Ana sayfa 130. sayı Viyana kahvelerinde bilim tarihi: Schrödinger ve Café Afro

Viyana kahvelerinde bilim tarihi: Schrödinger ve Café Afro

113
PAYLAŞ

Viyana Üniversitesi’nin ana binasında dolaşıp avluya çıktığımda gözüme çarpan ilk büst Schrödinger’e aitti. Oturup bir şeyler içtiğim ilk kahve ise Café Afro’ydu. Kaldığım öğrenci yurdundan çıkıp üniversitedeki bölüme giderken Pasteur Sokağı’nı geçip merdivenleri çıkıyorum. Derslerden sonra Café Afro’da yemek yiyor, kütüphane öncesi ve sonrası Schrödinger’in büstüne bakış atıp selam veriyorum.

Bir yıldan uzun bir zaman önce, Almanca öğrenip yüksek lisans yapmak amacıyla Viyana’ya gelirken güzel hayaller kuruyordum ancak fazlasını bulabileceğimi düşünmemiştim. Uçak inişe hazırlanırken gördüğüm o tatlı evler sıcak bir karşılama oldu. İlk günden itibaren hep gülerek gezdim sokaklarda. İşte bu acemilik dönemimde hayatımda iz bırakan bir mekân -Café Afro- ve biliminsanı -Erwin Schrödinger-, “Viyana Kahvelerinde Bilim Tarihi” yazı dizimizin son bölümünü oluşturuyor.

Café Afro’da sohbet.

Viyana Üniversitesi’nin ana binasında dolaşıp avluya çıktığımda gözüme çarpan ilk büst Schrödinger’e aitti. Oturup bir şeyler içtiğim ilk kahve ise Café Afro’ydu. Geriye dönüp adımlarımı takip edince bunca tesadüfe şaşıyorum. Kaldığım öğrenci yurdundan çıkıp üniversitedeki bölüme giderken Pasteur Sokağı’nı geçip merdivenleri çıkıyor, sonra Boltzmann Sokağı boyunca yürüyorum. Derslerden sonra Café Afro’da yemek yiyor, kütüphane öncesi ve sonrası Schrödinger’in büstüne bakış atıp selam veriyorum.

Schrödinger 1887, Viyana doğumlu bir fizikçi. Viyana Üniversitesi’nde fizik doktorasını tamamladıktan sonra aynı yerde göreve başlıyor. 1921’de Zürih Üniversitesi teorik fizik bölümüne geçiyor. 1926’da bilimsel raporu yayımlanan dalga mekaniğini, 1925’te keşfettiğini belirtiyor. (1) 1927’de, Max Planck’tan boşalan koltuğu devralarak Berlin Üniversitesi’ne geçiyor. Nazilerin yükselişiyle beraber, 1933’te Almanya’dan ayrılarak Oxford Üniversitesi’nde çalışmaya başlıyor. Aynı yıl Paul Dirac ile beraber Nobel ödülünün sahibi oluyor. 1956’da Viyana’ya nihai dönüşüne kadar uzun bir sürgün dönemi geçiriyor ve 1961’de doğduğu kentte yaşamı son buluyor.

Hayatını altı döneme ayırarak özetleyen Schrödinger’in Pasteur Sokağı 4 numarada bir dairesi varmış, Boltzmann Sokağı’nda ise bürosu. Yazı dizimizin ikinci bölümünün (2) kahramanı Gödel’in bu sokakta toplantılara katıldığını, üçüncü bölümün (3) kahramanının ise zaten Boltzmann olduğunu düşününce gülümsüyorum. Her şey burada bitmiyor ama. Zemin katını Café Afro’nun kapladığı binanın, aralarında Boltzmann ve Schrödinger’in de bulunduğu kimi fizikçilerin çalıştığı bir enstitü olduğunu belirteyim. 1906’da Viyana Üniversitesi’ne giren Schrödinger Boltzmann’dan ders almayı hayal ediyordu ancak Duino’daki üzücü son buna izin vermedi. Schrödinger’in payına, 1907 sonbaharında bu binada, Fritz Hasenöhrl tarafından hocası Boltzmann’ın çalışmaları üzerine verilen konferansa katılmak düşmüştü.

“Viyana Kahvelerinde Bilim Tarihi” başlıklı çalışmayı birlikte hazırladığımız Murat Tuğrul ile bu proje kapsamındaki son buluşmamız için Café Afro’dayız. Eski enstitü binasında şimdi bir kahve, yemekhane ve yurt var. İşletme sahibi Türkiyeli. Öğrencilerin ve muhaliflerin uğrak mekânlarından olan Café Afro’nun demleme çayı, bir de duvarları süsleyen fotoğraf sergileri akılda kalıcı. Schrödinger’in yaşlı ve büyüleyici olarak nitelendirdiği Viyana’da, bu hareketli ve memleket kokan kahvede, şimdi kuantum fiziği konuşacağız.

Murat Naroğlu (MN): İsmini duydukça heyecanlandığım konuların başında kuantum fiziği geliyor. Fizik eğitimi almış birisin, nasıl başladı kuantum fiziğinin bu zorlu ve uzun yolculuğu?

“Ben şu masada mı oturuyorum yoksa şu masada mı?”

Murat Tuğrul (MT): Kuantum fiziğinin doğuşu olarak Max Planck’ın 1901’deki çalışması gösterilir. Planck bu çalışmasında kara cisim ışımasını -kabaca anlatırsak, ısıtılan bir maddenin hangi dalga boylarında ışıma yaptığını- irdeler. Bu zannedebileceğin gibi kuramsal bir meraktan ziyade, son derece pragmatik bir nedenden yani elektrik enerjisinden en verimli faydalanan ampulü nasıl üretiriz sorusundan yol almış bir araştırmadır aslında. Planck’ın bu çalışmasına dek kara cisim ışıması için deneysel olarak elde edilen veriler klasik elektromanyetik teori ile açıklanamıyordu. Bir önceki sohbetimizden (3) hatırlayacaksındır, Boltzmann atomları ve kesikli enerji değerlerini baz alan teorisiyle termodinamiğin istatistiksel mekanik yorumunu yapmıştı. Dönemin büyük fizikçilerinden kabul edilen Max Planck her ne kadar en başlarda Boltzmann’ın bu yaklaşımını eleştirse de sonraları o da benzeri bir yöntemi kullanarak ve en önemlisi enerjinin sürekli değil de kesikli değerlerde olduğunu varsayarak kara cisim ışımasına kuramsal bir açıklama getirir. Planck’ın bu çalışmasını daha duyulur hale getiren Einstein’ın 1905’teki fotoelektrik çalışmasıdır. Boltzmann ve Planck’a şapka çıkararak ışığın kesikli enerji değerlerde ve parçacık özelliğinde olduğu varsayımıyla metal üzerine düşen ışığın elektronları atomlardan nasıl koparıp ne şiddette enerjiyi elektronlara aktaracağını açıklar.

Bu çalışmalarla birlikte küçük boyutlarda maddenin nasıl davrandığını anlamak için birçok çalışma başlamış olur. Kuantum fiziğinin kuramsal temelleri içinse 1925-1930 dönemine; Schrödinger, Heisenberg, Dirac gibi büyük fizikçilerin çalışmalarına bakmamız lazım. İstersen bugün Schrödinger’e yoğunlaşalım sadece.

MN: Tabii ama önce bir başka fizikçi, de Broglie’yi analım. Kendisi bir varsayımda bulunmuştu: eğer ışık parçacık özelliği gösterebiliyorsa madde de dalga özelliği gösterebilirdi. 1923’teki doktora teziyle elektronun dalga boyunu hesaplamıştı. Birkaç yıl sonra yapılan farklı deneylerle haklı olduğu kanıtlandı. Bunu da takiben Schrödinger 1926’daki meşhur dalga denklemiyle, kuantum mekaniğini sistematik bir şekilde ifade etmiş oluyordu.

MT: Evet, Schrödinger gözlemlerle doğrulanmış fizik bilgilerini (maddenin dalga ve ışığın parçacık özelliği) kullanıp matematiksel dalga paketçikleri modeli ile bugün ismiyle adlandırılan denklemi kurdu. İşin matematiği biraz detaylı olabilir. Biz kısaca bu denklemin neyi anlattığından söz edelim.

Schrödinger denklemi, maddenin (ışık, elektron, vs.) herhangi bir konum ve hızda olma olasılığını ve bunun zamanla değişimini tasvir eder. Buradaki olasılık sadece çok sayıda maddenin nasıl farklı davranabileceğini anlatmaz, çok daha temel düzeyde tekil bir maddenin de olasılık kavramı ile anlaşılması gerektiğini söyler. Bir elektron gözlem yapılmadığı sürece süper pozisyon halinde yani aynı zamanda burada ve şurada olabilir. Gözlem yapıldığında ise süper pozisyon hali kaybolur ve tek bir duruma sahip olur; teknik tabirle, dalga fonksiyonu bir duruma çökmüş olur. Bu anlattıklarım sadece matematiksel bir betimleme olarak kalmaz. Daha sonra yapılan birçok deney Schrödinger’in dalga mekaniğini onaylar. Bu aslında bilimsel bir devrimdir; küçük boyutlarda doğaya bakışımız kökünden değişmiştir artık. Bugün aklımıza gelebilecek birçok teknolojik gelişme (bilgisayar, cep telefonları, LEDler, vs.) kuantum fiziğinin bu başarısını takiben ortaya çıkar.

MN: Murat, istersen doğanın “olasılıksal” yorumunu biraz daha konuşalım. Maddenin bu olasılıksal davranışı ve gözlem yapıldığında olasılık fonksiyonunun bir duruma çökmesi bazı fizikçileri rahatsız ediyor ve yeni bir tartışmayla karşı karşıya kalınıyor. Öte yandan Niels Bohr’un başını çektiği Kopenhag yorumu, gözlemlenmemiş bir elektronun nerede olduğunu ve ne yaptığını sormanın anlamsız olduğunu belirtir ve “dalga fonksiyonun çöküşü”nü kuantum mekaniğinin postulatları arasında görür. Ekim 1927’deki 5. Solvay Kongresi’nde Bohr ve Heisenberg ilkeyi savunurken Einstein ve Schrödinger itiraz ederler. Daha sonraları Schrödinger, Solvay’da dinlediği tezlere karşı bugün Schrödinger’in kedisi problemi olarak anılan bir düşünce deneyi geliştirir.

Deneye göre kapalı bir kutuda, içinde zehir olan bir şişe, bir kedi ve şişeyi kıracak bir çekiç vardır. Çekicin hareket etmesini sağlayan mekanizma, kuantum durumunda % 50 olasılıkla bozunmuş % 50 olasılıkla bozunmamış olan bir parçacığa bağlıdır. Parçacık bozunursa çekiç şişeyi kıracak, zehir salınacak ve kedi ölecektir. Gözlem yapılmadığı yani kutu açılmadığı sürece kedinin ölü mü canlı mı olduğunu bilinemez. Kutu dış dünya ile tamamen yalıtıksa kedi hem ölüdür hem de canlı. Schrödinger böyle bir deney ile neyi anlatmaya çalışıyor?

MT: Schrödinger bu düşünce deneyinde küçükler dünyası ile büyükler dünyası arasında bir bağlantı kurmayı amaçlıyor. Bu şekilde, sözgelimi, bir elektronun haliyle bizim gözleyebileceğimiz makro bir varlığın ilişkisini ortaya koyar. Onun örneğindeki bir kedidir, ama bunu Café’deki diğer kişilere veya kendimize de uygulayabiliriz; ben şu masada mı oturuyorum yoksa şu masada mı? Makro dünyada nasıl bir kedinin ölü ya da canlı olma halinin bir arada olamadığını içselleştirmişsek aynı şekilde elektron için de bir yargıya sahip olmalıyızdır. Şunu eklemeden geçmeyeyim. Her ne kadar Schrödinger’in kedi örneği Kopenhag yorumunu iğnelemek amaçlı olsa da belki fizik tarihinin talihsizliği yüzünden sanki tam tersine makro dünyada süperpozisyon ilkesini açıklarmış gibi anlatılıyor. Bugün böylesi modeller olsa da Schrödinger’in amacı hiç de öyle değil. (4)

Schrödinger’in bilime katkısı fizikle sınırlı değil. Popüler bilim tarzında yazdığı Yaşam Nedir? kitabıyla (5) biyoloji bilimine önemli katkı yaptığını düşünüyorum. Okumuş muydun?

MN: Evet yeni bitirdim. Bütüncül bir bakış elde edebilmek için Schrödinger yaşama fiziksel bir pencereden bakmayı denemiş. “Organizmanın işleyişinde kesin fiziksel yasalar var mı? Yoksa canlı maddenin yapısı olağan fizik yasalarına indirgenemiyor mu? Bu yasalar atomik istatistiğe dayandıkları için yaklaşık olmaktan öteye gidemiyorlar mı? Duyu organlarımız son tahlilde birer aygıt mı? İnsan, atomların hareketlerinden mi ibaret?” gibi soruları bir fizikçinin bakış açısı ile irdeliyor. Sen ne düşünüyorsun eser hakkında?

MT: Kitap belki büyük bir bilimsel eser değil. Hatta bugünkü bilgi dağarcığımızla okunduğunda içinde önemli hatalar var. Ama aralarında DNA’nın yapısını keşfeden Crick’in de olduğu birçok fizikçinin biyolojiye ilgi duymasını sağlamış. Biyolojide sadece dogmatik ve tasvir edici bir bakış açısı ile değil, tıpkı fizikteki gibi açıklayıcı ve niceliksel bir metotla hareket edilmesi için önemli bir itki yaratmış diye düşünüyorum. İtiraf edeyim benim de ilk okuduğum kitaplardan biriydi. Ezbersel diye uzak durduğum biyolojiye bakışımı değiştirmesinde önemli katkısı olmuştu. Schrödinger’e teşekkür etmem lazım…

MN: Alpbach’daki mezarına gitme fırsatı bulamadık ama istersen Viyana Üniversitesi avlusundaki büstünü görelim, kulağına bir şeyler fısıldarsın. Şu ana kadar konuştuğumuz 4 bilim insanının ortak noktası bu üniversite; Freud ve Boltzmann’ın büstleri, Gödel’in çalıştığı kütüphane aynı yerde. “Viyana Kahvelerinde Bilim Tarihi”nin sonuna geldik, biliyorsun. Güzel bir veda olur.

Schrödinger’e selam…

MT: Bu yazı dizisindeki güzel muhabbettin için teşekkür ederim, bu vesile ile bilim tarihi ve yaşadığım şehir üzerine çok şey öğrendim. Umarım yazıları okuyanlar da en az benim kadar keyif almışlardır.

MN: Umarım. Zengin sohbetin için “Danke schön” diyorum.

Kaynaklar

1) Albert Einstein ve Leopold Infeld, Fiziğin Evrimi, Evrensel Basım Yayın, (Ekim 2011).

2) Murat Naroğlu ve Murat Tuğrul, Viyana kahvelerinde bilim tarihi: Gödel ve Café Central, Bilim ve Gelecek dergisi, Sayı 122, s.80-82, (Nisan 2014).

3) Murat Tuğrul ve Murat Naroğlu, Viyana kahvelerinde bilim tarihi: Boltzmann ve Café Jelinek, Bilim ve Gelecek dergisi, Sayı 126, s.54-56, (Ağustos 2014).

4) Ian Stewart, In Pursuit of the Unknown, Basic Books, (2012).

5) Erwin Schrödinger, Yaşam Nedir? ile Akıl ve Madde ve Özyaşamöyküsel Eskizler, Evrim Kitap, (1999).

İleri Okuma

– Murat Tuğrul ve Murat Naroğlu, Viyana kahvelerinde bilim tarihi: Freud ve Café Landtmann, Bilim ve Gelecek dergisi, Sayı 120, s.68-70, (Şubat 2014).

– Herbert Pietschmann, Das Ganze und seine Teile – Neues Denken seit der Quantenphysik,  European University Press, Ibera Verlag, Wien, (2013).

– Richard Hammond, Evrenle Söyleşiler, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, (Şubat 2014).

– John Gribbin, Erwin Schrödinger and the Quantum Revolution, Bantam Press, (2012).