İlginizi Çekebilir
  1. Ana Sayfa
  2. Bilim
  3. Gerçeklik Nedir?

Gerçeklik Nedir?

https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2019_09_simmonet
Abone Ol

En büyük ve en temel soruyu sorduğunuzu düşünün: gerçeklik nedir? Nasıl cevap vermeyi düşünüyorsun? Bilimsel yaklaşımı benimsemiş olsaydınız, mümkün olan en küçük bölünemez madde ya da enerji miktarına inersiniz, mümkün olduğunca izole eder ve aklınızın aklınıza gelebilecek her tuhaf senaryoda davranışını ölçersiniz. Deneysel sonuçlar, fizik yasalarını kendilerini ifşa etmeye zorladığı için diğerlerinden farklı olarak gerçekliğe bir pencere sağlamalıdır.

Tuhaf, kafa karıştırıcı ve kuantum fiziğinin tartışmalı olabileceği gibi, Evrenimizin arkasındaki kuantum kurallarını inceleyen deneysel fizikçiler tarafından uygulanan yaklaşım budur. Farklı yorumların çektiği tüm dikkatlere rağmen, kuantum realitemizin doğasını hemen hemen tek bir deney – çift yarık deneyi – yapamazlar. İşte bütün yaygara ne hakkında.

Parçacıklar hakkında düşünmeye başlamadan önce, büyük bir tankta emrinde sürekli bir sıvı bulunduğunu düşünün: su dolu bir havuz gibi bir şey. Bir uçta, tankın uzunluğunu aşağıya indiren, düzenli tepe ve oluklarla eşit aralıklarla yerleştirilmiş dalgalar oluşturmaya başlarsınız. Bununla birlikte, havuzun ortasında bir engel var: dalgaların daha fazla yayılmasını engelleyen bir engel. Bunun tek istisnası, suyun çok küçük bir kısmını kesmek için bariyere kesilmiş iki delik veya dikey yarıkların olmasıdır.

Bu su dalgalarına ne olacak? Klasik mekanikten ve dalga denkleminden tahmin ettiğiniz gibi davranırlar: iki dalga kaynağı, her bir yarığın olduğu yerde bunu gerçekleştirir. Tepeler ve çukurlar iki kaynaktan birbirine ulaştığında, hem yapıcı hem de yıkıcı olarak müdahale ederler. Sonuç olarak, tankın en sonunda, bu iki dalga kaynağından bir girişim kalıbı elde edersiniz.

blank
Thomas Young’un 1800’lerin başındaki çalışmalarına dayanan bu şema, iki noktadan kaynaklanan dalga kaynaklarından kaynaklanan hem yapıcı hem de yıkıcı müdahaleyi gösteren en eski resimlerden biridir: A ve B Bu, çift için fiziksel olarak özdeş bir kurulumdur. yarık deneyi, bir tankın içinden yayılan su dalgaları için de geçerli olsa bile.

Öte yandan, sürekli bir sıvınız yoksa, bunun yerine bir parça ayrı parçacık varsa? Aynı deneyi yapardınız, büyük tankınızı suyla doldurmak yerine, boş bırakırsınız. Bariyeri iki dikey yarık ile yerinde bırakacaksınız, ancak bu kez tankın en sonuna kadar çok sayıda çakıl taşı olacak.

Ezici bir şekilde, çakıl taşlarının çoğunluğu bariyere çarpacak ve geçemeyecek; tankın en sonuna varamazlar. Sadece birkaç çakıl gelecektir ve iki bölgeye kümelenecektir: biri soldaki yarıktan kaymış çakıllar için diğeri sağdaki yarıktan kaymış çakıllar için. Birkaç çakıl yarığın kenarına veya başka bir çakıl taşına çarpabilir ve bu nedenle tüm çakılları aynı iki noktaya ulaştırmazsınız, aksine iki basit çan eğrisine dağılırlar.

blank
Parçacıkların tek bir yarık (L) veya bir çift yarıktan (R) gönderilmesiyle ilgili klasik beklenti. 
Makroskopik cisimleri (çakıl taşları gibi) bariyerde bir veya iki yarıkla ateşlerseniz, gözlemlenmesi beklenen budur.

Bunlar, iki yarıklık bir deney için bekleyebileceğiniz iki klasik sonuçtur: dalgaların olduğu yerler için bir sonuç kümesi ve parçacıkların olduğu yerler için farklı bir sonuç kümesi. Şimdi, aynı deneyi hayal edelim, ancak su dalgaları veya çok sayıda çakıl taşı gibi makroskopik nesneler yerine, Evrenin bize sağladığı temel kuantum varlıklarını kullanacağız.

Herhangi bir insan ilk defa böyle bir deney yaptı, inanılmaz bir şekilde, 18. yüzyılın başında haklıydı. (Gerçekten! Kuantum fiziğinin ipuçları gerçekten yüzlerce yıllık!) 1790’ların sonlarında ve 1800’lerin başında, Thomas Young adlı bir bilim adamı, aynı anda iki şeyi yapmak için mükemmel bir fikri olduğu zaman, ışıkla deney yapıyordu:

  1. Bir kaynakla benzer bir deney yapmak, içinde iki yarık olan bir bariyer ve bir ekran yapmak,
  2. ve tek renkli veya aynı dalga boyunda olan ışığı kullanmak.

Sonuçlar hemen şaşırtıcıydı.

blank
Işıkla yapılan çift yarık deneyleri, hayal edebileceğiniz herhangi bir dalga için yaptıkları gibi girişim desenleri oluşturur. 
Farklı ışık renklerinin özelliklerinin, çeşitli renklerde tek renkli ışığın farklı dalga boylarından kaynaklandığı anlaşılmaktadır. 
Kırmızı renkler daha uzun dalga boylarına, daha düşük enerjilere ve daha fazla yayılma girişim düzenine sahiptir; 
Daha mavi renkler daha kısa dalga boylarına, daha yüksek enerjilere ve girişim modelinde daha fazla sıkıştırarak maksima ve minimaya sahiptir

Görüyorsunuz, 1600’lerden bu yana, bilim adamları Newton’un ortaya koyduğu gibi fiziği takip ediyorlardı ve Newton ışığın bir dalga olmadığını, ancak bir parçacık olduğunu ısrar ediyordu: düz, ışın benzeri çizgilerle hareket eden parçacık benzeri bir varlık. Konuyla ilgili yaptığı tez. Optikçiler , yansıma ve kırılma, soğurma ve aktarma, beyaz ışığın renklerden nasıl oluştuğunu ve ışıkların bir ortamdan (hava gibi) başka bir ortama (su gibi) geçerken ışık ışınlarının nasıl büküldüğünü gösteren çok sayıda olguyu doğru bir şekilde tanımladı.

Christiaan Huygens Newton’un çağdaş, bir dalga teorisini kabul etti, ancak Newton’un prizmalarla ilgili deneylerini açıklayamadı. Işığın bir dalga olabileceği fikri 100 yıldan daha uzun bir süre önce önüne düştü, ancak Young’ın çift yarık deneyleri onları geri getirdi. Açıkça, bir çift yarıktan geçen ışık, partikül benzeri olmayan, dalga benzeri özellikler sergiledi.

blank
Sürekli bir ışık huzmesinin şematik animasyonu bir prizma tarafından dağıtılmaktadır. 
Işığın dalga yapısının hem tutarlı olduğu hem de beyaz ışığın farklı renklere bölünebileceğinin daha derin bir açıklaması olduğunu unutmayın

Işığın ardından yapılan deneyler , dalga benzeri özelliklerini doğruladı ve Maxwell’in elektromanyetizma formülasyonu, ışığın, c’deki ışığın bir vakumdaki hızı olan elektromanyetik bir dalga olduğunu ortaya çıkarmamızı sağladı  . Fakat temel düzeyde ışıkta neler oluyor?

İşte en iyi düşünülmüş seçeneklerden üçü:

  1. Işık, sabit miktarda enerji taşıyan kesikli varlıklara nicelenmemiş sürekli bir dalga formuydu.
  2. Işık nicel ve ayrıktır ve her kuantumun enerjisi ışığın yoğunluğuyla belirlenir.
  3. Işık nicel ve ayrıktır ve her kuantumun enerjisi ışığın dalga boyuna göre belirlenir.

1900’lerin başlarında, bu seçenekler arasında ayrımlar yapılmaya başlandı. Einstein’ın fotoelektrik etki üzerindeki çalışması belirleyicidir, çünkü yeterince kısa (yeterince mavi ve yeterince enerjik) bir dalga boyunun ışığının bir metalden gevşek bir şekilde tutulan elektronları vurabildiğini gösterdi.

blank
Fotoelektrik etki, elektronların, ışık yoğunluğuna veya başka herhangi bir özelliğe değil, ayrı ayrı fotonların dalga boyuna dayanan fotonlar tarafından nasıl iyonlaştırılabileceğini detaylandırır. 
Gelen fotonlar için belirli bir dalga boyu eşiğinin üstünde, yoğunluğundan bağımsız olarak elektronlar atılır. 
Bu eşiğin altında, ışığın yoğunluğunu arttırsanız bile, hiçbir elektron fırlatılmayacak

Elektronlar partikül olduğundan, fotonların da partikül olarak davranması gerekiyordu. Ancak bu çift yarık deneyi, bu fotonların dalgalar gibi davrandığını gösteriyor. Her nasılsa, bu ışığın her iki özelliği – bir çift yarıktan geçtiğinde bir dalga gibi davranıyordu, ancak bir elektrona çarptığında bir parçacık gibi davranıyordu – aynı anda doğru ve karşılıklı olarak uyumlu olmalıdır.

Çoğu insan bunu ilk kez öğrendiğinde, zihinleri derhal farklı yönlere gider, gerçeğin bu tuhaf ve sezgisel yönünü anlamayı dener. Bir fizikçinin bakış açısından bakıldığında, bu, daha derinlemesine araştırma yapmak için ne tür deneylerin (veya bu çift yarık deneyde yapılan değişiklikler) yapılabileceğini hayal etmek anlamına gelir. Aklınıza gelebilecek ilk şey, bir parçacık olarak bilinen bir şey için, hem dalgalar hem de partiküller olarak işlev gören fotonları değiştirmektir: bir elektron.

blank
Çift yarıktan geçen elektronlar için dalga paterni. 
Elektronun hangi yarıktan geçtiğini ölçerseniz, burada gösterilen kuantum girişim düzenini yok edersiniz; 
ölçmezseniz, her elektron kendi kendine karışıyormuş gibi davranır.

Böylece, içinde iki yarık bulunan bir bariyere bir elektron demeti ateşler ve arkasındaki ekranda elektronların nereye ulaştığına bakarsınız. Daha önce çakıl taşı deneyi için aldığınız aynı sonucu beklemiş olsanız da, bunu anlamıyorsunuzdur. Bunun yerine, elektronlar belirgin ve net bir şekilde ekranda bir girişim deseni bırakırlar. Her nasılsa, elektronlar dalgalar gibi davranıyor.

Neler oluyor? Bu elektronlar birbirine karışıyor mu? Bunu bulmak için, deneyi tekrar değiştirebiliriz; Bir elektron ışını ateşlemek yerine, her seferinde bir elektron gönderebiliriz. Ve sonra başka. Ve sonra başka. Ve sonra bir başkası, binlerce hatta milyonlarca elektron gönderene kadar. Sonunda ekrana baktığımızda ne görüyoruz? Aynı girişim deseni. Elektronlar sadece dalgalar gibi davranmakla kalmaz, her bir elektron bir dalga gibi davranır ve bir şekilde sadece kendisiyle etkileşerek bir girişim deseni oluşturmayı başarır.

blank
Elektronlar, partikül özelliklerinin yanı sıra dalga özelliklerini de gösterir ve ışık kabı kadar iyi görüntüler veya prob partikül boyutlarını oluşturmak için kullanılabilir. 
Burada, elektronların bir defada bir çift yarıktan ateşlendiği bir deneyin sonuçlarını görebilirsiniz. 
Yeterli sayıda elektron ateşlendiğinde, girişim deseni açıkça görülebilir.

Bu sizi rahatsız ediyorsa, yalnız değilsiniz. Bu fenomeni gözlemledikten sonra, fizikçiler onu fotonlarla tekrarladılar ve çift yarıktan birer birer gönderdiler. Sonuç? Elektronlar için olduğu gibi: Fotonlar deney boyunca ilerledikçe kendilerine müdahale eder.

Peki daha fazla bilgi edinmek için başka ne yapabiliriz? İki yarıktan her birine bir “kapı” kurabilir ve hangisinin elektronun (veya fotonun) geçtiğini sorabiliriz. Bunu yapma şekliniz, ateşlemekte olduğunuz parçacık yarığınızdan geçerse etkileşime (foton etkileşimi yoluyla veya yarıktan geçen yüklü bir parçanın elektromanyetik etkisini ölçerek) neden olmaktır.

Deneyi sen yaptın. Elektron # 1 sağdaki yarıktan geçer. Elektron # 2 de öyle. Sonra elektron # 3 soldaki yarıktan geçer. # 4 sağa gider, # 5 ve # 6 sola gider vb. Binlerce elektrondan sonra hepsini kaydedersiniz. Ve ekranınız, girişim deseni göstermek yerine, birbiriyle etkileşmeyen iki yığın gösterir.

blank
Bir elektronun hangi yarıktan geçtiğini ölçerseniz, arkasındaki ekranda enterferans paterni göremezsiniz. 
Bunun yerine, elektronlar dalga gibi değil klasik parçacıklar gibi davranırlar.

Sanki enerji alışverişi yapan bir etkileşimi gözlemleme – ya da zorlama – eylemi, dalga benzeri davranışı tahrip eder ve bunun yerine parçacık benzeri davranışı zorlar. Daha sonra her tür tweaks uygulayabilir ve ne olduğunu görebilirsiniz. Örneğin:

  • Kapıda mevcut olan quantanın etkileşim enerjisini düşürmeyi deneyebilir ve bir etkileşimin gözlemlenebilir bir etki yarattığı bir eşiğin üstünde kalabildiğiniz sürece, ekranda herhangi bir girişim deseni olmadığını görebilirsiniz.
  • Geçen elektronları tespit eden fotonların yoğunluğunu azaltabilir ve “iki yığın” modelinin yavaş yavaş kaybolduğunu ve enterferans paterni ile değiştirildiğini, yoğunluğu çevirdiğinizde tersinin olduğunu görebilirsiniz.
  • Ekrana bakmadan önce bir parçacıktan geçerken topladığınız bilgileri yok etmeyi deneyebilirsiniz ve eğer bilgiyi yeterince yok ederseniz, “iki yığın” kalıbı yerine parazit kalıbını göreceksiniz.
blank
Dolaşan iki taneciğin ayrıldığı ve ölçüldüğü bir kuantum silgi deney düzeneği. 
Bir parçacığın varış yerindeki hiçbir değişiklik diğerinin sonucunu etkilemez. 
Kuantum silgi gibi prensipleri çift yarık deneyi ile birleştirebilir ve yarıkların kendisinde neler olduğunu ölçerek yarattığınız bilgiyi tutarsanız ya da yok ederseniz ya da bakmazsanız neler olduğuna bakabilirsiniz.

Bu büyüleyici şeyler, ve gerçekten sadece kuantum fiziği için buzdağının görünen kısmı. Cihazınızı belirli bir konfigürasyonda ayarladıysanız, yaptığınız herhangi bir deneyin sonucunu ölçebilirsiniz. Bir foton ve elektron arasındaki etkileşimi yarıktan geçerken zorlarsanız, ancak bilgileri kaydetmezseniz ne olur? Kayıt yaptığınız bilgilere bakmazsanız ancak bilgilere bakmadan önce ekrana bakarsanız ne olur? O zaman gidip bilgileri yok edip tekrar ekrana bakarsanız, herhangi bir şey değişir mi?

Her deneysel kurulum size benzersiz bir sonuç seti sunacak ve elde ettiğiniz her sonuç size Evrenimizin kuantum resmi hakkında küçük bir bilgi sağlayacaktır. Gerçekliğin ne olduğunu bilmek istiyorsan, şudur: her birleşimin altında doğa hakkında izleyebileceğimiz, ölçebileceğimiz ve tahmin edebileceğimiz şeyleri kurmayı hayal edebiliriz. Daha fazla bilgi edinmek için deneylere ve gözlemlere bakmak zorundayız. Bu sonuçlar, hangi kuantum yorumlamayı kabul etmek yerine, gerçekte neyin gerçek olduğunu gösterir.

Yorum Yap