Kvant fizikası

Kvant mexanikası fizikada təbiətin fiziki xassələrinin atomlar və atomaltı hissəciklər miqyasında təsvirini təmin edən fundamental nəzəriyyədir. O, kvant kimyası, kvant sahə nəzəriyyəsi, kvant texnologiyası və kvant informasiya elmi də daxil olmaqla bütün kvant fizikasının əsasını təşkil edir.

Klassik fizika, kvant mexanikasının yaranmasından əvvəl mövcud olan nəzəriyyələr toplusu, təbiətin bir çox aspektlərini adi (makroskopik) miqyasda təsvir edir, lakin onları kiçik (atom və atom altı) miqyasda təsvir etmək üçün kifayət deyil. Klassik fizikada əksər nəzəriyyələr geniş (makroskopik) miqyasda etibarlı bir yaxınlaşma kimi kvant mexanikasından əldə edilə bilər.

Kvant mexanikası klassik fizikadan onunla fərqlənir ki, bağlı sistemin enerji, impuls, bucaq impulsu və digər kəmiyyətləri diskret qiymətlərlə məhdudlaşır (kvantlaşdırma), cisimlər həm hissəciklərin, həm də dalğaların xüsusiyyətlərinə malikdir (dalğa-hissəcik ikiliyi) və məhdudiyyətlər var. İlkin şərtlərin tam dəsti (qeyri-müəyyənlik prinsipi) nəzərə alınmaqla, fiziki kəmiyyətin dəyərinin ölçülməzdən əvvəl nə qədər dəqiq proqnozlaşdırıla biləcəyinə.

Kvant mexanikası 1900-cü ildə Maks Plankın qara cisim radiasiya probleminin həlli və Albert Eynşteynin 1905-ci ildəki məqaləsindəki enerji və tezlik arasındakı uyğunluq kimi klassik fizika ilə uzlaşa bilməyən müşahidələri izah etmək üçün tədricən nəzəriyyələrdən yarandı. Fotoelektrik effekti izah etdi. İndi "köhnə kvant nəzəriyyəsi" kimi tanınan mikroskopik hadisələri anlamaq üçün bu ilk cəhdlər 1920-ci illərin ortalarında Nils Bor, Ervin Şrödinger, Verner Heyzenberq, Maks Born tərəfindən kvant mexanikasının tam inkişafına səbəb oldu və qeyriləri. Müasir nəzəriyyə müxtəlif xüsusi hazırlanmış riyazi formalizmlərdə formalaşdırılır. Onlardan birində dalğa funksiyası adlanan riyazi varlıq ehtimal amplitüdləri şəklində hissəciyin enerjisinin, impulsunun və digər fiziki xassələrinin hansı ölçüləri verə biləcəyi haqqında məlumat verir.

Tarixi

1905-ci ildə Albert Eynşteyn işığın kvantalara, yəni enerji porsiyalarına sahib olduğu iddiasını ortaya atdı. Bu enerji porsiyalarına foton adı verilirdi. Zərrəcik olaraq adlandırılsalar da fotonlar 1860-cı illərdə Ceyms Maksvellin iddia etdiyi kimi dalğa hərəkətinə bərabər şəkildə müşahidə edilə bilirdi. Bu səbəbdən işıq, dalğa və zərrəcik arasında keçid kimi idi. Ancaq bu vəziyyət, Nyuton fizikası baxımından olduqca böyük ziddiyyət kəsb edirdi.

Eynşteyndən sonra alman əsilli fizik Maks Plank, işıq üzərində çalışmalar apararaq işığın həm dalğa, həm də zərrəcik halında olduğunu söylədi və bütün elm dünyasını təəcübləndirdi. Kvant nəzəriyyəsi adı altında ortaya atdığı bu nəzəriyyəyə görə enerji düz və davamlı deyil, kəsik, qopuq və nöqtəvari porsiyalar halında yayılırdı. Bu düşüncə Plank sabiti olaraq riyaziyyat elminə köçürüldü. Kvant hadisəsində işıq həm maddə, həm də dalğa xüsusiyyəti göstərirdi. Foton deyilən maddəyə kosmosda dalğa yoldaşlıq edirdi. Yəni işıq kosmosda dalğa kimi, qarşısına maneə çıxdıqda isə aktiv zərrəcik kimi davranırdı. Başqa sözlə işıq, qarşısına maneə çıxana qədər enerji şəklinə bürünür, maneə ilə qarşılaşdığında isə sanki maddi varlığı varmış kimi qum dənələrinə oxşar şəkildə zərrəciklər formasını alırdı. Bu nəzəriyyə Plankdan sonra Albert Eynşteyn, Nils Bor, Louis De Broglie, Ervin Şredinger, Verner Heyzenberq, Paul Adrian Maurica Dirac və Wolfgang Pauli kimi alimlər tərəfindən inkişaf etdirildi. Hər birinə bu böyük kəşfdən ötrü Nobel mükafatı verilib.

Elm adamları, artıq maddənin cansız, kor və anlaşılmaz zərrəciklər olduğuna inanmırdılar. Başqa sözlə desək kvant fizikası materialist məna daşımırdı. Çünki maddənin özündə maddi olmayan bir şeylər vardı. Eynşteyn, Phillip Lenard və Compton işığın dənəcik quruluşunu araşdırarkən, Luis De Broglie də dalğaların quruluşunu araşdırmağa başladı. Broglie'nin kəşfi isə fövqəladə idi. Apardığı çalışmalar nəticəsində atom altı zərrəciklərin də dalğa xüsusiyyətləri göstərdiklərini müşahidə etmişdi. Elektron, proton kimi zərrəciklər də özlərini dalğa kimi aparırdılar. Yəni materializmin mütləq maddə olaraq təyin etdiyi atomun içində materialistlərin inancının əksinə maddə deyil, əslində var olmayan enerji dalğaları vardı. Atomun içindəki bu kiçik zərrələr eynilə işıq kimi istədikləri zaman dalğa kimi davranır, istədikləri zaman da zərrəcik xüsusiyyəti göstərirdilər. Yəni materialist şərhə görə atomun içində "mütləq şəkildə var olan maddə", materialistlərin proqnozlarının əksinə bəzən görünən olur, bəzən də yox olurdu. Bu mühüm kəşf gerçək dünya zənn etdiyimiz görüntülərin kölgə varlıq olduğunu, maddənin fizikadan tamamilə uzaqlaşdığını və metafizikaya yönəldiyini göstərirdi.

Fizik Riçard Feynman, atom altı zərrəciklər və işıqla bağlı bu maraqlı gerçəyi bu sözlərlə açıqlayır: "Elektronların və işığın necə davrandıqlarını artıq bilirik. Necə davranırlar? Zərrəciklər kimi davrandıqlarını söyləsəm səhv təəssürata gətirib çıxarmış olaram. Dalğa kimi davranırlar desəm, yenə eyni şey. Onlar özlərinə xas, bənzəri olmayan şəkildə hərəkət edirlər. Texniki olaraq buna "kvant mexaniki davranış forması" deyə bilərik. Bu, daha əvvəl gördüyünüz heç bir şeyə bənzəməyən davranış formasıdır. Ən azından belə bir sadələşdirmə edə bilərik: elektronlar müəyyən mənada eynilə fotonlar kimi davranırlar; ikisi də eyni şəkildə "əcaibdir". Necə davrandıqlarını qəbul etmək təxəyyül tələb edir; çünki qəbul edəcəyiniz şey bildiyiniz hər şeydən fərqlidir. Bunun niyə belə olduğunu heç kim bilmir. " Bütün bunları yekunlaşdırsaq, kvant mexanikaçılarının söylədikləri obyektiv (həqiqi) dünyanın bir illüziya olduğu idi. Max Planck Institude of Physics (Max Planck Fizika İnstitutu) idarəçisi prof. Hans-Peter Dürr bu gerçəyi belə təqdim edir: "Maddə hər nədirsə, maddədən hazırlanmamışdır"1920-lərdə ən məşhur fiziklər Pol Dirakdan Nils Bora, Albert Eynşteyndən Verner Heyzenberqə qədər hamı kvant təcrübələrinin nəticələrini açıqlamaq üçün çalışırdı.

Nəticədə, 1927-də Brüsseldəki beşinci Solvay Fizika Konqresində bir qrup fizik – Bor, Maks Born, Pol Dirak, Verner Heyzenberq və Volfqanq Pauli — Kvant Mexanikasının Kopenhagen Şərhi adlandırılan yekun nəticəyə gəldilər. Bu ad, qrupa rəhbərlik edən Borun çalışdığı şəhərin adından götürülmüşdü. Bor kvant nəzəriyyəsinin nəzərdə tutduğu fiziki həqiqətin, bir sistemə dair bizim sahib olduğumuz məlumat olduğunu və bu məlumata söykənərək ortaya atdığımız təxminlər olduğu fikrini irəli sürürdü. Onun fikrincə bizim beynimizdəki bu "təxminlər", "zahirdəki" (outside) gerçək ilə əlaqəsiz idi. Yəni "içimizdəki dünya", Aristoteldən bu tərəfə fiziklərin maraqlandığı başlıca mövzu olan "zahirdəki gerçək" dünya ilə əlaqədar deyildi.

Fiziklər bu iddia ilə bağlı köhnə düşüncələrini bir kənara atmış və kvant anlayışının fiziki sistem üzərində yalnız "bizim məlumatımızı" təmsil etdiyi barədə həmfikir olmuşdular. Başqa sözlə desək, bizim qəbul etdiyimiz maddi dünya, yalnız bizim beynimizdəki məlumatlarda var olur. Yəni zahirdəki maddənin əsli ilə heç bir zaman əlaqədə ola bilmirik.

Cefri M. Şvarts Kopenhagen şərhinə görə ortaya çıxan nəticəni bu şəkildə izah edirdi: Fizik Con Arçibald Vilerin söylədiyinə görə: "Heç bir hadisə, müşahidə edilmədən hadisə deyil."

Xülasə etsək, kvant mexanikasının bütün ənənəvi şərhi "müşahidəçinin" mövcudluğu ilə əlaqəlidir.

Amit Qosvami bu gerçəyi belə təqdim etmişdi: Belə bir sual qoyduğumuzu fərz edək: "Göyə baxmayanda da Ay yerindədirmi? Ay, nəticədə kvant obyekti olduğu üçün (tamamilə kvant obyektlərindən meydana gəldiyi üçün), fizik Devid Merminin də ifadə etdiyi kimi, buna xeyr deməliyik. Bəlkə də ən əhəmiyyətli və uşaqlığımızda mənimsədiyimiz ən hiyləgər zənn, zahirən var olan obyektlərin maddi dünyasının, müşahidə edənlərin meydana gətirdiyi obyektlərdən müstəqil olduğudur. Bu zənnin lehinə dolayı dəlillər var. Məsələn, biz Aya baxdıqda onun klassik olaraq hesablanmış orbitində, bizim gözlədiyimiz yerdə olduğunu görürük. Təbii olaraq, biz ona baxmasaq belə zaman-məkan anlayışı içində Ayın mütləq orada olduğuna zehni olaraq hazırıq. Kvant fizikası isə buna "xeyr" deyir. Biz Aya baxmadıqda hər nə qədər kiçik miqdarlarda da olsa, Ayın mümkün dalğaları yayılır. Biz ona baxdıqda, dalğa dərhal sönür və dalğa artıq zaman-məkan anlayışı içində olmur. İdealist bir metafizik fərziyyəni ifadə etmək daha aydın olacaq: Əgər ona (yəni Aya) baxan şüurlu bir adam yoxdursa, zaman-məkan anlayışı içində heç bir obyekt yoxdur.

Bu, əlbəttə bizim qavrayış dünyamız üçün etibarlıdır. Əlbəttə, xarici dünyada Ayın varlığı aşkardır, amma biz baxdığımız zaman ancaq Ayın öz qavrayış dünyamızdakı varlığı ilə qarşılaşırıq. Kaliforniya Universitetindən nevrologiya və psixiatriya professoru Cefri M. Şvarts isə müxtəlif fiziklərin mövzu ilə əlaqədar şərhlərini bu şəkildə qeyd edir: Ceykob Bronovskinin "The Ascent of Man" kitabında ifadə etdiyi kimi: "Fizika elminin bir məqsədi, maddi dünyanın tam bir görüntüsünü vermək idi. 20-ci əsrdə fizikadakı ən böyük müvəffəqiyyətlərdən biri isə bu məqsədin əlçatmaz olduğunu sübut etmək oldu." Heyzenberqə görə isə obyektiv həqiqət "buxar olub uçmuşdur". 1958-ci ildə bunları etiraf etmişdi: "Kvant nəzəriyyəsində riyazi olaraq düstura saldığımız təbiətin qanunları artıq birbaşa zərrəciklərlə əlaqədar deyil, zərrəciklər haqqındakı məlumatımızla əlaqədardır." Bor isə "Fizikanın vəzifəsinin ‘təbiətin necə olduğunu tapa bilmək' olduğunu düşünmək səhvdir. Fizika təbiət haqqında bizim nə söyləyəcəyimizlə bağlıdır." demişdir. Bir çox ölkədə nümayiş etdirilən "What the Bleep Do We Know" (Nə bilirik ki?) sənədli filmindəki fiziklərdən Fred Alan Volf isə bu gerçəyi belə ifadə edir: Obyektləri meydana gətirənlər, daha çox obyektlər deyil. Obyektləri meydana gətirənlər fikirlər, anlayışlar və məlumatdır.

80 il davam edən insan zəkasının reallaşdıra biləcəyi ən maraqlı və həssas təcrübələrdən sonra qəti və elmi cəhətdən isbat edilmiş olan kvant fizikasının əleyhinə heç bir fikir yoxdur. Aparılmış təcrübələrdən alınan nəticələrin əleyhinə təklif edilən fikir də yoxdur. Kvant nəzəriyyəsi, yüzlərlə fərqli istiqamətdən mümkün olan hər cür təcrübəyə salınmış və elm adamlarının inkişaf etdirdiyi hər cür testi keçmişdir. Bir çox elm adamına Nobel mükafatı qazandırmışdır və hələ qazandırmaqdadır.

Şərtsiz, yeganə həqiqət kimi qəbul edilmiş Nyuton fizikasının gətirdiyi ən fundamental anlayışı — mütləq maddə anlayışını ortadan qaldırmışdır. Köhnə fizikanın müdafiəçiləri, maddənin tək və gerçək varlıq olduğuna inanan materialistlər, kvant fizikasının gətirdiyi "maddəsizlik" gerçəyi qarşısında həqiqi tərəddüdlər yaşamışlar. Artıq bütün fizika qanunlarını metafizika içində axtarmaq məcburiyyətindədirlər. Bu yeni fikir 20-ci əsrin əvvəllərində materialistlərdə böyük şok və çaxnaşma yaşatmışdır.

Kvant mexanikasının bizlərə göstərmiş olduğu nəticə belədir: Maddə, materialistlərin iddia etdikləri kimi mütləq və sonsuz deyil. Maddə əzəli və ya əbədi olmadığı kimi ətrafımızda gördüyümüz varlıqlar da yalnız bir atom yığını deyillər. Kvant fizikasına görə maddə, materialistlərin heç hesaba qatmadığı ölçülər içində xüsusiyyət dəyişdirmiş və maddənin təməlinin yalnız bir enerji şəkli olduğu elmi cəhətdən sübut edilmişdir. Materializm, kvant fizikasının göstərdiyi gerçəklər ilə elmi mənada qəti olaraq çökmüşdür. Pol Devis və Con Qribbin yeni fizikanın materializmi tamamilə ortadan qaldırdığı gerçəyini belə ifadə edirlər: "Materializmə həyat verən elm olan fizikanın eyni zamanda materializmin ölümü üçün bir siqnal olduğunu söyləmək doğrudur. 20-ci əsr boyunca yeni fizika, ardıcıl inkişaf ilə materialist doktrinanın təməllərini ortadan qaldırdı. İlk əvvəl Nyutonun məkan və zaman barəsindəki təxminlərini ortadan qaldıran nisbilik nəzəriyyəsi gəldi və daha sonra kvant nəzəriyyəsi ortaya çıxdı və bizim maddə görüntümüzü tamamilə dəyişdirdi.

Mənbə

• Kvant fizikası