Kuantum Mekaniğini Bilimkurgu ile Anlamak

İlgimizi çeken bir konuyu iyice anlamak, derinlerine nüfuz etmek için zaman harcasak da bazen kendimizi başarılı bulmadığımız anlar olur. Ne kadar çaba sarf edersek edelim bir yerde tıkanırız, hayal kırıklığıyla konunun bizi aştığını düşünürüz. Kuantum mekaniği bu durum için ideal bir örnektir. Fiziğin derin suları şeklinde ifade edilse de, kamuoyunun merak ettiği, dikkat çeken bir konu olduğunu sosyal medyada yapılacak kısa bir gezintide bile görmek mümkün. Lise yıllarımda -90’ların sonu 2000’lerin başı- Bilim ve Teknik’i takip ederdim, o yıllar güzel işlere imza atan bir yayındı. Dergide Schrödinger isimli bir bilim insanı ve onun kutuya kapattığı bir kediyle ilgili makale görmüş, ancak ölü mü yoksa diri mi olduğu muallak olan bu kediyle ne anlatılmak istendiğini kavrayamamıştım. İlgimi çeken bir konu değildi. Schrödinger’in Kedisi ifadesini duymayan az kişi vardır ama Schrödinger bu kediyle ne yapmıştır da bu kadar meşhur olmuştur diye işin içine girmek farklı bir motivasyon gerektirir.

Anlamak isteyip de anlayamamak durumu ilginçtir, bu noktada, acaba sorun bende mi diye düşünmemiz kaçınılmazdır. Kendimizle ilgili tüm önyargıları bir kenara bırakıp biraz kafa yorduğumuzda, neleri iyi kavrayıp neleri kavrayamadığımızın listesini çıkarmak doğru cevaba ulaşmak yönünde önemli bir adım atmamızı sağlar. Bilişsel faaliyetler kişiden kişiye değişir çünkü, hatta öğrenme yöntemleri de. Howard Gardner’in çoklu zekâ kuramı işte bu noktada devreye girer. Genelde somut gerçeklerin dışında kalan konularda zorlanırız. Çünkü olan biteni kafamızda canlandırmak zaman alır, hele ki konu kuantum mekaniğiyse işimiz epey karmaşık hale gelir.

İnsanoğlu olarak biz -burada büyük beyinleri dışarıda tutup ortalamayı baz alıyoruz- soyut kavramları anlama ve problemleri çözme yeteneğini yaklaşık olarak on birinci yaşımızla birlikte elde ederiz. Jean Piaget buna soyut işlemler evresi der. Ancak belli bir aşamaya gelmiş insanlar bile bazı kavram ve olgularda tıkanabiliyor. Bu nahoş durumun, gerçekten de sayısal-sözel zekâ gibi olgulardan mı, yoksa üzerine eğildiğimiz konudan mı kaynaklandığını sorabiliriz. Bazen, üzerine kafa patlattığımız olgu fizik yasalarının sınırlarına dâhil olsa da, mantığın dışına çıkmamız gerekebilir. Öyleyse az önceki soru cevabına ermiş oluyor.

Bize öğretilenler kafamızda belli şemalarla yerleşmiştir ve o şemaları yıkmak kolay değildir. Öyleyse tıkandığımız bu anlarda, kavrayışımızın ötesine geçen kimi olgular için “Sorun bende değil sende” dememizin bir sakıncası var mı? Tuhaflığın sıradan olduğu kuantum mekaniği işte bize bunu söyletir ve onu az da olsa anlamamız, fark etmemiz, görmemiz için şemalarımızı yıkmamız gerekir. Kısaca, sorun hiçbirimizde değil, lütfen rahatlayın!

Klasik Fizik ile Kuantum Fiziğinin Farklı Dünyaları

Tabii ki burada kuantum mekaniğinin inceliklerine değinecek değilim. Bu işi fizikçilere bırakmak en doğrusu, ben sadece teğet geçeceğim! Ve öncelikli amacım olarak, akıl sınırlarını zorlayan bu konuya bilimkurgunun nasıl baktığını, onu anlamak isteyenler için kurgunun nasıl devreye girdiğinden bahsedeceğim. Lisans eğitimini elektrik-elektronik alanında almış biri olarak, kuantum mekaniği, elektronların davranışını anlamam konusunda benim için yeni keşiflere kapı araladı. Çünkü elektronlar kuantum mekaniğine göre temel parçacıklardan biridir ve elektrik akımını elektronların iletkenler içindeki hareketiyle elde ederiz –ki bu başka bir konu. Kuantum dünyasına dalmadan önce görebildiğimiz maddelere, daha geniş anlamıyla evrene göz atmak istersek, klasik fizikten yardım almamız gerekir.

Klasik fiziğin anlaşılması, daha doğru bir ifadeyle, onunla ilgili bir şeyler anlatmak nispeten kolaydır. Çünkü makro dünyayı kapsar ve doğada olan biteni gözlemlemekle, bir şekilde görüp dokunabildiğimiz maddelerle ilgilidir. Büyük maddeleri ve onların hareketlerini temel alır. Kuvvet ve hareket, ısı, ışık, elektromanyetizma yaklaşık dört yüz yıldır bilimsel bakış açısıyla yorumlanmaktadır ve bunların hepsi klasik fiziğin konusudur. Newton‘ın yerçekimi de, Einstein‘ın görelilik kuramı da, Kepler‘in yasaları da, termodinamik ilkeleri de aynı şekilde klasik fiziğin etrafında tur atar.

Roketler, uzay mekikleri, uydular bu alanlarda üretilmiş formül ve hesaplamalara göre iş görür, hayatımızı kolaylaştıran formüllerdir bunlar. Klasik fizikçiler gerçeği ifade edecek yasaların peşinden koşarlar, ki zaten onların nihai hedefleri, bir gün kusursuz bir sentezle her şeyin teorisini elde etmektir. Yirminci yüzyıla geldiğimizde ise yeni bir çağın gerekliliği kendini gösteriyordu, çünkü klasik fizik artık enerjinin, ışığın ve atomların yapısını açıklamak konusunda yetersiz kalıyordu. Dolayısıyla evrene, maddeye ve gerçeğe dair yeni yorumlamalar devreye girdi. Bilim insanları maddenin doğasına göz atarken mikro dünyayı keşfe çıktılar. Atom modellemelerinin son şeklini aldığı sıralar, atomdan yüz binlerce kat daha küçük temel parçacıklara sıra geldi, elektronlar gibi.

İşte burada, yani kuantum mekaniğine geldiğimizde bilinen olguların ve gözlemin değiştiğini görüyoruz. Anlam kavrayışımız kökünden sarsılıyor, kuantum mekaniği bize her şeyin olasılıklarla, trilyon kere trilyon sayıdaki parçacığın rastgele davranışıyla belirlendiğini söylüyor. Kuantum dünyasında bu türden bir kaos, belirsizlik hakimken makro dünyada nasıl oluyor da bir süreklilik hakim kılınabiliyor diye düşünüp uzaklara dalabiliriz. Bu noktada kuantum seviyedeki atomaltı (atomdan yüz binlerce kat küçük, daha küçük bir maddeye bölünemeyen) parçacıklara ve onların birtakım karmaşık davranışlarına göz atmak gerekir. Büyüleyici ve kafa karıştırıcı bir dünyadır bu. Gördüğümüz ve dokunduğumuz her şey kuantum parçacıklarından oluşur. Haliyle kuantum mekaniği gündelik hayatta olup biten her şeyde işin içindedir. Klasik fizikten farklı olarak, kuantum seviyesinde anlamı zorlaştıran, kavrayışımızın ötesine geçen bir gerçekliğin mevcut olduğunu unutmamalıyız.

1920’lerde kuantum mekaniği bilim dünyası için geri dönülmez bir yol olarak ortaya çıktı (Artık hiçbir şey eskisi gibi olmayacaktı). Tüm büyük beyinler, kuantum mekaniğini açık hale getirmek için ömür feda ettiler. 1927’deki Solvay Konferansı’nda çekilen ve çağın en önemli bilim insanlarını bir kareye sığdıran ünlü bir fotoğraf vardır. Burada gözüken bilim insanlarının bu konferanstaki birinci gündem maddesi kuantum mekaniğiydi. CERN’deki meşhur deneyleri düşünelim. Orası dünyanın en büyük laboratuvarıdır. Parçacıkların ışık hızına yakın bir hızda çarpıştırıldığı deneylerde önemli sonuçlar elde edilir. Büyük Patlama’da neler olduğunu, Higgs Alanı’nın nasıl ortaya çıktığını anlamak gibi.

Bu deneyler, makro dünyada olup bitenlerin şifresinin kuantum dünyasında olduğunu gösterir.

Kuantum Dünyasında Gerçek

Kuantum mekaniğinin anlaşılamaması teorinin genelinde atomaltı parçacıkların gösterdiği davranışın tutarlı olmamasından kaynaklanıyor. Biz sıradan insanlar olarak atomaltı parçacıkların davranışlarını bilişsel saraylarımızda anlamlandırmakta zorlandığımızdan kuantum bizim için zorlayıcı hale geliyor.

İşin çok az teorisine girecek olursak, kuantum dünyasında elektron hem parçacık hem de dalga özelliği gösterebilir. Daha garibi, bir elektron sonsuz olasılıkla aynı anda birden çok yerde olabilir, sadece ona nereden baktığınıza bağlı bir durumdur bu. Kuantum mekaniğinin ruhunu yansıtan Çift Yarık Deneyi bu noktada insan aklını zorlayan sonuçlara gebedir. Deneyle görürüz ki, bir parçacık (örneğin bir elektron) biz onu gözlerken bir düzenekle fırlatıldığında duvarda tahmin edilebilecek bir yere çarpar. Ancak serbest haldeyken, yani gözlem dışıyken, elektron olasılık dalgalarıyla hareket eder. Bunun anlamı, onu gözetleyene kadar elektronun her yerde olabileceğidir. Bazı durumlarda kuantum parçacıkları onlardan beklediğiniz şekilde davranmayı reddederler, aslında kuantum parçacıkları tahmin edilebilir değildir. Kuantum dünyasının doğası budur, onda kural yoktur, onun için bu türden tuhaflıklar sıradan şeylerdir.

Bir parçacığın gözlemlendiğinde ve gözlemlenmediğinde farklı davranışlar göstermesi nasıl mümkün olabilir? Bir madde bazen parçacık bazen dalga özelliğini nasıl gösterebilir? Örneğin ışık bir dalga olarak bilinirdi, ancak Gilbert Lewis fotonu keşfedince işler değişti. Işık bazen foton isimli taneciklerden oluşan parçacıklı yapı özelliği de gösterebiliyordu. Hatta bu öylesine önemli bir konuydu ki, Einstein görelilik kuramlarıyla değil, ışığın parçacıklı yapısını fotoelektrik etkiyle açıkladığında Nobel kazandı.

Fizikçiler için kuantum mekaniğinde cevap arayan karmaşık birçok soru var. Nobel Ödüllü ünlü fizikçi Richard Feynman, kuantum fiziğini anlamayan öğrencilerine ve okurlarına bunu dert etmemelerini, çünkü kendisinin de bu konuyu tam olarak anlayamadığını söyler. Niels Bohr’un şu sözü de kuantum mekaniğine dair en ilginç yaklaşımlardan biridir:

“Kuantum fiziği hakkında düşünürken kafanız karışmamışsa onu anlamıyorsunuz demektir.”

Kurguda Kuantum

Karmaşık konuları anlaşılır düzeye indirgemenin en etkili yollarından biri onu bir kurgu içinde vermektir. Bir bilim insanının yaptığı deneyi izleyerek veya bir konu hakkında tartışan iki uzmanın sohbetine tanıklık ederek de tecrübelerimizi çeşitlendirir, bu şekilde güç kavramları anlama yolunda mesafe kat edebiliriz. Interstellar’ı bir film olmanın ötesine taşıyan şey, filmin ardındaki bilimi az çok anlayabilmekten geçer. Bir kısım izleyici için filmde öne çıkan noktalar oyunculuk, görsel efekt, müzikken diğer kısımdakiler için kara delikler, teknoloji, uzay araçları, gezegen seyahatleri veya solucan delikleridir. İkinci kısım izleyici grubu bilimin kurguyla yol almasından haz duyar. Kendini filmin farklı katmanlarına kaptırması için astrofizik alanında uzman olmasına gerek yoktur, birkaç popüler bilim kitabı ve bilimsel yayınla işini görebilir. İyi bir senaryo-yetenekli bir yönetmenle kafasındaki olgular, perdedeki görüntüyle kesişir ve somut gerçeğe artık daha sağlam basar.

Kitaplarda da durum farklı değildir, özellikle bilimkurguda. Yeni bir bakış açısı, düşünme şekli sunan; zaten bildiğimiz ıvır zıvırı bize tekrar etmeyen öyküleri en iyi biçimde bilimkurgu eserlerinde bulabiliriz. İnsanlar dünyayı tanımak isterler, çünkü uygarlığımızın nereye kadar ve nasıl yol alabileceğini ancak bu şekilde tahmin edebiliriz. Dünyayı tanımak noktasında bilime sarılırız. Bizi heyecanlandıran ve ilgi duyduğumuz bilimsel konunun hele ki kurgu halinde işlenmesi zevkli saatler geçirebileceğimizi müjdeler. Eğer kuantum mekaniği hakkında çaba sarf ettiyseniz, algınızı açabilecek iki kitaba değinmenin tam sırası.

Süperpoze

Romanın ismi bir kuantum kavramı. Süperpoze, aynı anda birden fazla yerde ve durumda olabilmek demektir. Kuantum dünyasında, tek bir gerçekliği reddeden bir durumdur bu. Gözlemlediğimiz noktalar dışında sonsuz sayıda olasılık ve gerçeklik olduğunu söyler. Bir elektronun aynı anda hem parçacık hem de dalga özelliği göstermesi buna örnektir. Yazar David Walton’un kuantum mekaniği kavramlarını ve teorinin ana hatlarını kurguya başarılı bir şekilde yedirdiğini söylemek mümkün. Her şey bir ziyaretle başlar. Romanın başkahramanı Jacob Kelley bir teorik fizikçidir. Kapısını çalan arkadaşının, Brian Vanderhall’un hem görüntüsü hem de davranışları endişe vericidir. Brian ondan yardım istemektedir, anlattıklarıyla ikna edici olamadığında klasik fizik kurallarına ters düşen gösteriler yapar ve olayın fitili ateşlenir.

Eser, bilimsel katmanların sağlam ve sıkı örüldüğü bir yapıda. Özellikle kuantumun kavramsal açıklamalarının tekdüze bir anlatımla değil, diyaloglar ve örneklendirmelerle verilmesi kendi dünyasını netleştiriyor. Genel okur kitlesi için ağır gelebilecek bu kısımların -kuantum mekaniğinin somutlaştırılmak istendiği bölümlerin- sert bilimkurgudan hoşlanan okurlara ufuk açıcı ve belki de aydınlatıcı gelebileceğini ifade edebilirim. Mesela, yukarıdaki paragraflarda söz ettiğim Schrödinger’in Kedisi ve Çift Yarık Deneyi romanda birden fazla anolojiyle açıklanıyor. Tam bir beyin egzersizi.

Kurguda, bildiğimiz canlı yaşam formları dışında, farklı Higgs Alanlarının ürünü olan, yabancı parçacıklardan oluşan varlıklar da yer alıyor. Yazar bunlara kuantum varlıkları diyor. Kuantum varlıklarıyla birlikte insanlar da tıpkı atomaltı parçacıklar gibi süperpoze durumunu deneyimleyebiliyorlar. Böylece hem insanlar hem kuantum varlıkları tek gerçeklik yerine bir dizi olasılık halinde var olmayı sürdürüyor, aynı anda iki farklı yerde bulunabiliyorlar. Dolayısıyla başkarakterimiz de bu durumdan etkileniyor. Olaylar birbirine neden-sonuç ilişkisiyle bağlı iki paralel kurguda ilerliyor. Bu bölümlerin isimleri Alt Spin ve Üst Spin. Spin de bir kuantum kavramıdır, evet. Her parçacığın kendi etrafında bir dönme hareketi vardır, buna spin denir. Başkarakterimiz Alt Spin ve Üst Spin diye birbirini tekrar eden bölümlerde süperpoze durumdadır.

Eserin dünya dışı varlıklar, yabancılar konusunda ilginç bir görüşü var. Uzaylıları bir asırdan beri evrende arayıp bulamadığımızı düşünüyoruz. Çünkü onları farklı galaksilerde ve yıldızlarda arıyoruz. Peki, o bilmediğimiz varlıklar atomlar ve elektronlar arasındaki boşluklarda duruyorlarsa? İşte yazar, kuantum varlıkları dediği gerçeklikleri bu boşluklarda konumlandırıyor. Süperpoze için bir romanı oluşturan edebi unsurlara değinmeyeceğim, çünkü bu yazı bir eserin başlı başına bir incelemesi değil. Kuantum mekaniğini kurguyla buluşturduğu için dikkatimi çekti ve okurken keyif aldım. Az önce ifade ettiğim gibi, bildiğim ıvır zıvırlar dışında yeni şeyler söyledi bana.

Son olarak başkarakterimiz Jacob Kelley’nin kuantum mekaniği hakkındaki görüşüne kulak verelim:

“Gerçeği söylemek gerekirse, ne kadar incelenirse incelensin, kuantum fiziği herkesin aklını karıştırır. Bütün teknik jargonu, işin bütün matematiğini öğreniriz ama hiç kimse tam olarak anlayamaz çünkü mantığa meydan okur.”

Mobius Dick

Bu kitabı ben bilimkurgu olarak adlandırdığım halde bir başkası farklı bir yerde konumlandırabilir. “İyi bilimkurgu iyi edebiyattır” sözüne örnek olsun diye en başta gösterebileceğimiz eserlerden biri. İç içe geçmiş gerçeklikleri, üstkurmacayı kullanması, dört farklı kurguda ilerlemesiyle postmodern anlatı örneği olarak da ifade edilebilir. Garip olan, bu başarılı edebi yapının ardındaki yazarın, yani Andrew Crumey’nin teorik fizik doktoru ünvanı taşıması.

Her şey telefona gelen bir mesajla başlıyor. “Beni ara: H” Başkarakterimiz John Ringer de bir teorik fizikçidir. Kuantum mekaniğini işleyen romanlarda karakterleri bu özellikleriyle birlikte yaratmak bir zorunluluk gibi. Çünkü içine düştüğü durumu ancak kuantum mekaniğinin farkında olan biri anlayabilir. Böylesine zor bir konuya yabancı birinin okura gerekli açıklamaları yapabilmesi mümkün görünmez. Aldığı mesaj John Ringer’ın zihnini yıllar önce ayrıldığı sevgilisi Helen’in imgesiyle doldurur. O sırada katıldığı bir konferansta konuşmacının ele aldığı bir kavram, sikloidler, ayrıca Helen’le tanıştığı günü anımsatır ona. Melville’ın Moby Dick romanında, tasfiye kazanlarının sikloid yapısı, Ishmael’e kendini tuhaf görmesine neden olur. Konuşmacının romandaki sikloid yapıyı uyarlama şekli, başkarakterimize Helen’le yaptığı edebi sohbetleri tekrar yaşatır.

Roman zaman ve mekân olarak birbirinden farklı dört ana bölümle ilerliyor. Bunlardan biri ve aksiyonu sağlayan kısım başkarakterimiz John Ringer’a ait. Hem kendisine gelen mesajı çözmeye çalışır hem de aldığı bir konuşma-iş teklifi için seyahate çıkar. Diğer bölümlerden biri ünlü besteci Schumann’ın ölüm döşeğinde yaşadıklarına dairdir. Romanda birçok yazar-eserden söz edildiğini, filozofların görüşlerinin tartışıldığını, klasik müzik bestecilerinin hünerlerine değinildiğini, psikoloji alanında çığır açmış kişilerin ve bilim insanlarının keşiflerinin masaya yatırıldığını söylemeliyim. Hacmi geniş olmayan eser anlam, fikir ve karakter zenginliği bakımından sınırı zorluyor. Romanda yer alan bilim adamlarından biri de Schrödinger. Dört bölümden biri Schrödinger’in ünlü kuantum denkleminin keşfini anlatıyor. Geriye kalan bölüm ise hafıza kaybı yaşayan bir adamın hastane odasındaki tedavi seanslarıyla ilgilidir.

Tabii bu dört bölüm birbirinden bağımsız gibi görünse de aslında değil. Roman ilerlerken akışta nasıl bağlanacaklarını düşünürken, yazar usta dokunuşlarla işi bitiriyor. Kuantum mekaniğinden artık aşina olduğumuzu düşündüğüm olasılık dalgaları bu eser için de temel yapıyı oluşturuyor. Karakterlerimiz gelecekteki muhtemel halleriyle karşılaşabiliyorlar. Süperpozisyon durumu burada da mevcut. Aynı zamanda geçmişlerinin olası senaryolarından biriyle de yüz yüze gelebiliyorlar. Süperpozisyon durumuna göre, eğer geleceğe gidiyor olabilseydik sadece bir senaryomuz olmayacaktı (aynı çoklu senaryo geçmişimiz için de geçerli). Kuantum mekaniği için olasılık dalgaları her durumu mümkün kılıyor, karakterlerimiz bununla yüzleşirken gerçeklik denen algı iç içe geçiyor.

Tıpkı Süperpoze gibi bu eser de bazı kısımlarıyla okuru zorlayacaktır. Kuantum mekaniğiyle meşgul olmayı sevenler için ise iki roman da bana kalırsa bir fırsat. Başkarakterimiz Ringer’dan bir alıntıyla bu kısmı bitirelim:

“Ölçmek aslında ölçülen şeyi yaratır. Sen bakıp görene kadar bir elektron hem her yerdedir hem de hiçbir yerde.”

Son olarak, hoşgörünüze sığınarak, kendi yazdığım bir kısa romandan söz etmek istiyorum. Bu yılın ocak ayında yayımladığımız Yüksek Doz Gelecek isimli derlememizde dört yazar arkadaşımın daha (Orkun Uçar, Umut Altın, Funda Özlem Şeran, Gökcan Şahin) eseri yer alıyor. Alt ve Üst isimli kısa romanımda kuantum mekaniğini ben de kullandım, kurgu bunun üzerineydi. Derlemeye gelen yorumlarda Alt ve Üst için genelde -haklı olarak- sert bilimkurgu ifadesi kullanıldı. Süperpozisyon durumu farklı bir şekilde olsa da benim hikâyem için de geçerliydi. Karakterlerimden biri, özel bir tür kozmos giysisini açıklarken şunları diyordu:

“Kuantum dünyasında her şey yok olma ve var olmadan ibaret, bu süreci üst üste koyduğumuzda ortaya çıkan yığın bize sistemi, gördüğümüz her şeyin devamlılığını veriyor. Evrenin görebildiğimiz kısmını videoya çekerseniz, her şey durağan ve tek bir sistem halinde belirir. Ama derinlere, derinlere daha derine indikçe en büyük sistemi oluşturan sayısız hareketi, yıldızları etrafında saniyede binlerce kilometre hızla yol alan gezegenleri fark edersiniz. Dışarıdan görebildiğimiz doğrusal maddenin bu kaos sayesinde var olması bize Avo101 için ilham verdi. Bu özel giyside, kuantum seviyedeki kaosu, tüm atomaltı parçacıkları kontrol altına aldık.”