Gece Modu

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Belirsizlik İlkesi, kuantum fiziğinin en temel ilkelerinden biridir. Kuantum fiziğinin ortaya çıkmasından 100 yıl önce Pierre-Siom Laplace bugün “Laplace’ın Şeytanı” olarak bilinen bir fikir ortaya atmıştır. Evren deterministik ise ve eğer birisi (şeytan) evrendeki her türlü cismin o anki konumunu, momentumunu ve üzerindeki kuvvetleri bilirse evrenin geçmişini ve geleceğini hesaplayabileceğini söyler. Ancak kuantum fiziği ile gelen belirsizlik ilkesi bize evrendeki her türlü cismin özelliğini hesaplayabilecek bir bilgisayarımız olsa bile bu özelliklerin asla tam bir kesinlik ile bilinemeyeceğini söyler.

Belirsizlik ilkesi kuantum fiziğinin oluşmasına büyük katkılar yapan Werner Heisenberg tarafından 1927’de ortaya atıldı. Aralarında belirsizlik ilişkisi olduğu en yaygın olarak bilinen çift momentum ve konumdur. Bu belirsizliği matematiksel olarak Earl Hesse Kenard ve 1 yıl sonra Hermann Weyl ortaya attı. 

∆x=konumdaki belirsizlik,  ∆p=momentumdaki belirsizlik, ℏ=h/(2∙π)=indirgenmiş Planck sabiti: 1.05×10(-34) J∙s
∆x=konumdaki belirsizlik, ∆p=momentumdaki belirsizlik, ℏ=h/(2∙π)=indirgenmiş Planck sabiti: 1.05×10(-34) J∙s

Bu denkleme göre bir parçacığın momentumundaki belirsizlik ile konumundaki belirsizliğin çarpımı h/2’den büyük olmak zorundadır. Planck sabiti çok küçük olduğu için bu belirsizliği makroskobik dünyada gözlemleyemeyiz ancak atom altı ölçeğe indikçe belirsizlik gitgide önem kazanmaya başlar. Momentum – konum belirsizliği şunu söyler: Bir parçacığın konumu ne kadar az belirsiz ise momentumu o kadar fazla belirsiz olacaktır, aynı şekilde momentumu ne kadar az belirsiz ise konumu o kadar belirsiz olacaktır. Eğer momentum – konum belirsizliği olmasaydı atomlar ve dolayısıyla çevremizde gördüğümüz makroskobik dünya asla var olamazdı. Çünkü negatif yüklü elektronların pozitif yüklü çekirdeğe düşmemelerini belirsizlik ilkesi sağlar. Elektron çekirdeğe yaklaştıkça konumdaki belirsizlik azalır ve dolayısıyla momentumdaki belirsizlik artar. Momentumdaki belirsizliğin artması elektronun çekirdek etrafındaki dönme hızını etkilediği için elektron, çekirdeğe düşmeyecek şekilde hareketine devam edebilir.

Üstelik aralarında belirsizlik ilişkisi olan sadece momentum ve konum değildir. Belirsizlik ilişkisi olduğu bilinen başka bir çift de enerji ve zamandır. 

∆t=zamandaki belirsizlik, ∆E=enerjideki belirsizlik, ℏ=h/(2∙π)=indirgenmiş Planck sabiti: 1.05×10(-34) J∙s
∆t=zamandaki belirsizlik, ∆E=enerjideki belirsizlik, ℏ=h/(2∙π)=indirgenmiş Planck sabiti: 1.05×10(-34) J∙s

Enerji – zaman belirsizliğinin muazzam sonuçları vardır. Boş uzayın bize aslında boş olmadığını gösterir. Uzayda “yoktan” parçacıklar meydana gelebilir ancak kısa bir süre sonra yok olmak şartıyla. Bunun yanı sıra parçacıkların, kısa süreliğine büyük enerji kazanmalarına sebep olabilir ve buna Kuantum Tünelleme denir. Örneğin yıldızların enerji üretip ışık yayması için çekirdekteki moleküllerin enerji potansiyelini aşıp füzyon tepkimeyle birleşmeleri gerekir. Tuhaf olan ise, araştırmaların da gösterdiği gibi, yıldızların çekirdeğindeki sıcaklık, moleküllerin enerji bariyerini aşması gerekenden biraz daha düşüktür. Yıldızlar, enerjileri yetmediği halde füzyon tepkime gerçekleştirebilmelerini enerji – zaman belirsizliğine borçlulardır.

Ancak bu çiftlerin yanı sıra aralarında belirsizlik ilişkisi olan başka çiftler de vardır. Bu çiftlere eşlenik değişkenler (conjugate variables) denir. Aşağıdaki eşlenik değişkenler p ve q operatörleri ile temsil edilir.

image

Bu değişkenlere;

  • Enerji – Zaman 
  • Çizgisel Momentum – Konum
  • Açısal Momentum – Açısal Konum (Orientation)
  • Elektrik Potansiyel – Elektrik Yükü Yoğunluğu
  • Manyetik Potansiyel – Elektrik Akımı Yoğunluğu 
  • Elektrik Alanı – Elektrik Polarizasyon Yoğunluğu 
  • Manyetik İndüksiyon – Mıknatıslanma

örnek olarak gösterilebilir.

Heisenberg’in Mikroskobu

Belirsizlik İlkesi hakkında bilinen en büyük yanlış anlamalardan biri belirsizliğin ölçümden kaynaklanmasıdır. Ölçümden dolayı bir belirsizlik oluşur fakat bunun Kuantum Fiziği’ndeki Belirsizlik İlkesi ile hiçbir alakası yoktur. Heisenberg bu örneği Belirsizlik İlkesi’nin daha iyi anlaşılması için vermiştir.

Ölçümden dolayı kaynaklanan belirsizliği anlamak için bir parçacığı hayal edin. Diyelim ki siz bu parçacığın konumunu bir detektörle ölçmek istiyorsunuz. Bunu yapmanız için parçacığı foton yağmuruna tutmanız gerekir, parçacığa çarpan fotonlar detektöre gelecek ve bu şekilde parçacığın nerede olduğunu hesaplayabileceksiniz. Ancak gönderdiğiniz fotonlar, parçacığın momentumunu değiştirdiği için momentumu hakkında kesin bir şey söyleyemezsiniz. Fotonların momentumu şu şekilde gösterilir:

Bu denkleme göre eğer fotonun dalga boyunu arttırırsak göndereceğimiz fotonların momentumu düşer, dolayısıyla gözlediğimiz parçacığın momentumuna daha az etki ederler ve parçacığın momentumunu daha az belirsizlikle bilebiliriz. Fakat parçacığa çarpan elektronların saçılması dağınık olduğu için parçacığın konumu daha belirsiz olur.

Ölçümden kaynaklı belirsizlik her ne kadar geçerli olsa da bu yazının konusu olan Belirsizlik İlkesi ile hiçbir alakası yoktur. Momentum – konum belirsizliğinden örnek vermek gerekirse Belirsizlik ilkesi için “Momentumu ve konumu aynı anda bilemeyiz.” demek yerine “Bir parçacığın aynı anda kesin bir momentumu ve konumu olamaz.” der, yani bu belirsizlik evrenin kendi doğasından dolayıdır.

Konuyu harika bir şekilde anlatan bir Veritasium videosunu Türkçe altyazılı olarak aşağıdan izleyebilirsiniz:

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 4
  • Tebrikler! 4
  • Bilim Budur! 5
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 3
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 3
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 1
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • Wikipedia. Heisenberg's Microscope. (2019, Ocak 27). Alındığı Tarih: 03 Mart 2019. Alındığı Yer: Wikipedia
  • Wikipedia. Conjugate Variables. (2019, Şubat 09). Alındığı Tarih: 03 Mart 2019. Alındığı Yer: Wikipedia
  • Wikipedia. Canonical Commutation Relation. (2019, Haziran 27). Alındığı Tarih: 03 Mart 2019. Alındığı Yer: Wikipedia

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 18/11/2019 10:36:31 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/4184

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!
Reklam
Reklam
Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Televizyon benim için çok eğitici bir araç! Ne zaman biri televizyon açacak olsa, başka bir odaya gidip kitap okumaya başlarım.”
Groucho Marx
Geri Bildirim Gönder