Kuantum: Bir Devrim, Bir Güç, Kaçırılan Bir Fırsat mı?

Kuantum fiziği, modern dünyayı yüzyıl öncesinde hayal bile edilemeyecek şekillerde değiştirmiş ve değiştirmektedir. Nükleer enerjiden yapay zekâya, mikroçiplere ve kuantum bilgisayarlara kadar, teknolojik ilerlemenin temel taşı olmuştur. Eğer bir ülke olarak gelecekte söz sahibi olmak istiyorsak, kuantum araştırmalarına yatırım yapmalıyız, sadece soyut bir akademik alan olarak değil, teknolojik ve ekonomik bir gelişim aracı olarak bu konuyu önemsemeliyiz.

Eğer son yüzyılda uygarlığı kökten değiştiren bir bilim dalı varsa, o kesinlikle kuantum fiziğidir. Gerçekliğin temel doğasını anlama biçimimizi şekillendirmekten tutun da nükleer güç aracılığıyla jeopolitiği yeniden şekillendirmeye, kullandığımız cep telefonundan, bilgisayardan ve basit anlamda enerji üretimine kadar her konuda kuantum fiziği, günlük hayatımızı biçimlendirmektedir. Kısaca kuantum mekaniği sadece akademik bir merak konusu değil bizatihi gücün kendisidir.

Yine de kuantumun yeni bir mekanik fizik konusu olarak kabul edilmesi kolay olmamıştır. Bugün kuantum teorisinin temelini oluşturan denklemler, ilk başta fizik camiası içinde bile şüpheyle karşılanmıştır. Ancak dünya, Hiroşima ve Nagazaki’nin yok edilişine tanıklık ettikten sonra kuantum mekaniği inkâr edilemez bir güç haline gelmiş ve dünya bu güç ile yeniden şekillenmiştir. Demokrasinin bileği, kuantum mekaniği ile bükülür ve isteğe bağlı değişik şekiller alır olmuştur. Günümüzde kuantum fiziğine şüpheli bir yaklaşım gösteren, temel anlamda kuantum mekaniği kurallarına şüphe ile bakan kimse kalmamıştır. Fakat bu değişim kolay olmamıştır.

Kuantum: Tartışmalı Bir Bilim

Kuantum mekaniği 20. yüzyılın başlarında ortaya çıkmıştır. Temelde klasik fizik kurallarını tamamıyla doğrulamasına rağmen, detayda birçok klasik fizik modelini de sorgulamakta ve hatta küçük boyutlarda klasik fiziğin çalışmadığını da doğurmaktaydı. Dalga-parçacık ikiliği, belirsizlik ilkesi ve kuantum dolanıklığı (entanglement) gibi kavramlar klasik fizik ile kalıplaşmış dünya görüşüne o kadar aykırıydı ki bu bilimin kurucularından biri olan Einstein bile “Tanrı zar atmaz” sözleriyle bilinen ünlü tepkisini göstermişti.

Ancak akademik çevredeki felsefi direncin ötesinde, yönetimler içinde bile politik bir şüphecilik kuantum mekaniği ile uğraşanlara karşı yaşanıyordu. 1930’larda, dünya milliyetçilik, antisemitizm, materyalizm dalgasıyla sarsılırken bazı çevreler, kuantum mekaniğini ‘Yahudi Bilimi’ olarak bile nitelendirmiş ve küçümsemiştir. 1930'ların başlarında ABD Başkanı Franklin D. Roosevelt’e atfedilen bu ifade, Heisenber, Einstein, Bohr ve Pauli gibi birçok Yahudi bilim insanının geliştirdiği fikirler karşısında duyulan daha geniş bir güvensizliğin yansımasıydı. Ancak bu bilim insanlarının, ilerleyen yıllarda askeri ve teknolojik gelişmeler için vazgeçilmez olacak bir devrimin temelini attıklarının farkında olmadıkları da şüphesiz bir gerçekliktir.

Resimde A. Sachs ve Başkan Roosevelt 11 Ekim 1939 tarihinde birlikte Einstein‘ın ünlü mektubu hakkında konuşmaktadırlar. 

Dönüm Noktası: Şüpheden Hâkimiyete

On yıllar boyunca, kuantum mekaniği çoğunlukla akademik çevrelerde tartışılan teorik bir alan olarak kaldı; dünyanın gidişatını değiştirebilecek bir güç olarak görülmüyordu. Ancak bu algı II. Dünya Savaşı ile değişti.

Kuantum fiziğinin ilkeleriyle beslenen Manhattan Projesi, Başkan Roosevelt’in desteğini ciddi derecede almasa dahi, yine bu ismi geçen bilim adamlarının baskısıyla başlatılması ve insanlığın ilk atom bombalarını üretmesi ile sonuçlanmıştır. 6 ve 9 Ağustos 1945’te Hiroşima ve Nagazaki’nin yok edilmesiyle birlikte kuantum mekaniği artık sadece entelektüel bir merak konusu olmaktan çıktı ve denilebilir ki küresel politikanın belirleyici gücü haline geldi. Bir zamanlar sadece akademik çalışmalarla anılan fizikçiler, bir anda askeri-sanayi kompleksinin kilit oyuncuları olmuşlardır. Tabii ki bunun getirdiği ün ve politik güç, hayatlarını bazen ciddi derecede menfi bazen de müspet olarak yönlendirmiştir. Hükümetler, kuantum fiziği araştırmalarına büyük yatırımlar yapmaya başlamış ve ABD ile Rusya arasında bir nükleer yarış yaşanmıştır. Zira bu alandaki uzmanlaşmanın geleceği kontrol edecek bir unsur olduğu açık seçik belli olmuştur.  

Kuantum: Tanrısal Bir İlham Değil, Doğal Bir Evrim

Kuantum mekaniği, günümüzdeki popüler hayatta, gazetelerdeki birçok fal köşesinde mistik bir itibar kazanmış olsa da aslında bir anda ortaya çıkmamıştır. 19 yüzyıl sonunda yaşanan elektrik devrimi diyerek özetleyebileceğimiz gelişmelerden klasik fizik de etkilenmiş ve kendi sınırlarını zorlamaya başlamıştır.

1910’lara gelindiğinde, fizikçiler zaten klasik mekaniğin içinde komütatif ve antikomütatif ilişkileri tanımlayabilmişlerdir. Örneğin, konum ve momentum arasındaki ilişki, Heisenberg’in ‘belirsizlik ilkesi’ni resmi olarak tanımlamasından çok önce var olan bir kavramdı, fakat Heisenberg’e kadar detaylı olarak açıklanamamıştır.                

Ayrıca, ‘kuantum’ olarak adlandırdığımız birçok parametre aslında tamamen yeni de değildi. Klasik mekaniğin temel taşlarından biri olan açısal momentum, zamanla yörüngesel momentuma evrilmiş ve bu da daha sonra spin kavramını içerecek şekilde genişletilmiştir. Bu geçiş, ilahi bir vahiy değil, var olan ilkelerin çok küçük kütle (1 elektron kütlesi ~1E-31 kg) ve enerji seviyelerine uygulanmasıyla (1 elektron – volt ~1E-19J) tabii olarak doğan bir gerçekliğin süreci olmuştur.

Dünyanın ilk nükleer reaktörü olan Chalk River Laboratuvarları’nın bir görünümü. 2. Dünya Savaşı’nın sonunu belirleyen son bombanın kor materyali olan Pu:plütonyum’un üretildiği laboratuvar. 

Kuantum Uygulamaları: ‘Soğuk Savaş’tan Nano Çağa

1960’lardan 1990’lara kadar olan süreçte, kuantum mekaniği nükleer fizik ve nanoteknoloji alanlarında büyük bir araştırma patlamasına yol açmıştır. ‘Soğuk Savaş’ ile dünya hükümetleri iki kutup halinde nükleer silahlar ve reaktörler geliştirmeye zorlanmış ve bu da nükleer fizikte büyük ilerlemelere neden olmuştur. Özellikle ‘perestroyka’ya kadar Sovyet Sosyalist Cumhuriyetler Birliği nükleer fiziği Batılı devletlere göre daha ileri derecelerdeki araştırmalar ile çalışmış ve bu konudaki liderliği ele geçirmiştir. 1990’lı yıllara kadar, Anadolu’nun da üzerinde uçurdukları nükleer jet motorlu uçak çalışmaları, nükleer motorlu tren çalışmaları bunlardan birkaç tanesidir.

Ancak asıl kuantum devrimi, katı hal fiziğinde yaşanmıştır. Modern bilişimin temeli olan entegre devreler, kuantum prensiplerinden doğmuştur. Kuantum tünelleme -kuantum parçacıkların, potansiyel engelleri aşmasına dalga yapılarına binaen aşma ilkesi- yarı iletken cihazlar için vazgeçilmez temel haline gelmiştir. Transistörler, lazerler ve daha sonra kuantum noktalar (quantum dots) gibi birçok teknolojik mucize kuantum fiziği sayesinde mümkün olmuştur.

Nükleer fizik ve yarı iletken gelişmelerin ötesinde, 1950’lerden 1990’lara kadar geçen süreç, yapay zekânın (AI) temelinin atıldığı yıllardı da. AI’nin yükselişi sadece algoritmik ilerlemelerle değil, aynı zamanda katı hal yarı iletken cihazlarının hızla küçülmesi ve performanslarının artmasıyla desteklenmiştir. Daha küçük, daha hızlı ve daha verimli işlemcilerin geliştirilmesi, tranzistörler ve entegre devrelerdeki kuantum tabanlı ilerlemeler sayesinde gerçekleşmiştir. Bilgisayar donanımında yaşanan bu kuantum devrimi olmamış olsaydı, günümüzdeki AI patlamasının mümkün olmayacağı da açıktır.

Bugün, benzer bir dönüşümün füzyon enerjisi konusunda da yaşanıyor olması, bizi yani konu ile alakalı bilim adamlarını hayli heyecanlandırmaktadır. CPA (Chirped Pulse Amplification) lazerlerinin geliştirilmesiyle kuantum mekaniği, yine devrim niteliğinde bir enerji kaynağının ön saflarında yer alacaktır. Eğer başarılı olursa füzyon enerjisi neredeyse sınırsız bir güç kaynağı gibi tanımlanacak ve tıpkı 20. yüzyılın ortasında nükleer enerjinin yaptığı gibi jeopolitik dengeleri sarsacak ve yeniden bu dengelerin kurulmasına yol açacaktır.

Peki, Türkiye Bütün Bu Sürecin Neresinde?

Şimdi daha zor bir soruya gelelim: Türk üniversiteleri ve bilim insanları bu kuantum devriminin neresinde?

Ne yazık ki tıpkı 1950’lerde olduğu gibi Türkiye, bu alandaki öncü araştırmaların büyük ölçüde dışında kalmış durumdadır. Dünya; kuantum bilişim, süper iletkenlik ve füzyon enerjisi gibi alanlarda ilerlerken bizim üniversitelerimiz hâlâ Modern Fizik adı altında aslında artık ‘modern’ bile olmayan konuları okutur ve bununla da övünür durumdadır.

Belki de daha endişe verici olan, Türkiye’de birçok üniversitenin fizik bölümünde nükleer fizik derslerinin bile verilmiyor olmasıdır. Son 50 yılın teknolojik atılımını gerçekleştiren katı hal fiziği ise ne akademik müfredatımızda yeterince güçlü bir yer edinmiş ne de bir mühendislik konusu haline gelip, devletimize bir katma değer sağlayabilmiştir. Dünya ülkeleri kuantum araştırmalarına milyarlarca dolar yatırım yapıp bu alanda endüstriler kurarken, memleketimiz bu gelişmelerin hep gerisinde kalmış, bu konuda üretici değil her zaman satın alıcı kalmıştır. Belki bu konuda geride olmamız henüz profesyonel bir yönetim anlayışının gelişmemiş olmasıyla da ilişkilidir. Zira, Osmanlı Devleti’nin yıkılması, 1. Dünya Savaşı ve takibindeki Kurtuluş Savaşı sürecindeki eksikliğimiz, genelde askeri mühendislik konularındaki geri kalmışlığımız ile açıklanabilmektedir. Yani bize 1. Dünya Savaşı’nı kaybettiren unsur mühendislik konusundaki geri kalmışlığımızdır denebilir. Aynı yaklaşımla 2. Dünya Savaşı ve ardından yaşanan ‘Soğuk Savaş’ta ise savaşı belirleyici güç, bilim (science) yani fizik bilimi olmuştur denebilir. ABD’nin tek başına bir ultra-dünya gücü haline gelmesinde fizik bilimi ve fizik bilim adamlarının büyük etkisi vardır. Bu sebepten dolayıdır ki ABD’nin temel bilim konusunda yıllık harcaması, tüm dünya ülkelerinin toplamı ile kıyaslanabilecek durumdadır. Yine aynı yaklaşımı kullanırsak, yurdumuzdaki üniversitelerde okutulan bilgisayar mühendisliği bölümlerine verilen bu adın, ABD’deki esas adının bir yanlış tercümesi olduğunu da anlayabiliriz. Bu isim ABD gibi ülkelerde ‘Computer Science’ yani ‘Bilgisayar Bilimi’dir. Kısaca, bilim adamı konusuna daha henüz vâkıf olamamış bir kültürün, yanlış tercüme ve ifadelerle gelişme çalışmalarına dahi yanlış başlaması olayını dile getirmeye çalışmaktayım.   

Son Söz

Kuantum fiziği, modern dünyayı yüzyıl öncesinde hayal bile edilemeyecek şekillerde değiştirmiş ve değiştirmektedir. Nükleer enerjiden yapay zekâya, mikroçiplere ve kuantum bilgisayarlara kadar, teknolojik ilerlemenin temel taşı olmuştur.

Eğer bir ülke olarak gelecekte söz sahibi olmak istiyorsak, kuantum araştırmalarına yatırım yapmalıyız, sadece soyut bir akademik alan olarak değil, teknolojik ve ekonomik bir gelişim aracı olarak bu konuyu önemsemeliyiz. Üniversitelerimizin fizik ve fizik mühendisliği (applied physics) müfredatlarını güncellemesi ve bilim insanlarımızın küresel arenada rekabet edebilmesi için gerekli destek ve finansmanı sağlamamız şarttır.

Bu yazımı şu cümle ile bitirmek isterim: Kuantum devrimi yavaşlamıyor. Tek soru şu: Biz bu devrimin bir parçası mı olacağız, yoksa yine geride mi kalacağız?