Thomson’ın kekindeki üzümler, yani elektronlar… Elektron dediğimizde çoğunuzun aklına nasıl bir görüntü gelir? Büyük ihtimalle proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdeğin etrafında dönen misket gibi yuvarlak ufacık parçacıklar hayal etmişsinizdir. Thomson’ın üzümlü kekini yanlışlayan, atomun büyük bir kısmının boşluk olduğunu tespit eden Rutherford ve Rutherford’ın çalışmalarını güncelleyerek elektronun hareketini açıklayan Bohr da sizin düşündüğünüze benzer bir görünüm hayal etmişlerdi. Ancak bu bilimin yanlış bilinen olaylarından birisi. Peki doğusu ne? Elektron bir parçacık değilse dalga mı? Gelin videonun devamında elektron tasavvurumuzdaki yanlışlığı düzeltmeye çalışalım.
(intro)
İtiraf edelim, biz de atomu anlattığımız videolarımızdaki görüntülerde elektronların misket gibi tasvir edildiği görüntüler kullandık. Ancak bunu yapmak zorundaydık; çünkü kabul edelim, elektronun gerçekte nasıl bir şey olduğunu kimse bilmiyor. Bu aslında sadece elektrona özgü bir şey değil, etrafımızdaki çoğu şeyin tam olarak ne olduğunu bilmemiz imkânsız. Tabii söz konusu mini minnacık bir varlık olunca doğasını anlaşılabilir kılmamız daha da zorlaşıyor. Bu anlaşılmazlığın ana sebebi içinde bulunduğumuz evrenin boyutu ve evreni algıladığımız boyut arasındaki fark. Bu yüzden öncelikle boyut kavramının algılarımızı nasıl inşa ettiğini anlatmamız gerekiyor.
Zaman boyutunu bir kenara bırakıp 3 uzaysal boyut üzerine bir düşünelim. Etrafımızdaki cisimler uzayda 3 boyut kaplıyor: yükseklik, genişlik ve derinlik. Peki biz bu cisimleri 3 boyutlu mu algılıyoruz? Hayır, bizim anlık algımız 2 boyutlu. Mesela zekâ küpüne bakarken sadece ön yüzünün 2 boyutlu görüntüsünü görürsünüz. Daha sonra bu küpün arka tarafını çevirir ve oraya bakarsanız bu sefer de arka yüzün 2 boyutlu görüntüsünü görürsünüz. Bu şekilde küpün 6 yüzüne de bakarak küpün bir taslağını zihninizde oluşturursunuz. Ancak yine de zihninizde 3 boyutlu olarak algılayamazsınız. Yaptığınız şey 2 boyutlu görüntüleri art arda sıralamaktır. Yani siz bu küpün 6 yüzünü aynı anda, küp görünümünü bozmadan düşünemezsiniz. Eğer 6 yüzünü aynı anda görmeye çalışırsanız küpün açılımını oluşturursunuz ki bu da onu 2 boyutlu yapar.
En iyisi mi gelin boyut ve algıyı 2 boyutlu bir Pacman ile düşünelim. Elimizde bir kare var. Bu kare aslında altında yeşil, sağında mavi, üstünde turuncu, solunda kırmızı üçgenlerden oluşan, ortasındaysa kanalımızın logosunu bulunduran bir şekil. Şimdi 2 boyutlu Pacman’imiz bu şeyin ne olduğunu anlamak için onu incelemeye başlasın. Şeklin sağ tarafından baktığında bunun mavi bir çizgi olduğunu düşünecektir. Alt tarafa geçtiğinde ise yeşil bir çizgi olduğunu söyleyecektir. Sol taraftan bakınca kırmızı, üst taraftan bakıncaysa turuncu bir çizgi görecektir. Uzunluk boyutunu hesaba kattığında bu çizgilerin aslında bir alanı oluşturduğunu anlayabilir, ancak onu bizim gördüğümüz şekilde bir alan olarak asla düşünemeyecektir. Üstüne üstlük bu alanın ortasında bir kanal logosu bulunduğundan haberi bile olmayacak ve bunu hiçbir zaman bilemeyecektir.
Elektron doğasının bilinmezliği de aslında buradan geliyor. Ancak yine de nasıl ki o Pacman çizgiler görüp bunun bir alan olduğunu anlayabilmişti, biz de elektronun iki ayrı özelliğini fark edebilmiştik. Elektron aynı bir dalga gibi yayılıyordu. Elektronun bir konumdaki varlığı bir olasılık dalgası şeklindeydi ve çok yüksek hızlarda bu olasılık dalgasının içindeki her noktada varlık gösterebiliyordu. Mesela elektronun olasılık dalgasını şu şekilde bir gösterime dökelim: Elektronu bir noktadan fırlatalım. Fırlattığımız noktadan 5 metre uzaklıkta bu elektronun bulunma olasılığına göz gezdirelim. Tabii ki bu değerler gerçek değerler değil, anlaşılır olsun diye yuvarlak ve kavranabilir sayılar üzerinden örnek veriyoruz şu anda. Schrödinger dalga fonksiyonunun mantığı gereği elektronun belli bir alanda bulunma olasılığı diğer alanlarda bulunma olasılığından daha yüksektir. Bunu şu şekilde gösterelim: Elektronun kırmızı yerde bulunma ihtimali %90, mavi yerlerde bulunma ihtimali ise %10 olsun. Şimdi kırmızı bölgenin olduğu yere elektronun soğurulacağı bir engel yerleştirelim. Eğer elektron misket gibi bir parçacık olsaydı, ne yaparsak yapalım onu engele doğru fırlattığımızda kesinlikle engele takılacaktı. Ancak elektron dalga olarak yayıldığı için %10 ihtimalle engele takılmadan geçebilme imkânı var. Peki, elektron su dalgası gibi bir dalgadır diyebilir miyiz? Aslında bu da yanlış, çünkü elektronu ölçtüğümüzde bir parçacık olarak konumunu bulabiliyoruz. Dalgaların konumu olmaz, yayılımı olur. Yani aslında biz elektronu parçacık haliyle ele almadığımızda, onu ölçmediğimizde bir dalgadır ve dalga fonksiyonuna göre davranır. Ölçüm yaptığınız anda ise fonksiyon tek bir değere çöker ve parçacık olarak davranan elektron belirli bir değer kazanmış olur.
Dalga fonksiyonunun çökme olayını da şu şekilde özetleyelim: Bir hastalığınız var ve ameliyat olacaksınız. Bu ameliyatı yapabilecek olan doktor yaşama olasılığınızın %90 olduğunu söylüyor. Siz gerçekten de ameliyata girip sağ veya ölü olarak ameliyattan çıkana kadar bu tamamen bir olasılık dalgasıdır. Yaşama olasılığınız %90 ancak bu yüksek olasılık sizin yaşayacağınızı garantilemez. Ameliyata girene kadar yaşayan %90’lık kısımda mı yoksa ölen %10’luk kısımda mı olduğunuzu bilmenin bir imkânı yoktur. Yani ameliyat öncesinde, ameliyat sonrasında yaşıyor oluşunuz olasılık dalga fonksiyonuna bağlıdır. Ameliyat olduğunuzda ise dalga fonksiyonu tek bir değere çöker ve siz o ameliyattan ya sağ ya da ölü olarak çıkarsınız.
Velhasılıkelam, elektronun ne olduğunu bilmiyoruz. Ama ne olmadığını biliyoruz. Mesela misket gibi bir parçacık değil. Bilimde yapabildiğimiz tek şey daha az yanlış olanı bulabilmek. Hadi son bir illüstrasyonla konuyu özet geçelim. Sağa baktığımızda daire şeklinde bir gölge görüyoruz ve diyoruz ki bu bir kürenin gölgesi olmalı. Ancak sol duvara baktığımızda kare şeklinde bir gölgeyle karşılaşıyoruz. Fakat biliyoruz ki bu bir küp olamaz çünkü diğer duvara düşen gölge bir daireydi. Bunun üzerine diyoruz ki bir silindirmiş. Ne yazık ki hayır, bunu söylemek için erken. Çünkü aşağı baktığımızda üçgen şeklinde bir gölgeyle karşılaşıyoruz. Gelin görün ki bu şekil aslında üçgen tabanlı kesilmiş bir silindirmiş. Elektrona dair yepyeni özellikler keşfedildikçe işte bu süreci yaşıyoruz. Elektron işte bu demek için henüz çok erken. Bu yüzden yaptığımız şey ilerleyebilmek için bazı şeyleri kabul etmek. İşimize yarayacağında elektronun bir parçacık olduğunu, başka bir senaryodaysa elektronun dalga olduğunu varsaymak. Elektron hem bir dalga hem bir parçacık mı demek aslında silindir için hem bir kare hem de bir daire mi demekle benzer bir mantıksızlıkta. Elektrona dair söyleyebileceğimiz şey işte bundan ibaret.
Böylece bir videomuzun daha sonuna geldik. Videolarımızdan haberdar olmak için abone olmayı ve bizlere destek olmak için videoyu beğenmeyi unutmayın.