Diyelim ki sabah evde erken kalktık. Ev sessiz, kahvemizi yaptık, elimizde fincan, şekeri attık, karıştırıyoruz. Her şey bildiğimiz gibi ilerliyor. Şeker eriyor, kahve elimizi ısıtıyor sıcacık, kaşık düşerse ses çıkarıyor. Klasik fizik işte. Kurallar belli, sürpriz yok. Ama kuantum dünyasında işler öyle yürümüyor. Orada o kaşık aynı anda hem bardağın içinde hem dışında olabilir, ta ki biz nerede olduğunu ölçene kadar! Bir parçacık ölçüm yapılana kadar birden fazla konumda olasılık dalgası şeklinde “bulunabilir”. Bir dakika, hani bazen internette “kuantum enerjisiyle dilek gerçekleştirme” falan diyorlar ya, ondan bahsetmiyorum. “Kuantum, frekans” gibi bilimsel terimler bazı sözdebilim (pseudoscience) alanlarında bilimsel anlamının dışında kullanılıyor. Buradaki kuantum, bizi oluşturan en küçük parçacıkların — atomları, elektronları, protonları — davranışlarını olasılık kurallarıyla inceleyen bir alan. Bizim göremediğimiz kadar küçük ölçekte, doğa biraz daha farklı davranıyor. Orada kurallar esniyor, olasılıklar devreye giriyor. Bir parçacık, aynı anda iki yerde olabiliyor mesela. Ya da enerjisi yetmeden bir engelin diğer tarafında beliriyor.  Kulağa saçma geliyor biliyorum. Çünkü bizim dünyamızda bir şey ya buradadır ya orada. İkisi birden olamaz. Ama atomlar, atom altı parçacıkların dünyası öyle davranmıyor. 

Ve işte bu yılın Nobel Fizik Ödülü, tam olarak bu gerçeği gözler önüne seren bir çalışmaya verildi. Kraliyet Bilimler Akademisi’nin 7 Ekim 2025’te açıkladığına göre ödül, John Clarke, Michel H. Devoret ve John M. Martinis’e “makroskopik kuantum mekanik tünelleme ve bir elektrik devresinde enerji kuantizasyonunun keşfi” için verildi.  Bugün bu keşfin nasıl yapıldığını, arkasındaki fikirleri ve neden geleceğin teknolojilerini değiştireceğini konuşacağız. Ama söz veriyorum, hiçbir karmaşık terim yok. Sadece merak ve biraz kahve yeterli.

Evet, öncelikle çok çok küçük şeyleri nasıl görüyoruz, hiç düşündünüz mü? Herhangi bir şeyi görme olayı o şeyden bize ışık yansıyınca mümkün olur. Mikroskopları bilirsiniz. Onlarla hücreleri, bakterileri, hatta bazı molekülleri bile görebiliyoruz. Ama klasik mikroskopların bir sınırı var. Çünkü ışığın kendisinin bir dalga boyu var ve o dalga boyundan daha küçük şeyleri artık ışıkla göremiyoruz. Mesela gözle görebildiğimiz en küçük şey yaklaşık 0.1 milimetre civarındadır. Saç teli kalınlığı da buna yakın. Hücreler 10 mikrometre civarında, bakteriler ondan da küçük, 1 mikrometre civarında. Ama atomlar? Onlar nanometre ölçeğinde — yani metrenin milyarda biri kadar.
Işığın dalga boyu da yaklaşık yüzlerce nanometre civarında olduğu için, o kadar küçük bir şeyi ışıkla görmek imkânsız hale geliyor.

Peki daha da küçük şeyleri nasıl inceliyoruz? İşte o zaman devreye elektron mikroskopları giriyor. Mikroskoplarda ışıkla aydınlatıyoruz baktığımız yeri. Bunlarda ışık yerine elektronlar kullanıldığı için, dalga boyu çok daha küçük oluyor ve atomların yerleşimini bile görebiliyoruz. Daha detaylı bilgi için birkaç tane link bırakıyorum açıklamaya.  Ama orada bile bir sınır var. Çünkü artık o ölçekte doğa, bizim bildiğimiz gibi davranmıyor. Parçacıklar bazen hem burada hem orada olabiliyor, yani “yer” kavramının kendisi bile bulanıklaşıyor. Yani biz ne kadar güçlü mikroskop yaparsak yapalım, belli bir noktadan sonra doğa artık sadece “gözle görülebilir” bir yer olmaktan çıkıyor.

Kuantum tünellemesi

Tam burada kuantum fiziği devreye giriyor. Bu dünyanın kuralları bambaşka demiştim az önce, mesela bunların arasından en şaşırtıcı olaylarından biri: kuantum tünellemesi. Adını belki ilk kez duyuyor olabilirsiniz ama bugün kullandığımız birçok teknolojinin temelinde bu olay var, ilk olarak 1928 yılında ortaya çıktı. O zamanlar fizikçi George Gamow, bazı ağır atom çekirdeklerinin nasıl parçalandığını açıklamaya çalışıyordu. Hesaplara göre bu parçacıkların dışarı çıkması imkânsızdı — ama yine de çıkıyorlardı. Bilim insanları bu olaya “kuantum tünellemesi” adını verdi; çünkü sanki parçacıklar görünmez bir geçitten geçip diğer tarafa ulaşıyordu. Klasik fizikte bu mümkün değildi, ama doğa bu kuralı hiçe sayıyordu. Pekiyi, elektron mikroskopları dedik ya, onların da türleri var. Bazıları ışık yerine elektron kullanıyor ama bazıları — mesela taramalı tünelleme mikroskobu — doğrudan bu kuantum tünellemesini kullanıyor. Bu mikroskopta, İğne ucu gibi çok keskin bir metal uç, örneğin yüzeyine atomik seviyede yaklaşır ama dokunmaz. İki yüzey arasında birkaç atomluk bir mesafe kalır. Bu mesafeden normalde hiçbir şey geçmez — ama kuantum dünyasında parçacıklar tünelleme yapar. Yani o uç ile yüzey arasından elektronlar tünelleyerek geçer. Bilim insanları bu tünelleme akımını ölçerek atomların yerini tek tek haritalandırabilir, görüntüleyebilir.

Tünelleme sadece laboratuvarda değil, yıldızlarda da yaşanıyor. Güneş’in çekirdeğinde sıcaklık ve basınç, iki protonun birbirini iten kuvveti yenmesi için aslında yeterli değil. Ama kuantum tünelleme sayesinde protonlar bu engeli aşabiliyor. Böylece birleşip helyum oluşturuyorlar ve Güneş’in bize ışık saçmasını sağlayan enerjiyi üretiyorlar.

Süper iletkenlik

Bilim insanlarının aklında bir soru vardı: “Tamam, tek bir elektron bu duvardan geçme işini yapabiliyor ama ya milyarlarcası bir aradayken?” Yani koca bir sistem tek bir atom gibi davranabilir mi? İşte 2025 Nobel Fizik Ödülü, tam olarak bu sorunun cevabını ararken ortaya çıktı. Bunun için yeni bir kavrama bakalım: süperiletkenlik.

Süperiletkenlik, 1911’de Heike Kamerlingh Onnes tarafından keşfedilen ve elektriğin sıfır dirençle, yani hiç enerji kaybetmeden aktığı sihirli bir durumdur. Bu, ancak çok çok düşük sıcaklıklarda gerçekleşir. Düşünün, evde kettle’ı taktık, kablo ısındı, fiş neredeyse el yakıyor. Çünkü elektriği taşıyan elektronlar mesela kablonun içinde birbirine çarpıyor, enerji kaybediyor. Ama süperiletken bir maddede işler öyle yürümüyor. Elektronlar sanki aralarında gizli bir anlaşma yapmış gibi, birbirine hiç çarpmadan, tamamen uyum içinde akıyor. Ne ısınma var ne enerji kaybı. Sistem adeta kusursuz. Bunu şöyle düşünün: Sabah işe giden kalabalık bir grup insan hayal edin. Normalde herkes birbirine çarpar, acele eder, sinirlenir. Süperiletkenlikte ise bütün o kalabalık, aynı anda aynı yöne, aynı tempoyla, hiçbir engelle karşılaşmadan yürüyormuş gibi davranır. Hiç kimse kimseye çarpmaz, kimse durmaz. İşte elektriğin o mükemmel, kayıpsız akışı da böyle bir şeydir. Peki bu nasıl oluyor? Cevap, John Bardeen, Leon Cooper ve Robert Schrieffer‘ın 1972’de Nobel kazanan BCS teorisinde gizli. Süperiletkenlerdeki elektronlar aslında çift çift hareket ediyor. Bu ikililere “Cooper çifti” deniyor.  Bu süperiletkenin içindeki milyarlarca Cooper çiftinin tamamı, sanki tek bir dev parçacıkmış gibi, tek ve bütün bir kuantum dalga fonksiyonuyla hareket eder.  Yani elektronlar birbirine eş oluyor, bir ritim tutturuyor ve adeta dans eder gibi ilerliyor. Enerjilerini paylaşarak ilerledikleri için sistemde hiçbir kayıp olmuyor.  Ve Clarke, Devoret ve Martinis tam olarak bunu düşündü: “Madem bu kadar uyum içinde hareket eden bir sistemimiz var, acaba acaba bu elektron çiftleri sadece akmakla kalmayıp tünelleme de yapabilir mi?”  

Josephson Eklemi

Bu fikri test etmek için özel bir düzenek gerekiyordu. Düşünün ki bir pasta yapıyorsunuz. Malzemeleri dikkatle seçmeniz, sırayı karıştırmamanız gerekiyor; yoksa sonuç tutmaz. İşte fizikçiler için bu deney de öyleydi. Brian Josephson‘ın özel malzeme listesi veriyorum, not alalım: iki süperiletken madde, aralarına minicik bir yalıtkan tabaka ve çok çok düşük bir sıcaklık, buzluğumuz falan hikaye yani 🙂. Bu düzenek, tarihe “Josephson eklemi” olarak geçti.  İki süperiletken arasına o kadar ince bir katman yerleştiriliyor ki, arada sadece birkaç atom kalıyor.  Klasik fiziğe göre buradan elektrik geçemez; çünkü arada açık bir engel vardır.  Normalde oradan elektrik geçemez yani. lisede elektrik devrelerini öğretirken ilk başta deriz ki derste, “kapalı bir elektrik devresi lazım.” Ama kuantum dünyasındayız. Elektron çiftleri, yani o dans eden Cooper’lar, bu engelin içinden görünmez bir tünel açar gibi süzülüp geçebilir.

Fakat bilimde her iyi deney, yeni bir soruyu da beraberinde getirir. İşte bu noktada hikâyeye yeni bir kahraman dahil oldu — 2003 Nobel ödüllü teorik fizikçi Anthony Leggett. Leggett bu fikri alıp bambaşka bir seviyeye taşıdı. Şöyle sordu: “Bu engelden yalnızca birkaç elektron çifti mi geçiyordu, yoksa milyarlarcası aynı anda mı hareket ediyordu?” Yani, bütün bu ordu tek bir nefes, tek bir düşünce gibi aynı anda hareket edebilir mi? Leggett’in dehası sadece bu soruyu sormak değil, aynı zamanda en büyük düşmanı da tespit etmekti: gerçek dünya. Çünkü dışarıdan gelen en küçük titreşim, bir elektrik dalgalanması ya da ısı artışı bile bu hassas kuantum uyumunu bozabilirdi. Düşünün, sessiz bir odada mumun alevini izliyorsunuz; odada biri fısıldasa bile alev titrer. İşte kuantum sistemleri de böyledir — en ufak bir gürültü, bütün düzeni dağıtabilir. yani Berkeley ekibinin önündeki görev devasa bir meydan okumaydı. Bu, fizik tarihinin en soğuk, en hassas ve en sabırlı deneylerinden biri olacaktı. Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşmalı, ortam titreşimsiz olmalı, sistemin üzerinde duran toz tanesi bile o dengeyi bozamamalıydı. Çünkü o sessizlikte, doğanın en gizli sırrı yankılanacaktı.

Enerji Kuantizasyonu

Şimdi deneyin en heyecan verici kısmına geliyoruz. Bu bölümü anlamak için “enerji kuantizasyonu” denen bir kavramdan bahsetmem de gerekiyor. Güneşli bir gündeyiz, yağmurdan sonra gökyüzünde bir gökkuşağı belirdi. Her bir renk, belirli bir enerjiye karşılık gelir. Kırmızı daha düşük enerjilidir, mor ise daha yüksek. Renkler birbirine yumuşakça karışır, kırmızıdan turuncuya, sonra sarıya geçer. Arada keskin bir sınır yoktur. Ama kuantum dünyasında işler öyle değil. Burada enerji, gökkuşağı gibi kesintisiz, sürekli değil; daha çok bir merdiven ya da piyano tuşları gibi. Yani aralarda “yarım basamak” yok. İki basamağın arasında havada duramayız. Bir parçacık ya bir seviyede olur ya da bir sonrakinde, arası yok. İşte bu olaya enerji kuantizasyonu diyoruz. Bu enerji paketlerine de “kuanta. Bunlar da tamam bence! 

Hadi gelin 1984- 85 yıllarına Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’e gidelim: Son nobel ödülünü alan beyefendiler: Clarke, Devoret ve Martinis’in yanına. Sessiz olun! küçük bir çip üzerinde çalışıyorlar. Bir santimetre boyutunda bir çipin üzerindeki minicik süperiletken bir elektrik devresi. Devrenin merkezinde, iki süperiletkenin arasına yerleştirilmiş çok ince bir tabaka bulunuyor: Josephson eklemi, öğrenmiştik, ve bütün sistem çok çok, en soğuk dereceye yakın bir sıcaklığa kadar soğutulmuş. Amaçları, bu devreyi içinde hiç voltaj olmayan bir durumda hapsetmek. 

Bunu şöyle düşünelim: bir topu bir çukurun dibine koyuyorsunuz. Top orada duruyor, dışarı çıkmak için yeterli enerjisi yok. Klasik fiziğe göre orada kalır. Ama kuantum fiziğine göre, bazen top hiçbir enerji kazanmadan bir anda çukurun dışına “tünelleyebilir.” İşte bu deneyde olan tam olarak bu. Bu, sanki bir elektrik düğmesi “kapalı” konumdayken yani arada fiziksel bir engel varken aniden ışığın bir anlığına yanması gibi bir şeydi. Devre sıfır voltajdayken, bir anda sistemin içinden küçük bir voltaj sinyali geçiyor.  Yani milyarlarca elektron çifti, sanki görünmez bir duvarın içinden geçip öte tarafa ulaşıyor. Tünelleme normalde rastgele bir olay, bu olayın yine bir rastlantı mı yoksa bir düzenin sonucu mu olduğunu anlamak için deneyi defalarca tekrarlıyorlar. Binlerce ölçüm sonunda, sistemin sıfır voltaj hâlinde ne kadar süre kaldığını hesaplayarak “yarı ömür” diyebileceğimiz bir değer buluyorlar. Bunu anlamak için sisteme mikrodalga sinyalleri gönderiyorlar ve sistemi uyarıyorlar. (heyecanlandırıyorlar gibi düşünelim şimdilik). Farklı frekanslar gönderiyorlar, tepkileri ölçüyorlar.  Eğer devre klasik bir düzenek olsaydı, bu dalgalara rastgele tepkiler verirdi. Ama öyle olmuyor, sadece belirli enerjilere sahip mikrodalgaları “tanıyor” ve onları absorbe ediyor=emiyor. Her enerji emilimi, sistemin bir üst enerji seviyesine sıçradığını gösteriyor. Devre, enerjiyi sürekli bir biçimde emmek yerine, sadece belirli, kesikli enerji miktarlarına (kuanta) karşılık gelen mikrodalgaları rezonans yoluyla absorbe etmiştir. Bu, sistemin enerjiyi tıpkı atomlar gibi basamak basamak aldığını kanıtlıyor. Bu sonuç, her şeyin kanıtıydı. Çünkü bu davranış sadece kuantum sistemlerinde görülür. Yani bu deney, milyarlarca parçacıktan oluşan bir yapının gerçekten de tek bir kuantum sistemine dönüştüğünü kesin olarak göstermiş oldu. Bu keşif çok önemli ayrıca Bilim insanları ilk kez, kendi enerjisini bizim belirleyebildiğimiz, davranışlarını kontrol edebildiğimiz dev bir “yapay atom” yaratmıştı. Doğadaki atomlar küçüktür, onlara tutup dokunamazsın elinle yönlendiremezsin. Ama Bu deney ise bize nasıl kendi atomumuzu, kendi istediğimiz özelliklerde inşa edebileceğimizi gösterdi. yani bir hidrojen atomuna kablo lehimleyemezsiniz, ama buna yapabiliyoruz.

Bayağı bir yol geldik, değil mi? En başta kahvemizdeki şekeri karıştırdığımız kaşıktan başladık, sonra atomların “ben hem buradayım hem orada” dediği o tuhaf dünyaya indik. Kuantum tünellemenin ne olduğunu gördük, süperiletkenliği tanıdık, milyarlarca elektronu tek vücut gibi hareket ettiren o garip uyumu konuştuk. Sonra da Josephson eklemiyle, görünmez bir engelin içinden hep birlikte geçebilen bir sistemi tanıdık. Şimdi diyeceksin ki, “İyi güzel, bunlar ne işe yarıyor peki?” İşte burada işin büyüsü başlıyor. Bu deneyler sadece “bilim insanlarının merakı” değildi, geleceğin teknolojilerinin temelini attı. Mesela şu an “kuantum bilgisayar” diye duyduğun şeylerin kalbinde, işte bu keşifler yatıyor. Bugün Google, IBM gibi dev teknoloji şirketlerinin geliştirdiği kuantum bilgisayarların hepsi, işte bu temel çalışmalara dayanıyor. Ama işin en güzel tarafı şu: Bu keşifler aslında “hadi bir bilgisayar yapalım” diye başlamadı. Bilim insanları çoğu zaman bir şeyi sadece merak ettikleri için araştırırlar. “Bu neden böyle?” sorusu onları motive eder. Hatta 1933’te Nobel ödülünü alan Paul Dirac’a bir gazeteci şöyle sormuş: “Bu keşfinizin gelecekte bir işe yarayacağını düşünüyor musunuz?” Dirac da hiç düşünmeden, “Hayır, sanmıyorum,” demiş. Ama yanılmıştı. Çünkü bugün kullandığımız pek çok teknoloji, onun çalışmalarına dayanıyor. İşte bilimin güzelliği burada. O an ne işe yarayacağını bilmesek bile, merakla atılan her adım sonunda insanlığa bir fayda getiriyor. Çünkü bilim, birilerinin hemen kullanması için değil, hepimizin geleceğini şekillendirmesi için var.

Kuantum bize hiçbir zaman geleceğimizi haber veren bir fal olmadı. Ama açık konuşayım, fiziğin bazen zor, karmaşık geldiğinin ben de farkındayım. Lisede bir felakettim. Böyle olunca insan, onu daha kolay anlamlandırmak istiyor. O yüzden “kuantum enerjisiyle hayatını değiştir” gibi sözler kulağa umut verici gelebiliyor. Çünkü hepimiz bazen hayatımızı biraz olsun kontrol edebilmek, iyiye çevirebilmek istiyoruz. Ama işin güzel tarafı şu: Kuantumun gerçek hali zaten bundan çok daha büyüleyici. Biz, öğrenebilen, düşünebilen, sorgulayabilen insanlarız. Evde bir fincan kahveyle bile evrenin sırlarını konuşabiliyoruz, değil mi? ☕️

O yüzden biri size “kuantumla dileğini gerçekleştir” derse, gülümseyin. Çünkü siz artık biliyorsunuz: Kuantum, dilek tutmakla değil; merak etmekle, öğrenmekle ve anlamaya cesaret etmekle ilgilidir.

Bir sonraki videoda yine bilimi konuşacağız — çünkü biz fal değil, fizik seven insanlarız. 💫

Yazan: Merve Biçmen
Düzenleme: Mahir Kocakaya, Belkıs Garip