Kuantum teorisi binlerce yıl önce geliştirilebilir miydi?

• Kuantum mekaniğinin 1925’teki doğumundan bu yana tam yüz yıl geçti. Peki, evrenin en derin yasalarını açıklayan bu kuramı çok daha erken—belki de Antik Yunan döneminde—geliştirmek mümkün müydü?

 

New Scientist yazarı Jacob Aron, kuantum mekaniği teorisinin ve uygulamalarının çok daha önce geliştirilip bilim dünyasına kazandırılıp kazandırılamayacağı konusunda bir düşünce deneyini konu alan bir makale yayınladı. Makale Antik Yunan’da kuantum teorisinin izleri ve o dönemde oluşan düşüncelerin kuantum mekaniğinin erken doğup doğamayacağını tartışıyor.

Atom fikri, milâttan önce 5. yüzyılda ortaya konmuş olsa da “atomların aynı zamanda dalga, boşluğun ise alanlar bütünü” olduğunu söylemek için 2  bin 400 yıl beklemek gerekecekti. Kuantum bilişim firması Quantinuum’un baş bilim insanı Bob Coecke, rotanın Demokritos yerine “sürekli değişim”i savunan Herakleitos’u izlemesi hâlinde fiziğin tamamen farklı evrilebileceğini savunuyor. Ona göre evreni “süreçler ve ilişkiler ağı” olarak gören bir bakış, kuantuma giden yolu erkenden açabilirdi.

Demokritos ve Heraklitos çizgisi

Atomculuğun babası sayılan Demokritos, M.Ö. 5. yüzyılda “Gerçek olan yalnızca atomlar ve boşluktur” diyerek evreni iki temel unsura indirgedi: Bölünemeyen, niteliksiz ama farklı şekil ve büyüklüklerde hareket eden atomlar ile onların dolaşmasına imkân veren boş mekân. Ona göre duyularımızın algıladığı renk, tat, sıcaklık gibi özellikler atomların niceliksel düzenlenişinden doğan yanılsamalardı; özde değişmeyen tek gerçeklik, hiç parçalanmayan atomlardan ve o atomlara hareket özgürlüğü tanıyan boşluktan ibaretti. Demokritos’un bu “sabit yapıtaşları + sabit sahne” modeli, değişimi yalnızca atomların devinimine bağladığı için temelde mekanikti ve determinizmi çağrıştırıyordu.

Demokritos’un boşluk fikrini bütünüyle reddeden Parmenides’e karşı da güçlü bir polemik içeriyordu; zira Parmenides var olanın bir, bölünmez ve değişmez, hareketin de bir yanılsama olduğunu savunuyordu. Demokritos, “hareket var; öyleyse boşluk da var” diyerek Parmenides’in değişim karşıtı görüşünü tersine çevirmişti.

Heraklitos ise Demokritos’tan yaklaşık bir yüzyıl önce bambaşka bir çerçeve çizmişti. Ünlü “Aynı ırmakta iki kez yıkanamazsın” sözüyle somutlaştırdığı görüşüne göre evrenin özü sürekli devinimdi; her şey karşıtlıkların geriliminden doğan bir akış, “logos” adı verilen düzenleyici ilkeyle yönlendirilen dinamik bir süreçti. Heraklitos maddeyi açıklayan sonlu, sert yapıtaşları fikrinden ziyade, süreçler arası ilişkilere ve dönüşüm yasalarına odaklandı: Ateş toprağa, toprak suya, su yeniden ateşe döner; hiçbir varlık kalıcı bir öz barındırmaz. Onda gerçeklik, bitmemiş bir fiil; daimi bir “olma” hâliydi. Bu “süreç ontolojisi”, modern çağda akışkanlık, etkileşim ve ilişkinin ön plana çıktığı kuantum yaklaşımına felsefi bir akrabalık sunar.

Olasılık ve bağlama dayalı bir evren

Quantinuum’un baş bilim insanı Bob Coecke, fiziğin felsefe tarihindeki seçici geçişlerine dikkat çekerek “Eğer entelektüel rota Demokritos’tan değil de Heraklitos’tan ilerleseydi evreni ‘nesneler kümesi’ yerine ‘ilişkiler ağı’ olarak işe koşardık ve kuantuma giden yol belki de 2 bin yıl erken açılırdı” diyor. Coecke’nin dile getirdiği “ilişki ve süreç” vurgusu, bugün kuantum dolanıklığını ve ölçümün bağlamsallığını açıklamak için kullanılan kategorik kuantum mekaniği ve ilişki‑temelli yorumlarla örtüşüyor. Böyle bir tarih çizgisinde atomculuğun katı parçacık fikri, çok geçmeden “dalga” özelliğiyle; boşluk da “alanlar” kavramıyla yeniden tanımlanabilir, klasik‑deterministik evren yerine olasılık ve bağlama dayalı bir evren tasavvuru daha erken sahneye çıkabilirdi.

Birçok bilim tarihçisi ise bu görüşü romantik buluyor. Verona Üniversitesi’nden Massimiliano Badino, “Tek tek fikirlerin tarih sahnesine erken çıkması yetmez; tutarlı, deneylerle sınanabilir bir bütün kuram gerekir” diyor. Cornell Üniversitesi’nden Suman Seth ise Antik Yunan’ın statik elektrikten öte elektromanyetizma bilgisine, alan teorisine veya istatistiksel mekaniğe sahip olmadığını anımsatıyor. Bu bileşenler olmadan modern kuantum mekaniğinin altyapısını kurmak imkânsızdı.

Bir hesap hilesi olarak görülüyordu

17. yüzyıla gelindiğinde Isaac Newton ışığın parçacıklardan oluştuğunu, Christiaan Huygens ise yalnızca dalga formunda olduğunu ileri sürdü. Bugün “dalga‑parçacık ikiliği” diye bildiğimiz olgunun iki ucunu temsil eden bu görüşler, deneysel veri eksikliği yüzünden uzlaşıya kavuşamadı. Seth’e göre Newton çağında atom spektroskopisi yoktu; yani kuantum kuramına rehberlik edecek ölçümler elde edilmemişti.

Dönüm noktası 19. yüzyıl sonundaki “klasik fizik krizi” oldu. Kara‑cisim ışıması gözlemleri, teorinin öngördüğü “ultraviyole felaketi”yle çelişiyordu: Modeller sonsuz enerji çıktısı veriyor, doğa ise böyle davranmıyordu. Max Planck, 1900’de radikal bir öneriyle enerjinin kesintisiz değil, quanta denen paketler hâlinde yayıldığını varsaydı ve kara‑cisim eğrisini mükemmel bir şekilde uyarladı. Yine de kuantum fikri, o aşamada sadece “hesap hilesi” olarak görülüyordu.

1900‑1925 arası dönem, Planck’ın yanı sıra Einstein’ın fotoelektrik etki çalışması ve Bohr’un tamsayılı enerji katmanlarına dayanan atom modeliyle “eski kuantum teorisi"nin geliştiği yıllardı. Fakat bu yaklaşım helyum atomu gibi basit sistemleri bile açıklayamayınca eksiklik belirginleşti.

Fiziğin kuantuma boyun eğmesi

Kilit adım, 1925’te Werner Heisenberg, Max Born ve Pascual Jordan’dan geldi. “Gözlenebilir nicelikler üzerine kurulu” matris mekaniği, atomu belirli yörüngelerde dönen parçacık küresi olmaktan çıkarıp olasılıksal bir enerji frekans ağına dönüştürdü. Michel Janssen’in deyimiyle “fiziğin kuantuma boyun eğmesi”, spektroskopik verilerin zorlayıcı baskısı sayesinde gerçekleşti; aksi takdirde özünde bulanık, sezgiye aykırı bu kuram kabul görmeyebilirdi.

Badino ile Seth, kuantum devriminin zamanlamasını belirleyen kritik unsurun Almanya’da 19. yüzyıl sonlarında doğan “teorik fizik” disiplini olduğunu vurguluyor. Max Planck, bu ünvana tam kadro profesörlük alan ilk bilim insanıydı. Deney yerine matematiksel yapıyı önceleyen bu yeni akademik kültür, Heisenberg kuşağının radikal sıçramasına zemin hazırladı.

Peki I. Dünya Savaşı süreci hızlandırdı mı, geciktirdi mi? Seth, iletişimin yavaşlaması ve pek çok genç fizikçinin cephede yaşamını yitirmesi nedeniyle geciktirdiği görüşünde. Buna karşın bazı tarihçiler, Weimar Cumhuriyeti’nin özgür atmosferinin “eski kesinliklerden kopuş”u teşvik ettiğini savunuyor. Janssen ise 'zeitgeist' tartışmalarından ziyade “kuramın işe yaraması” gerçeğinin belirleyici olduğunu düşünüyor.

Kuantum mekaniği, 1920’lerde doğmuş olsa da herkesin içini rahatlatması onlarca yıl aldı. Einstein’ın da savunduğu “gizli değişken” olasılığı, 1960’larda John Bell’in formüle ettiği eşitsizlik testleriyle ciddi darbe yedi; 2015’teki “açık ilmeksiz” deneylerse kuantum garipliğini son kez teyit etti. Coecke, bu nedenle “belki de asıl kutlamamız gereken kuantum mekaniğinin 10. yılı” diyerek şaka yapıyor.

Ne kadar geriye çekilebilirdi?

Tarihsel veriler ışığında, kuantum devriminin birkaç on yıldan fazla geri çekilemeyeceği, hatta 1918 öncesine sarkmasının dahi zor olduğu anlaşılıyor. Elektromanyetizma, alan teorisi, istatistiksel mekanik, atom spektroskopisi ve bağımsız teorik fizisyen kuşağı— bu 5 bileşenin aynı anda olgunlaşması 20. yüzyıl başını bekledi. Antik Yunan filozoflarının sezgisel izlenimleri veya Newton’un korpüskül fikri, veri ve matematiksel çerçeve olmadan kuantum dünyasını kuramsallaştıramazdı.

Yine de hayali bir “erken kuantum” senaryosu, bilimin felsefeyle, toplumsal koşullarla ve teknolojik araçlarla ne kadar iç içe olduğunu gösteriyor. Herakleitos’un “her şey akar” ifadesi, bugünkü kuantum akışkanlığını çağrıştırsa da, bu düşüncenin bilimsel teoriye dönüşmesi için deney, matematik ve kurumsal yapıların eşzamanlı olgunlaşması gerekti.