Önsöz’den, s. 9-18.

Kuantum fiziği kuarkların, atom çekirdeklerinin, atom ve moleküllerin bilimidir ve bize lazeri, transistörü, tünel mikroskobunu, cep telefonunu ve mikroelektroniği kazandırmıştır. Tüm dünyadaki gayrisafi hasılanın üçten birinden büyük kısmı, kuantum fiziğinin getirilerine dayanır. Evrenbilimciler evrenin oluşumunu araştırmak, astrofizikçiler yıldızların dinamiğini tarif etmek için ondan faydalanır. Temel parçacık fiziğinin kaidesini teşkil eden kuantum fiziği, evreni bir arada tutan temel kuvvetleri araştırır.

1963 yılında Leipzig Üniversitesi'nde fizik eğitimi almaya başladım. Üçüncü sömestre geldiğimde hocamızın, Lew D. Landau ve Yevgeni M. Lifschitz'in harikulade ders kitabına dayanarak klasik mekanik konusunda hazırladığı sunumu dinledim. Klasik mekanik sayesinde, ilkesel olarak da olsa her şeyi başarıyla hesaplayıp öngörmek mümkündü. Klasik mekaniğin denklemleri oldukça basittir ve fiziksel bir sistemin geleceğini kati olarak belirleyebilir. Adı geçen denklemler, en küçük etkiyi veren Hamilton ilkesiyle elde edilebilir. İlke, bir sistemin zaman içindeki değişiminin, mümkün olan tüm gelişmeleri gözlemlemek ve bunları birer etkiyle tanımlamakla tespit edilebileceğini öne sürer. Doğadaki gelişmeler genellikle en küçük etkilerle tezahür eder.

Hemen ertesi yıl ilk kuantum mekaniği dersimi aldığımda yaşadığım şaşkınlığı tahmin etmek zor değil. Zira burada olayların aslında o kadar da net olmadığını öğrendim. Ansızın kati durumlar değil, sadece olasılıklar söz konusuydu. Olasılıkları kesin biçimde hesaplamak mümkün olsa da, belli bir olayın ortaya çıkma belirsizliği halen geçerliydi – pek tatmin edici bir durum olmadığı aşikâr. En küçük etki ilkesi kuantum fiziğinde geçerli değildi. Fiziğin bu biçimiyle sorunlar yaşadım.

Birkaç yıl sonra ABD Pasadena'da, kısa adı Caltech olan California Teknoloji Enstitüsü'nde çalışmaya başladım ve burada meslektaşım Richard P. Feynman'ı yakından tanıma fırsatını yakaladım. Feynman'ın kuantum fiziğine büyük katkıları olmuştu ve sık sık bana, kuantum mekaniğini kendisi de dahil aslında kimsenin anlamadığını anlatırdı. Her ne kadar bu ifadeyi büyük oranda şaşırtma amacıyla kullanmış olsa da, ilgimi uyandırmayı başarmıştı. Daha derinlemesine anlaşılması gereken bir alanla karşı karşıya olduğumu anladım ve kuantum fiziğinin temel ilkelerini daha derinlemesine irdelemeye başladım.

Kuantum mekaniğinin kati ifadelerde bulunamayıp sadece olasılıklardan söz edebilmesi, dünyamızdaki kararlılığın kuantum fiziğinin tam da bu özelliğine dayanması kadar hayranlık uyandırıcıydı. Anlaşılan olasılık ile kararlılık bir bütündü. Her şey kati olarak belirlenmişse, kararlılık olamazdı. Bu durumun yarattığı hayranlığı tek hissedenlerin fizikçiler olduğunu düşünmüyorum. Bu kitapla kuantum fiziğinin bende uyandırdığı hayranlığı okurlarımla paylaşmayı denemek niyetindeyim.

Fizik tarihi boyunca doğa hakkındaki anlayışımızı derinleştiren bir dizi önemli adım atıldı. Isaac Newton bir taşın yere düşüşüyle gezegenlerin güneşin etrafındaki dönüşünün aynı ilkeyle, kütleçekimle açıklanabileceğini keşfetti.

Michael Faraday ve James Clerk Maxwell, elektriksel, manyetik ve optik fenomenlerin aynı fenomenin, yani elektromanyetik alanın tezahürü olduklarını buldu. Albert Einstein'ın özel görelilik kuramı, zaman ile uzayın bir birlik oluşturduğunu açığa çıkardı. Genel görelilik kuramıysa bu düşünceyi, kütleyi de kapsayacak şekilde genişletti. Zaman ve uzayın eğri olduğu, kütleçekiminin de aslında gerçek bir kuvvet değil, sadece bu eğriliğin bir sonucu olduğu anlaşıldı. Kütleçekim kuvvetinin bu şekilde tersten tanımlanması halen fizikçilerin başına dert olmakta, zira kütleçekim kuvvetinin kuantumlanması (nicemlenmesi) henüz başarılamadı.

Kuantum mekaniği, yukarıda sayılan önemli adımlardan biri, hatta belki de en önemlisidir. 20. yüzyılda doğabilimleri alanında elde edilmiş kazanımların kuşkusuz en başarılısıdır. Fizik alanında, klasik fiziğin modelleriyle açıklanamayacak, örneğin atom, molekül ve atom çekirdeklerinin büyüklükleri, kararlılıkları ve bunların oluşturduğu kimyasal bağlar gibi çok sayıda fenomen vardır. Kuantum fiziği yardımıyla bu fenomenleri anlamak, sıklıkla da hesaplayabilmek mümkün olmuştur.

Kuantum fiziği 20. yüzyılın başında Max Planck tarafından kuruldu ve izleyen yirmi yıl boyunca temel ilkeleri tam olarak anlaşılmadan varlığını sürdürdü. Başlarında Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli ve Erwin Schrödinger'in bulunduğu son derece yetenekli genç fizikçilerden oluşan küçük bir topluluk yirmili yılların ortalarında, Max Planck, Niels Bohr ve Arnold Sommerfeld'in fikirlerine dayanarak üç yıl gibi kısa bir süre içerisinde kuantum süreçleri ve atomlar hakkında yeni bir öğreti oluşturdu. 1928 yılında Werner Heisenberg 27, Wolfgang Pauli 28, Paul Dirac 26 ve Erwin Schrödinger 36 yaşlarındaydı.

Bu kitapta kuantum fiziğinin tüm yönlerini kapsamlı biçimde ele almak elbette mümkün değil, ama en azından bu alandaki temel sorunsalları dile getirmeye çalışacağım. Fizik öğrencileri kuantum fiziğini öğrenirken, başta diferansiyel denklemleri ve fonksiyon analizlerini kullanır. Daha geniş bir okur kitlesine yönelik olması arzulanmış bu kitapta bunu yapmak imkân dahilinde değil. Bu sebeple tanım ve tasvirlerde fazla ayrıntıya girmeyeceğim, ancak kuantum mekaniğini okurlara, temel ilkeleri anlaşılacak şekilde aktarabilmeyi umuyorum. Sanırım matematiğe fazla girmeden bunu yapabilirim. Bu yüzden matematik formüllerinden sadece kaçınılmaz olduğunda faydalanacağım. Sorun yaşayan okurlar herhangi bir şeyi kaçırma endişesi yaşamadan formülleri atlayabilir.

...

Kuantum mekaniği birçok insana sadece fizikçilerin anladığı bir gizil bilim gibi gelir. Aslında bu görüş doğru değil. Kuantum mekaniği ve fiziğinin temel ilkelerini herkes kavrayabilir. Bilim ve tekniğin her şeyi belirlediği günümüzde, kuantum fiziği son derece önemli bir konuma sahip ve bu nedenle geniş kitlelerce anlaşılması ve kabullenilmesi gerekmekte. Araştırmacıların yanı sıra akademisyenler de bu bilginin aktarılmasından sorumludur.

Doğabilimlerinin kurucuları sahip oldukları bilgileri geniş kitlelere ulaştıracak kitaplar yazmaktan çekinmemiştir. Örneğin Galileo Galilei, üç kişi arasındaki tartışmaları konu alan ünlü Diyalog başta olmak üzere, genel okur kitlesi için çok sayıda kitap kaleme almıştır. Nitekim ben de bu kitabı benzer biçimde yazdım. Kitap Albert Einstein, Richard P. Feynman, Werner Heisenberg, Isaac Newton ve Bernli çağdaş fizikçi Adrian Haller arasındaki kurmaca tartışmayı tasvir ediyor. Adı geçen fizikçilerin ikisi, Feynman ile Heisenberg son derece önemli kuantum fizikçileriydi. Onlarla şahsen tanışma şansım oldu. Heisenberg doktora çalışmamı yürüttüğüm Münih'teki Max Planck Enstitüsü'nün yöneticisiydi. Feynman'laysa yollarımız Caltech'te kesişti. Yeniden Avrupa'ya döndüğümde beni sık sık Cenevre ve Münih'te ziyaret etti.

Newton'ın kuantumlardan pek anlamadığı aşikâr. Ne var ki diğerleriyle yürüttüğü tartışmanın ardından kuantum fiziğinin ateşli bir savunucusu olacak. Einstein her zamanki kuşkuculuğundan yine vazgeçmeyecek ve itirazlarını her daim hazır tutacak. Feynman ile Heisenberg ise, tıpkı Haller gibi modern kuantum kuramını temsil edecek. İlk sayfalarda konuya Newton kadar uzak olan okur bu tartışmalarda birçok şey öğrenecek ve ümit ediyorum ki, kitabın sonunda tıpkı Newton gibi, kuantum fiziği taraftarı olacaktır. Aralarındaki sohbeti aktarırken Albert Einstein'ın "Önemli olan her şeyi mümkün olduğunca kolay kılmalı, ama daha kolay değil" sözünü kendime düstur edindim.