werner heisenberg'in 1927'de ortaya koydugu kuantum mekanigi ilkesi.
hiç bi parçacigin hizini ve konumunu ayni anda sonsuz hassaslikla ölçemeyecegimizi söyler. birini ne kadar kesin bilirsek digeri o kadar belirsiz olur.
- ay yavaş sür biraz taci, nereye geldik böyle ? - bilemiyorum şükufe, hızımız yaklaşık 120 km/saat, bu da konumumuzu tam olarak ölçmemize izin vermeyecek kadar yüksek bir hız. yüksek derken göreceli olarak tabi.. - hay teoremin batsın kör olası, şu benzinliğe gir de soralım birine..
bu prensip ayrica zaman ve enerji ikilisi icin de gecerlidir. zamani ne kadar kesinlestirmeye calisirsaniz, enerjiyi o kadar belirsizlesir ya da tam tersi. bir electronun bir virtual photonla etkilesimi gibi delicesine kisa surede olan olaylarda zamani olcmek durumunda enerji belirsizdir ve bu da bilimum baska ikilemlere yol acmaktadir.
elektron mikroskobuyla bir parcacigi* gozlediginizi dusunun. parcacigi gorebilmeniz icin parcaciktan yansiyan bir fotonun gozunuze ulasmasi gereklidir. bu noktada fotonun da bir kutlesinin oldugunu unutmamak lazim. kutlesi olan foton parcaciga carptigi an onun momentumunu degistirecektir. bu durumda fotonla etkilesim icine giren tacecigin hem konumunu hem momentumunu ayni anda 0 hatayla belirlemek imkansiz olacaktir. konumu daha yakin gerceklikte tespit etseniz momentum daki hata payiniz artacak, vice versa da gecerli olacaktir. sozkonusu hata payini saptayan sabiti tanimlayan heisenberg, bu kesfiyle nobel odulunu kazanmistir. afferin.
iki anlayışta açıklanabilir. ilki(benim tercihim) bir elektron veya atom altı parçacığı gözlemek için ona radyasyon(ışık) göndermek ve onun yansımasını gözlemek gerekir. fakat bu durumda gözlem amaçlı radyasyon ona enerji verecek ve bu sayade parçacık asla gerçek değerinde bir ölçüme muhattap olamayacaktır. diğeri ise ancak örneklenebilir, elektronu ele alacak olursak: çekirdek etrafında hızı minimum 10^10 cm/sn aralığında tanımlanmalıdır. aksi halde atomun çekiminden kurtulup dışarıya fırlayacaktır. bu durum elektronun konumunda yaklaşık 10^-8cm lik bir belirsizliğe denk gelir. bu boyut ise atomun toplam boyutudur. yani elektron, atom etrafına o denli yayılmıştır ki, yörüngenin kalınlığı atomun yarı çapına eşit olur. yani, elektron aynı anda çekirdeğin her tarafında bulunabilir. (örneğin dünyanın, güneşin hemen dibinden şimdiki yörüngesine kadar bütün alanlarda bulunma ihtimali gibi) bu durum, “fiziksel olarak şu cisim çoğunlukla burada,ama kısmen orada, ara sıra da uzakta...” gibi anlamsız-belirsiz ifadelerin kullanılmasını gerektirir. nihayetinde, kuantum fiziği net bir sonuç değil, bazı olası sonuçlar öngörür ve her birinin mümküniyetini söyler. bu ise aslında bana göre insanlık için acı bir gerçektir ve algı biçimimizdeki zaafları ve evrendeki öngörülmezlikleri iliklerimizde hissetmemiz için mükemmel bir örnektir.
teorem üç denklemden ve bu denkemler tarafından ifade edilen üç kısımdan oluşmuştur. özetle zaman-enerjinin, momentum-konumun ve açı-açısal momentum çiflerinin her ikisinin bir arada ölçülemeyeceğini, bilinemeyeceğini anlatır.
herhangi bir taneciğin yerini belirlediğimizde hızını, hızını belirlediğimizde tanecigin yerini-konumunu aynı anda belirliyemeyiz.
bu yüzdendir ki, elektronların belli bir yörüngede dolandıgını söyleyemeyiz. onlar enerjilerine göre belli bir yörünge bulutu içerisinde olma eğilimi gösterirler. yoksa bir elektron herhangi bir anda atomun herhangi bir yerinde bulunabilir. bu imkansız değildir.
1) belirsizlik ilkesi olculebilen herhangi iki degisken icin gecerlidir.
2) bu ilke aslında cok daha temel bir noktaya deginir: problem sizin bir seyi olcup olcmemeniz degildir. aslında maddenin temelinde belirsizlik yatar ve bu belirsizlik sizin algılarınızın sınırından dolayı degildir. sozgelimi siz sonsuz bir algı yetenegindeki varlık bile olsanız gene de bazı seyler belirsiz kalır, daha dogrusu olasılıksal kalır.
mesela uyarilmis bir atomun dısarı ısıma yapacagı acıktır (kavite izin veriyo olsun). atom gercekten iki seviye arasındaki enerji farkı ile orantılı bir foton mu cıkaracaktır (e=hv)?
hayır...
foton tabii ki ona yakın olacaktır ama tam olarak esitlik saglanmak zorunda degildir. hatta bu acıdan bakılınca enerji korunumu saglanmaz gibi sonuclara ulasılabilir; bu ise hem dogru hem yanlıstır. aslında hersey olaya bakıstı biter, enerjiyi koruyan modeller de mevcuttur.
belirsizlik ilkesi sanılanın aksine ölçümlerin "belirli bir belirsizliği" içermesi gerekliliği dışında dalga fonksiyonu ile anlatılan ve einstein öğretileri ile birleştirildiğinde belki daha da önemli olabilecek bir anlam daha taşır: buna göre bir parçacığın etki alanı ne kadar dar, erimi ne kadar kısaysa o parçacığın enerjisi, dolayısıyla kütlesi de o kadar artmalıdır; konumun daraltılması dalga fonksiyonun dalgalanmasını, dalgalanmanın artması hızı, hız kinetik enerjiyi, enerji de kütleyi arttırır. (bkz: dalga fonksiyonu) (bkz: emc2) bütün bunların sonucu uzay zamanın sürekliliğini yitirdiği, uzamın ve zamanın da kuantları oldugudur. (bkz: plank ölçeği)
heisenberg, bir parcacigin eger ayni anda hem momentum, hem de konumunun hesaplanabilmesi imkan dahilinde olsaydi, tüm kuantum mekaniginin göcecegini anlamis, ve bunun asla böyle olamayacagini öne sürmüstür.
"hic bir sey kesin degildir (nothing is certain)" gorusunun bilimsel teorisi.
- belirsizlik ilkesini belirleyebildiniz mi profesor? - ne yazik ki belirleyemedik daha. - iyi, deney basariya ulasti demek ki :-). - belirsizlik ilkesini bilemem de, sizin b*ktan bir espri anlayisiniz oldugunu belirlemis olduk!
kuantum kuramının belirsizlik ilkesi, bir parçacığın bazı farklı özelliklerinin ikisinin de kesin olarak belirlenemeyeceğini söyler. örneğin bir parçacığın konumuyla momentumu (momentum bir cismin kütlesiyle hızının çarpımıdır) aynı anda tam olarak ölçülemez. kuantum kuramına göre parçacığın bu iki özelliğindeki belirsizliklerin çarpımı en az planck sabiti h=6,626x10^-34 j.s kadardır. konumu belli bir anda kesin olarak bilinen bir parçacığın momentumu sonsuz belirsizliktedir ve bu yüzden parçacık kısa sürede o noktadan ayrılır ve uzaya dağılır. benzer şekilde momentumu kesin olarak bilinen bir parçacığın konumu sonsuz belirsizliktedir, yani böyle bir parçacık uzayın her köşesinde bulunabilir. bu nedenle doğada rastlanan parçacıkların bulunduğu kuantum durumlarında parçacıkların hem konum hem de momentumu bir miktar belirsiz olmak zorunda. alman fizikçi werner heisenberg, ünlü mikroskop örneğini bu ilkeyi açıklamak için geliştirdi. bir parçacığın yerini "görerek" ölçmeye çalıştığınızı düşünün. böyle bir ölçümde parçacığın üzerine ışık göndermek, dolayısıyla parçacıkla etkileşmek gerekir. bu bile parçacığın konumunu tam olarak belirlemeye yetmez. bu ölçümde en azından kullanılan ışığın dalgaboyu (l) kadar bir hata yapılır. bunun yanı sıra ışık parçacıkla etkileştiği için ölçüm, parçacığın hızında bir değişmeye de neden olur. ışık parçacığa çarpıp yansıdığı için en az bir fotonun momentumu parçacığa aktarılır. parçacığın momentumu ölçümden önce tam olarak bilinse bile, konumun ölçülmesi parçacığın momentumunu h/l kadar değiştirir. bu nedenle, parçacığın yerini daha iyi belirlemek için daha kısa dalga boylu ışık kullansak bile, ölçümümüz momentumdaki belirsizliği arttıracak, ama her durumda ikisinin belirsizlikleri çarpımı en az h kadar olacaktır.
bir hatuna yazacaksiniz (ya da yandiginiz kisiye). ancak acildiginizda geri tepebilir, yuzunuzde patlayabilir (psi(x) dalgafonksiyonu olsun, |<psi(x)|psi(x)>|^2 = 1 veya 0 olacak). bu durumda yazma eylemini (yani olcumu) yapar misiniz sorunusu akla getiren belirsizlik ilkesi. olctugunuz niceligin sonucunu olcum sureci ile degistiriyorsunuz der heisenberg.
ve olcum sonucuz yuzunuzde patladi. bir baska olcum tesebbusunuzde dalga fonksiyonunun beklenti degeri de pekala '1' olabilir? tabii biraz daha ayik kafayla.