heisenberg belirsizlik ilkesi

heisenberg tarafından ortaya atılan ve bir elektronun konumunun ve hızının aynı anda belirlenemeyecegini öne süren ilkedir . heisenberg'e göre bir elektron orbitallerde (elektron bulutu) bulunur

konumu bilirsek hız değişir, hızı bilirsek konum değişir demiş, heisenberg. alın size, matematik içinde kaybolan fiziğin garibanlığını tüm çıplaklığıyla anlatan bi ilkedir bu. kuantumcuları göreve davet ediyorum. kuantımda fiziksel nicelikler matris ile temsil edilir ve matrislerde, ölçülen fiziksel niceliğin ölçüm sırası çok kilittir. kuantum mekaniğinde her zaman kullanılan iki fiziksel nicelik örneği moment ve hız, eğer matris formülasyonu içinde yer değiştirmiyosa, aynı anda asla ölçülemez. hatta bu şu da demek, bu durumda ne kadar isabetli ölçersen, diğerinde o kadar yanılmışsın. yani atomaltı dünya her zaman olası sonuçlara gebedir. deterministik dünyacılar lütfen benim müziğimde köşede oynasınlar demiş kibarca heisenberg(bkz: ajdar'ın müziğinde dans eden müslüm)

özetle zaman ve enerjinin, momentum ve konumun, açı ve açısal momentum çiftlerinin her ikisinin bir arada ölçülüp bilinemeyeceğini anlatır. heisenberg, niels bohr'la beraber bu konuları tartışırken bazen geceleri geç saatlerde bunalıp dışarı çıkarlarmış. heisenberg, dünyanın ne kadar saçma sapan bi yer olduğunu söylemiş hatta bi gün bohr'a. kopenhag ekolünden bu amcalar tabi. felsefe ve mistisizme ciddi ilgileri vardır hem bohr hem de heiso'nun. yılmaz öner yıllar önce fizik ve felsefe'sini çevirdi onun. yakın zamanda küre yayınları da tekrar bastı. ayrıca frithjof capra'da heiso'nun felsefi ve mistik düşünceleri hakkında çok şey anlatır zeyl olarak.

werner heisenberg tarafından ortaya konan ve klasik bakış açısıyla "bir parçacığın konumunu ne kesinlikte bilirsek momentumundaki belirsizlik de o derece artar ve tersi de geçerlidir" şeklinde özetlenen ilke. aynı durum enerji ve zaman için de geçerlidir. ancak sanıldığı gibi biz onu ölçtüğümüz için değil, hem parçacık hem dalga özelliği gösterdiği için var olan bir ilkedir.

***

meraklısına biraz detay...

parçacık dediğimiz şeylerin belirli yerleri vardır. bir parçacığı aradığımızda, onu bulabileceğimiz net bir konumu olur. dalga dediğimizde ise bu geçersizdir. dalgaya bir bütün olarak bakabilir, onun dalga boyunu ve buna bağlı olarak da frekansını ve benzer özelliklerini belirleyebiliriz. ancak dalga boyunun tek bir konumu yoktur. sürekli hareket halinde olan dalga boyunca, herhangi bir yerde var olabilir. yani bulunmasının söz konusu olduğu tek bir yer değil, bir olasılıklar bütünü vardır.

yukarıda parçacık için hem dalga hem parçacık davranışı gösterir dedim ama bu aslında evrendeki her cisim için geçerli. yalnız önemli bir ayrım var: mesela bir tenis topunun karşılık geldiği dalga boyu, ölçemeyeceğimiz ve tenis topunun yanında ihmal edilecek kadar küçük. o nedenle tenis topu, bir parçacık gibi davranır ve onun dalga doğasını ihmal edebiliriz. aynı şekilde, gözümüzle görebildiğimiz her cisim için bu geçerli. fakat atom altı parçacıklarda durum tersine dönüyor ve onların dalga boyu, ölçebileceğimiz ve parçacığın kendisiyle kıyaslandığında önemli bir boyutta sayılan bir hale dönüşüyor. burada dalga boyunun, cismin momentumuyla da yakından ilgili olduğunu söylemek gerekiyor. eğer momentum büyükse, dalga boyu küçük oluyor.

bir dalganın dalga boyunu ölçebiliyorsak, onun momentumunu da ölçebiliyoruz demektir. ancak yukarıda da söylediğim gibi, konumuna ilişkin net bir şey diyemiyoruz. parçacığın ise konumunu ölçebiliyoruz ama onun da bir dalga boyu yok, dolayısıyla momentumunu ölçemiyoruz.

şu halde iki durumu birleştirip, hem momentumunu hem de konumunu bilebileceğimiz bir şey elde etmeye çalışabiliriz. bunu nasıl yapabiliriz? küçük bir alana sıkıştırılmış, dalgalı bir yapı elde ederek.

bunun için şöyle bir yöntem düşünebiliriz: farklı dalga boyu olan dalgaları bir araya getirmek. bunu yapabilirsek -fizik dersinden hatırlayanlar olacaktır- dalgaların yapıcı ve yıkıcı girişim yapacağını biliyoruz. dalgaların tepe ve çukurlarının çakışarak birbirini sönümlediği, yani yıkıcı girişim olan bölgelerle işimiz yok. bize lazım olan, dalga tepelerinin üst üste geldiği yapıcı girişim bölgelerindeki kısım.

şu görselde yapıcı ve yıkıcı girişimin ne olduğunu sembolik olarak görebilirsiniz.

eğer bu 2 dalgaya, farklı dalga boylu yeni dalgalar eklemeye devam edersek, yapıcı girişimle ortaya çıkan desen biraz daha daralır ve sivrilir. ne kadar çok dalga eklenirse, dalga o kadar incelir ve neredeyse tek bir konuma indirgenecek kadar daralır. bu kadar dalgayı üst üste yığdığımız fiziksel bölgeye dalga paketi diyoruz. şimdi ortaya öyle bir yapı çıktı ki, hemen hemen istediğimiz şeyi elde ettik diyebiliriz: hem dalga hem parçacık özelliği olan küçük bir paket. fakat...

paketi oluşturmak için birçok dalgayı birleştirdiğimiz, dolayısıyla birçok dalganın dalga boyunu bir araya getirdiğimizden ve dalgalar için net bir konum bilgisi edinemeyeceğimizi bildiğimize göre, konum hakkında yine net bir bilgimiz yok demektir. yine sadece olası konumlardan söz edebiliriz. ayrıca yine birçok dalga boyunu içeren bir paketimiz olduğu için de, elimizdeki paketin sahip olabileceği 1'den fazla momentum olasılığımız var demektir. yani momentumda da belirsizlik var.

işte belirsizlik ilkesi burada devreye girer ve der ki;
eğer bu paketteki konum belirsizliğini ortadan kaldırmak istersek, daha fazla dalga eklememiz gerekir ki, dalga piki tam olarak tek noktayı gösterecek şekilde belirginleşip sivrilsin ama bunu yapmak için eklediğimiz yeni dalgaların momentumları da, elimizdeki olası momentumlara ekleneceğinden, konumu net şekilde belirleyebilmek, momentum bilgisini feda etmek anlamına gelir.

eğer momentum belirsizliğini ortadan kaldırmak için dalga eksiltirsek, bu kez dalga pikten uzaklaşıp yayılmaya başlayacak. bu durumda da konumdaki netliği feda etmiş olacağız.

***

görüldüğü gibi heisenberg belirsizlik ilkesi, aslında ölçümden kaynaklanan bir hata ya da ölçüm kaynaklı bir sonuç olmaktan ziyade, evrendeki parçacıkların dalga - parçacık düalitesi nedeniyle ortaya çıkan, değiştirilemeyen bir fizik kanunu.

nobel ödüllü alman fizikçi werner heisenberg tarafından ortaya atılan, bir cismin belirli bir andaki konumu ile momentumunun aynı anda ve kesin değerlerle kuramsal olarak bile ölçülemeyeceğini öne süren ilkedir.