Kuantum Kuramı (Teorisi) atom altı dünyaya getirilen en iyi açıklamadır. Yani atomların içindeki bileşenlerin (elektron, kuark, nötrino vs.) davranışlarını tanımlayan tek geçerli teoridir.
Aslını söylemek gerekirse inanılmaz ölçüde başarılı bir teoridir. Kuantum fiziğinden faydalanarak lazer, bilgisayar ve nükleer reaktör gibi çığır açıcı teknolojiler üretilmiştir. Ayrıca bastığımız toprak neden serttir ve Güneş nasıl parlar gibi soruları net bir şekilde açıklamıştır.
Kuantum dünyası gündelik hayata göre oldukça sıradışı, hatta Alica Harikalar Diyarında gibi sihirli bir yerdir. Çünkü bu dünyada tek bir atom aynı anda iki farklı yerde birden olabilir, evrendeki en üst hız sınırı olan ışık hızına aldırış etmeden, evrenin iki farklı ucundaki iki atom birbirini anında etkileyebilir ve kesinlikle hiçbir nedene dayandırılmayan olaylar gerçekleşebilir.
Kuantum Teorisi Nasıl Keşfedildi?
Kuantum kuramı aslında fiziğin iki büyük teorisi olan madde kuramı ve ışık kuramı arasındaki çatışmadan doğdu. Madde kuramı bize her şeyin atomlardan oluştuğunu söylerken, Işık kuramı ise ışığın göldeki dalgalar gibi yayılarak ilerleyen bir dalga olduğunu söyler.
Uzun süren deneyler sonucunda bilim insanları dalgaların parçacık gibi davranabildiğini ve parçacıkların da dalga gibi davranabildiğini keşfetmiştir.
Aslında çok kısa özetlemek gerekirse, Kuantum teorisi de budur.
Zaten bunu ilk bulan Davisson, Germer ve Thomson isimli üç bilim insanı Nobel Fizik Ödülü kazanmıştır. Geçmişte Thomson’un babasının elektronların parçacık olduğunu bularak Nobel Fizik Ödülü kazanmış olması da oldukça ironiktir.
Nihayetinde parçacık davranışı gösteren dalgalar öngörülemezliğe işaret etmektedir.
Parçacıklar dalga özelliği de gösterebiliyorsa, dalgaların üst üste binerek girişim yapması gibi şeyler de yapabilir demektir. Girişim sonucunda bir atom aynı anda iki yerde birden bulunabilir ve buna süperpozisyon denir. Kuantum bilgisayarlar atomların süperpozisyonlarından faydalanarak aynı anda birçok hesap yapma amacına dayanmaktadır. Fakat kuantum parçacıklarının tümüyle yalıtılmış vakumlu bir odada tutulması gerekir. Aksi takdirde ışıkla ve havayla temas ettiği zaman kuantum parçacıklar süperpozisyonu koruyamaz.
Kısacası kutantum parçacıklar bulunduğu süperpozisyonu çok sayıda atoma dayatmaya kalkarsa etkisi çabuk kaybolacaktır. Bundan dolayı gündelik yaşamda kuantum dünyasının garip özellikleri asla görülmez. Böylece atomların dünyasında bir atom aynı anda iki yerde olabilirken, günlük hayatta bir masanın iki yerde birden bulunduğuna hiç tanık olmayız.
Çünkü hiçbir zaman atomları veya fotonları tek tek göremeyiz. Sadece büyük sayılardaki atom yığınlarını görebiliriz. Yani aslında dünyayı değil, kendimizi gözlemekteyiz. Beynimiz hiçbir zaman bir fotonu gözlemlemez, o fotonun retinadaki yüz binlerce atom üzerindeki yükseltilmiş etkisini gözler. Oluşan izlenim ilk fotonun kuantum özelliğini barındırmaz. Tam da bu nedenden ötürü, hiç de kuantummuş gibi görünmeyen bir kuantum dünyada yaşarız.
Kuantum teorisi olmasaydı atomu asla açıklayamazdık. Çünkü klasik fiziğe göre yapılan hesaplamalar, elektronun bir saniyeden az bir sürede çekirdeğe çekileceğini göstermektedir ve bu anlayışa göre atomlar asla var olamaz. Fakat Kuantum Teorisi bunu mükemmel açıklamaktadır.
Çünkü Kuantum Teorisine göre elektronlar dalga özelliği gösterir ve bir parçanın kütlesi ne kadar küçükse dalgası da o kadar güçlüdür. Elektron da evrendeki en küçük parçacık olduğuna göre dalgası en yüksek parçacıktır. Dalga temel olarak yayılımlı bir şeydir, yani sıkıştırılıp çekirdeğe sığdırılamaz. Bundan dolayı atomlar bir saniyeden az bir sürede yok olmak yerine sonsuza kadar var olabilir.
Hatta elektron dalgası öyle büyük bir alana ihtiyaç duyar ki, elektronların atom çekirdeğinden neden bu kadar uzakta dolandığını bize çok güzel açıklar. Bir atom yüzde 99.99 oranında hiçliktir. Yani bizler de aslında yüzde 99.99 oranında hiçiz (boşluktan ibaretiz). Atomların iç kısmının yüzde 99.99 oranında boş olmasının sebebi dalga özelliği gösteren elektronun dalgasının geniş bir hareket alanına ihtiyaç duymasıdır.
Atomlarda birden fazla elektron bulunabilir ve bunlar farklı yörüngelerde dolanır. Atoma en uzak olan elektronun dalgası en güçlü demektir çünkü daha geniş bir hareket alanına ihtiyaç duyduğu için dalga özelliği yüksek demektir. Eğer bir elektron uzak bir enerji düzeyinden (yörüngeden), atom çekirdeğine daha yakın bir enerji düzeyine gelirse enerji kaybeder. Bu kaybedilen enerji ışık olarak dışarı yayılır. İşte ışığın nasıl oluştuğunu da Kuantum teorisi sayesinde basitçe anlamış olduk.
Sonuçta dünyada kuantum teorisiyle açıklanamayacak hiçbir şey yoktur. Bugüne kadar insanlığın geliştirdiği en güçlü fizik kuramıdır. ABD gayri safi yurtiçi hasılasının yüzde 30’unu sadece Kuantum teorisinden karşılar. Aslında hepimiz kuantum kuramının bir ürünüyüz ve kuantum dünyasında yaşıyoruz.
Kuantum teorisinden faydalanarak yapılan hesaplamalara göre, içinde yaşadığımız gibi bir evrenin oluşması için sisteme dışarıdan verilmesi gereken enerji sıfırdır. Çünkü evrenin matematiği simetriler üzerine kurulmuştur ve bunların toplamı koca bir sıfırı verir. Zaten kauntum fiziğinde vakumlu boşlukta kuantum parçacıklarının anti parçacığıyla birlikte çift olarak hiç yoktan kendi kendine oluştuğu ve bir saniyeden daha az bir sürede bu çiftlerin birbirini yok ettiği bilinmektedir.
Ünlü bilim adamı Niels Bohr şöyle demiş: “Eğer kuantum fiziği üzerinde düşünürken başının dönmediğini iddia eden biri varsa, bu durum, olsa olsa onun kuantum fiziğiyle ilgili en ufak bir şey anlamamış olduğunu gösterir”.