Işık hem parçacık hem de dalga şeklinde davranır. Einstein'ın günlerinden bu
yana bilim insanları ışığı hem parçacık hem de dalga halinde doğrudan gözlemeye
çalışıyordu. Şimdi EPFL İsviçre Lozan Federal Teknoloji Enstitüsünden (Swiss
Federal Institute of Technology Lausanne) bilim insanları ilk defa bu çifte
davranışı aynı anda yakalamayı başardı.
Kuantum mekaniğin bize söylediğine göre ışık aynı anda hem parçacık hem de dalga
şeklinde davranabilir. Fakat şimdiye kadar hiç bir deneyde ışığın bu iki
özelliği eş zamanlı olarak yakalanamamıştı: yapabildiğimiz en iyi şey ayrı ayrı
parçacık yada dalga halinde görüntülemekti ama bu her defasında farklı
zamanlarda gerçekleşiyordu. Bu önemli keşif Nature Communications'da yayımlandı.
UV ışık metal bir yüzeye çarptığında elektron emisyonu (yayılması) oluşmasına
neden olur. Albert Einstein bunu sadece dalga olan ışık aynı zamanda parçacık
akıntısı olarak nitelediği fotoelektrik (photoelectric) etkisi olarak
açıklamıştır. Bir çok deneyde ışık hem parçacık şeklinde hem de dalga olarak
gözlenmişti ama her ikisini aynı anda gözlemlemek mümkün olmamıştı.
Klasik etki üzerine yeni yaklaşım
EPFL'den Fabrizio Carbone liderliğindeki bir araştırma ekibi zeki kıvrımlar
kullanarak bir deney gerçekleştirdi : yani ışığı görüntülemek için elektron
kullandılar. Araştırmacılar deneyde ışığın hem parçacık hemde dalga olarak
davrandığı bir görüntü yakaladı.
Işık ilk defa hem parçacık ve hemde dalga halinde gözlemlendi...
Deney şöyle düzenlendi: Tek bir lazer atışı küçük metalik bir nano kablo
üzerine gönderildi. Lazer nanokablo içindeki yüklü parçacıklara ek enerji
gitmesini sağladı, bu da parçacıkların titreşmesine neden oldu.
Otomobillerin otobanda ilerlediği gibi ışık nanokablo üzerinde mümkün olan iki
yolla ilerliyor. Farklı yönlerde seyahat eden dalgalar karşı karşıya
geldiklerinde sanki yerinde sabit duruyormuş gibi yeni bir dalga oluşturuyor. Bu
duran dalgalar deney için gerekli olan ışık kaynağını oluşturmuş oluyor.
Deneyin numarası tam burada devreye giriyor: Bilim insanları nanokabloya
yakından elektron akımı ile ateş ediyor, ve bunları kullanarak duran ışık
dalgalarını görüntülüyor. Elektronlar nanokablo üstünde hapsedilmiş ışıkla
etkileşime girdiğinde hem yavaşlıyor hem de hızlanıyor. Ve aşırı hızlı mikroskop
kullanarak bu hız değişiminin olduğu pozisyon görüntüleniyor. Ve Carbone'un
ekibi, ışığın dalga halinin parmak izi olan bu duran dalgaları görsel hale
getiriyor.
Deneyde ışığın dalga halindeki doğası gözlenirken aynı zamanda ışığın parçacık
yanını da ortaya çıkarıyor. Elektronlar duran dalgaların yakınından geçerken
ışığın parçacıklarına yani fotonlara (photons) çarpıyor. Yukarıda anlattığımız
gibi bu etki hızlarının yavaşa yada daha hızlıya doğru değişmesine neden oluyor.
Bu hız değişimi elektronlarla fotonlar arasında enerji paketleri değişimi
(kuantum mekanik) olarak ortaya çıkıyor. Bu nanokablo üzerinde gerçekleşen
enerji paketleri değişimi ışığın parçacık özelliğinin ta kendisini gösteriyor.
Fabrizio Carbone, "Yapmış olduğumuz deney ilk defa kuantum mekaniği - ve onun
paradoksal doğasını - doğrudan görüntülemenin mümkün olduğunun bir kanıtı.
Kuantum fenomenleri nanometre boyutlarında görüntüleyip kontrol edebiliyor olmak
kuantum bilgisayar hedefinde bize yeni yollar açıyor." dedi. Bu çok önemli
araştırma temel bilimin ve gelecek teknolojilerin çok ötesine geçmemizi
sağlayabilir.
Işık Nasıl Yayılır?
Önceleri, 1800'lerde ışığın dalgalar halinde
yayıldığına inanılırdı. Su dalgaları gibi, bir göle
bir taş attığınızda taşın düştüğü noktadan başlayıp dışa doğru yayılan dalgalar
oluşur. Burada hareket eden su değildir sadece sizin başta suya taş atarak
oluşturduğunuz etki su molekülleri arasında sırayla iletilmiştir o kadar. Fakat
sonraları Einstein kendisine Nobel getirecek bir
yazısında ışığın bir dalga olmadığını aksine parçacıklardan oluştuğunu ispatlar.
Daha sonra bu açıklama Quantum Teorisinin de yapı taşlarından biri olur.
Günümüzde ışığın hareketi dual (ikili, çift) model denilen dalga ve parçacık
teorilerinin birleşmesinden oluşmuş bir teori ile açıklanmakta. Açıklama kısaca
şöyle: Işık dalga özelliği gösteren fotonlardan oluşmuştur ve yayılırken iki
özelliği de gösterebilir. Ama kesinlikle ikisini bir arada değil!! Bazen dalga
bazen de parçacık olarak yayılır. Ama hangi hallerde parçacık hangi hallerde
dalga olarak yayıldığı konusunda hiç bir bilgimiz yok. Ama şunu biliyoruz ki biz
onu dalga olarak görmek istiyorsak dalga, parçacık olarak görmek istiyorsak
parçacık olarak davranır.
