Işık tam olarak nedir? Bir dalga mı, yoksa bir parçacık mı? Bilim insanları uzun zamandır bu temel soruyla boğuşuyordu ve bu gizem, 20. yüzyılın en büyük iki zihni olan Albert Einstein ile Niels Bohr arasında 98 yıl süren ünlü bir tartışmaya yol açmıştı.
Şimdi ise Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) fizikçiler, 10 binden fazla ultra soğuk atom kullanarak gerçekleştirdikleri inanılmaz bir deneyle bu tarihi tartışmayı kesin olarak çözdüler.
Araştırmacılar, ışığın hem dalga hem de parçacık özelliğini aynı anda gözlemlemenin imkansız olduğunu bir kez daha kanıtladılar.
KUANTUMUN TEMELİ: ÇİFT YARIK DENEYİ VE İKİLİ DOĞA
Bu tartışmanın merkezinde, kuantum mekaniğinin temel taşlarından biri olan çift yarık deneyi yatıyor.
Bu deney, ışığın hem bir dalga gibi (iki yarıktan aynı anda geçip bir girişim deseni yaratarak) hem de bir parçacık gibi (gözlemlendiğinde tek bir yarıktan geçerek) davranabildiğini gösteriyor.
Ancak en şaşırtıcı olanı, ışığın bu iki özelliğini aynı anda gözlemleyemememizdir; birini gözlemlemeye çalıştığımızda diğeri ortadan kaybolur.
Bu şaşırtıcı olgu, “dalga-parçacık ikiliği” olarak bilinir ve kuantum mekaniğinin temel bir ilkesidir.
98 YILLIK TARİHİ TARTIŞMA: EINSTEIN, BOHR’A KARŞI
Bu kuantum bilmecesi, 1927 yılında Einstein ile Bohr arasında meşhur bir fikir ayrılığına yol açmıştı.
Einstein, ışığın hem parçacık olarak hangi yoldan geçtiğini hem de dalga olarak yarattığı girişim desenini aynı anda gözlemleyebilecek zekice bir deney tasarlayabileceğine inanıyordu.
Buna karşılık Niels Bohr, belirsizlik ilkesinden yararlanarak bunun imkansız olduğunu savundu.
Bohr’a göre, bir fotonun yolunu ölçmeye yönelik herhangi bir girişim, kaçınılmaz olarak onu bozacak ve dalga benzeri girişim desenini yok edecekti.
Onlarca yıldır yapılan sayısız deney, hep Bohr’un görüşünü doğrulamıştı.
ATOMİK YARIKLAR DENEYİ YAPILDI
Profesör Wolfgang Ketterle liderliğindeki MIT fizikçileri, bu tartışmayı kökten çözmek için şimdiye kadarki en “idealize edilmiş” çift yarık deneyini gerçekleştirdiler.
Deneyde, fiziksel yarıklar yerine “yarık” olarak 10 binden fazla ultra soğuk atom kullanıldı.
Ekip, bu atomları mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa kadar soğuttu ve lazerler kullanarak onları hassas, kristal benzeri bir kafes şeklinde düzenledi.
Her bir atom, aslında inşa edilebilecek en küçük, izole edilmiş ve özdeş bir yarık gibi davrandı.
Araştırmacılar, bu atomik yarıkların “bulanıklığını” (yani konum belirsizliğini) lazer ışığını ayarlayarak hassas bir şekilde kontrol edebildiler; bu da bir fotonun yolu hakkında ne kadar bilgi edinebileceklerini etkiliyordu.
SONUÇ: EINSTEIN YANILMIŞTI
MIT ekibinin elde ettiği sonuçlar, kuantum teorisiyle tamamen örtüşüyor ve tartışmada kesinlikle Bohr’un yanında yer alıyor.
Araştırmacılar, bir fotonun yolunu ne kadar kesin olarak belirlerlerse (yani parçacık benzeri davranışını doğruladıklarında), dalga benzeri girişim deseninin o kadar zayıfladığını net bir şekilde gözlemlediler.
Bir fotonun bir atomun yanından geçerken onu “dürtmesi”, yani rotası hakkında bilgi bırakması, dalga benzeri özelliklerini otomatik olarak ortadan kaldırdı.
Bu bulgular, Einstein’ın bu özel kuantum senaryosunda yanıldığını kesinleştirerek, kuantum gerçekliğinin tuhaf ve sezgilere aykırı doğasını bir kez daha doğruluyor.
Physical Review Letters dergisinde yayınlanan bu çalışma, modern deneysel fiziğin, neredeyse bir asır önce sorulmuş temel sorulara bile nasıl net yanıtlar bulabildiğinin muhteşem bir örneğini oluşturuyor.