Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Işık, Hem Dalga Hem Parçacıktır! Fizikte Düalite (Eşleniklik, İkilik) Ne Anlama Gelir?

Işık, Hem Dalga Hem Parçacıktır! Fizikte Düalite (Eşleniklik, İkilik) Ne Anlama Gelir? Brian Koberlein
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.

Bu yazı, Fizik: Newton'dan Kuantuma yazı dizisinin 10. yazısıdır. Dizinin ilk yazısına gitmek için buraya, dizideki tüm yazıları görmek için buraya tıklayınız. Yazı dizileri, EA Akademi'nin bir parçasıdır.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

Felsefede ya da edebiyatta ''dual'' kavramı genelde birbirine zıt iki maddenin/özelliğin/gücün varlığını (örneğin; iyi ve kötü, savaş ve barış, ruh ve beden gibi) öne sürer ve Türkçe'ye "iki" ya da "ikili" olarak çevrilir. Felsefede, sanatta, edebiyatta ve çeşitli inanışlarda bu ikili kavramların sürekli olarak birbirleriyle bir mücadele içerisinde olduğu ve yaşamın özünde bu mücadelenin yattığından bahsedilir. Halbuki fizikte veya matematikte "dual olma" ya da "düalite" bu yerleşik anlamından çok daha farklıdır. Matematik dilinde, iki farklı özelliğin/kavramın birbiriyle "özdeş" olması anlamına gelir. Bu anlamda "dual" terimini Türkçe'ye "eşlenik", "düalite"yi ise "eşleniklik" olarak çevirebiliriz.

Düalite kavramı, en iyi şekilde, dual (eşlenik) evrenler imgelemi üzerinden anlaşılabilir. Elbette, çoklu evrenlerin veya (konumuzla ilgili olarak) ikili dual evrenlerin varlığıyla ilgili elimizde hiçbir somut kanıt yoktur. Dolayısıyla bunları "fiziksel" evrenler olarak değil de "matematiksel (sanal)" evrenler olarak düşünmek yerinde olacaktır.

Eşleniklik Kavramı Nedir?

Fizik kurallarının eşitliklerle ifade edildiğini hepimiz biliriz. Peki "eşitlik" ne demektir? Eşitlik, eşittir işaretinin (=) sağında kalan fiziksel niceliğin, solunda kalan fiziksel nicelikle arasında bir ilişki olduğunu anlatmaktadır. Bu matematiksel eşitliklerin iki tarafındaki denklemlerin sonuçları da aynı sonucu verir. Fizikte ise her farklı denklem, doğru olup olmadığına bakılmaksızın, ayrı bir gerçeklik yani evren olarak değerlendirilir. Bu varsayımsal evrenlerin hangisinin ya da hangilerinin gerçek olduğu, eğer mümkünse, deneyler ve gözlemler ile belirlenir.

Eğer bildiğimiz Evren'imize eşlenik olan başka bir evren var ise, bizim Evren'imizdeki her bir fiziksel nicelik için diğer evrende ona karşılık gelen bir fiziksel nicelik olması gerekir. Diğer bir deyişle, bir fizik kuralına ait matematiksel bir eşitliğin her iki evren için de aynı olması gerekmektedir. Şöyle ki: Ortada bir fizik kuralı vardır ve bu fizik kuralı her iki evrende de aynıdır ama fiziksel nicelikler her bir evren için değişebilir. Benzer şekilde "dual teoriler" de birbiriyle özdeştir çünkü aynı eşitliğe sahip olmalarına rağmen kullandıkları nicelikler farklıdır. Örneğin bu evrendeki bir "elektron" dual bir evrende "manyetik tek kutup" olarak ortaya çıkabilir. Buna ait fizik kuralı her iki evrende de Maxwell eşitliği kullanılarak ifade edilir. Eşitliğin kendisi değişmez ama eşitliğin içinde yer alan nicelikler (sayılar) dualleriyle yer değiştirebilir. Buna "düalite dönüşümü (duality transformation)" adı verilir. Düalite dönüşümü bize adeta şunu söylemektedir: Eğer aynı eşitliği kullanarak iki farklı şeyi/özelliği anlatabiliyorsak, belki de bu iki şey/özellik tek bir bütünün iki farklı evrendeki yansıması olabilir. Yani, az önceki örneğe geri dönüp konuşacak olursak eğer bu evrendeki bir elektron dual evrende bir manyetik tek kutup ise ve biz, bu ikisi arasındaki dualite dönüşümünün detaylarını biliyorsak o halde bu iki yansımanın bağlı olduğu daha üst bir doğa gerçeği hakkında bilgi edinebiliriz demektir.

Fizik dünyasında çok çeşitli düaliteler mevcuttur. Ancak biz bu yazımızda, hem konunun özetini vermek hem de sizleri matematiksel teknik detaylara boğmamak adına teorik fizikte en popüler düaliteler olan "Dalga-Parçacık İkiliği" ve "AdS/CFT İlişkisi"ni vermekle yetineceğiz.

Dalga-Parçacık Düalitesi

Hans Moller

Görme engelli bir grup insanın bir filin farklı beden kısımlarına dokunarak onu tanımlama çabasının anlatıldığı hikayeyi bilirsiniz. Biri, filin hortumuna dokunur ve "Bu bir yılandır." der. Bir diğeri hayvanın gövdesine dokunur ve "Düz bir yüzeyi var, tıpkı duvar gibi." der. Bir diğeri, filin dişine dokunarak "Çok sivri, tıpkı mızrak ucu gibi." der. Ve hepsi kendince haklıdır da. İşte ışığın durumu da buna benzemektedir. Işık hem dalga hem de parçacıktır ve bu iki özelliği sergilemesi durumuna "dalga-parçacık düalitesi" denmektedir. Işık, foton adı verilen ışık parçacıkları halinde yayılır ve bir foton hem dalga hem parçacık özelliği sergileyebilir. Çift yarık deneyinde fotonun iki yarığın içinden geçerken karşı duvarda bir girişim deseni oluşturması onun dalga benzeri özelliklere sahip olduğu anlamına gelir. Dahası, tıpkı suyun bir taşın etrafından geçerken bükülmesi gibi ışık da bir nesnenin etrafından geçerken bükülebilir (diffraction) ve polarize olabilir. Tüm bu özellikler yine onun dalga yönünü göstermektedir. Diğer taraftan, fotoelektrik olayında görüldüğü üzere ışığın enerji paketleri halinde (fotonlar) etrafa yayılması onun parçacık özelliğine işaret eden önemli bir bulgudur. Ayrıca, çift yarık deneyinde fotonun hangi yarıktan geçeceği "gözlemlendiğinde" duvarda girişim deseni oluşturmayıp sadece iki çizgi oluşturması ışığın tıpkı katı bir parçacık gibi davrandığını gösteren bir diğer kanıttır.

Şimdi, diyelim ki bir fizikçisiniz ve ışıkla ilgili deneyler yapacaksınız. Dalga modelini mi yoksa parçacık modelini mi kullanmanız gerektiğini nasıl bilirdiniz? Bu sorunun cevabı "ölçek" ile alakalı bir durum. Eğer ki ölçüyor olduğunuz nesnenin büyüklüğü ışığın dalga boyuyla kıyaslanabilir ise "dalga modeli"ni kullanırdınız. Örneğin, genellikle 1 mikronun altında büyüklüğe sahip nesnelerin ışıkla ilgili durumları (renkleri gibi) üzerine çalışmalar yapıyorsanız bunu açıklamak için dalga modeli uygundur. Bir nesnenin enerjisini bir fotonun enerjisiyle karşılaştırabileceğiniz deneylerle ilgileniyorsanız da (fotoelektrik olayın veya lazerlerin nasıl çalıştığı gibi) "parçacık modeli"ni kullanmanız gerekecektir. Diğer bir deyişle, ışığın atomlarla nasıl etkileştiğini anlamak istiyorsanız bu modeli tercih etmelisiniz.

AdS/CFT Düalitesi

İlk kez 1997'de Juan Maldecena tarafından ortaya atılan AdS/CFT düalitesi (ya da ilişkisi) sicim teorisinde en fazla araştırma yapılan konuların başında gelmektedir. Düalitenin isminde geçen Anti-de Sitter (AdS) uzayı, bizim içinde bulunduğumuz uzaydan biraz farklı bir yapıya (negatif eğriliğe) sahiptir. [Görelilik kuramına göre Evren'in yapısı için üç alternatif vardır: 1- Evren pozitif eğriliğe sahiptir (küre gibi). 2- Evren negatif eğriliğe sahiptir (at eyeri gibi). 3- Evren düzdür. Bizim evrenimizin yapısının düz veya düze yakın olduğu kabul görmektedir.] AdS/CFT düalitesi, Anti de Sitter denilen negatif eğriliğe sahip bir uzay-zaman bölgesindeki kütleçekim teorileri (Gravity Theories, GTs) ile o bölgenin kütleçekimden bağımsız sınır bölgesini (Conformal Field Theory, CFT) tarif eden "kuantum alan teorileri (QFTs)" arasındaki ilişkiyi anlatır.

Yukarıda kabaca tanımını yaptığımız bu düaliteyi şimdi biraz açalım. AdS uzayı, aynı zamanda, en fazla boyuta sahip olması (5D) nedeniyle "gövde (bulk)" olarak geçmektedir ve gövdeye ait her şeyin bilgisi, daha düşük boyutlu (4D) sınır bölgesinde yer alan parçacıklar arası kuantum etkileşimlerinde (dolanıklık durumlarında) kayıtlıdır. Diğer bir deyişle, 5 boyutlu uzayzaman bölgesi daha düşük boyutlu olan sınır bölgesiyle eşleniktir (bu durumu üç boyutlu "siz" ile yerdeki iki boyutlu "gölgeniz" arasında ilişki olması gibi düşünebilirsiniz). Bu anlamda AdS/CFT düalitesi, kütleçekimin kuantum doğası hakkında "holografik" bir anlayış sunarak fizikçilerin meselelere farklı bir açıdan bakmalarını sağlar. Örneğin kuantum alan teorisinde (sınırda) karşılaşılan içinden çıkılması güç problemler, yüksek bir boyutta (gövdede) daha basit "geometri" problemleri haline gelerek fizikçileri çözüme belki de bir adım daha yaklaştırabilir. Önemli bir teorik fizikçi olan Edward Witten bu konuda şunları söylüyor:

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Düalitenin ilgi çekici olmasının sebebi cevaplanması zor olan sorulara yanıt verebiliyor olmasıdır. Örneğin, bir kuantum teorisi üzerine uzun süre kafa yormuş olabilirsiniz ve kuantum etkileri küçük olduğu zaman neler olduğunu anlarsınız ama bu teori hakkındaki kitaplar size kuantum etkileri büyük olduğunda neler olduğunu söylemez. Bunu bilmek istediğinizde de genellikle kocaman bir sorunun ortasındasınız demektir. İşte, düaliteler bu tip sorulara cevap vermenizi sağlayabilir. Size sorunun bir başka tanımını/yaklaşımını/hikâyesini verirler çünkü bir tanım çerçevesinde cevaplayabileceğiniz sorular, farklı bir tanımda cevaplandırabileceğiniz sorulardan farklıdır.
AdS/CFT,  kütleçekimin kuantum doğası hakkında
AdS/CFT, kütleçekimin kuantum doğası hakkında "holografik" bir anlayış sunmaktadır.
SlidePlayer

Meşhur "It from qubit" Sözüyle Ne Kastedilmektedir?

Yeri gelmişken, uzay-zamanın nasıl meydana gelmiş olabileceğini özetleyen "It from qubit" sözünden bahsederek yazımızı noktalayalım. "It from Qubit", aynı zamanda, kuantum bilgisayar bilimcilerini, yüksek enerji fizikçilerini ve sicim teorisyenlerini bir araya getiren bir projenin de adıdır ve yılın farklı zamanlarında gerçekleştirilen toplantılarında uzay-zamanın, birbiriyle dolaşık küçük bilgi parçalarından meydana gelmiş olabileceği tartışılmaktadır. Diğer bir deyişle, farklı sahalardan gelen bilim insanları bilginin kuantum nesnelerinde nasıl saklı tutulduğu ve uzay-zamanda nasıl depolanabileceği üzerine çalışmalar yürütmektedirler.

Yukarıda bahsettiğimiz kütleçekimi teorileri ile kuantum alan teorileri arasındaki dual ilişki sayesinde adeta "şişenin içerisinde bir evren yaratmak mümkündür". (Juan Maldecena'nın sözüdür: "You can create a universe in a bottle.") Burada şişenin içerisi kütleçekime sahip dinamik bir evreni, şişenin kenarları ise kuantum parçacıkları arasındaki etkileşimleri temsil etmektedir. Daha farklı ifade edecek olursak, daha üst boyuttaki uzay ("It") düşük boyutta yer alan dolaşık bilgi parçaları, yani "qubit" sayesinde ortaya çıkar ya da onlardan yansır (hologram misali). İşte bu anlayışa İngilizce'de "It from qubit" denmektedir.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Bilim Budur! 6
  • Merak Uyandırıcı! 6
  • Muhteşem! 5
  • Tebrikler! 5
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 3
  • İnanılmaz 2
  • Grrr... *@$# 2
  • Umut Verici! 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • P. Andersen. (Video, 2018). Wave-Particle Duality. Not: https://www.youtube.com/watch?v=h1tflE-L2Dc&t=90s.
  • A. Optics. Models Of Light. (2018, Haziran 27). Alındığı Tarih: 27 Haziran 2018. Alındığı Yer: Azo Optics | Arşiv Bağlantısı
  • Why String Theory?. Ads-Cft: Through The Looking Glass. (2018, Haziran 27). Alındığı Tarih: 27 Haziran 2018. Alındığı Yer: Why String Theory? | Arşiv Bağlantısı
  • N. Wolchover. A Physicist’s Physicist Ponders The Nature Of Reality. (2018, Haziran 27). Alındığı Tarih: 27 Haziran 2018. Alındığı Yer: Quanta Magazine | Arşiv Bağlantısı
  • C. Moskowitz. Tangled Up In Spacetime. (2018, Haziran 27). Alındığı Tarih: 27 Haziran 2018. Alındığı Yer: Scientific American | Arşiv Bağlantısı
  • N. Wolchover. Juan Maldacena, Pondering Quantum Gravity By The Pond. (2018, Haziran 27). Alındığı Tarih: 27 Haziran 2018. Alındığı Yer: Quanta Magazine | Arşiv Bağlantısı
  • S. Foundation. It From Qubit: Simons Collaboration On Quantum Fields, Gravity And Information. (2018, Haziran 29). Alındığı Tarih: 29 Haziran 2018. Alındığı Yer: Simons Foundation | Arşiv Bağlantısı
  • S. Emre. Meaning Of Duality In Physics. (2018, Haziran 30). Alındığı Tarih: 30 Haziran 2018. Alındığı Yer: Word Press | Arşiv Bağlantısı

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 12/07/2020 10:35:57 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/7209

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
Teyit
Genetik
Neandertal
Doğal Seçilim
Adaptasyon
Sars Mers
Deri
Mikroevrim
Uzay Görevleri
Sars-Cov-2 (Covid19 Koronavirüs Salgını)
Yiyecek
Hayvanlar
İspat Yükü
Doğa Olayları
Mantar
Örümcek
Biyografi
Mars
Çocuk
Maskeler
Kedigiller
Böcekler
Elektron
Ses Kaydı
Bebek
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
“Herkesin üç gerçek okul müdürü vardır: duyuları, zeki arkadaşları ve kitapları.”
Henry Ward Beecher
Geri Bildirim Gönder