Dalga Parçacık İkiliği, Belirsizlik İlkesi ve Kuantum Tünelleme / Bir İyilik Bilimi 01

Her gün parçacık benzeri davranışlar görüyoruz aslında. Örneğin; yere bir top bıraktığında, tek bir çizgide hareket ederek düşer. Aracını sokağa park ettiğinde ve geri döndüğünde hala oradadır. Sadece duran bir araba sonuçta :).

Aynı zamanda dalga davranışını da görüyoruz. Sesini yükselttiğinde dalgalar havada yayılarak etraftaki herkesin kulaklarına sesi taşır. Veya bir tekne suyun içinde ilerlerken dalgalar yüzey boyunca peşi sıra yayılırlar. 

Dalga Parçacık İkiliği

Ama konu "çok küçüğün fiziği"ne gelince, gördüğümüz şey bir dalga-parçacık ikiliğidir.

Çok küçük şeyler (burada elektronlar ve protonlardan bahsediyoruz) bazen parçacıklar gibi davranırlar ve bazen de dalgalar gibi davranırlar :).

Örneğin, bir elektronu serbest bırakırsan, odanın içinde bir dalga olarak hareket eder, ancak duvara çarptığında yalnızca tek bir yere çarpar - sonuçta bir adet elektron... 

Peki ya sesin dalga-parçacık ikiliği olsaydı? 

O zaman ses dalgaları her yöne yayılırdı ama söylediklerini sadece bir kişi duyabilirdi. Ya da tekne suda ilerlediğinde dalgalar normal bir şekilde yayılırlar ama sadece tek bir yerden kıyıya vururlardı :).

Öyleyse, bir elektronun dalga-parçacık ikiliğini gerçekte, yani daha anlaşılır bir şekilde nasıl anlayabiliriz?

Şöyle, elektronumuzun düşmekte olan bir damlanın üzerindeki bir toz zerresi olduğunu hayal et lütfen.

İlk başta, yere düşene kadar, nerede olduğunu oldukça iyi biliyoruz.

Ancak damla yere çarptığında bir dalga gibi yayılacak ve toz zerresi bu dalganın içinde bir yerde olacak.

Yani toz zerresi (bizim elektronumuz) dalga tarafından yönlendiriliyor - ama hala sadece bir toz zerresi var ve onu gerçekten ararsan, sadece tek bir yerde bulacaksın.

Dalga aynı zamanda herhangi bir noktada toz zerresini bulma olasılığının ne kadar olduğunu da söyleyecektir. Yani, eğer damla ikiye bölünürse, daha çok suyun olduğu yerde toz zerresini bulman daha olasıdır. 

İşte kuantum mekaniğinin dalga-parçacık ikiliği aşağı yukarı böyle çalışır: Her parçacık, belirli bir yerde veya durumda olma şansını belirleyen bir dalga tarafından yönlendirilir.

Belirsizlik İlkesi

Kolay değil mi? Aynı zamanda da Kuantum mekaniği biraz da tuhaf :).

Ancak, bazı varsayılan özelliklerinin sadece kuantum fiziğine özgü olmadığını, genel olarak dalgaların özellikleri olduğunu da bilmelisin.

Belirsizlik ilkesini ele alalım  - diyor ki, bir parçacığın nerede olduğunu ne kadar iyi bilirsek, ne kadar hızlı gittiği hakkında o kadar az şey biliriz.

Ne kadar bilebileceğimizin bir sınırı var yani :).

Bir dalganın frekansının, dalga tepelerinin birbirine ne kadar yakın olduğuyla ilişkili olduğunu unutma. Yani, düşük frekanslı bir dalga, yüksek frekanslı dalga kadar güçlü değildir!

Peki bir dalga tam olarak nerededir? Her yere yayılmış, değil mi?

Tamam, bir dalga atımı (tepe noktası) için dalganın nerede olduğunu görmek oldukça kolaydır. 

Artık atımın nerede olduğunu net olarak bildiğimize göre, frekansı nedir?

Tek bir atım gerçekten "dalgalanmaz", artık yeri net olarak bellidir bu yüzden dalga tepelerinin frekansını ölçemeyiz.

Ve kısaca belirsizlik ilkesi budur: Bir dalganın ya nerede olduğunu ya da nereye gittiğini bilebilirsin, ancak ikisini aynı anda bilemezsin.

Kuantum Tünelleme

Buraya kadar tuhaf gelmediyse bir de kuantum tünellemeye bakalım :).

Bir yokuşun kenarından aşağıya bir top yuvarladığını varsayalım - klasik bilgi bize, top diğer taraftaki tümseğe çıktığında, onu yuvarladığın yükseklikten daha yükseğe çıkamayacağını söyler - bu enerjinin korunumu yasasıdır.

Diğer tümseğin yani tepenin diğer tarafında yuvarlanmak için güzel, büyük ve uzun bir yokuş olsa bile, top oraya ulaşamaz - ta ki sen ona tümseği aşmak için yeterli enerjiyi, itme gücünü verene dek.

Ancak kuantum mekaniğinde işler biraz farklı işliyor :).

Şöyle ki, kuantum dünyası olasılıksaldır, ihtimaller hep vardır yani aslında "her şey mümkün"dür. Şöyle ki, bir parçacığı bir çukura bırakırsan, bir dahaki sefere gördüğünde, yüksek ihtimal ile yine de o çukurda bir yerde olacaktır. 

Ama eğer tümseğin diğer tarafında aşağı yuvarlanacak güzel ve büyük bir eğim varsa?… Belki, bu parçacığın gerçekten olmak isteyeceği bir yerdir :)  - ve kuantum mekaniğine göre, onu orada bulma ihtimalin küçük bir olasılık dahi olsa bile, mevcut! İşte bu kuantum tünellemedir.

Bu yeterince çılgınca gelmediyse, bir de şöyle düşün: parçacığı tümseğin ortasında yani içinde bir yerlerde bulman bile mümkün… :)... ve gerçek hayatta bu şuna bile imkan tanır: bir elektronun bazen bir atomun çekirdeğinin içinde asılı kalmış olabilmesi. Wuuuuu.... :)