Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Belirsizlik İlkesini Anlamak: Werner Heisenberg ve Diğerleri Ne Dedi?

Belirsizlik İlkesini Anlamak: Werner Heisenberg ve Diğerleri Ne Dedi?
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

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.


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.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

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?
  • Bilim Budur! 11
  • Muhteşem! 9
  • Merak Uyandırıcı! 8
  • Tebrikler! 7
  • İnanılmaz 5
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 2
  • Umut Verici! 1
  • Korkutucu! 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

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 05/08/2020 16:59:58 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.

Reklamı Kapat
Güncel
Agora
Instagram
Radyasyon
Mühendislik
Robot
Mers
Hastalık Dağılımı
Önlem
Matematik
Şempanzeler
Mikroevrim
Parçacık
Sürüngen
Hekim
Bilim
Aslan
Albert Einstein
Hominidae
2019-Ncov
İklim
Balıkçılık
Sahtebilim
Eğitim
Kültür
Ecza
Afrika
Bakteriler
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

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
“Al elmaya taş atan çok olur.”
Türk Atasözü
Geri Bildirim Gönder