Sözün Latince aslı ‘Natura abhorret a vacuo.’ Aslında ‘Doğa boşluktan korkar’ diye çevirmek lazım. O yüzden bir de ‘Horror vacui’ diye bir laf var.

Türkçede ‘Doğa boşluk sevmez’ diye söyleniyor.

Herhangi bir felsefe ansiklopedisini açın, gerek ‘Horror vacui’ ve gerekse ‘Natura abhorret a vacuo’ için sayfalarca yazı bulursunuz.

Peki nereden geliyor hepimizin sürekli işittiği, o yüzden de doğru sandığı bu laf?

Başlangıcı ta Aristo’ya, onun ‘Fizik’ adlı kitabına dayanıyor.

Nesnelerin hareketi üzerine kafa yoran büyük Yunan filozofu ‘boşluğun’ sadece teorik bir şey olduğunu, doğada bulunmayacağını söylüyor.

‘Boşluk’ (vakum) kavramı insan düşüncesi için hep bir korku kaynağı oldu, çünkü aynı zamanda ‘hiçlik’ anlamına geliyordu.

Bu ‘boşluk’ ve ‘hiçlik’ kavramlarına geri döneceğim, şimdi geçen hafta başladığım kuantum fiziği fikrinin doğuşunun öyküsünü anlatmaya devam etmek istiyorum.

Geçen haftaki yazıda Max Planck’ın ‘siyah madde radyasyonu’ denen fenomeni incelerken enerjinin atomlardan dışarı (ve içeri) paketler halinde çıktığını, bu paketlerin olabileceği en küçük değeri hesapladığını, artık ‘Planck Sabiti’ adı verilen bu paketleri de ‘birim’ anlamında ‘Kuanta’ diye isimlendirdiğini söyledim.

Bu paketler halinde çıkan ve giren enerjinin tam ne olduğu bilinmiyordu, ama o zamanlar yerleşik teori bu enerjinin dalgalar halinde yayıldığıydı. Ki yanlış da değildi; bu yayılan enerjinin tam da bir dalgada olması gerektiği gibi frekansı vardı, yönü 360 dereceydi. 

Sonra 1905 yılında Albert Einstein çıktı, ‘Işık aslında parçacıktır’ dedi. Söylediği yerleşik bilimsel anlayışa da, dalgalar konusunda yapılan bütün gözlemlere de aykırıydı.

Teoriyle gözlemin birbirini tutmadığı yegane örnek ışığın doğası değildi. Fizikçileri çok meşgul eden bir sorun, atomların içinden çıkan bu enerjinin (örneğin elektriğin) ve kaynağının ne olduğuydu.

Elde matematiksel açıdan çok da tutarlı olmayan bir atom modeli vardı. Bu modeli oluşturan ve İngiltere’deki Manchester Üniversitesinde çalışan bir Yeni Zelandalı fizikçi olan Ernest Rutherford’un öğrencilerinden biri, Niels Bohr adlı bir Danimarkalıydı.

Bohr, Rutherford tarafından geliştirilen ve hepimizin gözümüzde kolay canlandıralım diye hala okul kitaplarında gördüğümüz o çekirdek ve etrafında yörüngede dolaşan elektronlardan oluşan atom modelinin tutarsızlıklarının farkındaydı. Çünkü yapılan deneylerde atomdan yayılan enerjinin o elektronların enerji seviyesindeki farklılaşmaların sonucu olduğu ortaya çıkmıştı. Birbirinden farklı enerjilere sahip elektronlar atomun çekirdeğine aynı mesafedeki yörüngelerde olamazdı. Kaldı ki zaten tek bir elektronu olan hidrojen atomu vardı, onun elektronunun enerji seviyesi de farklılaşabiliyordu.

Bohr kendi atom modelini geliştirdi. Ona göre elektronların atom çekirdeğine mesafesini sahip olduğu enerji seviyesi belirliyordu. Daha yüksek enerjili elektronlar daha dış yörüngelerdeydi. Onun modelinde de kimi matematiksel tutarsızlıklar vardı ama o sırada Münih Üniversitesinde çalışan Alman fizikçi Arnold Sommerfeld bunları düzeltti, böylece ortaya Bohr-Sommerfeld atom modeli çıktı.

Bohr ve Sommerfeld’in geliştirdikleri atom modeli bir büyük devrimin adıydı. Bu model sayesinde bugün bildiğimiz modern kimya ve hepimizin okul sıralarında kısmen ezberlediğimiz periyodik tablo çıkmaya başladı. Onların modeli farklı atomların nasıl olup da bir araya gelerek ‘bağlandığını’ ve molekülleri oluşturduğunu mükemmel izah ediyordu.

Fakat aslında hala her şey bitmiş değildi; kaldı ki Bohr-Sonnerfeld modelinin de sorunları vardı.

En önemli sorun şuydu: Elektronlar bir enerji seviyesinden diğerine sıçrarken tuhaf davranıyordu. Örneğin düşük seviyedeki bir elektron sanki olduğu yerde kayboluyor, ama aynı anda daha yüksek enerji seviyesinde yeniden beliriveriyordu.

Yani elektronun enerjisi ağır ağır artmıyordu; bir anda artıyor ve elektron yukarı doğru sıçrayıveriyordu.

Bu duruma bugün ‘kuantum sıçraması’ adını veriyoruz.

Olan biteni kavramak bugün bile zorken bundan 100 yıl öncenin fizikçilerinin ne hale geldiğini hayal etmek bile imkansız.

Sir Isaac Newton’dan beri, yani yüzyıllardır bildikleri en temel mekanik atomun içi söz konusu olduğunda ortadan kayboluyordu.

Newton sayesinde o güne kadar gayet düzenli ve tertipli bir dünyada yaşanıyordu; şimdi o tertiplilik sona ermiş gibiydi, en azından atomun içinde.

‘Doğa boşluk sevmez’ anlayışı yıkılıyordu; aksine doğa süreklilik içermiyordu, boşluk doğanın çok önemli bir parçasıydı.

Bugünden geriye bakınca daha net görünüyor aslında: Gerek Max Planck’ın enerji paketleri, gerekse Albert Einstein’ın ışığın parçacık olduğunu söylemesi aynı doğa fenomeninin farklı anlatımlarıydı.

Her ikisi de, doğada ‘süreksizlik’ olduğunu söylüyordu. Planck’a göre enerji kesintisiz ve biteviye akmıyordu, minik minik paketlerin art arda dizilmesiyle akıyordu. Einstein’a göre ışık kesintisiz değildi, aksine kesik kesikti.

Bu aslında bizim kuantum fiziği dendiğinde sahip olmamız gereken en temel bilgi: Doğa kesintisiz değil, aralarında boşluklar olan bir şey.

Fizikçilerin önünde yeni bir evren açılmıştı. Elektronlar neden öyle hareket ediyordu? Bu hareketlerinin ‘Newton kanunları’ gibi bazı kanunları olabilir miydi? Yani karşımıza çıkan kaosa bir düzen gelebilir, fizik eski tertiplilik düzeyine yeniden dönebilir miydi?

Haftaya devam edelim bu müthiş maceraya.