Heisenberg Belirsizlik İlkesine Giriş (Dalga-Tanecik İkiliği)

Heisenberg Belirsizlik ilkesini anlatmaya geçmeden önce birkaç temel noktayı belirtmem gerek. Işık, çeşitli olaylarda; karşımıza zaman zaman dalga, zaman zaman da tanecik kimliği ile çıkar. Yani ışığı çeşitli deneylerle bazen dalga bazen de tanecik olarak gözlemleriz. "Birçok farklılıkları olan bu iki durum nasıl oluyor da aynı anda bir olayı temsil edebilir?" sorusunu soran Fransız fizikçi De BROGLİE; ışığın tanecik-dalga ikiliğinin, aslında onun katılmakta olduğu fiziksel olaylar üzerindeki farklı yansımalarından ibaret olduğunu, bu yansımaların, ışığın bazen tanecik bazen ise dalga karakterini ön plana çıkardığını ileri sürmüştür. Özetle söylemek gerekirse, ışığın çeşitli olaylarda tanecik veya dalga kimliğini ortaya koyması doğaldır. Şu farkla ki, tek bir fiziksel olayın incelenmesi esnasında , tek bir deneyle bu fiziksel olayın tanecik ya da dalga özelliklerden yalnızca bir tanesinin farkına varılabilir.
Tanecik-Dalga ikiliğine son noktayı koyan Niels BOHR 'un öne sürdüğü bir görüşe göre ; fiziksel olayların gelişimi sonucunda ortaya çıkan dalga ve tanecik karakterleri, doğanın birbirini tamamlayıcı iki unsurudur. Herhangi bir olayın incelenmesi sırasında, tek bir deney yaparak, dalga ve tanecik karakterlerinden yalnızca birisinin gözlenmesi mümkündür. 

Heisenberg Belirsizlik İlkesi

Heisenberg 'in belirsizlik ilkesinin temelinde Dalga-Tanecik ikiliği vardır. Maddenin ve ışık erkesinin doğaları gereği ortaya çıkan tanecik-dalga ikiliği; Alman Fizikçi Werner HEISENBERG tarafından ortaya konulan belirsizlik ilkesi ile daha da nicel (matematiksel) bir anlama kavuşmuştur.
Heisenberg Belirsizlik İlkesi'ne göre; "Birbirine bağlı iki büyüklükten birisinin ölçülmesindeki duyarlılık arttıkça , diğerinin ölçülmesindeki duyarlılık azalmaktadır. Öyle ki; ölçümler sonucunda, her iki büyüklüğe ait belirsizliklerin çarpımı, daima (Planck Sabiti denilen) bir sayıdan büyük veya en azından ona eşittir". Heisenberg Belirsizlik İlkesi, doğanın temel karakteri ile ilgili bir özelliktir. Ne kadar duyarlı ölçüm aletlerine sahip olursak olalım, hiçbir büyüklüğün gerçek değerini mutlak bir kesinlikle ölçemeyiz.Alacağımız her ölçüm, gerek bizim ve gerekse kullanmakta olduğumuz aletlerin gücü (duyarlığı) dışında bir belirsizliğe sahiptir.

Konuyu daha basite indirgeyip, olayın mantığını anlamak için şu örneği vermenin yaralı olacağını düşünüyorum:
Bir kaptaki suyun sıcaklığını nasıl ölçeriz? Tabi ki içine bir termometre yerleştirerek. Termometreyi biraz beklettikten sonra çıkartırız ve ölçümü tamamlarız. Günlük hayatta işler bu kadar kolay olabilir ama işler hassaslaşınca (yani ölçüm boyutları metre biriminden , nanometre vb.. gibi birimle kadar milyonlarca kez küçülünce) ölçümdeki ufak hatalar önemli sorunları doğurur.
Aslında bir kaptaki suyun sıcaklığını hiçbir zaman tam doğrulukla ölçemeyiz. Kap ve içindeki suyun oluşturdukları sistemin sıcaklığı, termometrenin de kap içerisine girmesi ile birlikte , gerçek değerinden az da olsa farklıdır. Şöyle ki:

Suyun ölçümü sırasında göz önüne alınacak olan ve ısı sığası bulunan etmenler:
SU + KAP

Termometreyi ölçüm almak için kaba yaklaştırdığımızda ya da suyun içine attığımızda, sisteme termometreyi de eklemiş oluyoruz. Yani termometre sisteme dahilken, ısı sığalarının dikkate alınması gereken etmenler:
SU + KAP + TERMOMETRE
olacaktır.

Şimdi Termometrenin ısı sığasını (ya da sıcaklığını) bilirsek, yukarıdaki denklemde yerine koyduğumuzda, Suyun sıcaklığını ölçemez miyiz? sorunu sorabilirsiniz. Evet termometrenin sıcaklığını tam olarak bildiğimizde suyun sıcaklığını da tam olarak ölçebiliriz. Ama işte bahsettiğimiz belirsizlik ilkesi de kendini burada gösteriyor:
Termometrenin sıcaklığını neyle ölçeceğiz? Tabi ki başka bir termometreyle. Termometrenin sıcaklığını ölçerken dikkate alınacak olan ısı sığası etmenleri:
1.TERMOMETRE  (Suyun sıcaklığını ölçen) + 2.TERMOMETRE (Birinci termometrenin sıcaklığını ölçen)

Şimdi diyelim ki 2. Termometre yardımıyla , 1.Termometre'nin sıcaklığını ölçtük. Fakat bu kez sistemin içine 2.Termometre de girdi. 2.Termometrenin de ısı sığasını belirlemek için başka bir termometre kullanırsak, alacağımız ölçüm, şu etmenlere bağlı olacaktır:
2.TERMOMETRE + 3.TERMOMETRE (2.Termometrenin sıcaklığını ölçeceğimiz olan termometre)

EEE şimdi 3. termometrenin de sıcaklığını bilmemiz gerekecek:
3.TERMOMETRE + 4.TERMOMETRE         bundan sonra.... 
4.TERMOMETRE + 5.TERMOMETRE
5.TERMOMETRE + 6.TERMOMETRE 
...
....
.....

Şeklinde, sonsuza kadar giden bir ölçüm karmaşası içinde, bir belirsizlik durumunun içene istemeden de olsa kendimizi bırakırız.

Herhangi bir fiziksel büyüklüğün ölçülmesi amacı ile yapılan bütün girişimler; o büyüklüğün gerçek değerinin az da olsa bir miktar değişmesine yol açarak, yapılmakta olan ölçümlere bir belirsizlik getirmiş olur. Konunun kabaca mantığı budur. Şimdi bu mantığı göz önüne alarak atomların dünyasına inebiliriz.

Bu türden belirsizlikler, yalnız fiziksel olaylarla da ilgili olmayıp, sosyal bilimleri de içine alacak biçimde, tüm bilim dallarını ilgilendiren hemen hemen her olayda ortaya çıkabilmektedir.