Gördüğümüz nesneleri kolayca tanımlayabildiğimiz bir evrende yaşıyoruz. Yaşadığımız bu evrende bir nesnenin yerini veya hızını kısaca herhangi bir anda durumunu kolayca belirleyebiliriz. Örneğin kitabını arayan bir arkadaşınıza ”kitabın masanın üzerinde” şeklinde bir cevap vererek kitabın konumunu kesin bir doğrulukla söyleyebilirsiniz. Başka bir örnek daha verecek olursak Newton çekim yasasını denkleme dönüştürmesiyle beraber gezegenlerin hareketini bu denklemlere bakarak büyük bir doğrulukla belirleyebilir olup hatta bundan milyonlarca yıl sonrasında bile bu gezegenlerin konumlarını bu denklemlere bakarak söyleyebiliriz. Bu durum büyük nesneleri incelediğimizde her zaman geçerlidir. Fakat eğer biz küçük nesneleri incelemek istersek klasik fiziğin geçerliliğini yitirdiği ve olasılıklara dayalı kurulmuş bir evrene girmiş oluruz. Fizikçiler buna kuantum evreni der ve böyle bir evrende Newton’un yasalarını elektronun hareketine uygulayamayız. Burada her şey olasılık ve belirsizliklerle tanımlanır. Makale konumuz olan Schrödingerin kedisi ve Schrödinger denklemi de bu belirsizliğin hikayesini ve fiziğe getirdiği sonuçlarla alakalıdır.
Kuantum kuramının kurucularından olan Einstein 1909 yılında bir konferansta ışığın iki nitelikli olduğunu, hem parçacık hem de dalga gibi davrandığını söylemişti. Bu o zaman için bilinenlere aykırı olduğu için bu düşünceye karşı tepki doğsa da zamanla deneylerle desteklenmiş bir hipotezdi. Bu yeni ve önemli gelişmelerin üzerinden bir süre sonra Luis de Broglie isimli genç bir fizikçi bu ikililiğin madde için de geçerli olduğunu ileri sürdü. Yani madde de hem parçacık hem de dalga özelliği gösteriyor olabilirdi. Maddenin parçacıklardan oluştuğu herkesin hemfikir olduğu bir durum olsa da maddenin dalga özelliği gösterdiği düşüncesi daha önce hiç ortaya atılmamıştı. Bu yeni yorum yeni bir soruyu da beraberinde getirdi: Madde dalga özelliğine sahipse o halde bu dalgayı tanımlayan denklem neydi?
Bir süre sonra Avusturyalı bir fizikçi olan Erwin Schrodinger ise bu dalgayı tanımayacak olan denklemi icat ettiğini ilan etti. Bu fizik dünyasının en önemli olaylarından biri olarak nitelendirilir. Zira bu denklemler o zaman için pek bilinmeyen atomun iç yapısı ve özellikleri hakkında yepyeni bilgiler sunmaya hazırdı. Fizik dünyasındaki bu önemli gelişmeye karşın maddenin dalga modeli büyük bir soruyla karşı karşıyaydı: Madde bir dalgaysa o zaman dalgalanma nedir? O zaman için bilinen atom altı parçacıklar nokta şeklindeki nesnelerden ibaretti. Yine aynı zamanda başka bir sorunda Schrodinger denklemleri serbest uzayda hareket eden bir elektronu tanımlamakta sorunluydu. Bir Schrodinger dalgasını uzayda serbest bırakırsanız yeterli bir süre sonra bu dalga bütün evrene yayılır. Yani elektronu tanımlayan bir Schrodinger dalgası bir süre sonra sönümlenecek ve evren eriyip dağılacaktı.
Max Born adındaki bir fizikçi bu soruna ardına bir çok tartışmayla beraber çok farklı bir çözüm getirdi. Bu bakış açısında madde dalgalardan değil parçacıklardan oluşuyor ve Schrodinger denklemi bu parçacıkları tanımlamıyor uzaydaki bulunma olasılığını hesaplıyordu. Aynı zamanda bu dalgaların uzayda dağılması bir sorun da taşımıyordu. Kuantum kuramına ilişkin bu yeni çerçevede bir elektronu uzayda serbest bıraktığınızda belirsizce hareket edeceğini ve yerini bulamayacağınız anlamına geliyordu. Lisedeki kimya derslerinde anlatılan elektronların bulunma olasılığını tanımlayan orbitaller ve garip şekilleri işte bu denklemin sonucudur. Sonuç olarak bir elektronun yerini tam olarak tespit etmeniz artık mümkün değildi.
Alman fizikçi Wener Heisenberg bu fizik dünyası için tatsız denilebilecek bu durum üzerinde fazlaca kafa yorduktan sonra belirsizlik ilkesini ortaya attı. Belirsizlik ilkesine göre bir elektronun yeri ve zamanı eş zamanlı olarak asla bilinemez (belirsizlik ilkesindeki önemli nokta daha çok elektronun yerinin tam olarak neden bilinemeyeceği ile alakalıdır zira bu belirsizlik daha önce Max Born tarafından Schrodinger denkleminde ortaya çıkarılmıştır. Konuyla alakalı ayrıntılı bilgi için tıklayınız: Belirsizlik İlkesi Nedir). Bunun sebebi kesinlikle teknolojik imkanlarla alakalı değil atom altı evrenin bize sunduğu bir yasasıdır. Yani gözlemden bağımsız olarak var olan bu ilke desteklenmiş deneylerle geçerliliğini koruyacak gibi koruyor.
Kuantum fiziğinin olasılıklara dayalı bir kuram olması süreci bu şekilde gelişmiştir. Einstein ise kuruculuğunu yaptığı bu kuramın bu hale gelmesinden sonra mantığa aykırı olduğunu düşündüğü için yeni kuantum kuramına en çok karşı gelen fizikçilerden biri olmuştur. Bazı bilim tarihçileri bu karşıtlığın sebebinin kuramın bilinen fiziğe ve mantığa aykırı olduğunun yanında Einstein’in bu kuramı eksik gördüğü için olduğunu da belirtir(fizik dünyasında fizik tarihinin en büyük tartışmasının Einstein ile kuantum kuramının savunucularından Niels Bohr arasında geçen tartışmaların olduğu söylenir). Nitekim Einstein tarafında bulunan Erwin Schrodinger de denklemlerinin olasılıklara dayalı bu yeni yorumundan ve bu kurama istemeden de olsa verdiği destekten dolayı duyduğu üzüntüyü dile getirmiştir. Bu duruma karşı çıkmak için de Einstein’in kuantum kuramına karşı öne sürdüğü düşünce deneyleri gibi o da bir düşünce deneyiyle yani meşhur kedi problemiyle kurama meydan okumuştur.
Schrodingerin kedisi adı verilen bu problemde kapalı bir kutu içerisinde bir kedi ve bir düzenek vardır. Düzenek ise şu şekildedir: radyoaktif bir element olan bir parça uranyuma bağlı olan bir Geiger sayacı ve yine buna bağlanmış bir de çekiç var. Uranyumun bozunması durumunda Gieger sayacına bağlanmış çekiç tetiklenecek ve içi zehir dolu olan bir şişeyi kırıp kediyi öldürecek. Bilindiği üzere uranyum atomu üzerinde bir kuantum etkisi vardır. Yani uranyumun ne zaman bozunup ne zaman bozunmayacağını bilemeyiz. Aynı anda uranyum atomu hem bozunmuş hem de bozunmamış olabilir. Bu durumda da kedi hem ölüdür hem de canlıdır. Bu da tabi mantığa uygun olmayan bir sonuçtur. Peki kedi ölü müdür yoksa canlı mıdır?
Kuantum kuramının söylediği sonuç ise yine iki olasılığı da kucaklamamızı söyler. Yani biz bunu tam olarak bilemeyiz. Kedi bir dalga fonksiyonu ile temsil edilir. Ölçüm yapmadığımız sürece ölü kedinin dalga fonksiyonu ile canlı kedinin dalga fonksiyonu birbirine eklenir. Yani kedi ne ölüdür ne de diri. Kutu açılmadığı sürece içerisinde kedinin hem ölü hem de canlı durumunu temsil eden dalgalar mevcuttur. Ölçüm yaptığınızda ise bu dalga fonksiyonu çöker ve kedinin canlı ya da ölü olduğunu görürüz.
Schrodinger’in Kedisi
Bohr ”kuantum kuramına baktığınızda mideniz bulanmıyorsa onu gerçekten anlamamışsınızdır” der. Çünkü bu yeni yorum gerçeklik algımızı alt üst edecek niteliktedir. Kafa karıştırıcı ve felsefeye de ilham kaynağı olmuş bu sonuca göre etrafımızdaki bütün gerçeklik Newtoncu fizik gibi gözlemden bağımsız olarak değil, biz onu gözlemlediğimiz sürece vardır.