Mən, kvant mexanikasının necə yarana biləcəyi haqqında hekayət danışacağam. Təbii ki, əslində, o, belə meydana çıxmayıb, amma mən, elmi prosesin necə təkmilləşdiyini vurğulamaqdan ötrü, məhz, belə, sanki bu, bir alimin işiymiş kimi danışmaq istəyirəm.
Biz, predmetin öyrənilməsinə hərtərəfli yanaşan hansısa sanballı bir alimi nəzərdə tutacağıq. Nə qədər qəribə səslənsə də, bu rola ən çox Wilhelm Röntgen uyğun gəlir, onun, elektromaqnit dalğalarını – Röntgen şüalanmasını, təsadüfən, kəşf etdiyi deyilir. Röntgen, dalğaları, doğrudan da, təsadüfən kəşf eləyib və onları o qədər hərtərəfli araşdırıb ki, iyirmi il boyunca – onun şüaları kristallara yayılana qədər barələrində yeni heç nə demək mümkün olmayıb. Hətta Rutherford-un hələ sağ olmasına baxmayaraq, Röntgen bəşəriyyətin ən yaxşı eksperimentatoru hesab edilirdi. Bundan əlavə, o öz təvazökarlığı ilə məşhur idi. Ki, bu da hər şeydə hərtərəfli insan olması ilə bağlı idi.

Təsəvvür eləyin ki, Röntgen-in tamamilə qara cismin şüalanma spektrindən xəbəri var. Onu da bilir ki, bu spektri interpretasiya eləmək üçün işığın kvantlar tərəfindən udulub şüalandırıldığını fərz eləmək lazımdır. Həmçinin alimin, fotoeffektin Einstein-ə məxsus interpretasiyasından da xəbəri var.
Fotoeffekt nədir?
Xəyalınızda metalın səthini canlandırın. Metalla, müxtəlif emal proseslərindən keçirilən material arasındakı potensial fərqi təsəvvür eləyin. Aydın məsələdir ki, metalla həmin o yeni qat arasında boşluq olduğuna görə, orda heç bir cərəyan yoxdur. Siz həmin metala elektromaqnit dalğaları, məsələn, işıq yönləndirə bilərsiniz. Əgər işığın tezliyini yox, intensivliyini dəyişsəniz, tezlik çox kiçikdirsə, cərəyan yaranmayacaq. Daha sonra intensivliyi olduğu səviyyədə saxlayıb tezliyi dəyişməyə başlasanız, müəyyən tezlik həddindən sonra cərəyanın yarandığını görəcəksiniz. Eyni zamanda həmin tezlikdə intensivliyi də artırmağa başlasanız, cərəyanın da intensivliyi yüksələcək. Yəni cərəyan, müəyyən bir tezlikdən sonra axmağa başlayacaq.
Bu halın interpretasiyası Einstein-ə məxsusdur. Bu interpretasiyaya görə, elektromaqnit dalğaları, hər biri öz tezliyinə proporsional miqdarda enerji daşıyan hissəciklər axınından ibarətdir. Müəyyən tezlikdən başlayaraq, fotonlar metaldakı elektronlara müəyyən enerji ötürür, elektronlar isə hansısa enerjidən başlayaraq (onların başlanğıcı var) metaldan çıxmağa qadir olurlar və bunun nəticəsində də cərəyan əmələ gəlir.
Einstein bu interpretasiyanı daha da inkişaf etdirmişdi: o, hesab eləyirdi ki, elektromaqnit dalğalar kvantlardan ibarətdir. Lakin bu interpretasiya ilə hətta Planck da (elə bir çox başqaları da) razılaşmırdı. Einsteinə, fotoeffektə görə Nobel mükafatı veriləndə Planck demişdi ki, hərçənd bu küfrdür, amma Einstein buna layiqdir. Bu, artıq 1920-ci illərdə olmuşdu.
İndi təsəvvür eləyin ki, Röntgen Einstein-lə Planck arasındakı mübahisənin səbəbini araşdırmaq, onlardan hansının haqlı olduğunu, elektromaqnit dalğaların, həqiqətən, ayrıca hissəciklərdən – kvantlardan ibarət olub-olmadığını müəyyənləşdirmək qərarına gəlir. O bilir ki, işıq, interferensial təcrübə zamanı öz dalğa xüsusiyyətlərini büruzə verir. Bu təcrübənin nədən ibarət olduğu hələ Newton-un zamanından bəllidir. Newton sözügedən təcrübəni aşağıdakı şəkildə həyata keçirmişdi: O, gündüz, yəni günəş işığından istifadə eləmişdi, çünki o vaxtlar hələ lampa yox idi. Gün işığı ağ olur, monoxromatik (yekrəng) deyil, koqerent (bir neçə qeyri-sabit və ya dalğalı prosesin, zaman və məkanda uzlaşaraq reallaşması) deyil. Buna görə də, onun üzərində interferensial mənzərə qurmaq qeyri-mümkündür. Ancaq onu rəngli şüşədən keçirsəniz, hansısa səciyyəvi tezliyə malik koqerent işıq əldə edəcəksiniz.
Tutaq ki, Röntgen sözügedən işığın intensivliyini azaltmağı bacarır. O deyir: “Əgər işıq hissəciklərdən ibarətdirsə, onda mən intensivliyi azaldaraq işığın ayrı-ayrı – bir, iki, üç- hissəciklərdən ibarət olmasına nail olacağam.” Və o, çox aşağı intensivlik əldə eləyir. Eyni zamanda təsəvvür eləyək ki, onun ekranı ayrı-ayrı fotonları görəcək, hiss edəcək qədər həssasdır. Bu, o deməkdir ki, ekranın həssaslığı insan gözünün həssaslığından on dəfə çoxdur. Bu zaman alim nə görməlidir? O, konsentrik həlqələrin olduğu bütöv interferensial mənzərə yox, ayrı-ayrı parıltılar görməlidir. Sanki tək bir hissəcik deşikdən keçib və ora düşüb. Amma alim, son dərəcə qəribə bir mənzərə görür: İşıq, həqiqətən, hissəciklərdən ibarətdir. İlk baxışda, elə burdaca dayanmaq olardı. Ancaq işıq sadəcə hissəciklərdən ibarət olsaydı, aşağıdakı mənzərə alınardı: hissəciklər deşikdən keçir və alim, iki ləkə görür. Halbuki o, bunu görmür! Daha doğrusu, o, fotonların, həmin iki ləkənin əmələ gəlməli olduğu konkret yerlərə düşmədiyini görür. Fotonlar ekranın istənilən nöqtəsinə düşürlər. Və hərtərəfli yanaşmanı sevən Röntgen deyir ki, gəlin, gözləmə müddətini uzadaq, görək, bu mənzərənin son halı necə olacaq?! Təsəvvür edək ki, onun ekranı fotonların düşdüyü yerləri qeyd edə bilir. Və nöqtələrdən, tədricən, bütünlüklə elektromaqnit dalğasından yaranan konsentrik həlqələrin, demək olar ki, eynisi olan həlqələr toplanır. Yəni, bir tərəfdən, işıq, həqiqətən, hissəciklərdən ibarətdir, ancaq həmin hissəciklərin hər biri özünü dalğa kimi aparır və sanki həmin iki deşikdə özü-özünü interferesiya edir.
Lakin Röntgen burda da dayanmır və özündən “işığın xüsusiyyətləri özünü başqa hansı şəkildə büruzə verir?” deyə soruşur. Məlumdur ki, işıq doldurulmuş hissəciklərə parçalanır. Bu parçalanma necə baş verir? Bu, difraksiya (latınca diffractus — dalğaların yaratdığı əngəlin təsiri altında sınmaq, əyilmək vəs)) deyil. Sizin doldurulmuş nöqtəvari hissəciyiniz var, onun üzərinə elektromaqnit dalğası gəlir və həmin hissəciyə təsir eləməyə, onu, hansı tezlikdə gəlirsə, o tezlikdə də silkəməyə başlayır. Hissəcik artan sürətlə hərəkət edir, şüalanır, eyni tezlikdə, ancaq bütün istiqamətlərdə yayılan elektromaqnit dalğaları yaradır. Onların hər ikisi də eyni tezlikdə olduğuna görə, gələn dalğa ilə monoxromatik və koqerent olur. Deməli, bu iki dalğadan interferensial görüntü yaratmaq mümkündür.
Cihaz kifayət qədər həssas olsa, interferensial mənzərənin bulandığı görünür. Bulanmanın səbəbi, parçalanan dalğanın (işıq dalğası), gələn dalğanın (elektromaqnit dalğası) tezliyindən daha aşağı tezlikdə olmasıdır. Bu zaman elə təəssürat yaranır ki, sanki elektromaqnit dalğası elektronun üzərinə düşüb onu silkələməyib, əksinə, hissəcik elektrona “hücum edib”, ona enerji verib və özü enerji itirib, nəticədə tezlik aşağı düşüb və o, dağılıb. Gələn və dağılan işıq fərqli tezliklərə malikdir, buna görə də bir-biri ilə interferesiya etmir.
Amma Röntgen yenə də dayanmır. O, hərtəfəli insandır, qrant yazmağa ehtiyacı yoxdur, Röntgen şüalanmasını kəşf etdiyinə görə bütün dünyada məşhurdur, sakitdir, özünə arxayındır və araşdırmasını davam etdirir. O, interferensial mənzərəyə daha dərindən baxmaq istəyir. Təsəvvür eləyək ki, Röntgen, Newton kimi sadəcə şüşəni dəyişmir, elektromaqnit şüalanmanın tezliyini də tənzimləyə bilir. Və bu zaman aşağıdakı mənzərəni görür: o, tezliyi artıranda iki çevrəyə get-gedə daha da yaxınlaşır. Tezlik çox yüksəkdirsə, yəni, dalğanın uzunluğu çox qısadırsa, işıq özünü sırf hissəciklər kimi aparır, sadəcə iki dəlikdən keçir və onlara, demək olar ki, interferesiya etmir. Tezlik çox kiçik olanda dəliklər onunla müqayisədə böyük olur.
Paralel olaraq Rutherford-un da təcrübələri davam edir. O, bəşəriyyəti inandırır ki, atom- elektron pərdə ilə əhatə olunmuş kiçik nüvədir. Yəni, elektronlar Günəşin ətrafındakı planetlər kimi nüvənin ətrafında fırlanır. O vaxt alimlər, bunun belə olmadığını bilmirdilər. Ona görə də belə bir sual yaranırdı: Necə olur ki, elektron fırlana bilir, amma şüalanmır? Çünki əgər fırlanırsa, get-gedə sürəti artır, deməli, mütləq şüalanmalıdır, enerji itirməlidir və bir müddət sonra nüvəyə düşməlidir. Ancaq bu, baş vermir.
Eyni vaxtda Niels Bohrun, elektronların enerjisinin yalnız kvantlaşa bildiyi ilə bağlı fərziyyəsi yaranır. Yəni, onlar, bütün rollara yox, sərbəst rollara yox, konkret bir rola malik ola bilərlər. Bu ideyadan istifadə edən Bohr, atom spektrlərini əldə edir. Sadəcə, təcrübə zamanı müşahidə olunan atom spektlərinin varlığı barədə əvvəlcədən nəzəri formada məlumat verir. Lakin elektronun, niyə enerji səviyyələrinin təkcə bu diskret toplusuna malik olduğu anlaşılmaz qalır. Şübhəsiz ki, Niels Bohr-un ideyası Einstein-in, Planck, ya da Röntgen-in (burda Röntgen tarixi yox, uydurma personaj qismindədir) kvantlarından ilham almışdı. Bohr düşünürdü ki, elektronlar istənilən diskret enerjiləri yox, konkret bir diskret enerjini əldə edə bilər. Amma bunun səbəbi naməlum idi.
Bundan əlavə, paralel olaraq elektronlar üzərində də təcrübələr aparılır. Biz gündəlik həyatımızda işığın dalğa xüsusiyyətini asanlıqla görürük. İşıq hissəciklərinin qəribə cəhətlərini görmək üçün isə beynimizi işlətməliyik, hansısa təcrübələr fikirləşməliyik, həmin cəhətləri görməkdən ötrü düşünülmüş şərtlər yaratmalıyıq.
Elektronlarda hər şey əksinədir. Biz onları gündəlik həyatda görəndə onlar öz hissəcik xüsusiyyətlərini asanlıqla büruzə verirlər, dalğa xüsusiyyətlərini üzə çıxartmaq üçünsə hiylə işlətmək, nəsə bir təcrübə aparmaq lazımdır.
İnsanlar elektronlar üzərində interferensial mənzərənin göründüyü bir təcrübə reallaşdırdılar – elektronlar da özlərini dalğa kimi aparırdı. Bu yumaq ona gətirib çıxarır ki, elektronların dalğa xüsusiyyətlərini təsvir edən tənlik kəşf olunur – Schrödinger tənliyi. Sözügedən tənliyin həlli hidrogen atomunun spektrləri olur. Bu, artıq adi ehtimal yox, inkişaf etdirilmiş nəzəriyyədir.
Amma digər tərəfdən nəyin elektron və fotonların dalğaları olduğu aydın deyil. Tədricən, bunun, ehtimal dalğası olduğu aydınlaşmağa başlayır. Çünki sizin ehtimal dalğanız var ki, hansısa ehtimala əsasən, foton bir və ya digər dəlikdən keçə bilər. Bu iki ehtimal amplitudası arasında interferensiya var və o, fotonlar üçün interferensial mənzərəyə gətirib çıxarır. Amma, təbii ki, bu, artıq interpretasiya məsələləridir. Mən sizə müşahidə zamanı görünənlərdən danışdım, interpretasiya məsələsi isə elə qurulub ki, hansısa riyazi aparat yazılır və onun köməyi ilə təcrübələrin keyfiyyəti yox, dəqiq kəmiyyəti təsvir olunur. Kəmiyyət uyğunluğu nəticəsində həmin riyazi təsvirin sadəcə beynin uydurması olmadığı, təbiəti təsvir etdiyi təsdiqlənir. Kvant mexanikasının yaranması ilə bağlı hadisələr belə inkişaf edir.
Mən, kvant mexanikasının necə yarandığı barədə nağıl danışdım və təbii ki, onun yaranmasında əməyi olan dahi insanları layiqli şəkildə dəyərləndirmədim. Qoy onlar buna görə məni bağışlasınlar. Mən bunu təbiətin dərki prosesinin necə baş verdiyini göstərməkdən ötrü elədim.