Çift Yarık Deneyi Nedir?

Işığın dalga özelliği gösterdiğini kanıtlayan çift yarık deneyi Thomas Young tarafından yapılmıştır. Çok popüler bir deney olması dolayısıyla, bu yazımızda deney hakkında kısa bir özet bilgi verip daha çok deneyin çıkarımları ile ilgileneceğiz.

Deney Nasıl Yapıldı?
Öncelikle bu deney elektron düzeyinde küçük parçacıklar üzerinde yapıldığı için daha rahat kafanızda canlandırmanız için bildiğimiz makro dünyadan benzetmeler yapacağız. Deneyimize başlamak gerekirse, eğer ışık bir dalga karakteristiği gösteriyor farz edersek, onu bir silahtan ateşlenmiş kurşunlar olarak düşünebiliriz. Şimdi her birinden sadece bir kurşun geçebilecek iki delikli bir duvar ve arkasında kurşunların saplanacağı deliksiz bir başka duvar düşünelim. Çift delikli duvarın önünden birkaç ateş yaptıktan sonra, arkadaki duvarda, ön duvardaki deliklerin hizasında iki hat şeklinde kurşunların dizilmesini bekleriz. Bu bağlamda, fotonlarla yapılan deneyde benzer sonuç elde edilirse, fotonun tanecik özelliği gösterdiği sonucuna varabiliriz.

Şimdi de ışığın parçacık değil dalga özelliği gösterdiğini düşünelim ve aynı deneyi kurşunlar yerine su ile doldurulmuş bir kovada yaptığımızı farz edelim. Su kaynağından salıverildiğinde, su dalgaları her iki delikten de aynı anda geçecek ve her biri yeni bir kaynak olacaktır. Her iki delikten geçmiş olan dalgalar daha sonradan birbirleri ile karşılaşıp girişim yapacaklardır. Bu girişim nedeni ile tepecik ve çukurcuklar oluşacaktır. Eğer bu deneyi ışık ile yaparsak ve ışığın dalga özelliği gösterdiğini beklersek, sonuç olarak ikinci duvarda yapıcı ve yıkıcı girişimler neticesinde karanlık ve aydınlık bantlar oluşacaktır.

Gelelim ışık ile yapılan denemelerin sonucuna. Thomas Young tarafından birçok kez tekrarlanan deney sonucunda ışığın dalga özelliği gösterdiği anlaşılmıştır. O döneme kadar ışığın parçacık özelliği gösterdiği inancı hesaba katılınca, deneyin sonucu şaşkınlıkla karşılandı. Tabi deneyin sonunda sadece ışığın dalga karakteristiğinde olduğu kanıtlanmış olsa belki herkes mutlu bir şekilde evine dönebilirdi. Ancak deneyde yapılan ufak modifikasyonlar sonucu şaşkınlık düzeyini bir hayli arttıracak gelişmeler yaşandı ve belki de kuantum dünyasının şirin yüzü bilim dünyasına kendini göstermeye başladı.

Eğer bu deneyi tek başına bir foton gönderecek şekilde düzenlersek, foton deliklerin sadece birinden geçip karşı duvara ulaşacak ve herhangi bir girişim deseni oluşmayacaktır. Peki deney yapıldığında beklenilen sonuç çıkıyor mu sorusunun yanıtı çok sarsıcıdır. Kaynaktan teker teker gönderilen fotonların bir hat oluşturması için belirli bir süre beklendiğinde (ki milyonlarca foton gerekir), beklenenin aksine, her iki deliğin karşısında iki hat oluşmayıp, aynı girişim etkisi görülmüştür. Yani teker teker gönderilen her bir foton kendisi ile girişim yapmıştır ki böyle bir durumun oluşabilmesi için her iki delikten aynı anda geçmesi gerekmektedir.

Bunun dışında fotonların hangi delikten geçtiği gözlenmeye çalışılmış ve bu amaçla deliklerin her birine dedektörler konulmuştur. Deney gerçekleştirildiğinde çıkan sonuç en az öncekiler kadar şaşırtıcıdır çünkü bu sefer de elektronların parçacık özelliği göstererek, silahtan çıkan kurşunlar gibi duvarda çift desen oluşturduğu görülmüştür. Yani normalde çift delikten geçerken dalga özelliği gösterip girişim deseni oluşturan elektronlar, dış bir gözlemci yani dedektör sisteme dahil edildiğinde parçacık özelliği göstermiştir. Bu kadar gelişme bile fizikçileri şaşkına çevirmeye yetmişken, deneyin ileri safhaları, mikro dünyanın gizemlerle dolu olduğunu kanıtlamıştır. Çünkü deliklerin her ikisine değil de sadece birine dedektör konulduğunda da çıkan sonuç daha da ilginç olmuştur.

Elektronlar sanki hangi deliğin izlendiğini biliyormuşçasına sadece dedektörü olmayan delikten geçmiş ve aynı zamanda parçacık özelliği göstermiş, dedektör ortamdan uzaklaştırıldığında ise tekrar girişim deseni çıkarmış ve dalga özelliği göstermiştir. Bir diğer ifade ile gözlemci elektronun nasıl hareket edeceğini etkilemiştir.

Çift yarık deneyinden çıkan sonuçları özetlersek: Fotonları iki delikli düzeneğe gönderdiğimizde, dalga karakteristiği göstererek her iki delikten de geçip kendisi ile girişim yapar ve ortaya girişim deseni çıkar. Aynı düzeneğe bir gözlemci yerleştirildiğinde elektronlar karakter değiştirerek parçacık gibi davranmış ve duvarda çift desen oluşturmuştur. Son olarak, deliklerden sadece biri izlendiğinde ise elektronlar, hangi deliğin izlendiğini biliyormuşçasına dedektör olmayan delikten geçmiştir. Akla uygun bir açıklama yapılması gerekirse, bütün bu olağan dışı özellikler ışığın sıra dışı doğasından kaynaklanmaktadır. Bunun gibi tuhaf özelliklerden biri de örneğin fotonların durgun kütlesi bulunmamasıdır. Benzer şekilde sadece ışık sürekli aynı hızda yol almaktadır. Ne kadar hareket etseniz de ya da ne kadar ışık kaynağı hareket etse de, ışığın hızını ölçmeye çalışırsanız, bulacağınız sonuç hep aynıdır. Normal objelerle kıyas yaparsak, diyelim ki saatte30 kmhızla yol alan iki araç birbirine doğru hareket ederse, birbirlerine karşı saatte60 kmyol alırlar. Ancak birbirine doğru yol alan iki ışın demeti için aynı şeyi söylemek mümkün değildir. Her ikisi de ışık hızı ile yol alırken birbirlerine karşı iki ışık hızı ile hareket etmeleri beklenirken, ölçülen değer sadece bir ışık hızı kadar olmaktadır.

Çift yarık deneyi, gerçek dünyada uygulaması olamayacak kadar tuhaf olan tek deney değildir. Ancak dünyanın fiziksel özelliklerini anlamanın yolu, mikro taneciklerin alışılagelmedik davranışlarını anlamaktan geçer. Kuantum teorisi televizyon, bilgisayar teknolojisi gibi uygulamalarda ve hatta yıldızlarda gerçekleşen nükleer proseslerin açıklanmasında dahi kullanılır.

Tüm bu tuhaflıkların olası bir açıklaması ‘dalga fonksiyonunun çöküşü’ ismi ile bilinen teoride verilmiştir. Teoriye göre, çift yarık deneyinde geçen materyalin tamamen dalga olmadığı, dalga olasılığı olduğu varsayılmaktadır. Başka bir deyişle, parçacığın kesin bir konumu olmayıp, bulunabileceği konumların olasılığı vardır. Bazı konumların olasılığı, örneğin aydınlanmış bölgeler gibi diğerlerinden daha yüksek olasılıklı olup, diğerleri girişim desenindeki karanlık bölgeler gibi daha düşük olasılığa sahiptir. Teoriye göre, gözlenemeyen elektronlar tamamen parçacık yapısında olmayıp, bulunabileceği alanları çevreleyen dalga benzeri özellik göstermektedir. Elektron gözlendiğinde ise, dalga fonksiyonu çöker ve elektron parçacık özelliği gösterir. Bu teori çift yarık deneyinde parçacıkların sergilediği özellikleri en iyi açıklayan teoridir. Parçacığa bakmadığımız zaman, olası dalga iki yarığın hem her ikisinden hem de aynı anda geçmekte ve detektöre ulaşarak girişim deseni oluşturmaktadır. Yarıklara dedektör yerleştirip elektronları gözlediğimizde ise yerini belli edip dalga fonksiyonunun çökmesine neden olmakta ve parçacık özelliği göstermektedir. Bu teoriyi doğru kabul edersek yine sarsıcı bir sonuç arşımıza çıkmaktadır. Her hangi bir obje gözlenemediği surette gerçek değildir.

Gözlenemeyen hiçbir şey gerçek değildir! Bu sözün üzerinde biraz düşünmek gerekir. Gündelik bir örnek verirsek, diyelim ki her gün evimizin karşısında bulunan bir ağaç, sadece biz gözlediğimiz için mi gerçek veya biz gözlediğimiz için mi orada? Otobüste işimize veya okulumuza giderken her an gördüğümüz dış dünya kafamızı çevirdiğimizde hala orada mı? Değil diyorsanız nasıl oluyor da her gün aynı ağacı aynı yerde görüyoruz, her gün bindiğimiz otobüste gördüklerimiz hep aynı yerde oluyor. Bu soruların cevabı bil çok ünlü bilim adamı tarafından sorgulanmış ve onlar dahi gerçek cevabın ne olduğunu tam olarak bulamamıştır. Bu sorulara ben de kendi yorumumu yaparak yazımı sonlandırabilirdim ancak ben yanıtını verme işini size bırakıp kuantum dünyasına hoş geldiniz diyerek noktalıyorum.

Kaynakça:
http://abyss.uoregon.edu/~js/21st_century_science/lectures/lec13.html
http://www.studyphysics.ca/newnotes/20/unit04_light/chp1719_light/lesson58.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment
http://physics.about.com/od/lightoptics/a/doubleslit.htm

Yazar: Nihat Keleş