Belirsizliği bulan adam: Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg, 1901 yılında Al­manya’da akademisyen bir ailede dünyaya geldi. Öğreniminin daha ilk yılların­da parlak bir geleceğin ilk sinyallerini veriyor­du. Heisenberg, 1920 yılında Münih Üniversitesi’ne girdi. Aslında matematik çalış­mak istiyordu. Ancak üniversitedeki matematik profesörlerinden biriyle ön görüşmede yaşadığı sıkıntıları onu kuramsal fiziğe itti.
Bu kür­südeki profesörlerden biri olan Arnold Sommerfeld, bu genç adamın yeteneğini kısa süre­de fark etti. Sonrasında ona bir seminer ha­zırlattı. Heisenberg’in, kısa sürede hazırladığı bu çalışması, kuantum kuramına o sıralar bir katkı niteliği taşıyordu.


Heisenberg, başarılı üniversite yaşamının ardından 1923 yılında, yine Münih Üniversitesi’nden doktorasını aldı. 1927 yılında, yani he­nüz 25 yaşındayken Leipzig’e profesör olarak atandı. Bu sayede Almanya’daki en genç pro­fesörlük unvanını sahip olan kişi oldu. Bu süreç de atom altı dünyanın yasalarını yöneten kuantum mekaniğinin kurucularından olan Niels Bohr ve Sommerfeld’le tanışan Heisenberg, kendini bu alanda buldu.

Werner Karl Heisenberg’in Kuantum Mekaniği İle İlgili Çalışmaları

Yunan felsefesine aşina olan Heisenberg, atomları parçalı olarak değil kavramsal olarak düşünen Platon ve diğer atomculara ilgi duyu­yordu. Matematiksel becerisini kullanarak, kimi sayı dizilerinin uydukları kuralları buldu. Ardından ve bu kuralları atomik süreçleri hesaplamakta kullandı. Ortaya çıkan çalışmasını da hocası Max Born’a gösterdi.


Born hemen, Heisenberg ve diğer asistanı Pascual Jordan’la birlikte matrisler üzerine ku­rulu kuantum mekaniğini formüle etmeye giriş­ti. Sonuçta Göttingen’de üç imzalı ünlü “matris meka­niği” yani matris tabanlı kuantum kuramı ma­kalesi ortaya çıktı.
Bu sıralarda, Avusturya’lı fizikçi Erwin Schrödinger de ünlü “dalga mekaniği”ni duyu­ruyordu. Aslında aynı kuramın değişik matema­tik temsilleri olan bu iki formülasyon bugün de kuantum mekaniğinin temelini oluşturuyor.

Heisenberg’in “belirsizlik ilkesinin” ifadesi

Heisenberg’in adı 1925 yılında, henüz 23 yaşındayken yayınladığı kuantum mekaniği ku­ramı ile anılır. Tabii ki bir de bu yazının konusu olan ünlü belirsizlik ilkesiyle. Heisenberg, kuantum kuramının denklemleriyle uğraşırken incelediği sistemin nitelikleriyle ilgili sorular sorabileceğini; fakat eş zamanlı olarak sorulamayacak belli soru bileşimleri olduğunu fark etmişti. Herhangi bir anda bir parçacığın hem momentumundan hem de konumundan emin olmak imkansızdı. Bu özelliklerden birinin değerini ne kadar doğru bilirsek, diğerini o kadar az doğru biliyorduk.

Tümüyle kuantum mekaniğinin matematiksel bir sonucu olan belirsiz­lik, aslında tek bir basit denklemle ifa­de edilen basit bir ilkedir. Oysa içerdiği anlam, bugün bile önüne geçilmez tar­tışmalara neden olmaktadır


Diyelim ki, hareket eden bir elektronun ko­numunu çok hassas olarak ölçüyoruz, yani Δx çok çok küçük. Bu durumda, aynı anda ölçtüğünüz momentumdaki belirsizlik ne olur? Yu­karıdaki bağıntılar bize bu belirsizliğin Δp > h / 4π.Δx olduğunu söyler. Momentum ölçümündeki belirsizliğin (Δp) çok çok büyük olduğu açıkça görülür. Çünkü paydada yer alan Δx belirsizliği çok çok kü­çüktür.

Aslında, Δx küçüldükçe konum ölçümündeki belirsizlik gittikçe azalır ve sıfıra yaklaşır. Bu durumda Δp, yani momentumdaki belirsizlik gittikçe büyür ve sonsuza doğ­ru yaklaşır. Bunun anlamı momentum ölçümü­ne ait hiçbir bilgimiz olmayacak demektir. Daha basit ifade edilmesi gerekirse, bir şeyin nerede olduğunu daha çok bildikçe, nasıl hareket ettiğini daha az anlayabiliyoruz.


Heisenberg, bu belirsizliklerin, ölçümü yapanın hatası olmadığını, kuantum kuramının kaçınılmaz bir sonucu oldu­ğunu söyledi. Bu keşfini içeren 14 sayfalık bir mektubu 1927’de ünlü fizikçi Pauli’ye gönderdi. Bu mektup daha sonradan, Heisenberg’in ünlü “belirsizlik ilkesi”ni dünyaya du­yurduğu ilk yazılı belge olacaktı.

Nobel Fizik Ödülü ve Savaş Zamanları

Tüm bu çalışmalar 1932 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü almasını sağladı. Ancak ne yazık ki Almanya’nın giderek karıştığı zamanlardı. Heisenberg ‘Deutsche Physik’ (Alman Fiziği) hareketine karşı çıktığı için bir dizi karalama kampanyasının hedefi oldu. Ancak yine de İkinci Dünya Savaşı esnasında ülkesi için nükleer silah projesinde çalışmaya devam etti.
Ne var ki Almanya’nın bu dönemde elinde yeterince kaynak yoktu ve bu nükleer silah yapılamadı. Savaştan sonra Heisenberg kuantum mekaniği ve özellikle kozmik ışınlar alanında yaptığı muhteşem çalışmalara geri döndü. Bu esnada Heisenberg, Avrupa’da verdiği halka açık konferanslarla alanının ‘güzelliğini’ her kesime yaymaya çalıştı.

1 Şubat 1976’da kanser nedeniyle ölümüne dek fizik, felsefe ve en çok sevdiği klasik müzikle ilgilenmeyi sür­dürdü. Ondan geriye, ne olacağından asla emin olamayacağımız bir dünyanın matematiksel bir tanımı kaldı.