Asım O. Barut’a göre Schrödinger’in dalga mekaniği

Erwin Schrödinger (Wikipedia)

Ülkemizin önemli fizikçilerinden Asım Orhan Barut (1926-1994), Çağdaş Fizik Dergisi’nin Kasım 1988 tarihli 20. sayısında (s. 13-16), “Erwin Schrödinger (1887-1961)’in 100. yıldönümü ve kuantum mekaniğinin bugünkü durumu” başlıklı bir makale yayınladı. Bu makale, ülkemizde özel olarak dalga mekaniği üzerine yazılmış ilk makaledir. Bu makalesinde Asım O. Barut dalga mekaniğinin gelişimine giden yolun aşamalarını ortaya koyarken, bilim tarihinden çıkardığı bazı ilgi çekici sonuçlara da dikkat çekiyor.

Asım Barut (asimorhanbarut.com)

Uzun yıllar ABD’de Colorado Üniversitesi’nde öğretim üyesi olarak çalışan Asım O. Barut, fiziğe ve matematiğe, dinamik grup teorisi çalışmalarıyla katkıda bulundu. En önemli kitabı olan Kompakt Olmayan Gruplar (R. Rockza ile birlikte, 1977), çok sayıda uluslararası atıf aldı ve İngilizce basılan bu kitap Lehçeye ve Rusçaya da çevrildi. Önemli kitaplarından bir diğeri de, günümüzde de önemini koruyan, Elektrodinamik, Klasik Alanlar ve Parçacıklar (1964) adlı kitabıdır.

Asım O. Barut, Çağdaş Fizik Dergisi‘ndeki makalesinde, Erwin Schrödinger’in yaşamı ve çalışmaları hakkında verdiği diğer bilgilerin yanı sıra dalga mekaniğinin doğuşu, gelişimi ve Schrödinger’in bu gelişmelerdeki rolü hakkında başlıca olarak şunları söylemektedir:

“Dalga mekaniğini bulduktan sonra Erwin Schrödinger kendisini hayatının sonuna kadar bu yeni fakat sırlarla dolu teorinin derin manasını anlamaya verdi. Teorinin uygulanmasına bakabilirdi, çünkü fiziğin bütün dallarında fenomenolojik bilgisi ve çalışmaları vardı. 1926 senesi öyle bir hava getirmişti ki, bir tabirle “ikinci sınıf fizikçilerin birinci sınıf çalışma yapabilecekleri bir zamandı”.

Yeni Schrödinger denklemi harıl harıl birçok sahalarda uygulandı, değişik olaylar izah edildi ve bu olaylara fizikçiler isimlerini verdiler. Bilimde yeni bir çağ başlamıştı. Fakat Schrödinger bu yeni teorinin daha sağlam bir temele bağlanmasının lazım olduğunu görmüştü. Bu temeli kurmaya ve dalga mekaniğini, relativite teorisiyle birleştirmeye çalışıyordu.

Planck’la beraber kuanta teorisinin ilk temellerini atan Einstein bile bu teorinin insan bilgisindeki yerini hakikaten anlamayı fizikçilerin yapacağı en önemli bir iş olarak görüyordu. Schrödinger, Einstein, (Louis) de Broglie, kuanta teorisinin kararsız, probabilistik anlayışını hiçbir zaman kabul etmediler. Daha sonra kuantum elektrodinamiğini kuran Dirac, bu elektron ve ışığın etkilerini gösteren ve fizikçilerin şimdiye kadar icat ettikleri en iyi teori diye gösterilen kuantum elektrodinamiğinin bile sağlam bir temele dayanmadığını, yepyeni bir formülasyona ihtiyaç olduğunu ve bunun fizikçilerin bugün karşılaştığı en büyük problem olduğunu söylüyordu. Unutmayalım ki, kuanta mekaniği elektronun ve ışığın etkilerini anlamak için ortaya atıldı. Dalga mekaniği, elektron mekaniği demektir.

Bu yirminci asrın büyük tartışmaları, bugünün fiziğini kuran o büyük alimlerin ne yüksek bir standart tutturduklarını gösteriyor. Yalnız fizik ve matematik değil, aynı zamanda derin filozofi ve kültürel terbiyesiyle yetişmiş Einstein, Schrödinger, de Broglie, Heisenberg, fizik kanunlarının açık ve basit olmalarını, matematik ve mantık bakımından sağlam olmalarını ve insana yeni ve derin bir anlayış vermelerini öngörüyorlardı. Bilimsel gelişme aynı zamanda insanlık için bir kültür gelişmesi olmalıdır. Karışık ve pek anlaşılmayan kaideler, şartlar, iyi işleseler bile tam bir teori sayılmazlar.

Niels Bohr’un büyük otoritesi kuanta teorisinin istatistik anlayışını hemen hemen üniversel olarak kabul ettirdi, o şekilde ki, bu anlayışı sorguya çekenlere alçak bir gözle, hiç olmazsa kulübün üyesi olmayarak bakıldı.

Bilim tarihinde bazen büyük otoriteler gelişmeye derin katkılar yapmakla beraber, gelişmeye engel de olmuşlardır. Nitekim Newton’ın otoritesi, Huygens’in dalga teorisinin ışığa uygulanmasını 100 sene geciktirdi. Yeni zamanlarda, Pauli’nin otoritesi, pariteyi bozan Weyl-Neutrino teorisini 25 sene geciktirdi. Daha sayısız misaller verilebilir.

Schrödinger hayatının son senelerine kadar, ‘Şimdi ben hemen hemen yapayalnız, bir süre zeki fizikçilere karşı çabalıyorum’ diyordu. Filozofik ve fiziki sebeplerden dolayı kuanta mekaniğine konulan kararsızlık hudutlarını kabul edemiyordu.

Schrödinger dalga mekaniğini kolayca bulmadı. Birçok büyük keşifler tesadüfi olur. Mesela Dirac kendi Dirac denklemini tesadüfi olarak bulduğunu söylemişti. Schrodinger uzun zaman atom fiziğini, onun spektroskopisini, termodinamiğini büyük teferruatlı yazılarıyla anlamaya çalışmıştı.

Schrödinger en önemli çalışmalarını Zürih’te yaptı ve en önemli sene de 1926 (oldu). Dalga denkleminin kuruluşundan sonra şöhreti birdenbire artan Schrödinger, 1927’de Max Planck’ın yerini alması için Berlin’e çağrılıyor. Zürih’te onun ayrılışından üzüntülü talebeleri iki gece evinin önünden meşalelerle geçiyorlar.

Haklı olarak Schrödinger her şeyden evvel kendi adıyla bilinen dalga denklemiyle meşhurdur. De Broglie, o zaman yalnız parçacık diye bilinen elektrona bir dalga özelliği ve bir frekans vermişti, mesela hidrojen atomunda bağlı olan bir elektron için. Dalga özelliği daima bir dalga denkleminden geldiği için Schrödinger böyle bir denklem aradı, evvela relativistik, bugün Klein-Gordon denklemi dediğimiz denklemi yazdı fakat bunu yayınlamadı çünkü netice spektroskopi ile uyuşmuyordu. Biraz sonra onun relativistik olmayan şeklini, zamana bağlı olmayan Schrödinger denklemini buldu ve daha sonra da zamanı ihtiva eden şeklini verdi.

Schrödinger denkleminin uygulaması o kadar geniş ki, Maxwell denklemi gibi derin bir tabiat kanununun karşısında olduğumuz derhal hissediliyor. Nitekim Maxwell ve Schrödinger (yahut Maxwell ve Dirac) dalga denklemleri, bileşikte mikroskopik fiziğin % 99.9’unu izah etmiyorlar mı? Kala kala belki radyoaktivite, çekirdek fiziği ve parçacık fiziği (kalıyor), ki bunların da aynı denklemlerden çıkması prensip olarak mümkün. Atom fiziğinden, katı halden kimyaya, moleküler biyolojiye, astrofiziğe, kozmolojiye kadar geniş alanları birleştirmeye ve bunları anlamaya yardım eden bu bir iki satırlık denklemlere hakikaten bilimin bir harikası denilebilir.

Schrödinger 1926 senesinde Zürih’ten kuantum mekaniği serisinde mecmualara sekiz yazı gönderdi. Birincisi 26 Ocak 1926’da Annalen der Physik mecmuasına varıyor, sonuncusu 10 Aralık 1926’da. Bu harıl harıl çalışma sonunda Schrödinger 18 Aralık 1926’da üç aylık bir Amerika seyahatine çıkıyor. Bu sekiz uzun ve derin çalışmalar yalnız dalga mekaniğinin temelini atmakla kalmayıp, bugünkü kullandığımız “pertürbasyon teorisi”ni kuruyor, dalga mekaniği ile matriks mekaniğinin aynı olduğunu gösteriyor, madde ile  elektromagnetik alanın enerji değiştirmesini ve Lagrange formülasyonunu veriyor ve Compton olayını, elektronun ve fotonun parçacık değil, yalnız dalga özelliğinden elde ediyor…”

Osman Bahadır