İnsanı Dumur Eden Elektron Deneyi: de Broglie Deneyi
de broglie deneyi, elektronların hareketini incelemeyi amaçlayan deneylerden biri.
işin iyice kafa karıştırıcı olan yanı; elektronların nasıl bir yol izleyerek ya da ne şekilde etkileşimlere girerek bu dalgalı görüntüyü oluşturduğunu incelemek için, yarıkların başına elektron hareketlerini detaylı olarak yakalayabilecek bir gözlem cihazı konulduğunda, elektronların yarıklardan normal bir seyirde geçerek tam yarıkların arkasında iz oluşturmasıdır.
yani gözlem cihazı yokken dalgalı bir sonuç elde etmemize rağmen, gözlem cihazı olduğunda elektronların tam yarıkların arkasında yan yana iki iz oluşturduğunu görürüz. sanki elektronlar bilinçli varlıklarmış da gözlem cihazından bir şeyleri saklamak isterlermiş gibi.
o tarihlerde ışığın dalga mı yoksa parçacık mı olduğu sorusu tartışılıyordu hararetle. bazı deneylerde ışık tıpkı bilardo topu gibi takır tukur oraya buraya çarpıyor, bazı deneylerde ise dalga gibi girişiyor ve saçılıyordu çünkü. de broglie dedi ki "eğer dalga olarak bildiğim şey parçacık özellikleri de gösteriyorsa, o zaman parçacık olarak bildiğim şey dalga özellikleri gösteremez mi acaba?"
sonuç "gösterebilir" çıktı. ama deney yalnızca bu yüzden ilginç değil. kuantum mekaniğinin tüm tuhaflığını olduğu gibi gözler önüne serdiği ve bu formalizmi genç dimağların kolaylıkla anlamasını sağladığı için pek güzel bir deney de.
tuhaflık şöyle izah edilebilir: eğer bir delik açık, diğeri kapalı ise elektronların perde üzerine düştüğü zaman ortaya çıkaracağı toplam desen ne olur? açık olan deliğin karşısında yoğunlaşan bir dağılım. bu deliği kapayıp diğerini açtığımızda da yine benzer şekilde diğer deliğin karşısında yoğunlaşmış bir dağılım bekleriz. peki iki delik aynı anda açık olduğunda ne olur? o zaman da ilk dağılım ile ikinci dağılımın toplamını görmeyi bekleriz. yani elektronların düştüğü yerlerin perdenin üzerinde birbirine yakın iki nokta etrafında en yoğun olmasını bekleriz.
ama bu olmuyor! perdeye düşen elektronlar, young deneyindeki aydınlık saçakların bulunacağı yerlere düşüyor! aynı dalgalarda gözlediğimiz aydınlık karanlık aydınlık karanlık desenini görüyoruz ve şöyle düşünüyoruz: "hmm... acaba iki elektron mu birbiriyle girişiyor? acaba bir elektronun dalga tepesi ile diğer elektronun dalga çukuru mu toplanıp birbirini götürüyor?".
hayır, durum bu da değil. çünkü şimdi elektronların yarıklara düşme şiddetini çok kısıyoruz, öyle ki elektronlar yarıkların olduğu yere teker teker varsın.
elektron no. 1 yarıklardan geçiyor, pat diye perdede tek nokta üzerine çarpıyor. sonra biraz bekleyip elektron no. 2 yi atıyoruz; o da yarıklardan geçip, pat diye perdedeki başka bir noktaya çarpıyor. böyle böyle teker teker bin tane elektron atıp her birinin düştüğü yere tükenmez kalemle bir nokta koyarsam ne görüyorum dersiniz? yine aydınlık karanlık aydınlık karanlık aydınlık karanlık deseni.
elektron bir şekilde kendi kendiyle girişim yapıyor sonucuna varıyoruz. elektron bir dalga, ve hem üstteki yarıktan, hem de alttaki yarıktan aynı anda geçip kendi kendiyle girişim yapıyor.
elektronların güzergahı hakkında tahminde bulunmak üzere koyulan gözlem cihazı süper teknolojik, elektronları gören bir şey değildi. kontrollü bir ışık kaynağıydı sadece. elektronların resmi elimizde var mı? yok. olabilir mi? muhtemelen olamaz. bizim herhangi bir şeyi gözlemleyebilmemiz için onunla etkileşime geçmemiz gerekiyor. görmek istiyorsak bizzat gözlerimizle, cisme (bu durumda elektrona) çarpan ışığın dönüp de gözümüze girmesi gerekiyor.
elektronun güzergahı hakkında tahminde bulunulmak istendi. zira bunların parçacıklardan farklı bir yol izlediği belliydi. koyulan ışık kaynağı ile, yarıklardan hangisinden geçtiği bulunacaktı. ışık kaynağından gönderilen fotonlar, elektronlarla karşılaştıklarında saçılarak bir ışımaya sebep oluyordu. ışıma hangi yarığın olduğu taraftaysa, elektron o taraftaki yarıktan geçmiş demekti. ancak gözlemlemeye başlanıldığında elektronların gözlemlenmedikleri haldeki güzergâhlarından saptıkları görüldü. elektronlar fotonlarla her çarpıştıklarında, fotonun momentumu elektronun sapmasına ve süperpozisyondan çıkıp parçacık deseni oluşturmasına neden oluyordu. ışığın dalga boyu ile momentumu ters orantılıdır. fotonların elektronları daha az etkilemesini hedefleyerek daha düşük frekansta bir ışık kaynağı kullanabilirsiniz. ancak birbirine yakın iki noktanın, hala iki farklı nokta olarak görülebilmesi için, gözlemde kullanılan ışığın dalga boyunun, iki nokta arasındaki mesafeden kısa olması gereklidir. bu durumda biz, elektronun konumunu bulabilmek istiyorsak, kullandığımız ışığın dalga boyu, yarıklar arasındaki mesafeden kısa olmalı. ancak kısa dalgaboyufazla momentum. yani elektronları görebildiğimiz sürece onların sapmasına neden olacak kadar momentum uygulamak zorundayız. şayet, yarıklar arasındaki mesafe kadar dalgaboyuna sahip bir ışık gönderilirse, fotonlar elektronlarla karşılaştığında oluşan ışıma büyük ve bulanık olacağından hangi taraftan geldiği kestirilemez.
özetle: matematiksel sınırlardan dolayı elektronun konumunu %100 bilmeye çalışırsak elimizdeki momentum verisinin belirsizliğini sonsuza götürecek ayarı yapmamız gerekiyor, aynı şey tersi için de geçerli. kuantumda garip olan konu "elektron bizim onu gözlediğimizi nereden biliyor?" sorusu değil aslında; garip olan, elektronun bir parçacık olmasına rağmen, sanki bir bölgeyi tamamen kaplayan bir dalga gibi davranması. bir bu da değil tabi, ama kuantumu de broglie deneyine indirgemek gerekirse evet.