Schrödinger's Cat (Schrödinger'in Kedisi)

Kuantum fiziği tarihinin belki de en ünlü düşünce deneyi Schrödinger'in kedi paradoksudur. Schrödinger, paradoksunda, kuantum mekaniksel bir parçacığın iki farklı durumu aynı anda eşit olasılıkla taşıyabilme yeteneğini kullanıyor. "İki halin üst üste gelmesi" makro dünyaya yansıtıldığında, içinde çıkılmaz bir sorun yaratıyor. Düşünce deneyinde, bozunup bozunmadığı dışarıdan bilinemeyecek, uyarılmış bir atom ile bir kedi aynı kutuya kapatılıyor. Atom bozunacak olursa bir tetikleme mekanizması aracılığıyla bir siyanür şişesini kıracak ve kediyi öldürecektir. Kuantum mekaniğin kapsamında son derece sıradan diye nitelendirilebilecek biçimde, atom, hem bozunmuş hem de bozunmamış sayılabiliyor. Bundan yola çıkarak, kendisi de atomlardan oluşan kediyi de hem canlı, hem de ölü sayabilir miyiz? Henüz kimse bu soruya herkesi tatmin edebilecek bir yanıt bulamadı. erdoganakbiyik@gmail.com https://www.youtube.com/my_videos?o=U

Weighing of photons (Foton Tartısı)

Einstein, Heisenberg'in belirsizlik ilkesini akla yakın bulmuyordu. Belirsizlik ilkesini çürütecek tartışma götürmez bir düşünce deneyi kurgulayabilmek için çok uğraşmıştı. Bu süre zarfında, belirsizlik ilkesinin savunucusu Bohr ile defalarca karşı karşıya gelmişlerdi. 1930'da Einstein, katıldığı bir kongre'de belirsizlik ilkesini çürütüyormuş gibi görünen bir düşünce deneyi önerdi. Bir yayın ucuna asılıp sarkıtılmış kapalı bir kutu kurgulamıştı. Kutunun yüksekliği yüksek duyarlıkla ölçülebiliyor, böylece, ağırlığı kolayca hesaplanabiliyor olacaktı. Einstein'ın tasarladığı kutunun içi, dışarı kaçmaya çalışan fotonlarla doluydu. Kutunun bir ucundaki, tek bir fotonun kaçmasına izin verecek kadar küçük bir deliği kapatan duyarlı bir zamanlama düzeneği düşlemişti. Saat, belli bir anda kapağı ancak tek bir fotonun kaçmasına izin verecek hızda açıp kapayacaktı. Bu işlemin sonucunda kutunun yüksekliği değişecek, böylece de kaçan fotonun enerjisi ve tam olarak hangi anda kaçtığı ölçülmüş olacaktı. Einstein'ın kendi formülü E=mc2 buna olanak tanıyordu. Düşünce deneyi görünüşte inandırıcıydı. O gecenin Bohr'un en endişeli gecesi olduğu anlatılıyor... Ne var ki ertesi gün Bohr, Einstein'ın kurgusunda bir hata yakalamış olmanın gururuyla, mutlu bir yüz ifadesiyle söz aldı. Einstein'ı kendi görelilik kuramıyla çürütecekti. Bohr, düzeneğin bir fotonun ağırlığını ölçebilmesi için çok esnek bir yaya asılmış olması gerektiğini açıkladı. Bunun da ötesinde, yay olağanüstü bir uzunluğa sahip olmalıydı ki, makro ölçekte ve duyarlıkla ölçülebilecek kadar yükseklik değiştirebilsin. Bohr'a göre, foton kaçtığı anda, kutu, görelilik kapsamında değerlendirilmesi gerekecek kadar hızlı bir harekette bulunacaktı. Böyle bir hareket, kutunun foton'un haricinde kalan kütlesinin ve saatin doğruluğunu Einstein'ın kuramlarına göre tehlikeye sokacak ve kaçınılmaya çalışılan belirsizliği bizzat doğuracaktı. Einstein bu eleştiriyi kabullendi ve düzeneğindeki kusuru düzeltecek yeni bir çeşitleme bulamadı. erdoganakbiyik@gmail.com https://www.youtube.com/my_videos?o=U

Gamma Ray Microscope (Gama Işını Mikroskobu)

Belirsizlik ilkesi, modern fiziğin en önemli yapıtaşılarından biridir. Heisenberg, ortaya attığı belirsizlik ilkesini savunmak için 1927'de, en az desteklediği ilke kadar ün kazanacak olan Gama-Işını mikroskobu düşünce deneyini kurgulamıştı. Heisenberg'in belirsizlik ilkesinin çürütülebilmesi için bir parçacağın, sözgelimi elektronun yer ve momentumunun aynı anda tam olarak saptanabilmesi gerekiyor. Heisenberg, düşünce deneyinde, bu amacı gerçekleştirebilecek düşsel bir mikroskop kurguluyor. Bir parçacığın yerinin saptanabilmesi için, kullanılacak ışının dalga boyunun, parçacığın boyutlarından daha küçük olması gerekir. Bu nedenle, görünür ışıkla çalışan mikroskoplar 10-6 metreden daha küçük şeyleri gösteremezler. Heisenberg, bir elektrona mikroskopta bakmak için dalga boyu 10-10 metreden daha küçük olan gama ışınlarını kullanmayı önermişti. Ne var ki, bir parçacığın momentumu dalga boyuyla ters orantılı olduğu için bu sefer de gama parçacığının momentumu elektronunkinden çok daha yüksek olacaktı. Bir elektrona bir gama parçacığı çapracak olursa, elektron önceden kestirilemeyecek bir yöne fırlayıp gider. Bu yüzden, mikroskobun çalışması, en uygunmuş gibi görünen gama parçacığı kullanılıyor olsa bile olanaksızdır. erdoganakbiyik@gmail.com https://www.youtube.com/my_videos?o=U

Maxwell's Elf (Maxwell'in Cini)

Termodinamiğin ikinci yasasının bir sonucu olarak, yüksek sıcaklıktaki cisimler, ilişki halinde oldukları düşük sıcaklıktaki cisimleri ısıtabilirler; ama düşük sıcaklıktaki cisimler, kendilerinden daha düşük sıcaklıktaki cisimleri ısıtamazlar. Eş sıcaklıktaki cisimler de, bu dengelerini, dış bir etken olmadıkça, sonsuza değin korurlar. Söz gelimi, masanın üzerine bıraktığınız bir fincan ılık kahvenin kendi kendine kaynamasını bekleyemezsiniz. James Clerk Maxwell bu yasayla ilgili tartışmaları boyut landırmak için bir düşünce deneyi önermiş: Deneyinde, dış dünyayla ısı alışverişi tümüyle kesilmiş, birbirlerinden de, yalıtkan bir duvarla ayrılmış iki oda düşlememizi istiyor. Odaların sıcaklıkları başlangıçta eşit. Düşünce deneyimimize göre, aradaki duvarın ortasında minik bir kapı var ve bu kapıya bekçilik yapan minik bir de cin: "Maxwell'in cini"... Cin, kapıyı sürekli açık tutacak olsaydı, odaların sıcaklıkları hiç değişmeyecekti. Ancak, Maxwell'in cini, ortamdaki hava moleküllerini izleyerek hızlarını sürekli karşılaştırıyor. Soldaki odadan kapıya doğru gelen hızlı bir molekül gördüğünde kapıyı aniden açıp kapayarak, sağdaki odaya geçmesine izin veriyor. Aksine, sağdaki odadan kapıya doğru gelen yavaş bir molekül gördüğünde de onu sol tarafa geçiriyor. Cin bu işi sürdürecek olursa, sağ taraf gitgide ısınacak sol taraf da soğuyacaktır. Maxwell'in cininin termodinamiğin 2. yasasını çiğnediği ortada. Cinin çok küçük olduğunu ve işini, hareket için neredeyse hiç enerji kullanmadan yaptığını düşünürsek, bunu nasıl başarıyor? Maxwell, deneyini tartışmaya yol açacak biçimde tasarlamıştı ve cini bugüne değin farklı yerlerde farklı biçimlerde tartışıldı da. İki oda ve ortadaki cini bir sistem olarak ele alabiliriz. Termodinamik açısından bu sistemin tuhaflığı, giderek daha düzenli hale geliyormuş gibi göründüğüdür. Teknik ifadesiyle, "bu sistem entropi üretmiyor" gibi görünüyor. Bu sonuca, sadece moleküllerin dağılımına bakarak varıyoruz. Sorunun yegâne çözümü, cinimizin, sistemin geri kalanının aksine çok fazla entropi ürettiği sonucuna varmaktır. Bunun bir açıklaması cinin, tüm moleküllerin hızlarını aklında tutup ortalamanın üzerinde hıza sahip olanlarla diğerlerini ayırt etmeye çalışırken beyninin çok fazla çalıştığı ve bu sırada çok fazla entropi ürettiğidir. O kadar fazla ki, sonuçta, sistemin bütünü de entropi üretir duruma geliyor. erdoganakbiyik@gmail.com https://www.youtube.com/my_videos?o=U

Steve's Chain (Stevin'in Zinciri)

Düşünce deneylerinin güzellik ve eşsizlikleri, basitlik ve herkesçe anlaşılabilirlikleriyle orantılı. Simon Stevin'in 16. yüzyılda, çetrefil bir mekanik problemini çözmek için önerdiği zihin jimnastiği, tarihin en çok alkışlanan düşünce deneylerinden biri oldu.
Sorun kabaca şöyleydi: Elimizde üçgen kesitli bir blokun üzerine, şekildeki gibi bırakılmış bir zincir parçası var. Zincir, tırnak makaslarının ucundaki zincirler gibi, küresel halkalardan oluşuyor. Zincirle blok arasındaki yüzeyin neredeyse sürtünmesiz olduğunu kabul edersek, acaba zincir ne tarafa doğru kayar?
Stevin, zincirin, boştaki ucunun uzunca bir zincir parçasıyla uzatılıp alttan birleştirildiğni varsaymamızı istiyor. Bu uzatılmış kısım, düşey eksene göre simetrik bir şekil alacak ve kendi izinde dengeli hale gelecektir. Bu durumda, eğer üstte kalan parça bir yöne doğru kayma eğilimindeyse, tüm zincir blokun çevresinde sonsuza kadar döner.
Termodinamik yasaları gereği, sürekli hareketin olanaksız olduğunu bildiğimize göre, üstte kalan parçanın da dengede olduğunu, kendi başınayken bile kaymayacağını kabul etmemiz gerekiyor. Aynı sonuca geleneksel matematiksel çözümlemeyle ulaşmamız çok daha uzun sürecekti..
   


erdoganakbiyik@gmail.com
https://www.youtube.com/my_videos?o=U