İçeriğe atla

Bohr-Einstein tartışmaları

Niels Bohr, Albert Einstein ile birlikte Paul Ehrenfest'in Leiden'deki Evinde (Aralık 1925)

Bohr–Einstein tartışmaları, kuantum mekaniği hakkında Albert Einstein ile Niels Bohr arasında süregelen tartışmadır.

Tartışmaları, kuantum fiziğine olan katkılarına ek olarak bilim felsefesine de katkı sağladığı için günümüzde hâlâ önemini korumaktadır. Bu tartışmalar hakkında yapılan ilk kapsamlı çalışma Bohr tarafından yayımlanan "Einstein ile Atom Fiziği'ndeki Epistemolojik Problemler Üzerine Sohbetler" kitabıyla yapıldı.[1] Einstein ile Bohr arasındaki düşünce farklılığı büyüktü ancak dostlukları yaşamlarının sonuna kadar sürdü.[2]

Bu tartışmalar yirminci yüzyılın ilk yarısında bilimsel araştırma yöntemleri konusunda yapılan en kapsamlı çalışmalardan biri olma özelliğini taşıdı çünkü yirminci yüzyılın ilk yarısında kuantum mekaniği bir dal olarak ortaya çıkmamış ve insanların atom fiziğinin ilerlediği yerler hakkında bilinci yeteri kadar gelişmemişti. Yıllar sonra çoğu fizikçi tarafından kuantum fiziğinin yapısı hakkında yapılan bu ilk tartışmada Niels Bohr'un haklı olduğu düşünüldü ve sonrasında da birçok güçlü kanıt Bohr'un bakış açısının, kuantum mekaniğinde temel yapı taşı olmasını sağladı.

Kuantum Devrimi öncesi fikirler

Max Planck'ın çeşitli deneyler ile keşfettiği (h) sabiti ve kuantum kavramının, o dönemde bilinen fiziğin yeniden yazılması anlamına geldiğinin farkına ilk varan kişi Albert Einstein'dı. Bu durumu açıklamaya çalışan Einstein 1905 yılında yazdığı makalede geçen yüzyılda yapılan deneylerin bir kısmında ışığın bazen bir parçacık gibi hareket edebildiğini ve bu parçacığa foton adı verilebileceğini önerdi (bkz. Dalga parçacık ikiliği). Bununla birlikte bu konu hakkında araştırmalar yapan Bohr, foton kavramının en büyük karşıtlarından biriydi ve 1925 yılına kadar foton kavramını kabul etmedi.[3] Foton kavramı Einstein'a çekici gelmekteydi çünkü parçacık gibi davranan bir ışığın birçok fiziksel özelliği açıklanabilirdi. Bohr bu durumdan hoşnut değildi çünkü bu parçacık olan ışığı açıklamak için yeni bir matematik oluşturulması demekti. Ona göre bir bilim insanı iki denklem arasında seçim yapmamalıydı.[4]

Einstein'ın ve ışığı parçacık olarak düşünen bilim insanlarının makaleleri üzerine Niels Bohr, 1913 yılında Bohr Atom Modeli'ni yayınladı. Bu model sayesinde kuantum ikililiği kavramı belirli atomlar için çözüme kavuşuyordu. Einstein ilk önce şüpheci yaklaştı, ancak sonrasında modelin belirli sınırlar altında işe yaradığını görünce Bohr'un düşüncelerine katıldı.

Kuantum Devrimi

1920'lere gelindiğinde atom çekirdeği hakkında yapılan birçok araştırma ve deney, Einstein ve Bohr'un fikirleri etrafında şekillenen bir kuantum devrimine yol açtı. Devrimi başlatan ilk şok Werner Heisenberg'ın çıkardığı bir makaledeki uzay zaman denklemlerinde Newton'dan beri değişmeyen ve "gerçeklik" olarak bahsedilen yapıtaşlarını çıkartmasıyla var oldu. Sonraki dalga da 1926'da Max Born'un yaptığı araştırmalar sonrası, Atom altı çalışmalara inildiğinde matematikteki olasılık teorisiyle orantılı sonuçlar bulduğunu tespit etmesi ile geldi.

Einstein, deneylerin bu şekilde yorumlanmaması gerektiğini düşündü ve bu düşünceyi reddettiğiini söyledi. Max Born'a attığı bir mektupta Einstein, "Hiçbir zaman, hiçbir koşulda, beni onun (tanrının) zar attığına ikna edemezsiniz." diye yazdı.[5]

1927 yılında yapılan Beşinci Solvay Konferansı Heisenberg ve Bohr, yeni bir çağın başladığı sonucuna vardıklarını söylediler, bu koşullar kuantum mekaniğinin temellerini atacağını ve artık pek değişmeyeceği sonucuna vardıklarını belirttiler. Bu konuşma duyulduğu anda zaten bu düşünce biçimine eleştirel bir şekilde bakan Einstein, dehşet içinde kalır. Ona göre bu işi yalnızca olasılık ile yorumlayıp üstünü kapatmak yanlıştır ve kuantum maddelerinin özelliklerinin daha iyi incelenmesi gerekir.[4]

Einstein devrimin bittiğini düşünmüyor ve atom modelinin daha fazla geliştirilmesi gerektiğini düşünüyordu. Bir parçacığın uzay ve zamanda hızı ile konumunun aynı anda bilinemeyeceğini, ancak istatistiksel olarak orbitaller aracılığıyla tahmin edilebileceğini kabul ediyordu (bakınız Belirsizlik İlkesi). Einstein' göre bu istatistiksel sistem tamamiyle rastgele olmuş olamazdı, arkasında mutlaka bir model, bir plan var olmalıydı. Kendini istatistiksel düşünen biri olarak tanımlasa bile Einstein, bu belirsizliğin yalnızca rastgelelik ile çözüleceğini düşünmüyordu.[4] Niels Bohr'a göre ise bu durum fiziğin tamamlayıcılık ilkesiyle gayet tutarlıydı. Ona göre bu rastgeleliği kabul etmeyiş, eski moda determinist görüşlerin gelenek haline gelmesinden kaynaklanıyordu.[3]

Devrim sonrası: ilk aşama

Yukarıda bahsedildiği gibi, Einstein'ın 1900'lerin başındaki katı görüşleri, yeni gelen bilimsel kanıtlar ile değişikliklere uğradı. Einstein ilk önce kuantum kavramının tespit edilemezliğini reddetmişti, arkasında bir model ya da bilimsel çalışma yapılabileceğini ddüşünüyordu, suggesting ingenious atom teorisini ve dalga parçacık ikililiği gibi o dönemde yeni olan kavramların, yaratıcı düşünce deneyleri aracılığıyla açıklanabileceğini düşünüyordu.

Enstein'den gelen ilk saldırı Solvay Konferansında Einstein gibi düşünenlere 1927 yılında elektronlar and fotonlar hakkında yapılan geleneksel yorumlardan dolayı "Ortodoks" kavramının yöneltilmesiyle oldu. Einstein evrensel olarak kabul edilmiş Enerjinin Korunumu Yasası, (momentum) ve itme gibi kavramları tamamen yoksayarak yalnızca dalga özellikleri ile belirsizlik ilkesinin açıklanmayacağını, fotonun da genel özelliklerinin açıklanmayacağını belirtmiştir. Bu tür bir yaklaşımın hiçbir şekilde Tamamlayıcılık ile uyuşmayacağını söylemiştir.

Figür A. Tek renkli bir ışık(bütün parçacıkların ortak itme ile atıldığını gösteriyor) S2'de çift yarıktan geçerek iki ana parçaya kırılıyor, Bu da F yüzeyinde normalde iki ana ışık görüntüsü yaratması beklenirken parçalı bir ışık görüntüsü yaratıyor. Bu durumu yorumlayan Einstein'e göre, ışık, iki ana görüntü yaratması gereken dalgaları çift yarıktan geçen fotonlar, dalgalanın yönlerini bozmadan görüntüyü çıkarmıştır.( Detaylı bilgi için bakınız Young deneyi)
Einstein's slit.

S2'de bulunan iki yarıktan geçen ışık, ışığın bir dalga gibi davranıyor olmasıyla açıklanabilmekte. Aslında, bu süperpozisyon durumu kesin bir şekilde ışığın dalga ve parçacık ikililiğive interfazını gösteriyor. Bu durum gelecekte yorumlandığında, parçacığa sanki "yol gösteren" bir dalga olduğu yorumlaması yapılmıştır (bu da ışığın yalnızca dalga gibi davrandığını geçersiz kılıyor). Çift yarıktan geçen "Tanecik" S2deki işlemden geçtikten sonra dalganın yönün değiştiriyor olmalı, ancak tanecik kuramı iki kırınımdan oluşacak ve o dönemki bilimsel bilgi olan iki konsantre nokta oluşmasını öngörür ve bu yüzden bu da tek başına açıklayamaz.

Bu durumdan sonra Einstein, tartışmaları süren ikinci aşamayı öne sürer: klasik fizikle uyumlu olmayan pek çok parçacığın(pratikte) S1'e dik olan bir hızı vardır. Işığın, yarık ile yaptığı tek etkileşimin yayılım olduğu göz önünde bulundurulduğunda, sistemdeki tüm itmelerin toplamının korunduğunduğu belirten İtmenin korunumu kavramına göre eğer bir parçacık bir yöne doğru sapmış ise, ters yöne doğru bir tepme olacaktır. Gerçek durumlarda ışığın çarptığı levha etkilenmeden kalmalıdır. Ancak Çift yarık deneyi örneğindeki prensipte, levha çok küçük miktarda sarsıntılar geçirir. Bu durum da bir yönde hareket eden parçacığın itmesini ölçmeyi sağlayabilir. Bu geri tepmelerden dolayı, iki ana görüntü oluşmaz; bunun aksine geri tepmelerin yönlerine bağlı olarak değişen girişim desenleri görülür.

Bohr'un, Einstein tarafından yapılan bu iddialara verdiği yanıt için Figür C'deki deney düzlemini yarattı. Bohr deney sonucunda farkına vardı ki levhada var olan titreme, Einstein'ın düşüncelerindeki temel varsayım olan fotonu kanıtlıyordu. Ancak bu tespit bize parçacıkların hızını tam olarak belirlememize yine imkân tanımıyordu. Bununla birlikte, Bohr daha net tespitler yapmayı amaçlayan yeni levhalar ile deneyi tekrarladı ancak X yönünde yapılan bir hareketin hızını ve konumunu aynı anda tespit etmeyi başaramadı. Daha deney başlamadan levha mutlaka bir şekilde oluşan dış kuvvetlerin etkisiyle hareket halinde oluyordu ve bu da deneylerden net bir yargı çıkarmayı engelliyordu. Olması gereken deney düzleminde S1 üzerindeki tüm olası konum vektörlerinin ortalaması alınmalı ve bu konum vektörü bizeF levhasının orta noktasını verecektir. Ancak bu ortalama hesaplamlara göre aynı zamanda F levhasında var olan ortalama rengin de gri olması beklenir (bu ortalama yöntemi dire dalgalarda iş yaramaktadır). Bir kere daha çift yarıktaki kırınımları yalnızca dalga sistemi ile yorumlamak işe yaramamıştır.

Figür C. Einstein'ın teklifinin doğru olup olmadığını görmek üzere Bohr tarafından inşa edilen deney düzlemi. Bu düzlemdeki levhanın hareket etmesine izin verilmiştir ve çarpan ışıkların etkisi gözlemlenmeye çalışılmıştır.

Kuantum mekaniğindeki bu fenomenleri anlayabilmek için Bohr, farkına vardığı bir durumdan bahseder: "Şu bir gerçek ki, ölçme aletlerinden çıkarılan sonuçlara aykırı hareket eden bu cisimler, eski yöntemlerle incelenemez ve yeni yöntemler de derinlemesine araştırılmalıdır. Bu yapıların oluşturulması kuantum mekaniğinin biçimlenmesi için ön şarttır. Bunun esaslarından biri de bütün deney sonuçlarının ve cihazın etkilerinin de sisteme dahil edilmesidir. Bunlarla birlikte deney düzlemine ayna gibi yeni cihazlar eklemek, "parçacığın" yeni davranışlarıyla tanışmamızı sağlayabilir..."[],Hatta Bohr, bu belirsizlikleri çözüme kavuşturmak için duruma daha uzaktan, makroskopik boyutlardan, bakmayı bile önerir:

Özellikle, şu açıkça belirtilmelidir ki... Uzay-zaman kavramlarında atomik fenomenin kesin bir biçimde kullanımı, gözlemlerin vereceği sonuçlar doğrultusunda sınırlandırılmalıdır. Bu gözlemler fotoğrafik lens, ya da karanlık bir odada damla su yardımıyla gelen ışığı büyütmek ile olabilir.[6]

Bohr, yaptığı çalışmalar sonucunda Einstein'ın önerdiği ve belirsizlik ilkesini kıracak bir deney aleti oluşturulamayacığı görüşünü belirtti. Einstein'e göre kuantum mekaniğini şekillendiren rastgeleliğin arkasında bir yasa ya da teori var olmalıydı. Öteki taraftan, sürekli olarak gerçekliğin mikroskobik hallerini gösterebilmek için yalnızca yakınlaştırmanın yeteceğini düşünüyordu. Bohr'a göre molekülelri klasik optik yakınlaştırma yöntemleri ilerlediğinde gözlemlenilebilecekti. Bu düşünce biçimi sonraları kuantum fiziğinde ölçüm sorunu olarak adlandırılacaktı.

Yakın zamanlarda Bohr'un bu fikrinin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini ölçmek amacıyla bir deney uygulandı. Deney serbest halde ve moleküler düzeyde yaratılan bir çift yarık deneyiydi. Deney sonuçları, sanılanın aksine Einstein'ın çift yarık deneyi hakkındaki açıklama yönteminin daha tutarlı olduğunu gösterdi. Atomik seviyelerde bile çift yarık sistemindeki momentum korunmuştu.[7][8]

Belirsizlik İlkesi'nin enerji ve zamana uyarlanması

Birçok ders kitabında kuantum mekaniği hakkında verilen popüler örneklerden biri konum ve hızın aynı anda belirlenemeyeceğinden bahseden Belirsizlik İlkesi'dir. Kuantum parçacıkları aynı zamanda bir dalga gibi de davranıyorsa; bu belirsizlik, dalganın fiziksel özellikleri için de geçerli olmalıdır. Yani zaman ve enerji... Bu ilişkiyi kavrayabilmek için yapılan deneyleri incelemekte fayda var. Bir deney Figür D'de gösterilmekte. Eğer çok yüksek miktarda uzatılan tek bir dalga boyu düşünülürse, çok kısa bir süre boyunca açık kalan tek bir yarıktan geçebilir. Ancak tam olarak hangi süre içinde geçtiği ile geçerkenki enerjisi aynı anda tespit edilemeyecektir.

Tam anlamıyla tek renkli bir dalganın (harmoni oluşturmayan sadece tek bir müzik notası gibi) matematiksel anlamda sonsuz sayıda uzaysal boyutu vardır. Bu tür bir tek bir dalgayı elde edebilmek için (aynı zamanda dalga paketi de denir), farklı frekanslardaki sürekli yayılan birkaç dalgayı üst üste bindirmek gerekir.

Ancak bu durum yalnızca belirli bir anlık var olabilir. Bu durum sonucunda da zaman içinde hareket eden uzaysal bir bölge yaratılmış olur. Bahsedilen uzayda oluşmuş olan durum düzenli bir şekilde dağıtılırsa Süperpozisyon yaratılabilir. Bununla birlikte, birçok farklı matematiksel teoreme göre, bu yaratılmış bölgeden uzaklaştıkça üst üste girişen Fazlarda ayrışma olur. Sıfırdan farklı bir genliğe sahip dalgaların uzaysal yapıları da bundan dolayı sınırlıdır, uzaktan bakıldığında uzaysal durum geçerli olmaz... Bunu gözünüzde canlandırmanın basit bir yolu şu şekilde yapılabilir: eğer dalgada kadar bir uzaysal genişleme gerçekleşmişse(buradan v dalganın hızı olmak şartıyla şu sonuç çıkartılabilir ) bile bu dalganın belirli bölgelerinde tek renkli ve birbirlerini kapsaycak frekanslara sahip, t süre içinde yer kaplayabilir. Bu durum da aşağıdaki ilişkiyi tutarlı kılar:

Evrensel Plank ilişki prensibini göz önünde bulunduracak olursak, frekans ve enerji doğru orantılıdır:

Bu da bizlere doğruca aşağıdaki eşitsizliği getirir. Parçacığın yarattığı bir dalganın henüz tam anlamıyla tanımlanamamış olan enerjisi (Çünkü çok fazla frekans süperpozisyona girmiş olabilir.):

Bundan sonra ise:

Bu durum da Zaman-Enerji belirsizlğinden başka bir şey değildir

Einstein'ın ikinci eleştirisi

1930 yılında düzenlenen altıncı Solvay Kongresi'nde Einstein'ın eleştiri okları belirsizlik ilkesi hakkındaki tartışmalar üzerineydi. Einstein'ın fikrine göre Bohr tarafından yaratılan deney düzlemleri tam anlamıyla Einstein'ın görüşlerini yansıtmakta ve belirsizliği azaltmaktaydı.

Einstein, içinde elektromanyetik radyasyon ve saat bulunan bir kutu düşünür (Einstein'ın kutusu da denir). Kutuya bakmayı sağlayacak bir delik vardır ve bu delik bir kapak tarafından kapatılmıştır. Kapak kadar bir süre sonra açılır. Deliğin açılması sırasında, içeride sıkışık kalmış ve kapak açıldığında dışarı çıkacak bir fotonun var olduğu varsayımında bulunuyoruz. Bu şekilde de kutunun açılmasyla yaşanacak olan deney düzlemindeki genişleme olmamış kabul edilebilir zira ulaşacak foton bu durumda daha önceye aittir. Enerji-zaman belirsizliğine karşı çıkabilmek için, enerjiyi çok hassas bir şekilde ölçebilmenin bir yolu bulunmalıdır. Tam bu durumda Einstein Enerji ile kütle arasındaki kendi yarattığı ilişkisine göz atar. Cevap basittir, kutunun kütle bilgisine sahip olunursa enerjisi hakkında da net bir tespit yapılabilir. Örnek bu sefer daha basitleşir: Bu duruma göre eğer biri kutunun ağırlığını açmadan önce ve sonra ölçerse, bir miktar enerji kutudan kaçacağındna dolayı sonraki kütle daha düşük olacaktır. Bu kütle farkının ile çarpımı bize bu kayıp enerjiyi net bir şekilde hesaplayacaktır. Hesaplamada çıkan değer ise yayılan enerjiden (dalgadan) başka bir şey değildir.

Dahası, saat maddenin yayılımının tam anlamıyla olduğu saatte duracaktır. Çünkü prensipte, kutunun kütlesi ve enerjisi bilinmektedir. Bundan dolayı enerjideki ve zamandaki değişim belirsizlik ilkesinin önerdiğinden çok daha kesin bir oranla tespit edilebilir.

Fikir net ve önermeler saldırılamaz derecede kesin gözüküyordu. Yıllar sonra kongreye katılan fizikçi Leon Rosenfeld şöyle yazacaktı:

Bohr için büyük bir şoktu. Toplantıda Einstein'ı ilk dinlediğinde saldırılarına karşı bir çözüm bile getiremedi. Akşam yemeğinde onu gördüğümde inanılmaz derecede tedirgindi. Yanındaki fizikçiye eğer Einstein haklıysa fizik hayatının biteceğini söylemişti. Ancak bu durumda bile Einstein'ın görüşlerine bir anti-tez üretmeyi başaramadı.O gün iki muhalif figürün salonu terk edişlerini unutmayacağım. Geçmiş çalışmalarından dolayı sahip olduğu ün ile emin adımlarla ilerleyen, suratındaki ironik gülümsemeyle Einstein ve tedirginlik içinde hızlı adımlarla salonu terk eden düşünceli Bohr. Ertesi sabah ise Bohr, bir zafer ile kongreye geri dönüş yapacaktı.

"Bohr'un zaferi", Einstein'ın düşünce deneylerinin bu tartışmayı sonlandıracak ürünler olmadığını söylüyordu. Bohr, savunmasını yaparken Einstein'ın oluşturduğu yer çekimsel kütle ve iç kütle kavramlarını kullanmıştı. Bohr, Einstein'ın kutu deneyinin işe yarar olabilmesi için, kutunun bir yer çekimi alanında asılı olması gerektiğini gösterdi. Kutu açıldıktan sonra bir foton kutuyu terk etse bile, ortam ile bağlantı oluştuğu için birçok foton kutuya girecek ve yer çekimsel alan değişecekti. Fotonun kutudan çıkması kutuyu hareket ettirecekti. Kutunun kütlesini ölçmek için kutuyu eski konumuna geri getirmek gerekiyordu ve bunun için dışarıdan bir kuvvet, enerji gerekecekti. Bu kuvvet uygulandığında bu içerideki sistemin enerjisini değiştirecek değişen enerjiyi dengelemeye çalışan sistem foton alışverişine girişecek ve bu da yine konumu değiştirecek. Bu döngüden dolayı Enerji ve zaman arasındaki belirsizliği devam edeceğini, bundan dolayı da Bohr, eşitliğinin sağlanamayacağını söyler.

Kuantum Devrimi sonrası: ikinci aşama

Einstein'ın Bohr ile münakaşasına ve kendisine yapılan "ortodoks" suçlamalarına olan karşılığının ikinci fazı, Einstein'ın, kuantum parçacıklarının net bir ana dair değerlerini kesin olarak elde edilemeyeceğini kabul etmesiyle başladı. Ancak Einstein hâlâ Max Born yaklaşımı olan kuantum nesnelerine olasılık yöntemi ile bir yorumlama getirilmesine şiddetle karşı çıkmaktaydı. Einstein bilimin her alanındaki sonuçların Epistemolojik olması gerektiği ve Ontolojik olamayacağı konusunda ısrarlıydı. Bundan dolayı Einstein'a göre Modern Atom Teorisi kesinlikle henüz tamamlanmamıştı ve yeni bir bilimsel tespit sonucunda olasılık ile açıklanan boşluklar doldurulacaktı. Einstein, diğer fizikçi ve kimyacı arkadaşlarının karşı çıkan görüşlerine saygı duyuyor ve kuantum nesnelerini açıklamaya çalışan kurama büyük ölçüde katılıyordu. Yalnızca Einstein'a göre Atom Teorisi "Hikayenin tamamı"nı söylemiyordu.

Einstein'ın düşünceleri, birçok araştırmacıyı Gizli Değişkenler Kuramı'nı araştırmaya yöneltebilirdi. Bu teorilere önemli bir örnek, kuantum yapısını pozisyonunu kesin olarak tespit etmeyi amaçlayan Bohm'um Kuantum Yaklaşımı'dır. Einstein'a göre eğer kuantum kuramı bu haliyle "tamamlanmış" ise, bu tanımlama yerel olarak tanımlanamazdı. Hatta bu durumu John Stewart Bell, 1964 yılında Bell Eşitsizliği adı altında formülize etti.

EPR hakkındaki tartışmalar

EPR'ye ait başlıkların tarihsel belgeleri.

Ayrıca Bakınız EPR Paradoksu

1935 yılında Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen bir görüş ürettiler. Önermelerini anlatan makale Physical Review dergisinde 'Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? (Fiziksel Gerçekliği Betimleyen Kuantum Mekaniği Tamamlanmış Olarak Kabul Edilebilir mi) yayınlandı. Bu görüşü yaratmadan önce, Einstein'ın görelilik kuramını yaratırken ortaya attığı bir başka hipotez olan Yerellik Prensibi'ne göz atmakta fayda var. Yerellik Prensibine göre Fiziksel gerçekliğe ait temel yapıtaşları, objektif olarak uzak kabul edilen bir bölgede etkileşime girmiş olamaz." der.

EPR görüşü 1957 yılında David Bohm ve Yakir Aharonov tarafından, Physical Review dergisinde yayınladıkları Discussion of Experimental Proof for the Paradox of Einstein, Rosen, and Podolsky. (Einstein, Rosen ve Podolsky Tarafından Yaratılan Paradoks'un Deneysel Kanıtları Hakkında Tartışma) makale ile duyururlar. Makale yazarları, görüşlerinde Foton Dolaşımı denklemlerini yeniden formüle ettiler ve ulaştıkları sonuçları şu şekilde özetlediler:

1) t zamanında uzayda A ve B noktalarında konumlanmış iki fotondan oluşan bir sistem hayal edin. polarizasyon methodları olan ile dolaştıklarını da düşünelim. Öyleyse:

2) t zamanında, A bölgesindeki fotonun varlığı polarizasyon ile konstrol edilebilir. Ölçüm sonuçlarının fotonun ölçüm filtresine ulaşması ile sonuçlandığını varsayalım Dalga paketi azalacaktır ve bu azalmaya belirli bir t + dt zamanından sonra olacaktır. Bu kadar zaman geçtikten sonra sistem şu hali alır:

3) Bu noktada, foton 1i ölçen A noktasındaki gözlemci, başka hiçbir şey yapmadan ve deneydeki hiçbir noktaya etki etmeden foton 2ye ait polarizasyonu da ortaya çıkarabilir. Bu da bir kesinliğin göstergesidir.

4) Bu varsayımlara Einstein'ın yerellik hipotezindeki varsayımlar da eklenince, A için ölçüm yapan gözlemcinin 2 için gözlem yapamayacağı düşünülür. Bundan dolayı bu sorunu uygun bir şekilde çözüme kavuşturmak için foton 2'nin polarizasyonunu 1'den bağımsız olarak ölçmek gerekmektedir.

5) t zamanında, Adaki gözlemci fotonun polarizasyonunu 45°ye taşıyabilir. Bu takdirde<net bir sonuç elde edecektir. Buna göre gözlemcinin 2nin plarizasyonuna bakabilmesi için yapması gereken tek şey 45°de polarizasyon yapmasıdır. Buna alternatif olarak, eğer ölçüm başarısız olursa, fotonun 45°de değil de 135°de polarize olmuş olduğu söylenebilir. Bu durumları 4 numaralı sonuç ile birleştirince, ölçümden önceki foton 2, 45° veya 135°'da polarizasyon kesin bir biçimde şekillenebilir ancak bu iki farklı konumdaki özellikleri birbirine uyumlu olmayacaktır.

6) Doğal gözlemler bizleri foton 2'nin aynı anda iki farklı ve birbiri ile uyumsuz özellikleri sonucuna götürse de, fotonun iki ayrı özelliğini aynı anda elde edemesek bile, yukarıda anlatılan adımlardaki ölçümleri yok saymamak gerekir. Ancak Kopenhag Yorumu'nun önerdiği Kuantum Mekaniği bu ölçümleri reddetmekte ve rastlantısal olduğunu önermektedirler. Bundan dolayı önerilen modern atom teorisi eksiktir ve tamamlanmamıştır.

Bohr'un Cevabı

Bohr'un bu saldırılara cevabı, bahsedilen EPR Makalesinin yayınlanmasından beş ay sonra oldu. Yine Physical Review üzerinden yayınlanan makale eski yayınladığı makale ile aynı ismi taşımaktaydı. Bohr'un cevabındaki önemli taraf, önermelerin damıtılmış ve saf bir şekilde tabir edilmesiydi. Paul Arthur Schilpp bu durumu Einstein'ın 70inci doğumgününde yazdığı Albert Einstein, scientist-philosopher (Albert Einstein, bilim insanı-felsefeci) kitabında Bohr'un ağzından dile getirmektedir:

"Bu kriterin ifade ediliş biçimi gözlemciler için her defasında "deneye hiçbir şekilde zarar vermeden, etki etmeden" ifadeleri kullandığından dolayı belirsizdir. Zira böyle bir durum Dünya'da hiçbir şekilde gerçekleşemez."

Devrim sonrası: dördüncü aşama

Einstein, bu tartışmalar sırasında yazdığı son belgede, görüşlerini git gide daha da katı bir biçimde savundu. Bilim camiasındaki çoğunluğun o dönemki haliyle kuantum teorisinindeki rastlantısallığın doğru olduğunu düşünmeleri onu çok rahatsız etmişti. Bilimsel çoğunluk, Einstein'ın rastlantısallık hakkındaki görüşlerine katılmasa da, atom teorisinin eldeki bilgiler ile tamamlanmış olarak kabul edilmeyeceğini düşünenler de yoğunluktaydı. Bilim insanlarının bu bölünmüşlüğünden dolayı da kuantum mekaniğindeki determinizm hâlâ çürütülmüş değildir. (Kuantum mekaniğinin yorumları sayfasına bakınız)[9][10]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  • Boniolo, G., (1997) Filosofia della Fisica, Mondadori, Milan.
  • Bolles, Edmund Blair (2004) Einstein Defiant, Joseph Henry Press, Washington, D.C.
  • Born, M. (1973) The Born Einstein Letters, Walker and Company, New York, 1971.
  • Ghirardi, Giancarlo, (1997) Un'Occhiata alle Carte di Dio, Il Saggiatore, Milan.
  • Pais, A., (1986) Subtle is the Lord... The Science and Life of Albert Einstein, Oxford University Press, Oxford, 1982.
  • Shilpp, P.A., (1958) Albert Einstein: Philosopher-Scientist, Northwestern University and Southern Illinois University, Open Court, 1951.
  1. ^ Bohr N. "Discussions with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics". The Value of Knowledge: A Miniature Library of Philosophy. Marxists Internet Archive. 9 Eylül 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Ağustos 2010.  |eser= dış bağlantı (yardım) From Albert Einstein: Philosopher-Scientist (1949), publ. Cambridge University Press, 1949. Niels Bohr's report of conversations with Einstein.
  2. ^ González AM. "Albert Einstein". Donostia International Physics Center. 2 Mayıs 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Ağustos 2010. 
  3. ^ a b Pais
  4. ^ a b c Bolles
  5. ^ Einstein 1969. A reprint of this book was published by Edition Erbrich in 1982, ISBN 3-88682-005-X
  6. ^ "Arşivlenmiş kopya". 4 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Ocak 2015. 
  7. ^ Momentum Transfer to a Free Floating Double Slit: Realization of a Thought Experiment from the Einstein-Bohr Debates, L. Ph. H. Schmidt et al. Physical Review Letters Week ending 2013
  8. ^ Eğer gelecekte Einstein'in görüşünü destekleyen başka deney sonuçları gerçekleşirse, yani bir parçacığın orbitalin her yerinde olabilme ihtimali varsa, bu Bohr'un atom teorisi hakkındaki görüşü olan Kopenhag yorumu önem kaybedebilir, bu durumda da bir başka kuantum mekaniği yorumu olan De Broglie dalga kuramı önem kazanacaktır. If more experiments begin to confirm this view – that a particle is in fact equally present (so, in a way, spread) in all the points of an orbital and that all such points indeed interact with the environment – it could possibly undermine the Kopenhay yorumu and favour the De Broglie-Bohm theory, which has assumed such spread of properties (e.g. mass, charge). A deterministic theory (through a kind of guiding towards the probability centre) could possibly explain better and more universally than a fully indeterministic one how can a particle (i.e. a common wavefunction for a continuum of points) remain coherent in time.
  9. ^ Bishop, Robert C. (2011). "Chaos, Indeterminism, and Free Will". Kane, Robert (Ed.). The Oxford Handbook of Free Wil (Second bas.). Oxford, New York: Oxford University Press. s. 90. ISBN 978-0-19-539969-1. 12 Eylül 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Şubat 2013. The key question is whether to understand the nature of this probability as epistemic or ontic. Along epistemic lines, one possibility is that there is some additional factor (i.e., a hidden mechanism) such that once we discover and understand this factor, we would be able to predict the observed behavior of the quantum stoplight with certainty (physicists call this approach a "hidden variable theory"; see, e.g., Bell 1987, 1-13, 29-39; Bohm 1952a, 1952b; Bohm and Hiley 1993; Bub 1997, 40-114, Holland 1993; see also the preceding essay in this volume by Hodgson). Or perhaps there is an interaction with the broader environment (e.g., neighboring buildings, trees) that we have not taken into account in our observations that explains how these probabilities arise (physicists call this approach decoherence or consistent histories15). Under either of these approaches, we would interpret the observed indeterminism in the behavior of stoplights as an expression of our ignorance about the actual workings. Under an ignorance interpretation, indeterminism would not be a fundamental feature of quantum stoplights, but merely epistemic in nature due to our lack of knowledge about the system. Quantum stoplights would turn to be deterministic after all. 
  10. ^ Baggott, Jim E. (2004). "Complementarity and Entanglement". Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy, and the Meaning of Quantum Theory. Oxford, New York: Oxford University Press. s. 203. ISBN 0-19-852536-2. Erişim tarihi: 4 Şubat 2013. So, was Einstein wrong? In the sense that the EPR paper argued in favour of an objective reality for each quantum particle in an entangled pair independent of the other and of the measuring device, the answer must be yes. But if we take a wider view and ask instead if Einstein was wrong to hold to the realist's belief that the physics of the universe should be objective and deterministic, we must acknowledge that we cannot answer such a question. It is in the nature of theoretical science that there can be no such thing as certainty. A theory is only 'true' for as long as the majority of the scientific community maintain a consensus view that the theory is the one best able to explain the observations. And the story of quantum theory is not over yet. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Foton</span>

Foton, Modern Fizik'te ışık, radyo dalgaları gibi elektromanyetik radyasyonu içeren Elektromanyetik Alan kuantumu yani ışığın temel birimidir. Ayrıca, Elektromanyetik Kuvvet'lerde kuvvet taşıyan, kütlesiz temel parçacıktır. Parçacık terimi; genelde kütlesi olan veya ne kadar küçük olursa olsun bir cismi var olan anlamıyla kullanılır. Ancak, fotonlar için kullanılırken "en küçük enerji yumağı"nı temsil eden bir birimi ifade eder. Fotonlar Bozon sınıfına aittir. Kütlesiz oldukları için boşluktaki hızı 299.792.458 m/s dir.

Belirsizlik ilkesi, Heisenberg belirsizlik ilkesi ya da Belirlenemezlik ilkesi olarak da bilinir.

Dalga-parçacık ikililiği teorisi tüm maddelerin yalnızca kütlesi olan bir parçacık değil aynı zamanda da enerji transferi yapan bir dalga olduğunu gösterir. Kuantum mekaniğinin temel konsepti, kuantum düzeyindeki objelerin davranışlarında ‘’parçaçık’’ ve ‘’dalga’’ gibi klasik konseptlerin yetersiz kalmasından dolayı bu teoriyi işaret eder. Standart kuantum yorumları bu paradoksu evrenin temel özelliği olarak açıklarken, alternatif yorumlar bu ikililiği gelişmekte olan, gözlemci üzerinde bulunan çeşitli sınırlamalardan dolayı kaynaklanan ikinci dereceden bir sonuç olarak açıklar. Bu yargı sıkça kullanılan, dalga-parçacık ikililiğinin tamamlayıcılık görüşüne hizmet ettiğini, birinin bu fenomeni bir veya başka bir yoldan görebileceğini ama ikisinin de aynı anda olamayacağını söyleyen Kopenhag yorumu ile açıklamayı hedefler.

Schrödinger denklemi, bir kuantum sistemi hakkında bize her bilgiyi veren araç dalga fonksiyonu adında bir fonksiyondur. Dalga fonksiyonunun uzaya ve zamana bağlı değişimini gösteren denklemi ilk bulan Erwin Schrödinger’dir. Bu yüzden denklem Schrödinger denklemi adıyla anılır. 1900 yılında Max Planck'ın ortaya attığı "kuantum varsayımları"nın ardından, 1924'te ortaya atılan de Broglie varsayımı ve 1927'de ortaya atılan Heisenberg belirsizlik ilkesi bilim dünyasında yeni ufukların doğmasına sebep olmuştur. Bu gelişmeler Max Planck'ın kuantum varsayımları ve Schrödinger'in dalga mekaniği ile birleştirilerek kuantum mekaniğini ortaya çıkarmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Dalga fonksiyonu</span>

Kuantum fiziğinde dalga fonksiyonu izole bir kuantum sistemindeki kuantum durumunu betimler. Dalga fonksiyonu karmaşık değerli bir olasılık genliğidir ve sistem üzerindeki olası ölçümlerin olasılıklarının bulunmasını sağlar. Dalga fonksiyonu için en sık kullanılan sembol Yunan psi harfidir ψ ve Ψ.

<span class="mw-page-title-main">Bose-Einstein yoğunlaşması</span>

Bose-Einstein yoğunlaşması (BEY), parçacıkları bozonlardan oluşan maddelerin en alt enerji seviyesinde yoğunlaştığı, kuantum etkilerinin gözlenebildiği maddenin bir halidir. Bozonik atomlar için, seyreltilmiş gaz halinde lazer soğutması aracılığıyla mutlak sıfır sıcaklığına doğru inilerek bu hale geçiş yani yoğunlaşma sağlanabilir. Atomların klasik gazlardan farklı olarak Maxwell-Boltzmann istatistiği yerine Bose-Einstein istatistiğine makroskobik olarak/büyük ölçekte uyması BEY'nin belirleyici özelliğidir.

<span class="mw-page-title-main">Kuantum mekaniği</span> atom altı seviyede çalışmalar yapan bilim dalı

Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.

<span class="mw-page-title-main">Schrödinger'in kedisi</span> Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından ortaya atılmış düşünce deneyi

Schrödinger'in kedisi, Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger tarafından ortaya atılmış, kuantum fiziğiyle ilgili olan, hakkında çok tartışma yapılmış bir düşünce deneyidir. Genellikle kuantum mekaniği ve Kopenhag Yorumuyla ilgili bir paradoks olarak bilinir.

<span class="mw-page-title-main">Liénard-Wiechert potansiyelleri</span>

Liénard-Wiechert potansiyelleri yüklü bir noktasal parçacığın hareketi esnasında oluşan klasik elektromanyetik etkiyi bir vektör potansiyeli ve bir skaler potansiyel cinsinden ifade eder. Maxwell denklemlerinin doğrudan bir sonucu olarak bu potansiyel relativistik olarak doğru, tam, zamana bağlı etkileri de içeren, noktasal parçacığın hareketine herhangi bir sınır konulmaksızın en genel durum için geçerli olan fakat kuantum mekaniğinin öngördüğü etkileri açıklayamayan elektromanyetik bir alan tanımlar. Dalga hareketi formunda yayılan elektromanyetik ışıma bu potansiyellerden elde edilebilir.

<span class="mw-page-title-main">Çift yarık deneyi</span>

Young deneyi olarak da bilinen çift-yarık deneyi, ışığın dalga özelliği sergilediğini gösterir. Fotoelektrik etkisi ışığın dalga özelliğinin yanı sıra parçacık özelliği de sergilediğini gösterir. Deneyin basit versiyonunda lazer ışını gibi bağdaşık bir ışık kaynağı, iki paralel yarık açılmış ince bir levhayı aydınlatır ve yarıktan geçen ışık levhanın arkasındaki bir ekranda gözlemlenir. Işığın dalga doğası ışık dalgalarının iki yarıktan da geçerek girişim yapmasını ve ekranda aydınlık ile karanlık bantlar oluşturmasını sağlar ki bu sonuç ışık tamamen parçacıklı yapıda olsa beklenemez. Fakat, parçacıklardan veya fotonlardan oluşuyormuş gibi, ekranda her zaman ışığın soğurulduğu görülür. Bu durum dalga-parçacık ikiliği olarak bilinen prensibi ortaya koyar.

Compton dalgaboyu bir parçacığın kuantum mekaniği özelliğidir. Compton dalgaboyu Arthur Compton tarafından elektronların foton saçılması olayı izah edilirken gösterilmiştir. Bir parçacığın Compton dalga boyu; enerjisi parçacığın durgun kütle enerjisine eşit olan fotonun dalgaboyuna eşittir. Parçacığın Compton dalgaboyu ( λ) şuna eşittir:

Foton polarizasyonu klasik polarize sinüsoidal düzlem elektromanyetik dalgasının kuantum mekaniksel açıklamasıdır. Bireysel foton özdurumları ya sağ ya da sol dairesel polarizasyona sahiptir. Süperpozisyon özdurumu içinde olan bir foton lineer, dairesel veya eliptik polarizasyona sahip olabilir.

Fizikte, tamamlayıcılık Kopenhag yorumuyla yakından ilgili kuantum mekaniğinin temel bir ilkesidir. Bu; nesnelerin aynı zamanda doğru olarak ölçülemeyen tamamlayıcı özelliklere sahip olduğunu ifade etmektedir. Heisenberg belirsizlik ilkesi uyarınca, bir özellik ne kadar doğru ölçülürse, tamamlayıcı özelliği de o kadar az doğru ölçülür. Bundan başka, belirli bir olay tipinin (fenomen) tam olarak açıklanması, bir şekilde tamamlayıcı olan çeşitli olası bazların her birinde yapılan ölçümler ile başarıya ulaşabilir. Tamamlayıcılık ilkesi, kuantum mekaniğinin önde gelen kurucularından olan Niels Bohr tarafından formüle edilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">EPR paradoksu</span> kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna karşı erken ve etkili bir eleştiri

EPR paradoksu, kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna karşı erken ve etkili bir eleştiridir. Albert Einstein ve arkadaşları Boris Podolsky ve Nathan Rosen kuantum mekaniğinin daha önce fark edilmemiş fakat belli sonuçlara sahip olan kabul edilmiş denklemlendirimini meydana çıkaran bir düşünce deneyi hazırladılar, ancak zamanla bu denklemlendirimler mantıksız göründü. Açıklanan senaryo kuantum dolanıklık olarak bilinen bir olay içeriyordu.

Kuantum mekaniği madde ve atomların ve atom içindeki parçacıklar ölçeğinde enerji ile etkileşimlerinin davranışını açıklayan bilimsel ilkeler organıdır: Bu makaleye teknik olmayan konuların tanıtımında ulaşabilirsiniz.

Modern kuantum (nicem) mekaniğinden önce gelen eski kuantum (nicem) kuramı, 1900 ile 1925 yılları arasında elde edilen sonuçların birikimidir. Bu kuramın, klasik mekaniğin ilk doğrulamaları olduğunu günümüzde anladığımız bu kuram, ilk zamanlar tamamlanmış veya istikrarlı değildi. Bohr modeli çalışmaların odak noktasıydı. Eski kuantum döneminde, Arnold Sommerfield, uzay nicemlenimi olarak anılan açısal momentumun (devinimin) z-bileşkesinde nicemlenim yaparak önemli katkılarda bulunmuştur. Bu katkı, electron yörüngelerinin dairesel yerine eliptik olduğunu ortaya çıkarmıştır ve kuantum çakışıklık kavramını ortaya atmıştır. Bu kuram, electron dönüsü hariç Zeeman etkisini açıklamaktadır.

Lamb kayması, adını Willis Lamb'den alan, hidrojen atomunun kuantum elektrodinamiğindeki 2S1/2 ve 2P1/2 enerji düzeyleri arasındaki küçük farklılıktır. Dirac denklemine göre, 2S1/2 ve 2P1/2 orbitalleri (yörüngeleri) aynı enerjiye sahip olmalıdır. Ancak, boşluktaki elektronlar arasındaki etkileşim, 2S1/2 ve 2P1/2 enerji düzeylerinde küçük bir enerji değişimine sebep olur. Lamb ve Robert Retherford bu değişimi 1947'de ölçmüşlerdir ve bu ölçüm, ıraksamayı açıklamak için tekrar normalleştirme teorisine teşvik edici bir unsur olmuştur. Bu, Julian Schwinger, Richard Feynman, Ernst Stueckelberg ve Sin-Itiro Tomonaga tarafından geliştirilmiş modern kuantum elektrodinamiğinin müjdecisiydi. Lamb, 1955 yılında Lamb kayması ile ilgili keşiflerinden ötürü Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.

Fizikte, Kuantum mekaniğinde, eşevreli hal klasik harmonik salıngaca benzeyen kuantum harmonik salıngacının nicel hareketidir. Kuantum dinamiğinin Erwin Schrödinger tarafından Scrödinger denklemlerine çözüm ararken 1926 yılında türetilen ilk örneğidir. Örneğin, eşevre hali parçacığın salınımsal hareketini açıkları. Bu haller, John R. Klauderin ilk makalelerinde alçalma operatörü ve fazla tamamlanmış aile teşkili olarak özvektör adında tanımlanmıştır. Eşevre halleri,[ışığın kuantum kuramında ve diğer bozonik kuantum alanlarında Roy J. Glauber’in 1963 yılındaki çalışmaları tarafından geliştirilmiştir. Salınan alanın eşevre hali, klasik sinüs dalga hareketine benzeyen, devamlı lazer dalgası gibi olan kuantum halidir. Ancak, eşevre hali kavramı kayda değer biçimde genellenmiş ve sinyal sürecini niceleme, görüntü işleme alanlarında matematiksel fizikte ve uygulamalı matematik oldukça geniş ve önemli bir konu olmuştır. Bu hususta, kuantum harmonik salıngacı ile bağlantılı eşevreli haller genel olarak standart eşevreli haller ya da Gauss işlevi halleri olarak anılır.

Kuantum mekaniğinin tarihi modern fizik tarihinin önemli bir parçasıdır. Kuantum kimyası tarihi ile iç içe olan kuantum mekaniği tarihi özünde birkaç farklı bilimsel keşif ile başlar; 1838’de Michael Faraday tarafından elektron demetlerinin keşfi, Gustav Kirchhoff tarafından 1859-60 kışı siyah cisim ışıması problemi beyanı, Ludwig Boltzmann’ın 1877 yılındaki fiziksel bir sistemin enerji seviyelerinin ayrıklardan olabileceği önerisi, 1887 yılında Heinrich Hertz’in fotoelektrik etkiyi keşfetmesi ve Max Planck’ın 1900 yılında ileri sürdüğü, herhangi bir enerji yayan atomik sisteminin teorik olarak birkaç farklı “enerji elementi” ε (epsilon) ne bölünebilmesi, bu enerji elementlerinden her birinin frekansına ν orantılı olması ve ayrı ayrı enerji üretebilmesi hipotezi, aşağıdaki formülle gösterilmiştir;

Wheeler'ın gecikmiş seçim deneyi aslında John Archibal Wheeler tarafından önerilen kuantum fiziğinin içinde önde gelen 1978 ve 1984 yılları arasında oluşturulmuş düşünce üzerine dayalı bir deneydir. Bu tür deneyler ışığın çift yarık deneyinde deneysel bir aparat olarak yolculuk yapacağı ve kendini düzenleyeceği, kendisi için en doğru karardan yola çıkarak mı yoksa ışığın belli olmayan bir halde olacağını mı yahut dalga mı parçacık mı olduğunu anlama girişimlerinde bulunmak için düzenlenmiştir.