Newton’un 17. yüzyıl sonu ile 18. yüzyıl başında kurduğu klasik fizik, bundan aşağı yukarı elli yıl öncesine kadar yaşadı. Gerçi bilimin gelişmesiyle Newton’un fiziğine uymayan birtakım olaylar bulundu, ama bunların çoğu klasik fiziğin ilkelerine uydurulabildi. Klasik fiziğe ilk darbeyi vuran, yani temelindeki ilkeleri ilk olarak sarsan Einstein olmuştur. Einstein, büyük boyutlar dünyasında Newton esaslarının geçerli olmadığını, bu fiziğin ancak orta boylarda, yani içinde yaşadığımız günlük deneyler dünyasında geçerli bir doğa görüşü olduğunu göstermiştir. İkinci büyük darbe, yeni gelişen atom fiziğinden gelmiştir; bu darbeyi vuranların en önemlilerinden biri geçenlerde İstanbul ve Ankara Fen fakültelerinin çağrılısı olarak yurdumuza gelip İstanbul ve Ankara’da konferanslar vermiş olan Alman atom fizikçisi Werner Heisenberg’tir.
Doğa bilgisinin temellerinde Heisenberg’in getirdiği değişikliği anlamak için klasik fiziğin iki özelliği üzerinde durmak yararlı olur. Bu fizik; “olayların birbirine neden’le sonuç’un sıkı sıkıya bağlanması suretiyle bağlandıklarını” ileri sürmektedir. Nedensellik ilkesi denen bu ilkeye göre her olayın belirli bir ya da birkaç nedeni vardır; doğa yasaları, olaylar arasında bu gibi sıkı ilişkileri gösteren ifadelerdir. Bir olayın nedeni yok görünüyorsa, bu bizim güçsüzlüğümüzden ya da kullandığımız yöntemin bozuk ya da yanlış olmasındandır; yoksa, biz insanlar bilmesek de, o olayın nedeni ya da nedenleri aslında vardır ve belirtilidir. Böyle olunca bütün doğa olayları birbirine neden-sonuç zincirleriyle bağlanmış olacaktır; öyle ki, Fransız matematikçisi ve astronomu Laplace’ın dediği gibi, insanüstü bir kafa bulunsaydı da şimdiki olayları, nedenleri ile birlikte görüverseydi, bu kafa gelecekteki olayların tümünü önceden kestiren bir matematik formülü kurabilecekti.
Klasik fiziğin ikinci bir özelliğini anlamak için bir iki kaba örneğe başvuracağız. Bir kapta bulunan biraz suyun ısı derecesini anlamak için içine termometre sokar ve bir süre sonra termometreyi sudan çıkarıp bakarız; şüphe yok ki, termometrenin gösterdiği ısı derecesi, tam olarak doğru değildir. Çünkü termometrenin kendi ısısı suyunkini değiştirmiştir; yani ölçü aracı çoğu kez, hele günlük hayatta, bu bozucu etkiyi, küçük olduğundan, hiç göz önünde tutmayarak dikkate almaz, yok sayar, deriz. Klasik fizikle uğraşan bir fizik laboratuarında suyun ısı derecesini bilmek zorunluluğu olunca, termometre yüzünden meydana gelecek yanlışlığı düzelten birtakım tedbirler alınır ve ısı yanlışsız olarak, ölçülür. Ya da laboratuarda ışık ışınlarının kullanılmasını gerektiren bir deney yapıldı diyelim. Deneylerde en çok kullanılan araç, hiç kuşkusuz, ışık ışınıdır. Işığın da bir basıncı olduğunu birkaç yıldan beri biliyoruz. Öyleyse, deney yaparken kullanılan ışık, deneylenen cisimler üzerine basınçta bulunacak ve durumu bozacak; evet öyledir, ama bu basınç incelenen cisimlerin yanında o kadar küçüktür ki, inceleme araçlarının getirdiği bozucu etkileri ya ortadan kaldırır, ya da küçüklüklerinden ötürü dikkate almaz.
Şimdi, klasik fiziğin ikinci özelliğini de söyleyebiliriz: “Deney araçlarının, deneyleyen şey üzerinde etkileri yoktur, ya da bu etkiler yok edilebilir.” Werner Heisenberg, daha pek genç yaştayken (1927) şu önemli olayı ortaya koyuyor: Küçükler dünyasında atom, elektron gibi bir bireyi ele alalım, örneğin elektronu. Devinim halinde bulunan bir elektronun tam olarak yerini bulduğumuzda, canlı gücünü, dolayısıyla hızını tam olarak, kesin olarak, saptayamıyoruz. Bu canlı güçte bir kesinlik noksanı baş göstermektedir. Bu kesinlik noksanının insan güçsüzlüğünden ileri geldiği ileri sürülemez. Çünkü, ölçü yöntemlerini incelemekle belirsizliği ortadan kaldırmak söz konusu değildir. Burada rol oynayan elektron üzerinde deney yapılırken kullanılan araçların, örneğin, dalgaların, elektronun kendisi ile aynı boy ölçüsünde olması, bu yüzden bu deneyi bozmasıdır. Örneğin, bir metreküplük bir su kabına seksen santim genişliğinde bir termometre sokunca, meydana gelen bozukluğun artık bir yana bırakılmayacak derecede olması gibi. Kesinlik noksanını asıl bu nedenle ortadan kaldıramayız. Fizikte deney, deneylenenle deney araçlarının birtakım karşılaşmasından başka bir şey değildir. Biz deney yapmak istedikçe, bu karşılaşma her zaman olacaktır. Atomlar, elektronlar, protonlar dünyasında da deney için kullanılan ışık dalgaları vb., bu atomlar, elektronlar ile örneğimizdeki bir metreküplük kapla dev termometre gibidir, yani aynı büyüklük dünyasındadır, her zaman da öyle kalacaktır.
Yeri saptanırken hızı kesinsizlikte kalan elektronun, ikinci bir elektrona çarptığını farz edelim; birincideki kesinlik noksanı ikinciye de geçecek, birincinin nasıl davranacağı kesin olarak söylenemeyip ancak olasılı olarak kestirilebilecektir; yani birincisi ile ikincisinin davranışları OLASILIK derecesi ile dile getirilebilecektir. O zaman, klasik fiziğin yukarda sözü geçen iki özelliği de yıkılmış oluyor: 1) Olaylar, birbiriyle sıkı nedensellik bağı ile değil, olasılık bağı ile bağlıdırlar. 2) Deneylenenle deney araçları birbirinden bağımsız değildir ve deneylenenle deneyde kullanılan, her ikisi bir arada, karşılıklı ilişki halinde bir bütün meydana getirirler. Bu iki nokta, yukarda kısaca gördüğümüz gibi, birbirine bağlıdır, ikincisi birincisine yol açmaktadır.(*)
(*) Bu yazı 1950 yılında yazılmış, Werner Heisenberg’in “Çağdaş Fizikte Doğa” (Çev. Vedat Günyol-Orhan Duru, Çan Yayınları, İst. 1968) adlı kitabında önsöz olarak yayınlanmıştır. (Füsun Akatlı)
Newton’un 17. yüzyıl sonu ile 18. yüzyıl başında kurduğu klasik fizik, bundan aşağı yukarı elli yıl öncesine kadar yaşadı. Gerçi bilimin gelişmesiyle Newton’un fiziğine uymayan birtakım olaylar bulundu, ama bunların çoğu klasik fiziğin ilkelerine uydurulabildi. Klasik fiziğe ilk darbeyi vuran, yani temelindeki ilkeleri ilk olarak sarsan Einstein olmuştur. Einstein, büyük boyutlar dünyasında Newton esaslarının geç
erli olmadığını, bu fiziğin ancak orta boylarda, yani içinde yaşadığımız günlük deneyler dünyasında geçerli bir doğa görüşü olduğunu göstermiştir. İkinci büyük darbe, yeni gelişen atom fiziğinden gelmiştir; bu darbeyi vuranların en önemlilerinden biri geçenlerde İstanbul ve Ankara Fen fakültelerinin çağrılısı olarak yurdumuza gelip İstanbul ve Ankara’da konferanslar vermiş olan Alman atom fizikçisi Werner Heisenberg’tir.
Doğa bilgisinin temellerinde Heisenberg’in getirdiği değişikliği anlamak için klasik fiziğin iki özelliği üzerinde durmak yararlı olur. Bu fizik; “olayların birbirine neden’le sonuç’un sıkı sıkıya bağlanması suretiyle bağlandıklarını” ileri sürmektedir. Nedensellik ilkesi denen bu ilkeye göre her olayın belirli bir ya da birkaç nedeni vardır; doğa yasaları, olaylar arasında bu gibi sıkı ilişkileri gösteren ifadelerdir. Bir olayın nedeni yok görünüyorsa, bu bizim güçsüzlüğümüzden ya da kullandığımız yöntemin bozuk ya da yanlış olmasındandır; yoksa, biz insanlar bilmesek de, o olayın nedeni ya da nedenleri aslında vardır ve belirtilidir. Böyle olunca bütün doğa olayları birbirine neden-sonuç zincirleriyle bağlanmış olacaktır; öyle ki, Fransız matematikçisi ve astronomu Laplace’ın dediği gibi, insanüstü bir kafa bulunsaydı da şimdiki olayları, nedenleri ile birlikte görüverseydi, bu kafa gelecekteki olayların tümünü önceden kestiren bir matematik formülü kurabilecekti.
Klasik fiziğin ikinci bir özelliğini anlamak için bir iki kaba örneğe başvuracağız. Bir kapta bulunan biraz suyun ısı derecesini anlamak için içine termometre sokar ve bir süre sonra termometreyi sudan çıkarıp bakarız; şüphe yok ki, termometrenin gösterdiği ısı derecesi, tam olarak doğru değildir. Çünkü termometrenin kendi ısısı suyunkini değiştirmiştir; yani ölçü aracı çoğu kez, hele günlük hayatta, bu bozucu etkiyi, küçük olduğundan, hiç göz önünde tutmayarak dikkate almaz, yok sayar, deriz. Klasik fizikle uğraşan bir fizik laboratuarında suyun ısı derecesini bilmek zorunluluğu olunca, termometre yüzünden meydana gelecek yanlışlığı düzelten birtakım tedbirler alınır ve ısı yanlışsız olarak, ölçülür. Ya da laboratuarda ışık ışınlarının kullanılmasını gerektiren bir deney yapıldı diyelim. Deneylerde en çok kullanılan araç, hiç kuşkusuz, ışık ışınıdır. Işığın da bir basıncı olduğunu birkaç yıldan beri biliyoruz. Öyleyse, deney yaparken kullanılan ışık, deneylenen cisimler üzerine basınçta bulunacak ve durumu bozacak; evet öyledir, ama bu basınç incelenen cisimlerin yanında o kadar küçüktür ki, inceleme araçlarının getirdiği bozucu etkileri ya ortadan kaldırır, ya da küçüklüklerinden ötürü dikkate almaz.
Şimdi, klasik fiziğin ikinci özelliğini de söyleyebiliriz: “Deney araçlarının, deneyleyen şey üzerinde etkileri yoktur, ya da bu etkiler yok edilebilir.” Werner Heisenberg, daha pek genç yaştayken (1927) şu önemli olayı ortaya koyuyor: Küçükler dünyasında atom, elektron gibi bir bireyi ele alalım, örneğin elektronu. Devinim halinde bulunan bir elektronun tam olarak yerini bulduğumuzda, canlı gücünü, dolayısıyla hızını tam olarak, kesin olarak, saptayamıyoruz. Bu canlı güçte bir kesinlik noksanı baş göstermektedir. Bu kesinlik noksanının insan güçsüzlüğünden ileri geldiği ileri sürülemez. Çünkü, ölçü yöntemlerini incelemekle belirsizliği ortadan kaldırmak söz konusu değildir. Burada rol oynayan elektron üzerinde deney yapılırken kullanılan araçların, örneğin, dalgaların, elektronun kendisi ile aynı boy ölçüsünde olması, bu yüzden bu deneyi bozmasıdır. Örneğin, bir metreküplük bir su kabına seksen santim genişliğinde bir termometre sokunca, meydana gelen bozukluğun artık bir yana bırakılmayacak derecede olması gibi. Kesinlik noksanını asıl bu nedenle ortadan kaldıramayız. Fizikte deney, deneylenenle deney araçlarının birtakım karşılaşmasından başka bir şey değildir. Biz deney yapmak istedikçe, bu karşılaşma her zaman olacaktır. Atomlar, elektronlar, protonlar dünyasında da deney için kullanılan ışık dalgaları vb., bu atomlar, elektronlar ile örneğimizdeki bir metreküplük kapla dev termometre gibidir, yani aynı büyüklük dünyasındadır, her zaman da öyle kalacaktır.
Yeri saptanırken hızı kesinsizlikte kalan elektronun, ikinci bir elektrona çarptığını farz edelim; birincideki kesinlik noksanı ikinciye de geçecek, birincinin nasıl davranacağı kesin olarak söylenemeyip ancak olasılı olarak kestirilebilecektir; yani birincisi ile ikincisinin davranışları OLASILIK derecesi ile dile getirilebilecektir. O zaman, klasik fiziğin yukarda sözü geçen iki özelliği de yıkılmış oluyor: 1) Olaylar, birbiriyle sıkı nedensellik bağı ile değil, olasılık bağı ile bağlıdırlar. 2) Deneylenenle deney araçları birbirinden bağımsız değildir ve deneylenenle deneyde kullanılan, her ikisi bir arada, karşılıklı ilişki halinde bir bütün meydana getirirler. Bu iki nokta, yukarda kısaca gördüğümüz gibi, birbirine bağlıdır, ikincisi birincisine yol açmaktadır.(*)
(*) Bu yazı 1950 yılında yazılmış, Werner Heisenberg’in “Çağdaş Fizikte Doğa” (Çev. Vedat Günyol-Orhan Duru, Çan Yayınları, İst. 1968) adlı kitabında önsöz olarak yayınlanmıştır. (Füsun Akatlı)