Werner Heisenberg Kimdir?

[Bilim Forum]

Kendisi 5 Aralık 1901 yılında Almanya'nın Winzburg kentinde dünyaya gelir, erken döneminde babasının oldukça yararını görür kitap arşivi bakımından. Babası Latin edebiyatı ve Latin felsefesi üzerine dersler veren bir öğretmendi ve matematik cahili dense yeridir ama oğlunu erken keşfetmiş olmalı ki, matematik zekasına uygun hangi kitaplar varsa okul kütüphanesinden getiriyor ve oğlunun bunlardan yararlanmasını sağlıyordu.

Babasının dikkat ettiği bir unsurda kitapların Latin diline de uygunluk göstermesi, bu dönem Leopold Kronocker'in sayılar kuramı üzerine yazdığı bir doktora tezini getirir oğluna, Heisenberg burada bir problemi çözer ve bir bilim dergisine gönderir (problemde Pell denklemidir) ne var ki dergiden olumlu cevap alamaz ama buna rağmen Heisenberg'in sayılara olan ilgisi azalmamıştır. Anlatılanlara göre kendisi henüz lise yıllarında doktora yapan birisine kalkülüsten geçmesi için yardımda bulunduğu anlatılır. Daha sonra üniversite için Münih üniversitesine kaydolan Heisenberg burada hocası Lindemann'la tanışır ve ne var ki hocasına burada Weyl'in bir kitabını okuduğunu söyler (Lindemann Weyl'i sevmeyen birisidir) hocası da onu geri çevirir, hatta şu sözleri söylediği rivayet edilir: Matematik konusunda zaten çok fazla şey biliyor ve fazlaca ukala, bu sözler Heisenberg'i üzer ve o da matematiğe yakın bir alan olan fizik bölümüne kaydolur, burada -daha sonrada Heisenberg'e esin kaynağı olan- Sommerfeld'le tanışır, Sommerfeld Bohr atom modelini geliştiren kuramsal bir fizikçidir ve alanında başarılı, yüce gönüllü, bilge birisi olarak anılır.

Burada Sommerfeld daha sonra Heisenberg'e çözmesi için bir problem verir (bir dönem birçok fizikçiyi uğraştırmıştır bu problem); problem Anormal Zeeman olayıdır, ismini Hollandalı bilim insanı Pieter Zeeman'dan alır, bu olay manyetik alanda spektral çizgilerin kırılmasıdır, bu problemi çözen Heisenberg hocasından oldukça övgüler alır ama bunu doktora tezi olarak kullanamaz çünkü o zaman yeterli donanım ve bilgi yoktur Zeeman olayı üzerine, daha sonra Heisenberg üniversitede ders olarak anlatır bu konuyu. Yeri gelmişken bir şey daha söyleyeyim sonrada Heisenberg'in bilimsel çalışmalarından bahsedeyim. Heisenberg felsefeye de yakın duranlardan şöyle ki, bir eserinde (bu eser Türkçe'de de var, Parça ve Bütün kitabı) atom teorisini Platon'un Timaeus'dan etkilenip yazdığını söyler (giriş bölümünde)Heisenberg Münih üniversitesinden Göttingen üniversitesine geçer, bu sıralar henüz 22, 23 yaşlarındadır ve burada Max Born'la karşılaşması, onun hayatınında dönüm noktalarından olmuştur (Nobel'i bu süreçte almıştır).

Şöyle ki; Heisenberg daha önce Bohr tarafından ifade edilen ve kuantum kuramına uyarlanan hidrojen atomunun çıkmazlarını erken yaşta fark etmiş (bu arada Bohr'la tanışması ise Sommerfeld sayesinde olmuştur, bir Bohr festivali sırasında onu da davet eder bu sayede Heisenberg büyük Bohr'u görme ve onunla tanışma onurunu yaşar, daha sonra çokça tartışacaklardır güzel anılar var bu süreçte) ve bu konuda birkaç fikir öne sürmüştür. Bir dönem rahatsızlanan Heisenberg hocası Born'dan izin ister ve Heligoland adında bir yerde dinlenme olanağı bulur, bu dönem Bohr tarafından ifade edilen yörünge, sıçrama olaylarına da açıklık getirmeye çalışır. Bohr atom modeli hidrojen atomu için başarılıdır, çünkü hidrojende tek elektron ve proton bulunur, buna göre her elektron bir alt seviyeye indiğinde ışıma yapar -yani foton yayar- burada kaybedilen enerji salınan frekans enerji deviniminin yinelenme frekansıyla aynı olduğu dolayısıyla hidrojen atomunun kuantum halini açıklamaktadır (çoklu elektronlar için bu durum geçerli değildir) oysa bu durum Heisenberg için kafa karıştırıcı ve yetersiz bulunur, o da bu problemi klasik mekanik cinsinden çözmeye çalışır ve o da atomları birer birer değişmez çarpımlar (basit bir çarpım tablosu gibi) gibi düşünerek onların yer değişemezliğinden bahseder ve bu şekilde bir fikir öne sürer. Daha sonra iyileşip üniversiteye dönen Heisenberg burada konuyu hocası Born'a anlatır, hocası da bu problemi matrislerle çözebileceğini söyler, o zamanlar matris cebiri bilinmesine rağmen -matematikçilerce- bunu çok az fizikçi bilmekteydi, onlardan birisi de Max Born'dur, çünkü matrislerin fiziksel yorumunu yapmak matrislerle işlem yapmaktan daha zordur, matris cebirinin zorluğu da buradan gelir. Burada diğer bir çalışma arkadaşı da -daha doğrusu asistanı- Pascual Jordan'dır, Jordan'a matrisleri muhtemelen Born öğretmiştir, burada onunda yardımını alarak bu problemi çözerler ve bir haksızlığa da neden olarak (bunu açıklayacağım).

Problem kısaca (denklemde şu şekildedir; pq-qp=h/2πi) yerin ve momentumun karşılıklı p ve q ile gösterilmesi h/2πi ise durumun kuantize olup matris mekaniğinin temelini oluşturmasıdır. Burada h (yani Planck sabiti) yoksa denklem klasik mekanik şeklini almaktadır (hatta bu denklem Max Born'un mezar taşına da işlenmiştir), i ise bir kompleks sayı olup -1'in kök karesidir (karmaşık sayılardan). Burada birçok makale yayınlanır ve oldukça da başarı elde ederler grupça -Max Born, Jordan ve Heisenberg- hatta bu durum Nobel'e kadar götürecektir. Matris cebiri ile ifade edilen matris mekaniği esasında kuantum mekaniğinin bir koludur (diğer kolu bilindiği gibi Schrödinger'in dalga mekaniğidir ama Heisenberg dalga mekaniği için iyi şeyler söylemez hatta o dalga fikrine bile karşıdır, çünkü Schrödinger'in dalga mekaniği yorumu tamamen klasik olasılıklara dayanır ve sıçrama öngörmez, dolayısıyla Heisenberg'de Bohr'da buna karşı çıkar [kaldı ki dalga bile olsa parçacık yinede sıçrama gözardı edilemez bu açıkçası Schrödinger'in kendi denklemini eksik yorumlamasından kaynaklanır, bunun telafisini daha sonra yine Max Born yapacaktır] birçok defa uzun soluklu tartışmalar bu dönemlerde açılır) daha sonra İngiliz fizikçi Paul Dirac ise bir şeyi fark eder, denklemleri hangi koşulda yazarsa yazsın matris mekaniği ile dalga mekaniği arasında bir paralellik görür (bunu daha sonra Poisson parantezi denilen bir yöntemle çözecektir) ve burada ilginçtir elektronun görelilik halini yazar ve bu da spin denilen, parçacığın bir iç özelliği olan durumu bulur, bu da daha sonra karşı parçacık durumlarını ifade eder vs. Bu esasında üçüncü bir mekaniğin habercisi gibi durur (modern anlamda) ama öyle değildir çünkü Dirac'ın denklemleri bu iki mekaniği birleştirmek ve bunlarda temel dayanak noktasını bulmaktır, tabi o zamanlar deneysel kanıt olmayınca bu düşünceler çok sonraları kabul görür.Heisenberg'den uzaklaştım sanırım biraz: birazda onun belirsizlik ilkesine bakalım. Heisenberg 1927 yılında kendi adıyla anılan bir kuram geliştirir, esasında kuram klasik mekaniğin kütlexhız (yani momentum) ve konumla ilgilidir, bunu atom fiziğine uyarlamak ister ama sonuç o kadar göz alıcıdır ki, klasik fiziğin determinist yapısında bir darbe gibidir, artık fizikte kesinlik yok olasılıklar var, Heisenberg belirsizlik ilkesi kısaca yer/konum biliniyorsa hız bilinmez veya hız biliniyorsa konum bilinemez, bu enerji zamana da uyarlanabilir, bu durum deneysel olmayıp doğanın bu şekilde çalışıyor olmasından ileri gelir

(burada birkaç şey daha eklemek istiyorum, o da Max Born ve Nobel Ödülü 1932 yılı Nobel'i açıklanınca bunun sadece Heisenberg'e verileceği söylenildi oysa matris mekaniğinin kurulmasında etkili olan kişi en başta Max Born'dur ve makalelerin birçoğu bu yöndedir ve onun çalışmalarıyla doludur, oysa Nobel komitesi bu durumu göz ardı eder ve ödülü yalnızca Heisenberg'e verileceğini söyler ve bu da bilim tarihine yine bir haksızlık olarak geçer, Max Born'a ödül verilmemesinin nedeni muhtemelen bir Nazi ideolojisine sahip olduğu düşüncesidir oysa değil Born Nazi destekçisi olmak, bu konuda sistemi dahi sertçe eleştirmekten geri kalmaz, birde Born'un çalışma arkadaşı vardı Pascual Jordan, muhtemelen ödülün verilmemesinin nedeni de bu isimdir, çünkü ikisinin çalışmaları ayırt edilemez durumdadır ve Jordan bir Nazi destekçisi olduğu için ödülde muhtemelen bu durumdan dolayı Born'a da verilmedi, tabi bu duruma içerleyen Born durumu daha sonra Einstein'a bildirecek ve şu sözleri aktaracaktır; Heisenberg kuramı ortaya attığında matrislerin henüz ne demek olduğunu bile bilmiyordu, Nobel'e giden yolda çalışmalarımız oldu, demiştir, bu duruma Heisenberg'te üzülür çünkü bu ödülü en çok hocası hak eder ve onunla aynı ödülü paylaşmakta onu ayrıca onura eder. Heisenberg 1932 yılı Nobeline aday gösterilir, bir yıl sonrada Schrödinger ve Dirac gösterilir (iki isim paylaşmıştır Nobel'i) ama tören aynı zamana denk düşürülür, o zaman bilim insanlarımız o kadar gençtir ki (30'lu yaşların başlangıcıdır) törene anneleriyle gelirler bu gurur verici durumu anneleriyle de paylaşmışlardır).

• Bilimin Öncüleri - Prof.Dr. Cemal Yıldırım (TÜBİTAK Yayınları - 1999)
• Erwin Schrödinger ve Kuantum Devrimi – John Gribbin (Çev: Prof.Dr.Bahattin Mehmet Baysal - Alfa Yayınları-2013)
• Uranyum Savaşları – Amir D.Aczel (Çev:Barış Gönülşen - Alfa Bilim Yayınları - 2012)
• Büyük Fizikçiler (Galile'den Yukava'ya) - İoan James (İş Bankası Yayınları - 2015)