yarık deneyinde parçacıkların sergilediği özellikleri en iyi açıklayan teoridir. Parçacığa bakmadığımız zamanlarda potansiyel dalga her iki yarıktan aynı anda geçerek dedektöre ulaşır ve bir girişim deseni oluşturur. Yarıklara bir detektör yerleştirip elektronları gözlemlediğimizde, elektronlar bulundukları yeri göstererek dalga fonksiyonunun çökmesine ve parçacık özelliği göstermesine neden olurlar. Bu teoriyi doğru kabul edersek korkunç bir sonuçla karşı karşıya kalırız. Gözlenemeyen herhangi bir nesne gerçek değildir.
Gözlenemeyen her şey gerçek değildir! Bu kelimenin biraz düşünülmesi gerekiyor. Gündelik bir örnek verecek olursak, diyelim ki her gün evimizin karşısındaki ağaç sadece biz onu izliyoruz diye mi gerçek yoksa biz onu izliyoruz diye mi var oluyor? İşe ya da okula giderken otobüste gördüğümüz dış dünya, kafamızı çevirdiğimizde hâlâ orada mı? Hayır demezsen nasıl her gün aynı yerde aynı ağacı görebiliriz Her gün bindiğimiz otobüste gördüklerimiz hep aynı yerde. Bu soruların cevabı birçok ünlü bilim insanı tarafından sorulmuş ve onlar bile kesin doğru cevabı bulamamışlardır. Bu sorulara kendi yorumumu sunarak yazımı bitirebilirdim ama size cevap verme görevini bırakıyorum ve Kuantum Alemine hoş geldiniz diyerek bitiriyorum.
Kaynak:
http://abyss.uoregon.edu/~js/21st_ Century_science/lectures/lec13.html
http://www.studyphysics.ca/newnotes/20/unit04_light/chp1719_light/lesson58.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment
http://physics.about.com/od/lightoptics/a/doubleslit.htm
katip:Nihat Kelis
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]