Işığın dalga benzeri bir yönüne sahip olmasının sonuçlarından biri, görünen boşlukları atlama kabiliyeti ile örneklendirilir. Örneğin, bir cam bloktan sığ bir açıyla nüfuz eden ışık, ikinci bir cam blok ona yakın yerleştirilmezse (fakat dokunmazsa), uzak taraftaki hava bariyeri ile camın içinde etkili bir şekilde tutulur. Dalganın yayılma doğası nedeniyle, bir kısmı hava bariyerine nüfuz eder ve devamında daha fazla camla karşılaşırsa, hava boşluğunu atlayıp hapsolduğu yerden kaçabilir.
Benzer bir şey, alfa parçacıkları radyoaktif bozunma sırasında kararsız çekirdeklerden kaçmaya çalıştığında atom altı ölçekte de olur. Parçacıklar çekirdekte nükleer kuvvetler tarafından etkili bir şekilde tutulur ve prensip olarak kaçamazlar. Ancak parçacıklar, kuantum tünelleme olarak bilinen bir süreç kullanarak kaçarlar, bu da parçacıkların dalga benzeri yönlerinden faydalanır, aynı zamanda "belirsizlik" olarak bilinen daha genel bir fenomeni de kullanır.
Parçacıkların dalga benzeri yönü ve bir nesneyi gördüğümüz gibi bir olasılık dalgasıyla tanımlama yeteneği nedeniyle, kuantum fiziği, bir nesnenin bir bariyerin arkasında sıkıştığı sonlu bir olasılık olduğunu tahmin eder, zaman zaman bariyeri yıkmadan diğer tarafda da görünebilir. Örneğin, bir elektron bir elektrik alanına yaklaşırsa ve onun tarafından itilirse, yine de, alanın diğer tarafında kendini bulma ihtimali vardır.
Bir bariyerin diğer tarafında tespit edilme olasılığı, tünel oluşturma olarak bilinir, ancak gerçek bir tünel kazma gerçekleşmez. Belki de en iyi, geniş bir dalganın yaklaştığını ve sonra hafifçe örtüşen bir engeli hayal ederek görselleştirilebilir. Dalganın ana kısmı bariyere asla nüfuz edemese de, bunun küçük bir kısmı dalgayı üreten parçacığın aniden bariyerin diğer tarafında yer almasına olanak tanır.
Belirsizlik ilkesi ilk olarak 1926'da Alman fizikçi Werner Heisenberg tarafından doğanın dalga-parçacık ikiliklerinin bir sonucu olarak kabul edildi. Ne kadar güçlü olursa olsun, standart bir optik mikroskop ile bir elektron gibi bir atom altı parçacığının gözlemlenmesinin imkansız olduğunu fark etti, çünkü bir elektron görünür ışığın dalga boyundan daha küçüktür. Görünür ışıktan ziyade gama ışınlarını (elektrondan çok daha küçük bir dalga boyuna sahip) kullanan hayali bir mikroskop tasarladı. Ancak, gama ışınları görünür ışıktan çok daha enerjik olduğundan, elektronun hızını ve yönünü öngörülemeyen ve kontrol edilemez bir şekilde değiştirme etkisine sahip olacaklardı. Böylece, sorunun bir bölümünü çözerken, mutlaka başka bir sorun oluşmaktaydı.
Aslında, ünlü “makroskobik” düşünce deneyi ile bir dereceye kadar standart bir optik mikroskopta bile benzer bir şeyin olduğunu fark etti. Bir parçacığın konumunu ve hızını ölçmek için, üzerine bir ışık gönderilir ve daha sonra yansıma tespit edilir. Makroskopik bir ölçekte bu yöntem iyi çalışır, ancak atom altı ölçeklerde atom altı parçacığına çarpan ışık fotonları önemli ölçüde hareket etmesine neden olur. Bu nedenle, pozisyon doğru bir şekilde ölçülmüş olsa da, parçacığın hızı değişmiş olacaktır ve hız hakkında daha önce bilinen herhangi bir bilgi işe yaramaz hale gelir. Başka bir deyişle, gözlem eylemi gözlemleneni etkiler.
Heisenberg, daha sonra, bazı değişken çiftlerinin değerlerinin tam olarak bilemeyeceğini fark etti, böylece bir değişken ne kadar kesin olarak bilinirse, diğeri o kadar kesin olarak bilinir. Bir parçacığın hızı (veya daha kesin olarak, momentumu) tam olarak biliniyorsa, konumu belirsiz olmalıdır; tersine, konumu ne kadar kesin olarak bilinirse, parçacığın hızı (veya momentumu) o kadar kesin değildir. Benzer şekilde, bir parçacığın enerji durumu kesin olarak biliniyorsa, o durumda ne kadar kalacağı belirlenemez (ve tersi). Matematiksel olarak, bir parçacık konumundaki belirsizliğin, kütlesindeki hız belirsizliği asla belirli bir miktardan daha küçük olamayacağını gösterdi. (Planck sabiti)
Belirsizlik ilkesinin ortaya çıkmasıyla birlikte, parçacıkların artık ayrı, iyi tanımlanmış konumlara ve hızlara sahip oldukları söylenemez, sadece bir “kuantum durum”, konum ve hız birleşimi olduğu söylenebilir. Sistemin tüm özelliklerinin değerlerini aynı anda bilmek mümkün değilse, kesin olarak bilinmeyen özellikler olasılıklarla açıklanmalıdır.
Bir bakıma, kuantum teorisini korumak için belirsizlik ilkesi vardır, çünkü atomların ve parçacıkların özellikleri kesin olarak bilinirse, o zaman çözülür ve dalga davranışları ve müdahale kabiliyetleri yok edilir. Bu nedenle mikroskobik dünya hakkındaki bilgimizde yerleşik bir sınır vardır, ve doğa ölçmek istediğimiz her şeyi tam olarak ölçmemize izin vermez. Bununla birlikte, bunun uygulamadaki kesin olmayan ölçümlerden kaynaklanmadığına dikkat edilmelidir (teknoloji varsayımsal olarak doğru ölçümleri sağlayacak kadar ileri düzeydedir); daha ziyade, bir parçacığın ölçülebilir miktarlarının bulanıklaşması (kütle, hız ve pozisyon) doğanın kendisinin temel bir özelliğidir ve parçacık türüne veya ölçüm yöntemine bağlı değildir.
Belirsizlik ilkesi bir alfa parçacığının radyoaktif bir atomun çekirdeğinden nasıl kaçabileceğini açıklar. Çekirdeğe hapsolmuş olan alfa parçacığı uzayda çok lokalizedir ve konumu büyük bir doğrulukla sabitlenir. Bu durumda, belirsizlik ilkesine göre, hızı çok belirsiz olmalıdır, muhtemelen beklediğimizden çok daha büyük ve muhtemelen çekirdeğin çekilmesinden kaçmak için yeterli.
Belirsizlik ilkesi, tipik bir atomun neden merkezindeki çekirdekten 100.000 kat daha büyük olduğunu da açıklar. Kesin olarak, belirsizlik ilkesi, bir parçacığın konumu ve aynı anda kesin olarak bilinemeyen momentumu olduğunu savunur. Çünkü bir elektron çekirdekteki protonlardan yaklaşık 2.000 kat daha büyüktür ve maruz kaldığı itici elektromanyetik kuvvet çekirdekteki güçlü nükleer kuvvetten yaklaşık 50 kat daha zayıftır. Bu iki faktör birlikte elektronun hareket etmesi için yaklaşık 100.000 kat daha fazla alana ihtiyaç duyulmasına neden olur.
Böyle bir fenomen, kulağa muhtemel gelmese de, iyi bir şekilde belgelenmiştir ve aslında, bu tür görünümler ve kaybolmalar ile tamponlanan mevcut elektronların değişen enerjisi gözlemlenmiştir. Gerçekte, bu sanal parçacıkları oluşturmak için gereken enerji bir süre vakumdan "ödünç alınabilir", ancak reaksiyondan elde edilen net enerji hala sıfırdır. Genel olarak birbirlerini iptal ettikleri için, klasik dünyada bile var oldukları veya klasik fizik yasalarını ihlal ettikleri söylenemez.
Kaynak: https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_quantum_uncertainty.html
